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Research on the dynamic changes of soil properties of typical steppe in the restoring process

典型草原恢复演替过程中土壤性状动态变化研究



全 文 :书典型草原恢复演替过程中土壤性状
动态变化研究
单贵莲1,初晓辉1,田青松2,马玉宝2,李临杭2,陈功1
(1.云南农业大学草业科学系,云南 昆明650201;2.中国农业科学院草原研究所,内蒙古 呼和浩特010010)
摘要:为探讨典型草原恢复演替过程中土壤性状的变化规律,在内蒙古太仆寺旗典型草原选取不同围封年限,处于
不同恢复演替阶段的生长季围封(4-9月围封)恢复草地为研究对象,同时选取自由放牧草地为对照,开展典型草
原恢复演替过程中土壤物理、化学和生物学特性的系统研究。结果表明,1)典型草原恢复演替过程中,土壤性状发
生了一系列演变,与自由放牧草地相比,围封7,10,13,20年,土壤0~30cm土层容重显著下降,<0.05mm的粘
粉粒含量和孔隙度显著增加(犘<0.05);土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、微生物数量、微生物量
碳、微生物量氮显著增加(犘<0.05),酶活性增强,以0~10cm土层增加最为明显,表现出明显的表聚现象。2)典
型草原在围封恢复过程中若连续多年刈割利用,容易导致土壤结构再次恶化,土壤质量下降,草地发生二次逆行演
替。因此,退化草地恢复演替过程中的合理利用问题(如合理的割草制度)有待进一步研究。
关键词:典型草原;生长季围封;土壤性状;草地演替
中图分类号:S812.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2012)04000109
  土壤是草地植物群落的主要环境因子,是草地赖以生存、发展和繁衍的物质基础。植物群落的演替可以改变
土壤性状,而土壤性状的改变又可导致群落类型的改变。土壤对植被恢复具有重要作用,不仅影响植物群落的发
生、发育和演替速度,而且对生态系统过程、生产力和结构等具有重要影响[13]。因此,研究草地恢复演替过程中
土壤性状的动态变化对退化草地的恢复与管理具有重要的指导意义。
对于草地恢复演替过程中土壤性状的变化,前人做过一些研究。如Reeder和Schuman[4]研究指出,草地恢
复演替过程中一年生和多年生禾草增加,禾草具有致密的根系,能促进土壤有机质的形成和积累,促使土壤有机
碳和全氮含量增加。Su和Zhao[5]研究指出,围封10年,科尔沁沙地地表植被盖度增加,从而抑制了土壤侵蚀,
增加了土壤有机质含量,进而显著降低土壤容重。苏永中等[6]、文海燕等[7]研究指出,围封后较多的根量和地表
凋落物的输入与分解增加了土壤养分含量,改善了土壤结构与环境。Wolde等[8]研究指出,围封不仅可以有效地
恢复植被,而且也能改善土壤养分,减少土壤侵蚀,增加土壤有机质、全氮和速效磷含量。程杰和高亚军[9]研究指
出,典型草原恢复演替过程中土壤有机质含量、全量及速效氮磷钾含量均显著提高,恢复年限愈长,养分增加幅度
愈大。邵新庆等[10]研究指出,典型草原群落自然恢复过程中,土壤水分、有机质、全量及速效氮磷钾含量均显著
增加,土壤容重显著下降,同时,土壤养分有明显的表聚现象。
综上所述,前人在草地恢复演替过程中土壤结构和养分含量的变化方面做过一些研究[410]。但针对典型草
原恢复演替过程中土壤物理、化学和生物学性状的变化开展的系统研究不多。居于此,本研究以内蒙古锡林郭勒
盟南部太仆寺旗典型草原为研究区域,在该区域选取不同围封年限,处于不同恢复演替阶段的生长季围封恢复草
地为研究对象,开展典型草原恢复演替过程中土壤物理、化学和生物学特性的系统研究,探讨典型草原恢复演替
过程中土壤性状的变化规律,揭示土壤生物学性状与土壤结构和养分含量的相关关系,以期深入认识草地的围封
恢复演替机制,为半干旱典型草原区退化草地的恢复、草地资源的合理利用与管理提供指导。
第21卷 第4期
Vol.21,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
1-9
2012年8月
收稿日期:20110728;改回日期:20111026
基金项目:国家重点基础研究“973”项目(2007CB106800)资助。
