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Effects of different land-use types on soil carbon and nitrogen contents in the northern region of Qinghai Lake

青海湖北岸土地利用方式对土壤碳氮含量的影响



全 文 :书青海湖北岸土地利用方式对土壤碳氮含量的影响
乔有明1,2,王振群2,段中华2
(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁810001;2.青海大学生物科学系,青海 西宁810016)
摘要:以位于青海湖北岸的围栏封育草地、围栏放牧草地、多年生人工草地和农田4种土地利用方式为研究对象,
对0~10,10~20和20~30cm三个土层的地下生物量、土壤颗粒组分、土壤有机碳和全氮含量分别进行了比较研
究。结果表明,不同土地利用方式样地间土壤有机碳、全氮储量产生了较明显的差异。0~30cm深度土体单位面
积有机碳储量由高到低依次为:多年生人工草地>围栏封育草地>围栏放牧草地>农田,多年生人工草地显著高
于农田(犘<0.05),而另外2个样地间差异不显著(犘>0.05);0~30cm深度全氮储量与有机碳储量变化趋势相
似。4种土地利用方式相比较,0~30cm土体内地下生物量由高到低依次为围栏封育>围栏放牧>多年生人工草
地>农田,分别为2416.67,1688.25,1224.50和1290.75g/m2。0~10cm土层土壤粘粒含量以多年生人工草地
最高,并显著高于其他3种土地利用方式(犘<0.05);10~20cm土层土壤粘粒含量由大到小依次为:多年生人工
草地>农田>围栏封育草地>围栏放牧草地;20~30cm土层的土壤粘粒含量无显著差异。同一土层各土地利用
方式间粉粒含量均差异不显著(犘>0.05)。
关键词:土地利用方式;有机碳;全氮;地下生物量;土壤颗粒组分
中图分类号:S158;F301.24  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)06010508
  土壤有机碳和氮素是植物生长发育的必需元素[1,2],由于其储量巨大,即使微小变化也将可能导致大气中含
碳、氮等温室气体浓度的较大改变,进而影响全球变化,所以土壤有机碳和全氮动态一直是近年来陆地生态系统
碳、氮循环研究的热点[3]。土地利用变化是影响陆地生态系统碳、氮循环的主要人为因素之一,其对全球生物地
球化学循环的影响日益受到人们的重视[4]。国内外众多研究表明,在自然条件基本相同的情况下,土地利用方式
对土壤碳、氮含量有很大的影响。如美国CarbonPerformanceRating计划的研究结果表明耕地变成多年生人工
草地后增加土壤有机碳储量[5]。Mensah等[6]报道,退耕还草增加表层土壤的有机碳储量,开垦为农田将导致土
壤有机碳储量减少。李明峰等[7]对内蒙古锡林河流域典型温带草原的研究表明,开垦和自由放牧减少了土壤碳、
氮含量,而围栏轮牧增加了土壤碳、氮含量。宇万太等[8]对潮棕壤的研究表明,林地、割草地、荒地和裸地各土层
有机碳含量高于农田。李新爱等[9]对亚热带喀斯特地区土壤的研究表明,不同土地利用方式下,稻田和林地的土
壤有机碳含量显著高于旱地;土壤全氮含量表现为稻田显著高于林地,林地显著高于旱地。孙志高等[10]以三江
平原地区不同土地利用方式的土壤为研究对象,结果表明,湿地土壤的全氮含量及储量明显高于农田、火烧地和
弃耕地土壤。可见,合理的土地利用方式有利于土壤碳、氮的固定,不合理土地利用方式将会导致土壤碳、氮的损
失,使其逆转为碳源。
位于青藏高原东北部的环青海湖地区原本是天然放牧草场,20世纪50年代至80年代,环湖周围有大片的
草地被开垦为农田,而同时也有部分农田因产量和自然因素的限制变成了弃耕地。未开垦的草地由于长期以来
的粗放经营,导致草地退化、沙化面积逐渐增加,进而导致青海湖周围的环境恶化。为抑制该地区环境退化的整
体趋势,从20世纪90年代开始实施网围栏建设,并进行了一定的围栏封育措施,使天然草地的植被状况得到一
定的改善。21世纪初以来,随着西部大开发的实施,对环湖地区的部分耕地实行了退耕还草。本研究选择位于
青海湖北岸的青海省三角城种羊场为研究区域,鉴于目前关于该地区土地利用方式对土壤碳、氮含量影响的研究
很少,所以研究目的是通过对该区域不同土地利用方式的样地进行土壤和植物样品的采集和分析,探讨土壤碳、
氮含量对土地利用方式变化的响应,并为该地区环境变化研究和退化草地恢复重建提供参考。
第18卷 第6期
Vol.18,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
105-112
2009年12月
 收稿日期:20090112;改回日期:20090218
作者简介:乔有明(1963),男,内蒙古乌审旗人,教授,博士。Email:ymqiao2002@yahoo.com.cn
1 材料与方法
1.1 研究地区概况
采样样区设于青海省三角城种羊场(36°20′~38°04′N,99°21′~100°38′E),该场位于青海省海北藏族自治
州刚察县境内,海拔3280m左右,是环湖地区的重点牧区之一。该地区属于典型的高寒干旱区,具有明显的高
原大陆性气候特征,自然环境特点是太阳辐射强,日照充足,但热量低,温度变化较大,干燥寒冷,没有明显的四季
