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Effect of grazing intensity on ecological stoichiometry of Deyeuxia angustifolia and meadow soil

放牧强度对草甸植物小叶章及土壤化学计量比的影响



全 文 :放牧强度对草甸植物小叶章及土壤化学计量比的影响
张婷1,翁月1,姚凤娇2,史印涛2,崔国文2,胡国富2
(1.东北农业大学生命科学学院,黑龙江 哈尔滨150030;2.东北农业大学动物科学技术学院,黑龙江 哈尔滨150030)
摘要:本试验在不同放牧强度下,通过分析东北三江平原小叶章草甸的优势植物和土壤的碳氮磷养分及化学计量
比,探讨放牧对生态系统化学计量学特征和养分循环速率的影响机制。试验结果表明,1)随着放牧强度的增加,小
叶章活体与立枯物的全氮、全磷含量也随之增加,放牧使小叶章叶的全氮含量明显增加,而茎的变化不显著;0~10
cm土层根系的全碳、全氮、全磷变化比10~20cm的更敏感;放牧降低了土壤全碳的含量,土壤表层的全氮含量随
放牧强度的增加呈先增加后降低的趋势,且以重牧区为最小。2)在6-8月份小叶章全株及叶的C/N值随着放牧
强度的增加先降低后升高,且在中牧区降为最小值,茎的C/N值受放牧的影响变化规律不明显,只有在8月份中牧
区表现为最小值;3)放牧主要影响土壤表层的理化性状以及所含根系的元素含量,7-9月份随着放牧强度的增加,
0~10cm土壤的C/N值降低;7,8月份0~10cm土层根系的的C/N值随着放牧强度的增加先降低后升高,且在
中牧区为最小值,而N/P值却在中牧区为最大值。
关键词:三江平原;小叶章草甸;放牧强度;化学计量比
中图分类号:S812.8;S154.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)02002009
犇犗犐:10.11686/cyxb20140203  
  草原是我国面积最大的内陆生态系统,其健康稳定的发展对于牧区的经济发展及生态环境的安全都起着非
常重要的作用,但近年来中国天然草原有90%发生了不同程度的退化[1]。放牧主要通过动物的采食、践踏以及
排泄物归还来影响草地土壤的养分组成,植物自身通过改变养分的利用策略来适应外界环境的变化。草原生态
系统中,植物的叶片和茎是动物采食和践踏的主要对象,对放牧的响应最为敏感[2]。而且叶和茎作为植物的重要
器官,对植物的生长、发育和生活史的完成都有极其重要的意义。家畜采食不仅能够刺激牧草的生长,还可以促
进地上N、P元素向幼嫩器官重新分配,且 N的转移量大于P[3],从而使放牧草地地上生物量和 N、P含量增
加[4],放牧会改变植物地上部分的形态和功能,C同化和积累能力也会发生变化。另外放牧过程中动物的践踏会
改变土壤物理状况,影响根系对土壤营养的吸收[3],同时放牧后的凋落物、动物的粪便等会改变土壤营养状况,导
致土壤的理化性状发生变化。同时,土壤营养状况、营养吸收能力和同化能力的变化都最终体现到植物C、N和
P含量及计量比的差异上。李香真和陈佐忠[5]1998年研究显示,在一定的放牧强度下,植物和根中的C/N比降
低,Frank[6]在2008年研究了美国黄石国家公园区5个不同地形的放牧草地,发现放牧增加了N浓度而对P浓
度无明显影响,从而提高了枝条N/P值。
氮、磷是植物生长必需的营养元素,也是生态系统中最常见的限制性元素,两者在植物体内存在着功能上的
联系,植物叶片的N、P含量能够反映土壤N、P的有效性,所以,研究植物叶片的N、P含量及其比例关系能更好
地认识和了解生态化学量学以及全球的碳循环模拟和宏观生态学的变化情况。
1 材料与方法
1.1 试验地自然概况
本试验地位于黑龙江省双鸭山市宝清县东升湿地。地处45°47′8″~46°35′55″N,131°14′16″~133°29′48″E。
海拔300~400m,属寒温带大陆性季风气候,年均气温2.3~2.4℃,年均降水量551.5mm,主要集中在7-8
20-28
2014年4月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第23卷 第2期
Vol.23,No.2
收稿日期:20130428;改回日期:20130716
基金项目:公益性行业(农业)科研专项“不同区域草地承载力与家畜配置”(200903060)资助。
作者简介:张婷(1987),女,山东莱芜人,在读硕士。Email:ting_zh19870708@163.com
通讯作者。Email:guofuh2003@yahoo.com.cn
月。≥0℃年积温2500~2700℃,无霜期143.3d,年
均风速2.5m/s。植被类型为以小叶章(犇犲狔犲狌狓犻犪
犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪)为优势种的草甸草原,土壤肥沃,类型为
草甸土,呈微酸性[6]。
1.2 试验地设计
试验地设置4个放牧区,即轻牧区(0.99AU/
hm2·月,LG)、中牧区(1.65AU/hm2·月,MG)、重
牧区(2.30AU/hm2·月,HG)和对照区(0AU/
hm2·月,CK),每个样区设置3个重复(共12个小
区),如表1所示。本放牧试验时间为2012年5月15
日至2012年9月15日,家畜为当地肉牛,出牧时间
表1 试验样地设计
犜犪犫犾犲1 犘犾狅狋犱犲狊犻犵狀
处理
Treatment
牛的数量
Cattle
numbers
(头 Head)
样地面积
Sample
size
(hm2)
载畜量
Rateofstocking
(AU/hm2·
月 Month)
对照区Controlplot(CK) 0 0.25 0
轻牧区Lightgrazing(LG) 4 3.65 0.99
中牧区 Middlegrazing(MG) 4 2.13 1.65
重牧区 Highgrazing(HG) 4 1.53 2.30
 AU:牛头Cattlenumber.