作者简介:单贵莲(1982),女,云南沾益人,讲师,博士。Email:shanguilian8203@yahoo.com.cn
通讯作者。Email:chengong65@126.com
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
研究区域位于内蒙古锡林郭勒盟南部太仆寺旗境内,地处N41°35′~42°10′,E114°51′~115°49′。研究区域
土壤类型主要为栗钙土。气候类型属中温带半干旱大陆性气候,冬季寒冷干燥,夏季温暖湿润。年平均气温
1.6℃,年平均降水407mm,主要集中在6、7、8月,年均蒸发量1900.6mm。太阳辐射强,总辐射量560.9~
577.7kJ/cm2。研究区域植被类型以半干旱典型草原为主,以羊草(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)、克氏针茅(犛狋犻狆犪犽狉狔犾狅狏
犻犻)为建群种,位于草群上层,糙隐子草(犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪)、冷蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犳狉犻犵犻犱犪)、星毛委陵菜(犘狅狋犲狀
狋犻犾犾犪犪犮犪狌犾犻狊)形成低矮的下层,伴生成分有!草(犓狅犲犾犲狉犻犪犮狉犻狊狋犪狋犪)、根茎冰草(犃犵狉狅狆狔狉狅狀犿犻犮犺狀狅犻)、寸草苔
(犆犪狉犲狓犱狌狉犻狌狊犮狌犾犪)、矮韭(犃犾犾犻狌犿犪狀犻狊狅狆狅犱犻狌犿)、阿尔泰狗娃花(犎犲狋犲狉狅狆犪狆狆狌狊犪犾狋犪犻犮狌狊)、麻花头(犛犲狉狉犪狋狌犾犪
犮犲狀狋犪狌狉狅犻犱犲狊)、猪毛菜(犛犪犾狊狅犾犪犮狅犾犾犻狀犪)等。有毒有害杂草包括瓣蕊唐松草(犜犺犪犾犻犮狋狉狌犿狆犲狋犪犾狅犻犱犲狌犿)、狼毒
(犛狋犲犾犾犲狉犪犮犺犪犿犪犲犼犪狊犿犲)、披针叶黄华(犜犺犲狉犿狅狆狊犻狊犾犪狀犮犲狅犾犪狋犪)等。
1.2 研究方法
1.2.1 样地选择与设置 在内蒙古锡林郭勒盟南部太仆寺旗境内,采用空间系列代替时间系列的取样方式,根
据实地调查、资料记载与调查访问,选取植被组成一致、土壤类型相同,但围封年限不同,处于不同恢复演替阶段
的生长季围封草地为研究对象,同时选取未围封的自由放牧草地为对照,研究样地地理位置、演替阶段及管理方
式见表1。
表1 研究样地描述
犜犪犫犾犲1 犇犲狊犮狉犻狆狋犻狅狀狅犳狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋狊犻狋犲狊
样地
Site
地理位置
Location
海拔
Elevation(m)
优势种构成
Dominantspecies
利用与管理方式
Utilizationandmanagement
自由放牧Grazing
land(0Ex)
E115°13′28″
N41°49′18″
1421 星毛委陵菜+冷蒿+糙隐子草
犘.犪犮犪狌犾犻狊+犃.犳狉犻犵犻犱犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
连续多年重度放牧利用(载畜量2.5~3.5羊单位/
hm2),退化演替达重度退化阶段。Grazingfor
manyyears(2.5~3.5sheep/ha),nowarrivesto
heavydegradation.
02年围封Exclosed
in2002(7Ex)
E115°11′50″
N41°41′53″
1413 羊草+根茎冰草+冷蒿+糙隐子草
犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊+犃.犿犻犮犺狀狅犻+犃.犳狉犻犵犻犱
+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
生长季围封恢复草地,围封前放牧利用至重度退化
阶段,围封后4-9月禁牧,9月中下旬打草1次,10
月初-次年3月底轻度放牧利用(载畜量0.5羊单
位/hm2)。Inseasonalexclosurecondition,grazed
toheavydegradationbeforeexclosure,prohibiting
grazingfromApriltoSeptember.Afterexclosure,
mowingonetimeinlateSeptember,andthengraz
ingutilizationfromearlyOctobertolate March
(0.5sheep/ha).
99年围封Exclosed
in1999(10Ex)
E115°12′00″
N41°45′46″
1402 羊草+冷蒿+克氏针茅犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊+
犃.犳狉犻犵犻犱+犛.犽犾犿犲狀狕犻犻
96年围封Exclosed
in1996(13Ex)
E115°13′31″
N41°49′51″
1423 羊草+克氏针茅犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊+
犛.犽犾犿犲狀狕犻犻
89年围封Exclosed
in1989(20Ex)
E115°07′56″
N41°45′59″
1390 羊草+克氏针茅+冷蒿+糙隐子草
犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊+犛.犽犾犿犲狀狕犻犻+犃.犳狉犻犵犻犱
+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
1.2.2 土样采集 2008年8月中旬,在每一样地内采用蛇形取样法选取30个点,用土钻按0~10,10~20,20~
30cm分层取样,剔除根系、石块等杂物后,按层混合,将样品分成2份,一份风干,另一份保鲜带回实验室,4℃保
存于冰箱,用于土壤性状的分析测定。另外用环刀按同样层次取样测定土壤容重。
1.2.3 土样分析方法 土壤机械组成用全自动激光粒度仪、容重用环刀法、孔隙度用比重瓶法、有机质用重铬酸
钾容量法—外加热法、全氮用半微量凯氏法、全磷用HClO4-H2SO4 消化法、速效氮用碱解扩散法、速效磷用碳
酸氢钠浸提—钼锑抗比色法、速效钾用NH4OAc浸提—火焰光度计法测定[11]。土壤细菌、真菌、放线菌、自身固
2 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
氮菌用稀释平板计数法测定[12];土壤微生物生物量碳用熏蒸提取—仪器分析法、土壤微生物生物量氮用熏蒸提
取—凯氏定氮法测定[13];土壤脲酶用苯酚钠比色法、蛋白酶用FolinCiocalteu比色法、转化酶用硫代硫酸钠滴定
法测定[14]。
1.2.4 数据分析 采用SPSS11.5进行单因素方差分析(OnewayANOVA)、显著性检验(Duncan法)和相关
分析(Pearson法);采用Excel2003作图。
2 结果与分析
2.1 土壤物理性状的变化
2.1.1 土壤机械组成的变化 土壤机械组成是影响土壤一系列物理与化学性质的重要因子,土壤机械组成不
同,土壤的养分含量和供给能力不同。典型草原恢复演替过程中土壤机械组成发生了明显变化(表2),表现为随
围封年限的延长,土壤0~10,10~20cm土层中粗沙(3.00~0.25mm)含量显著降低(犘<0.05),围封13年最
低,之后略有增加;细沙(0.25~0.05mm)、粉粒(0.05~0.002)和粘粒(<0.002mm)含量显著增加(犘<0.05),
以围封10~13年最高,之后略有降低。
表2 典型草原恢复演替过程中土壤机械组成变化
犜犪犫犾犲2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狊狅犻犾犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊 %
 取样深度
 Depth(cm)
土壤机械组成
Soilmechanicalcomposition
0Ex 7Ex 10Ex 13Ex 20Ex
0~10 中粗沙 Mediumcoarsesand(3~0.25mm) 31.25±1.27c 21.43±1.23b 14.36±1.11a 13.00±0.22a 23.59±1.10b
细沙Finesand(0.25~0.05mm) 37.62±0.09a 41.92±0.96c 42.07±1.04c 43.38±0.51d 39.80±0.90b
粉粒Silt(0.05~0.002mm) 20.66±0.33a 22.81±0.19b 27.82±1.02c 29.97±0.79c 23.66±0.72b
粘粒Clay(<0.002mm) 10.48±1.48a 13.84±1.92b 15.76±1.06c 13.64±0.50b 12.95±0.72b
10~20 中粗沙 Mediumcoarsesand(3~0.25mm) 29.41±0.74c 22.09±0.71b 18.19±0.89a 17.05±0.07a 21.65±1.83b
细沙Finesand(0.25~0.05mm) 38.35±2.15a 42.66±0.40b 40.54±1.08b 41.22±0.54b 41.39±0.72b
粉粒Silt(0.05~0.002mm) 21.78±0.88a 23.49±0.55b 28.02±0.12c 29.43±0.46c 24.87±1.43b
粘粒Clay(<0.002mm) 10.46±0.53a 12.76±1.87b 13.25±1.04b 12.30±0.15b 12.08±0.54b
20~30 中粗沙 Mediumcoarsesand(3~0.25mm) 24.39±0.71b 22.92±0.23ab 20.68±1.00ab19.41±0.53a 21.62±1.06ab
细沙Finesand(0.25~0.05mm) 38.21±0.73a 37.72±0.38a 36.99±0.61a 36.54±0.67a 37.53±0.45a
粉粒Silt(0.05~0.002mm) 25.82±0.78a 26.71±0.26ab 28.41±1.41ab29.62±1.01b 27.86±0.55ab
粘粒Clay(<0.002mm) 11.58±0.80a 12.65±0.35a 13.92±0.20a 12.43±0.20a 13.00±0.97a
 注:同行中不同字母表示在0.05水平上差异显著。
 Notes:Postscriptsinthesamerowwithdifferentlettersindicatewhicharesignificantlydifferentat犘<0.05.