为早6:00-晚18:00,放牧完后赶出小区,试验条件和设施完善。
1.3 试验地取样方法
2012年5月至9月,每月中旬在每个试验小区随机选取6个0.5m×0.5m样方,将样方内的所有小叶章,
用剪刀齐地面剪下,将立枯物与植物活体分开,分别装入密封袋中。将植物样品带回实验室后,将采集样从每个
小区的每个样方中随机选取30株小叶章植物活体,将其茎、叶分开,分别称其鲜重,在105℃下杀青30min,置于
65℃下烘至恒重[8]。
在植被观测样方内,在小叶章成簇生长的地方,采用五点取样法,用土钻(内径为5.0cm)分别取0~10cm,
10~20cm的土壤样品,将每个样方内5个点的同一土层混合,装入封口袋中。将土壤样品分成两部分:其一,将
每个封口袋中土壤分出一小部分(无根系),经风干后粉碎并过筛(0.25mm),放入封口袋中待测;其二,将剩余带
根系的土壤放入孔径大小为0.28mm的尼龙网袋内,置于水中浸泡后,挑拣出所有杂物,取出根系并用清水冲洗
干净。将得到的根系在85℃下烘至恒重。
将烘干后的小叶章全株、根、茎、叶及立枯物粉碎后过0.25mm筛后,留样分析。
1.4 样品的分析测定
植物与土壤的全C含量的测定采用重铬酸钾氧化-外加热法、全N含量的测定采用凯氏定氮法;植物样品
全磷的含量用浓H2SO4-H2O2 消煮,土壤样品采用NaOH熔融法,并用钼锑抗比色法测定。
1.5 数据分析
使用EXCEL软件进行初步处理。用SAS9.1分析软件进行统计分析,结果以均值±标准差形式表示。
2 结果与分析
2.1 放牧对小叶章全株养分和化学计量比的影响
由表2可以看出,全株的全碳含量:在整个放牧季,全碳含量变化规律不明显,中牧区全株全碳含量呈逐渐上
升的趋势,而轻牧、重牧及对照区均呈先下降后上升趋势。受放牧强度的影响,6和9月份,各牧区小叶章全株全
碳含量差异不显著(犘>0.05);7月份,各小区小叶章全株全碳含量随放牧强度的增加而升高;8月份,中牧和重
牧区均显著高于轻牧区、对照区(犘<0.05),以中牧区为最高。小叶章全株的全氮含量:各小区均在6月份为最
大值,之后在7-8月份均有降低,在9月份又有小幅度的回升。受放牧的影响,6-7月份,随着放牧强度的增
加,小叶章全株的全氮含量均呈增加趋势,在8-9月份重牧区的含氮量有所降低,且均以中牧区小叶章全株的全
氮含量为最大。全株的全磷含量:在整个放牧季,对照区(除8月份)和重牧区全磷含量逐渐升高,轻牧区和中牧
区则先升高后降低,且分别在7和8月份达到最大值。每个月份,各小区的全磷含量均随着放牧强度的增加,呈
上升趋势。
在整个放牧季,各放牧区植物全株的C/N,均在8月份达到最大值。受放牧的影响,6-8月份随着放牧强度
的增加C/N先降低后升高,且以中牧区为最小值,但各小区的差异均不显著;9月份随着放牧强度的增加C/N呈
12第23卷第2期 草业学报2014年
逐渐下降的趋势。小叶章全株的N/P值范围在3.96~10.61之间,6-9月份随着放牧强度的增加N/P先升高
后降低。
2.2 放牧对小叶章茎的养分和化学计量比的影响
由表3可以看出,小叶章茎的全碳含量季节变化规律不明显。受放牧的影响,6和8月份,各小区小叶章茎
全碳含量差异显著,大小分别依次为LG>CK>HG>MG和LG>HG>CK>MG;7月份,轻牧和重牧区显著高
于中牧区、对照区(犘<0.05),以重牧区小叶章茎的全碳最高;9月份,重牧区和对照区均显著高于轻牧、中牧区
(犘<0.05)。在整个放牧季,茎全氮含量的规律性不明显。受放牧影响,6和9月份对照区茎的含氮量显著高于
放牧区(犘<0.05),7月份随着放牧强度的增加而升高,8月份在轻牧区茎的全氮含量显著高于其他放牧小区
(犘<0.05)。茎的全磷含量受放牧的影响,7-9月份,轻牧区茎的全磷含量显著高于其他牧区(犘<0.05),6月份
对照区显著高于其他牧区(犘<0.05)。
小叶章茎的C/N化学计量比变化没有全株C/N的规律性强,6-7月份茎的C/N均在轻牧区达到最高值,
且显著高于其他小区(犘<0.05),8月份,随着放牧强度的增加,茎的C/N呈先降低后升高的趋势;9月份,随着