2.1.2 土壤容重和孔隙度的变化 土壤容重和孔隙度及其分布可以反映土壤结构的好坏,影响着土体中水、肥、
气、热等诸肥力因素的变化和协调[7]。与自由放牧草地相比,围封后由于植被恢复,其覆盖作用使土壤免遭风蚀,
并随着大量枯落物的归还以及植被对风蚀细粒物质和降尘的截获效应,使得围封后土壤0~30cm土层容重显著
下降,孔隙度显著增加(犘<0.05)(图1)。具体为,围封7,10,13,20年,土壤0~10cm土层容重下降4.12%,
11.32%,14.56%,5.67%,孔隙度增加5.67%,7.40%,7.95%,5.44%;10~20cm 土层容重下降0.56%,
4.35%,6.19%,4.96%,孔隙度增加4.78%,7.20%,7.74%,4.93%;20~30cm 容重下降1.04%,2.36%,
3.17%,0.52%,孔隙度增加2.37%,3.55%,4.89%,2.61%。
2.2 土壤养分的变化
土壤养分动态变化的研究能够直接而准确地反映植物与土壤环境作用的本质关系和动态特征,特别是半干
旱脆弱地带草地自然修复对其土壤生态环境产生的效应,从而达到认识草地封育恢复与管理运营模式的目的[9]。
重度退化自由放牧草地采用生长季围封措施后,草地恢复演替,土壤养分含量显著增加,且随围封年限的延长呈
3第21卷第4期 草业学报2012年
增加的变化趋势(表3)。同时,土壤养分向表层聚集明显,表现出植被恢复对土壤养分的表聚作用。具体为,与
重度退化自由放牧草地相比,围封7年,土壤0~10cm土层有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量均显
著增加(犘<0.05),10~20cm土层全磷含量显著增加(犘<0.05),20~30cm土层养分含量无显著性增加;围封
10,13,20年,土壤0~10cm土层有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量均显著增加(犘<0.05),10~20
cm土层全氮、全磷、速效磷、速效钾含量均显著增加(犘<0.05),20~30cm土层全氮、速效氮、速效磷、速效钾含
量显著增加(犘<0.05)。
图1 典型草原恢复演替过程中土壤容重及孔隙度变化
犉犻犵.1 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犫狌犾犽犱犲狀狊犻狋狔犪狀犱狋狅狋犪犾狆狅狉狅狊犻狋狔狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
不同小写字母表示差异显著(犘<0.05)。下同。Differentsmallettersmeansignificantdifferenceat犘<0.05.Thesamebelow.
表3 典型草原恢复演替过程中土壤养分变化
犜犪犫犾犲3 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狀狌狋狉犻犲狀狋狊狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
取样深度
Depth(cm)
样地
Sites
有机质
Organicmatter(g/kg)
全氮
TotalN(g/kg)
全磷
TotalP(g/kg)
速效氮
AvailableN(mg/kg)
速效磷
AvailableP(mg/kg)
速效钾
AvailableK(mg/kg)
0~10 0Ex 27.952±0.608d 2.105±0.017c0.262±0.004c 139.918±0.460d 2.242±0.033d 168.000±1.732c
7Ex 29.057±0.366c 2.298±0.031b0.285±0.004b 160.445±0.725b 2.517±0.067c 181.667±2.028b
10Ex 31.319±0.819b 2.372±0.038a0.299±0.002a 168.526±1.497b 2.650±0.058bc 186.500±3.279b
13Ex 34.002±0.237a 2.385±0.031a0.300±0.005a 195.141±1.125a 3.000±0.144a 201.000±3.253a
20Ex 30.211±0.545c 2.350±0.003ab0.286±0.002b 149.885±5.365c 2.917±0.120b 198.833±1.093a
10~20 0Ex 19.465±0.474c 1.579±0.032c0.207±0.001c 123.485±3.457c 1.300±0.033c 74.967±3.372c
7Ex 20.361±0.762bc 1.620±0.041c0.220±0.002b 129.290±2.705c 1.500±0.058c 77.700±0.794c
10Ex 20.816±0.153bc 1.850±0.018b0.226±0.004b 143.743±1.879b 1.767±0.033b 90.667±3.254b
13Ex 22.284±0.116a 1.944±0.007a0.227±0.004ab 156.715±2.485a 2.050±0.058a 100.000±0.577a
20Ex 20.943±0.055b 1.942±0.025a0.233±0.004a 130.597±0.187c 1.867±0.033b 104.333±2.333a
20~30 0Ex 10.680±0.328a 1.034±0.018c0.174±0.001b 84.586±0.777c 0.917±0.033b 54.300±1.537c
7Ex 10.827±0.154a 1.085±0.015c0.175±0.002b 87.158±3.701c 1.017±0.033b 55.267±0.260c
10Ex 11.170±0.329a 1.147±0.037b0.179±0.006b 92.668±2.211b 1.200±0.029a 62.033±1.683b
13Ex 11.608±0.152a 1.172±0.029ab0.178±0.002b 101.438±1.960a 1.250±0.029a 73.600±1.179a
20Ex 11.430±0.168a 1.226±0.008a0.186±0.002a 97.267±0.389ab 1.317±0.017a 75.367±0.940a
 注:同列中不同字母表示在0.05水平上差异显著。
 Notes:Postscriptsinthesamecolumnwithdifferentlettersindicatewhicharesignificantlydifferentat犘<0.05.
2.3 土壤生物学性状的变化
2.3.1 土壤微生物数量的变化 土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,土壤微生物的活动与土壤矿物的
分解有密切关系,特别是对土壤团粒结构的形成及稳定起着决定作用,同时也影响植物根系对养分的吸收[12,15]。
4 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
典型草原恢复演替过程中,土壤细菌、真菌、放线菌、自身固氮菌数量显著增加(图2),不同围封年限土壤0~30
cm土层细菌数量的高低顺序为:20Ex>7Ex>13Ex>10Ex>0Ex,真菌、放线菌和自身固氮菌数量的高低顺序
为:13Ex>20Ex>10Ex>7Ex>0Ex。具体表现为,1)与自由放牧草地相比,围封7,10,13年,土壤0~10cm土
层细菌数量无显著性增加,10~20,20~30cm土层细菌数量呈无规律性变化;围封20年,土壤0~10,10~20,20
~30cm土层细菌数量均显著增加(犘<0.05)。2)围封7,10年,土壤0~10,10~20,20~30cm土层放线菌数量
无显著性增加;围封13年,土壤0~10,10~20,20~30cm土层放线菌数量显著增加(犘<0.05);围封20年,土
壤0~10cm土层放线菌数量显著增加(犘<0.05),10~20,20~30cm土层放线菌数量无显著性增加。3)围封
7,10年,土壤0~10cm土层真菌数量显著增加(犘<0.05),10~20,20~30cm土层真菌数量无显著变化;围封