放牧强度的增加C/N逐渐升高,但各小区之间差异并不显著(犘>0.05)。茎的N/P值总体变化规律不明显。
2.3 放牧对小叶章叶的养分和化学计量比的影响
由表4可以看出,叶的全碳含量:在整个放牧季,轻牧区叶的全碳含量逐渐升高,其他牧区的变化规律不明
显。受放牧的影响,6月份各放牧区差异不显著,7月份,对照区叶的全碳含量显著高于其他放牧区(犘<0.05),
8-9月份均呈先升高后降低的趋势。叶的全氮含量:受放牧影响,7-8月份,叶的全氮含量随着放牧强度的增加
逐渐升高,但各牧区间差异不显著,9月份(除中牧区外)也有相同的变化规律。叶的全磷含量:受放牧影响,随着
放牧强度的增加,各月份叶的全磷含量均呈先降低后升高的趋势,且以重牧区为最大值,总体来看放牧能够增加
叶片的全磷含量。
表2 小叶章全株犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲2 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳犇.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪
月份 Month 处理Treatment C(%) N(%) P(%) N/P C/N
6月June CK 52.94±2.55a 1.01±0.08a 0.11±0.02a 9.26±1.41a 52.71±6.34a
LG 49.31±2.34a 1.24±0.04a 0.12±0.03a 10.75±2.62a 39.96±2.56b
MG 49.88±2.19a 1.26±0.05a 0.12±0.02a 10.61±1.92a 39.72±1.80b
HG 53.22±1.04a 1.28±0.03b 0.13±0.02a 10.19±1.79a 41.67±1.36b
7月July CK 45.80±1.38c 0.74±0.05b 0.13±0.02c 5.72±0.72a 61.75±2.64a
LG 47.62±1.64bc 0.75±0.04b 0.16±0.01b 4.87±0.44ab 63.26±3.01a
MG 51.08±1.91ab 0.84±0.05a 0.16±0.01b 5.20±0.42ab 61.09±5.59a
HG 52.99±3.05a 0.85±0.03a 0.19±0.01a 4.54±0.36b 62.49±4.16a
8月August CK 53.54±2.35b 0.73±0.02b 0.11±0.02b 6.95±1.05a 73.31±5.52a
LG 57.39±2.06ab 0.84±0.03a 0.12±0.02b 7.42±1.33a 68.47±2.14a
MG 60.84±3.41a 0.87±0.03a 0.20±0.02a 4.40±0.49b 69.68±2.02a
HG 60.34±3.47a 0.86±0.03a 0.22±0.02a 3.96±0.30b 70.30±1.87a
9月September CK 58.90±3.68a 0.81±0.05b 0.19±0.02b 4.33±0.62b 73.25±4.67a
LG 59.02±2.74a 0.93±0.03a 0.12±0.02c 8.31±1.66a 63.43±4.87b
MG 61.54±2.49a 1.01±0.10a 0.12±0.02c 8.24±1.08a 61.58±8.26b
HG 57.05±2.10a 0.97±0.03a 0.24±0.02a 4.15±0.48b 58.75±2.92c
 注:表中数据为平均值,多重比较仅限于同月份之间,同列中不同小写字母表示放牧强度间差异显著(犘<0.05),下同。
 Note:Dataaremeans,multiplecomparisonislimitedinasamemonth,anddifferentlowercaselettersinthesamecolumnaresignificantlydifferent
amongthetreatmentsatthe0.05level,thesamebelow.