13,20年,土壤各层真菌数量均显著增加(犘<0.05)。4)围封7年,土壤0~10,10~20,20~30cm土层自身固氮
菌无显著性增加;围封10,13,20年,土壤0~10,10~20,20~30cm 土层自身固氮菌数量均显著增加(犘<
0.05)。上述研究结果表明,典型草原围封后植被恢复演替,较多的根量和凋落物的输入与分解改善了土壤环境,
促进了土壤有机质的形成和积累,土壤环境良性发展,微生物数量增加。
图2 典型草原恢复演替过程中土壤微生物数量及生物量的变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狊狅犻犾犿犻犮狉狅犫犻犪犾狀狌犿犫犲狉犪狀犱犫犻狅犿犪狊狊狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
5第21卷第4期 草业学报2012年
2.3.2 土壤微生物生物量碳、氮的变化 土壤微生物生物量碳(soilmicrobialbiomassC)是指土壤中所有活微
生物体中碳的总量,通常占微生物干物质的40%~50%,是反映土壤微生物生物量大小的重要指标。典型草原
恢复演替过程中土壤微生物生物量碳含量显著增加(图2),围封7年,土壤0~10cm土层微生物生物量碳含量
显著增加,与自由放牧草地差异显著(犘<0.05),10~20,20~30cm土层无显著变化;围封10,13,20年,土壤0
~10,10~20,20~30cm微生物生物量碳含量均显著增加,与自由放牧草地差异显著(犘<0.05)。
土壤微生物生物量氮(soilmicrobialbiomassN)是指土壤中所有活微生物体中氮的总量,是土壤中最活跃
的有机氮组分,其周转速率快,对土壤氮素循环及植物氮素营养起主要作用。典型草原恢复演替过程中土壤微生
物生物量氮含量显著增加(图2),围封7年,土壤0~10cm土层微生物生物量氮含量显著增加,与自由放牧草地
差异显著(犘<0.05),10~20,20~30cm土层无显著变化;围封10,13,20年,土壤0~10,10~20,20~30cm土
层微生物生物量氮含量均显著增加,与自由放牧草地差异显著(犘<0.05)。
2.3.3 土壤酶活性的变化 土壤酶参与土壤的发生、发展及许多重要的生物化学过程,并与土壤肥力形成密切
相关[16]。典型草原恢复演替过程中土壤脲酶、蛋白酶及转化酶活性均显著增强(表4),不同围封年限土壤0~30
cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性的高低顺序为:13Ex>20Ex>10Ex>7Ex>0Ex。具体为,与自由放牧草地相
比,围封7年,土壤0~10cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性显著增强(犘<0.05),10~20,20~30cm土层脲酶、
蛋白酶、转化酶活性无显著变化;围封10年,土壤0~10cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性显著增强(犘<0.05),
10~20cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性无显著变化,20~30cm土层脲酶和转化酶活性显著增强(犘<0.05),
蛋白酶活性无显著变化;围封13年,土壤0~10,10~20,20~30cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性均显著增强
(犘<0.05);围封20年,土壤0~10,20~30cm土层脲酶、蛋白酶、转化酶活性显著增强(犘<0.05),10~20cm
土层蛋白酶、转化酶活性显著增强(犘<0.05),脲酶活性无显著性变化。
表4 典型草原恢复演替过程中土壤酶活性的变化
犜犪犫犾犲4 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犪狋犻狅狀狊狌犮犮犲狊狊犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
取样深度 Depth(cm) 样地Sites 脲酶Urease(mg/g) 蛋白酶Protease(μg/g) 转化酶Invertase(mL/g)
0~10 0Ex 10.600±0.115d 98.570±2.814c 18.753±0.775c
7Ex 11.667±0.176c 127.658±4.494b 20.810±0.365b
10Ex 11.467±0.240c 132.794±3.105b 22.023±0.647b
13Ex 14.200±0.231a 146.523±3.700a 25.400±0.542a
20Ex 13.267±0.291b 133.938±2.977b 24.433±0.665a
10~20 0Ex 9.467±0.176b 75.229±5.013b 10.663±0.347c
7Ex 9.600±0.115b 80.051±1.863ab 10.910±0.450c
10Ex 9.800±0.115b 83.195±2.279ab 12.367±0.324b
13Ex 10.600±0.115a 87.308±3.705a 14.063±0.480a
20Ex 9.733±0.176b 88.632±2.564a 14.363±0.400a
20~30 0Ex 6.333±0.067c 53.616±5.490c 8.287±0.385c
7Ex 6.533±0.067c 55.679±2.604c 8.720±0.262c
10Ex 7.333±0.173b 64.021±1.999bc 9.553±0.318b
13Ex 7.933±0.133a 74.003±3.627ab 10.367±0.271ab
20Ex 8.133±0.176a 78.778±5.227a 10.750±0.250a
2.4 土壤生物学性状与理化性状间的相关关系
典型草原恢复演替过程中土壤生物学性状与理化性状相关分析结果表明(表5),土壤生物学性状与土壤容
重呈负相关关系,与<0.05mm的粘粉粒含量、孔隙度、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾呈正相关关
系,以真菌数量、微生物生物量氮、蛋白酶活性3个生物学指标与土壤理化性状指标间的相关关系最为显著。
6 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
表5 土壤生物学性质与理化性质间的相关性分析
犜犪犫犾犲5 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊犫犲狋狑犲犲狀狊狅犻犾犫犻狅犾狅犵犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊犪狀犱狊狅犻犾狆犺狔狊犻犮狅犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊
项目
Item
细菌
Bacteria
放线菌
Actinomycetes
真菌
Fungi
自身固氮菌
Azotobacter
微生物量碳
Microbialbiomass
carbon
微生物量氮
Microbialbiomass
nitrogen
脲酶
Urease
蛋白酶
Protease
转化酶
Invertase
<0.05mm粘粉粒含量Siltand
claycontents(<0.05mm)
0.044 0.805 0.843 0.819 0.834 0.918 0.708 0.804 0.707
容重Bulkdensity -0.169 -0.902 -0.912 -0.910 -0.922 -0.975 -0.830 -0.892-0.823
孔隙度Porosity 0.251 0.798 0.913 0.790 0.828 0.936 0.735 0.869 0.735
有机质 Organicmatter 0.132 0.958 0.870 0.966 0.948 0.964 0.905 0.880 0.851
全氮 Totalnitrogen 0.594 0.875 0.970 0.867 0.929 0.921 0.857 0.9650.941
全磷 Totalphosphorus 0.542 0.805 0.975 0.789 0.862 0.922 0.774 0.941 0.844
速效氮 Availablenitrogen -0.114 0.837 0.740 0.850 0.813 0.878 0.759 0.732 0.662
速效磷 Availablephosphorus 0.529 0.966 0.975 0.957 0.988 0.966 0.958 0.9910.986
速效钾 Availablepotassium 0.625 0.940 0.928 0.928 0.961 0.897 0.956 0.9620.998
 注:双尾t检验概率,表示相关性在0.01水平上显著,表示在0.05水平上显著。
 Notes:Twotailed,,correlationissignificantatthe0.01level,,correlationissignificantatthe0.05level.
3 讨论与结论
前人研究指出,退化草地围封后植被恢复演替,土壤结构与环境改善,土壤有机质和养分含量增加[410],土壤
微生物数量增加、酶活性增强[1719]。本研究结果表明,典型草原恢复演替过程中,土壤性状发生了一系列演变。
与自由放牧草地相比,围封7,10,13,20年,土壤0~30cm土层容重显著下降,<0.05mm的粉粘粒含量和孔隙
度显著增加;土壤养分、微生物数量、微生物生物量显著增加,酶活性增强,且随围封年限的延长呈增加的变化趋
势,同时,土壤养分向表层聚集明显,表现出植被恢复对土壤养分的表聚作用。分析围封对土壤物理、化学和生物
学因素的影响机理为:退化草地围封后,草地恢复演替,植被盖度增加,从而抑制了土壤侵蚀,土壤结构改善,容重
下降,孔隙度增加;且围封后多年生禾草增加,禾草具有致密的根系,较多的根量和地表凋落物的输入与分解促进
了土壤有机质的形成和积累,为土壤微生物提供了充足的食物源,土壤养分含量增加,微生物数量和酶活性增强。
宝音陶格涛等[20]指出,在锡林郭勒盟典型草原区,过去几十年由于忽视草地资源的科学管理和合理利用,采
取掠夺式经营,超载放牧,草畜矛盾日益突出,生态系统平衡失调,导致草地生态系统环境恶化,生产力下降,草场
退化加剧。近年来,随着以草定畜、围封转移、季节休牧等政策的实施,牧民多数将自己所分草场进行围栏保护,
留作割草地以做冬春饲草。但是这部分有限的围栏草场要想维持家庭的正常经济运作,不得不采用连年打草的
方式来满足各户的牲畜数量与质量,这样草场得不到缓息,退化现象仍得不到有效的遏制。本研究结果显示,退
化草地采用生长季围封恢复措施后,土壤结构与环境明显改善,土壤养分含量随围封年限的延长显著增加,但由
于围封后草地仍进行连年割草利用,连年割草一方面减少了土壤植被的覆盖和枯枝落叶的积累,另一方面使植物
体的营养元素从群落中输出,养分亏损,失去平衡,从而导致围封20年土壤质量有下降的变化趋势。因此,退化