22 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.2
表3 小叶章茎的犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲3 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳犇.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪狊狋犲犿
月份 Month 处理Treatment C(%) N(%) P(%) N/P C/N
6月June CK 45.70±3.33b 0.88±0.05a 0.13±0.020a 7.04±0.68c 51.77±2.97c
LG 55.92±2.68a 0.55±0.08b 0.06±0.006bc 9.80±0.40b 102.50±10.31a
MG 39.99±2.46c 0.66±0.06b 0.07±0.005b 9.10±1.10b 60.51±4.22bc
HG 42.34±2.21bc 0.66±0.06b 0.04±0.005c 14.77±0.29a 64.30±4.91b
7月July CK 45.70±2.22ab 0.53±0.05b 0.05±0.006b 11.30±2.48b 87.45±7.21bc
LG 47.28±1.88a 0.50±0.08b 0.05±0.003ab 9.43±1.93b 95.99±10.80a
MG 42.29±2.23b 0.61±0.07ab 0.06±0.004a 10.87±0.46b 69.26±6.21b
HG 47.98±2.45a 0.73±0.08a 0.04±0.003c 20.44±0.18a 66.74±9.45b
8月August CK 46.27±2.18b 0.35±0.02d 0.04±0.004b 7.97±1.09b 133.27±11.37a
LG 51.68±1.63a 0.54±0.03a 0.08±0.005a 6.40±0.07c 96.31±7.69b
MG 39.23±2.81c 0.42±0.02c 0.04±0.003b 9.90±0.35a 94.44±3.35b
HG 47.90±2.58ab 0.48±0.03b 0.08±0.003a 6.01±0.59c 100.46±11.50b
9月September CK 59.77±3.42a 0.76±0.09a 0.03±0.001d 23.23±1.97a 78.74±4.35a
LG 52.09±2.41b 0.58±0.06b 0.12±0.003a 4.96±0.38d 90.67±13.03a
MG 53.02±2.56b 0.58±0.05b 0.04±0.002c 13.92±1.96b 92.23±11.51a
HG 58.67±1.76a 0.63±0.02b 0.07±0.003b 8.92±0.48c 93.43±0.42a
表4 小叶章叶的犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲4 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳犇.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪犾犲犪狏犲狊
月份 Month 处理Treatment C(%) N(%) P(%) N/P C/N
6月June CK 50.16±2.39a 3.21±0.21a 0.37±0.02b 8.70±1.02b 15.73±1.77b
LG 48.88±2.67a 2.37±0.03b 0.16±0.01d 15.03±0.71a 20.66±1.23a
MG 50.43±2.49a 2.46±0.19b 0.28±0.02c 8.67±0.17b 20.59±1.50a
HG 49.81±3.59a 2.91±0.15a 0.49±0.06a 5.99±0.48c 17.10±0.43b
7月July CK 55.35±2.17a 2.02±0.19a 0.16±0.02b 12.84±0.11b 27.56±1.53a
LG 49.13±3.59b 2.12±0.12a 0.15±0.01b 14.61±0.65a 23.14±0.39b
MG 47.61±2.43b 2.15±0.15a 0.17±0.01b 12.84±0.28b 22.15±1.13b
HG 46.84±2.59b 2.26±0.12a 0.24±0.02a 9.52±0.42c 20.76±1.78b
8月August CK 41.51±1.78b 2.45±0.05c 0.12±0.02b 20.97±2.30b 16.92±0.85a
LG 51.38±1.81a 3.17±0.07b 0.11±0.02b 30.07±4.51a 16.24±0.92a
MG 48.70±3.16a 3.46±0.08a 0.11±0.01b 31.28±3.21a 14.10±1.05b
HG 40.77±2.39b 3.50±0.10a 0.26±0.02a 13.46±0.52c 11.65±0.67c
9月September CK 47.44±1.76c 2.37±0.13b 0.16±0.02bc 15.40±0.71b 19.99±0.73b
LG 53.11±3.40ab 3.39±0.25a 0.13±0.00c 26.61±1.61a 15.71±1.55c
MG 55.41±2.23a 2.21±0.30b 0.18±0.02b 12.46±2.32b 25.26±2.42a
HG 50.27±1.02bc 3.38±0.15a 0.24±0.02a 14.37±1.79b 14.89±0.92c
叶的C/N值季节变化规律不明显,均在8-9月份下降。在放牧初期的6月份,随着放牧强度的增加C/N
呈先升高后降低的趋势,7-9月份(除中牧区)随着放牧强度的增加叶的C/N值逐渐降低。叶的N/P值范围为
8.70~30.07之间,高于全株与茎的N/P值,其变化规律与全株的相同。
32第23卷第2期 草业学报2014年
2.4 放牧对小叶章立枯物的养分和化学计量比的影响
由表5可以看出,在整个放牧季,轻牧区和中牧区立枯物的全碳含量均在8月份达到最大值,重牧区和对照
区在6月份为最大值。受放牧的影响,随着放牧强度的增加,7-9月份立枯物的全碳含量呈先升高后降低的趋
势,且均在轻牧区为最大,6月份各牧区的全碳含量大小依次为:CK>HG>MG>LG。立枯物的全氮含量:受放
牧强度的影响,随着放牧强度的增加,6,7,9月份,立枯物的全氮含量均呈上升的趋势,且在9月份各放牧小区之
间差异显著(犘<0.05);8月份呈先升高后降低的趋势,且对照区立枯物的全氮含量显著低于放牧区(犘<0.05)。
立枯物全磷含量:受放牧影响,8-9月份,随着放牧强度的增加,立枯物的全磷含量呈上升趋势;6和7月份全磷
的变化规律不明显,大小依次为HG>LG>MG>CK。
由于立枯物直接来源于地上植物活体,其C/N变化规律与植物类似。N/P值,6-9月份,随着放牧强度的
增加,呈先升高后降低的趋势,其值在3.53~9.43之间。
表5 小叶章立枯物犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲5 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳犇.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪狊狋犪狀犱犻狀犵犾犻狋狋犲狉
月份 Month 处理Treatment C(%) N(%) P(%) N/P C/N
6月June CK 55.74±0.96a 0.97±0.06b 0.21±0.01b 4.60±0.08b 57.80±3.08a
LG 42.32±1.70d 1.13±0.07b 0.24±0.04b 4.70±0.45b 37.50±0.72b
MG 48.70±1.20c 1.35±0.05a 0.22±0.01b 6.30±0.29a 36.00±1.24b
HG 51.31±0.70b 1.39±0.20a 0.39±0.04a 3.50±0.19c 37.50±4.75b
7月July CK 41.71±1.10c 0.75±0.09b 0.15±0.020c 4.83±0.21ab 56.30±5.47a
LG 55.62±0.80a 0.99±0.08a 0.22±0.016b 4.45±0.25b 56.50±4.19a
MG 46.85±0.90b 1.11±0.12a 0.21±0.008b 5.19±0.48a 42.70±4.93b
HG 39.90±0.79d 1.16±0.06a 0.25±0.008a 4.76±0.35ab 34.40±1.62c
8月August CK 54.87±1.30c 1.02±0.08b 0.14±0.02b 7.16±0.28b 53.88±3.91a
LG 71.60±1.50a 1.32±0.09a 0.14±0.01b 9.43±1.33a 54.31±3.36a
MG 68.25±0.10b 1.29±0.09a 0.20±0.02a 5.93±0.98b 52.88±3.68a
HG 46.84±1.82d 1.22±0.12a 0.22±0.02a 6.48±0.39b 38.59±3.94b
9月September CK 46.84±1.94b 0.83±0.05c 0.17±0.005c 5.55±0.27b 56.61±3.35b
LG 52.30±1.10a 0.85±0.05c 0.18±0.010bc 4.68±0.05c 61.32±2.09a
MG 49.45±1.29b 1.05±0.07b 0.20±0.003b 5.30±0.30ab 47.24±2.66c
HG 36.90±1.12c 1.35±0.05a 0.24±0.015a 5.70±0.30a 27.28±0.17d
2.5 放牧对地下根系化学计量比的影响
由表6可以看出,0~10cm土层根系,轻牧、中牧区随着季节的推移C/N值减小,对照区和重牧区均在7月
份达到最大值。受放牧的影响,6-8月份C/N值随着放牧强度的增加呈升-降-升的趋势;9月份则为先升高
后降低,且在中牧区达到最大值。6-8月份的N/P值均以中牧区为最大值,说明中度放牧使氮、磷元素更多的
向根系转移。
10~20cm土层的根系,C/N值没有明显的变化规律,除8月份外,重牧区碳氮比显著大于轻牧、中牧区
(犘<0.05);N/P值6月份先降低后升高,9月份逐渐升高,其他月份变化规律不明显。
2.6 放牧对土壤化学计量比的影响