草地围封恢复演替过程中的合理利用(如合理的割草制度等)及有效管理有待进一步研究。
土壤微生物是土壤生物系统的重要组成部分,其数量多少、活动能力强弱和生物活性都与土壤营养物质的转
化能力有着直接的关系,土壤中的微生物一方面反映土壤中物质和能量代谢的旺盛程度,另一方面也反映了土壤
的肥力状况[21,22]。草地生态系统中土壤微生物活动能力的强弱受土壤状况、牧草生长、利用方式和强度等的影
响,且对土壤环境的变化较为敏感[23]。然而,对于土壤微生物数量、生物量及酶活性能否作为土壤肥力和土壤健
康评价的指标,不同学者观点不一。有学者认为,土壤酶活性与土壤有机质、全氮、速效磷之间具有显著的相关
性,可以用来指示土地的健康状况[24]。土壤微生物数量和生物活性的高低具有时效性,可以反映土壤养分转化
的强弱,是土壤肥力和土壤健康的重要指标[25,26]。也有学者认为,土壤微生物数量和生物活性与土壤的营养水
7第21卷第4期 草业学报2012年
平间并不存在显著相关关系[27]。本研究结果表明,放牧草地围封后引起的土壤结构的改善和养分含量的增加,
使土壤微生物数量和生物量增加、生物活性显著增强,并且土壤微生物数量、生物量及生物活性的变化与土壤养
分变化规律相同,两者关系密切,以真菌数量、微生物生物量氮、蛋白酶活性3个生物学指标与土壤养分间的关系
最为密切。因此认为土壤微生物数量、生物量及酶活性可以用来作为土壤肥力和土壤健康的评价指标。
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8 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.4
犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀狋犺犲犱狔狀犪犿犻犮犮犺犪狀犵犲狊狅犳狊狅犻犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狋狔狆犻犮犪犾狊狋犲狆狆犲犻狀狋犺犲狉犲狊狋狅狉犻狀犵狆狉狅犮犲狊狊
SHANGuilian1,CHUXiaohui1,TIANQingsong2,MAYubao2,LILinghang2,CHENGong1
(1.PastureScienceDepartment,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;2.Grassland
ResearchInstituteofChineseAcademyofAgriculturalScience,Hohhot010010,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Soilpropertiesoftypicalstepperesponsetorestoringsuccessionprogressweremeasuredinagrass
landexperimentsiteinTaipusicountyofInnerMongolia,China.Thegrasslandshavebeenexclosed(Aprilto
Septembereveryyear)for7,10,13and20years,respectively.SoilsampleswerecolectedinmidAugustin
2008,andsoilphysicalproperties,chemicalpropertiesaswelasbiologicalpropertiesweremonitored.Results
showedthatthesoilpropertiespresentedaseriesevolutiontendencyduringgrasslandrestorationsuccession
process.Comparedwithcontinuousgrazingareas,exclosingtreatmentover7to20yearssignificantlyde
creasedthesoilbulkdensityinthelayerof0-30cm(犘<0.05),andincreasedbothsiltclaycontentandsoil
porosity(犘<0.05).Inaddition,exclosedgrasslandshadsignificantlyhighersoilorganicmatter,totalnitro
gen,totalphosphorus,availablenitrogen,availablephosphorus,availablepotassium,microbequalityandmi
crobialbiomassthancontinuousgrazingareas,especialyinthelayerof0-10cm.Soilstructureandquality
couldbedeterioratedagainandrecoveredgrasslandwouldpresentthesecondretrogressivesuccessiondueto
continuoushaycutting.Furtherstudiesareneededtoinvestigaterationaluseoftypicalsteppeduringtheirre
storingprocess.
犓犲狔狑狅狉犱狊:typicalsteppe;growingseasonexclosure;soilproperties;grasslandsuccession
9第21卷第4期 草业学报2012年