由表7可以看出,0~10cm土层,7和9月份,土壤的C/N值随着放牧强度的增加而降低;6和8月份各个放
牧区C/N值差异不显著,分别在轻牧区和重牧区为最小值;N/P值的变化在各牧区差异不显著。10~20cm土
层的C/N值比0~10cm的相对要低,但变化规律不明显。N/P值均以对照区为最高(9月份除外),且各牧区之
间的差异性不显著。
42 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.2
表6 地下根系犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲6 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳狉狅狅狋狊狌狀犱犲狉犵狉狅狌狀犱
月份 Month 处理Treatment
0~10cm
C/N N/P
10~20cm
C/N N/P
6月June CK 30.80±2.04b 4.10±0.42b 32.40±1.22a 4.70±0.19b
LG 38.60±0.46a 3.00±0.08c 32.20±2.90a 3.50±0.19b
MG 17.00±1.75c 6.90±0.44a 26.10±1.20b 3.80±0.48b
HG 33.40±1.74b 4.40±0.21b 25.90±1.70b 7.40±1.51a
7月July CK 46.70±5.58a 2.40±0.31c 54.00±6.12a 3.40±0.19c
LG 35.30±1.48b 3.90±0.54b 30.20±1.18b 7.20±0.12a
MG 17.10±4.05c 6.30±0.36a 26.00±1.79b 5.10±0.39b
HG 34.90±3.42b 3.80±0.16b 28.60±3.07b 3.76±0.58c
8月August CK 26.40±1.78a 8.30±0.43c 21.00±0.75c 9.80±0.22b
LG 21.30±1.45b 11.30±0.20b 17.60±0.76c 11.00±0.56a
MG 16.00±1.57c 12.10±1.13a 25.60±2.50b 6.40±0.27c
HG 20.70±0.77b 6.50±0.23d 38.60±2.56a 5.50±0.54d
9月September CK 22.80±0.76b 7.70±0.46ab 39.80±1.68a 4.00±0.17b
LG 23.10±2.00b 8.80±1.03a 35.40±3.71ab 4.80±0.82ab
MG 27.50±1.99a 6.90±0.72b 33.30±3.70bc 5.30±0.24a
HG 24.00±0.63b 7.20±0.20b 28.20±2.19c 5.80±0.48a
表7 土壤犆、犖、犘化学计量比的变化
犜犪犫犾犲7 犆犺犪狀犵犲狅犳犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳狊狅犻犾
月份 Month 处理Treatment
0~10cm
C/N N/P
10~20cm
C/N N/P
5月 May CK 10.01±0.14ab 8.97±0.70a 12.74±0.47a 10.40±0.20b
LG 10.19±0.53ab 9.76±1.00a 13.66±0.14a 13.90±1.30a
MG 9.58±0.28b 9.28±0.80a 10.16±1.14b 11.00±0.20b
HG 11.02±1.04a 8.98±1.30a 10.78±0.71b 10.50±0.60b
6月June CK 11.80±0.66a 11.00±0.27ab 10.42±1.02b 8.46±0.11b
LG 9.25±2.68a 14.10±3.02a 12.66±1.57b 10.20±0.13a
MG 11.93±1.12a 10.50±0.77b 10.02±1.38a 9.43±0.15ab
HG 10.92±0.60a 10.60±1.10b 9.84±1.40b 9.03±0.05ab
7月July CK 13.40±2.46a 11.50±1.75a 9.56±2.38a 10.60±0.03a
LG 11.58±0.53a 11.50±1.67a 11.03±0.43a 9.77±0.27a
MG 11.54±0.21a 11.40±1.66a 9.03±1.45a 10.20±0.14a
HG 11.62±0.62a 11.10±1.34a 10.13±1.89a 10.60±0.16a
8月August CK 12.05±0.96a 12.30±2.24a 7.52±2.61b 12.03±0.18a
LG 11.07±0.16a 12.10±0.99a 11.14±1.94a 11.79±0.05a
MG 11.12±1.73a 12.00±0.41a 9.32±1.05ab 10.32±0.27a
HG 10.84±1.93a 11.00±0.21a 9.32±0.63ab 11.12±0.23a
9月September CK 12.17±0.46a 14.80±0.97a 7.54±0.37b 12.03±0.18a
LG 10.11±0.28b 14.80±2.04a 10.55±0.71a 10.36±0.24ab
MG 10.11±0.66b 14.40±2.42a 9.52±0.58a 9.13±0.26b
HG 10.10±0.57b 13.40±1.81a 9.77±1.99a 12.24±0.35a
52第23卷第2期 草业学报2014年
3 讨论
3.1 放牧对小叶章化学计量特征的影响
植物体内C、N代谢是植物正常生长发育和产量形成的物质基础,植物C/N代表其吸收N时同化C的能
力,反映了其N利用效率和固C效率的高低[9]。因此,组织C、N含量及其生态化学计量比(C/N)是反映植株体
内生理代谢状态的一项重要指标。氮和磷是陆地生态系统植物生长的主要限制性元素[10],它们在植物的各种生
理代谢中彼此独立而又相互影响,共同发挥着重要的作用[11]。C是构成植物体内干物质的最主要元素,N、P分
别与植物的光合作用和细胞生长分裂等重要生理活动有关。C/N和C/P值反映植物的生长速度[2],N/P反映植
物生长受N或P的限制情况[1213]。
植物体的C/N值是植物化学组成中的重要参数。李香真和陈佐忠[5]1998年研究表明,在一定的放牧强度
之内,随着放牧强度的增加,地上植物体中C/N值变小,放牧率再增强,则使植物地上部C/N变大。在2001年
又研究了放牧对旱黄梅衣(犡犪狀狋犺狅狆犪狉犿犲犾犻犪犮犪犿狋狊犮犺犪犱犪犾犻狊)C/N值的变化,结果表明随着放牧率的增加,旱黄梅
衣体内的C/N降低,而在极重牧处理下又有所增加[14]。植物体C/N与养分循环速率之间密切相关,比值小时,
植物残体分解速率快,C、N、P循环速率也快[15]。丁小慧等[16]研究了放牧对呼伦贝尔草地植物化学计量特征的
影响,发现放牧草地的植物和土壤均具有较低的C/N,其中植物C/N显著低于围封草地。
本试验结果显示,在6-8月份小叶章全株的C/N,随着放牧强度的增加先降低后升高,且在中牧区为最小
值,说明适度的放牧会使植物的C/N减小,这与李香真等[14]在2001年的研究结果相同。茎的C/N受放牧的影
响变化规律不明显,只有在8月份中牧区的C/N最低。叶的C/N的变化趋势与全株的相类似。丁小慧等[16]指
出植物C/N越小,残体分解速率越快,生态系统养分循环速率有所提高。分析原因可能是由于植物体的C/N较
低时,植物生长速率较快,需要吸收大量的氮素和磷素,家畜的排泄物提供的速效的氮素,在一定程度上满足了植
物对氮素的需要,使得养分周转的周期变短,最终导致放牧草地养分循环速率高于围封草地。因为枯落物来自活
体植物,所以枯落物的C/N直接受控于活体植物的碳氮含量,所以枯落物的C/N的变化特点和活体植物类似。
本试验中叶的N/P值高于全株和茎N/P值,且随着放牧强度的增加有先升高后降低的趋势。N/P值的变化主
要受环境营养元素的影响,放牧对N/P值的影响主要是通过改变土壤的性状来实现的。He等[17]2008年研究
指出叶片作为植物的主要光合器官,其N/P的大小经常被用来表明生态系统生产力受到哪种元素的限制作用,
但是这种限制关系会随着外界环境的改变而改变。
3.2 放牧对小叶章地下部分化学计量特征的影响
草地地下部分的化学计量特征的变化与地上部分不同,土壤C/N、C/P通常反映有机质的分解与积累,N、P
的富瘠和有效程度,一定范围内作为土壤肥力的指标,并影响植物体的养分积累与分配[18]。肖红艳等[19]在2012
年研究发现,放牧干扰能够改变土壤动物的群落组成,且在不同放牧强度下干扰程度差异较大,而土壤中微生物
的分解状况是影响土壤含量变化的重要原因。本试验表明,7-9月份放牧强度的增加会造成0~10cm土壤C/
N值降低,但趋势不明显。这与魏巍等[20]2012年的研究结果相似。分析原因一方面由于放牧改变了土壤呼吸
的微环境[21],使土壤的物理性质及微生物的生存环境都有所改变,增加了N、P的矿化。另一方面,家畜排泄物
含有大量N、P元素,使微生物的活性增强,N、P矿化作用加强。10~20cm土层的变化规律性不明显,说明放牧
主要引起土壤表层理化性质的变化。高永恒[22]2007年研究指出,放牧降低了地上部分的C/N,却增加了根系的
C/N,魏巍等[20]研究了放牧对高寒杜鹃(犚犺狅犱狅犱犲狀犱狉狅狀)灌丛草地的根系化学计量特征的影响,结果表明0~10
cm土层随放牧强度的增加根系的C/N值降低,N/P值升高。本试验结果显示,0~10cm土层的根系,在7、8月
份其C/N值随着放牧强度的增加先降低后升高,均在中度放牧下为最低,原因可能是在适度放牧的刺激下,植物
将更多的营养元素分配到了其地下部分,可能是植物对放牧干扰的一种补偿性反应[23]。6-9月份的N/P值随
着放牧强度的增加先降低后升高,且在中牧区达到最大值,在重度放牧下又有所降低。
4 结论
本研究基于小叶章草甸开发利用的现状,以优势植物小叶章为研究对象,将其分为地上活体、立枯物、地下根
62 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.2
系3个部分,在不同放牧强度下对这三个部分生物量及碳、氮、磷元素化学计量特征及动态变化进行了分析,为草
地管理和元素循环中数学模型的建立提供理论及实践依据。
1)随着放牧强度的增加,小叶章活体与立枯物的全氮(TN)、全磷(TP)含量也随之增加,放牧使小叶章叶的
全氮含量明显增加,而茎的变化不显著;0~10cm土层根系的全碳、全氮、全磷变化比10~20cm的更敏感;放牧
降低了土壤全碳(TC)含量,从单月份来看,土壤表层的全氮含量随放牧强度的增加呈先增加后降低的趋势,且以
重牧区为最小,从季节来看,各小区在9月份时的全氮含量均高于6月份。
2)在6-8月份小叶章全株及叶的C/N值随着放牧强度的增加先降低后升高,且在中牧区降为最小值,茎的
C/N值受放牧的影响变化规律不明显,只有在8月份中牧区表现为最小值;N/P值的变化主要受外界环境营养
元素的影响,放牧对N/P值的影响主要是通过改变土壤的性状来实现的。
3)放牧主要影响土壤表层的理化性状以及所含根系的元素含量,7-9月份随着放牧强度的增加,0~10cm
土壤的C/N值降低;7、8月份0~10cm土层根系的的C/N值随着放牧强度的增加先降低后升高,且在中牧区为
最小值,而N/P值却在中牧区为最大值。
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犈犳犳犲犮狋狅犳犵狉犪狕犻狀犵犻狀狋犲狀狊犻狋狔狅狀犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊狋狅犻犮犺犻狅犿犲狋狉狔狅犳犇犲狔犲狌狓犻犪犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪犪狀犱犿犲犪犱狅狑狊狅犻犾
ZHANGTing1,WENGYue1,YAOFengjiao2,SHIYintao2,CUIGuowen2,HUGuofu2
(1.LifeScienceColegeofNortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China;2.Colegeof
AnimalScienceandTechnologyofNortheastAgricultureUniversity,Harbin150030,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theroleofgrazingonthestoichiometrytraitsofsoilandplantsin犇犲狔犲狌狓犻犪犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪meadowsof
thenortheastSanjiangPlainwerestudiedunderdifferentgrazingintensities.WedeterminedtheC,N,andP
contentsandtheC/Nratiosofplantandsoiltoexplorehowgrazingaffectsthestoichiometrytraitsandnutrient
cyclingratesinanecosystem.1)Withanincreaseofgrazingintensity,theNandPcontentsofgroundliving
andstandinglitterwasincreased.TheNcontentofleavesincreasedwithgrazingwhilethestemchangeswere
notobvious.ThechangeofC,N,andPcontentsofrootsinthe0-10cmsoillayerwasmoresensitivethan
thatinthe10-20cmsoillayer.GrazingreducedthecontentoftotalsoilcarbonwhiletheTN(totalN)con
tentofthesoilsurfaceinitialyincreasedbutthendecreasedwithanincreaseofgrazingintensity,andthemini
mumvaluewasinheavygrazing.2)Withanincreaseofgrazingintensity,theC/Nratiooftheentireplantand
theleaveswereinitialyincreasedbutthendecreasedinJunetoAugust,andthesmalestvaluewasinmoderate
grazing,thechangeofC/Nratioofstemswasnotobvious,butwassmalestinAugust.3)Grazingmainlyim
pactedthephysicalandchemicalpropertiesofthesurfacesoilandtherootsinit.TheC/Nratiowasreducedin
the0-10cmsoillayerwithanincreaseofgrazingintensityinJulytoSeptember.TheC/Nratioofrootsinthe
0-10cm wasinitialyreducedbutthenincreasedwithanincreaseofgrazingintensityinJulyandAugust:
moderategrazinghadthesmalestvalue,whiletheN/Pratiohadthemaximumvalue.
犓犲狔狑狅狉犱狊:SanjiangPlain;犇犲狔犲狌狓犻犪犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪meadow;grazingintensity;ecologicalstoichiometry
82 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.2