之分;冬春干旱,多风而寒冷,夏季凉爽,雨热同季。年平均气温为-0.6℃,极端最高温度25℃,极端最低温度
-31℃。年平均降水量324.5~522.3mm,且多集中在6-9月。该地土壤类型主要为暗栗钙土,其次零星分布
有灰钙土和山地草甸土,土壤有机质含量丰富,质地良好,无盐渍化。草地类型主要以高寒山地温性草原类为主,
原生植被以赖草(犔犲狔犿狌狊狊犲犮犪犾犻狀狌狊)、芨芨草(犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿狊狆犾犲狀犱犲狀狊)、紫花针茅(犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪)、冷地早熟禾
(犘狅犪犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪)等为主要建群种。农田以种植春油菜(犅狉犪狊狊犻犮犪犼狌狀犮犲犪)和燕麦(犃狏犲狀犪狊犪狋犻狏犪)等作物为主,多
年生人工草地主要种植垂穗披碱草(犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊)。
1.2 样地设置
选择当地现有的4种土地利用类型:围栏封育(fencedandungrazed,FU),围栏放牧(fencedandseasonal
grazed,FG)、多年生人工草地(perennialpasture,PP)和农田(cropland,CL)。其中围栏封育草地于2001年进行
围封禁牧,除了小型野生动物如野兔和老鼠等的干扰外,无其他形式的干扰。围栏放牧草地作为冬春草场,每年
10月初牧群从夏季牧场转入,次年6月初转出。多年生人工草地为2000年退耕后种植的垂穗披碱草草地,每年
5月施用化肥[尿素和(NH4)2HPO4 的施用量分别为160和330kg/hm2],每隔3年补播1次。农田开垦于20
世纪80年代,主要种植春油菜,每年5月下旬播种,当年9月下旬收割。本研究的采样时间是2008年8月5日
-15日,处于生物量高峰时期。各样地土壤与植被状况见表1。
表1 供试样地土壤与植被状况
犜犪犫犾犲1 犞犲犵犲狋犪狋犻狅狀犪狀犱狊狅犻犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狋犺犲狊狋狌犱狔犪狉犲犪狊
土地利用类型
Landusetype
海拔
Elevation(m)
地理位置
Geographicalposition
容重
Bulkdensity(g/cm3)
土壤pH
SoilpH
主要植物种类
Mainplantspecies
FU 3258 N:37°17.324′E:100°12.497′ 1.16 8.93 赖草犔.狊犲犮犪犾犻狀狌狊,垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊
FG 3273 N:37°17.737′E:100°12.454′ 1.21 9.08 冷地早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪
PP 3272 N:37°17.536′E:100°12.689′ 1.18 8.99 垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊
CL 3281 N:37°17.923′E:100°12.758′ 1.23 8.62 油菜犅.犼狌狀犮犲犪
 表中容重数据为0~30cm土层的平均值Thevaluesareaveragesinthe0~30cmsoildepth.FU:围栏封育 Fencedandungrazed;FG:围栏放牧
Fencedandseasonalgrazed;PP:多年生人工草地Perennialpasture;CL:农田Cropland;下同 Thesamebelow.
1.3 土壤和植物样品的采集与分析
1.3.1 土壤样品采集与分析 在每一个样地中选择地势相对平坦、有代表性的地块,设定距离在50m以上的3
个样点作为重复,每一个样点内进行5次亚抽样,用内径为4cm的取土钻分别采集0~10,10~20和20~30cm
土层的土壤,同一层次的土壤混合成1个土样。在采集土样的同时,用铁锹挖出土壤剖面,在土壤剖面上按0~
10,10~20和20~30cm土层用环刀法取原状土样3个,进行土壤容重的测定。将土样用塑料袋密封,带回实验
室后,取10g左右测定其含水量;剩余土样挑去可见的砾石、土壤动物和植物残体,经风干、轻轻碾碎过2mm分
样筛,混匀后分成2份,1份用于土壤颗粒组分分析,另1份再经研磨并通过100目分样筛后,所得样品用塑料袋
密封保存,用于测定土壤有机碳和全氮含量及土壤pH。
土壤容重(bulkdensity,BD)用环刀法;土壤pH采用蒸馏水(水土比为2.5∶1.0)浸提30min,用PHS29C
pH计测定;土壤有机碳(soilorganiccarbon,SOC)采用重铬酸钾外加热氧化法测定;土壤全氮(totalnitrogen,
TN)采用半微量凯氏定氮法测定;土壤颗粒组分(soilparticlesize)采用简易比重计法测定,土壤粒径分级采用国
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际粒级分类制,即砂粒粒径为0.02~2mm,粉粒粒径为0.002~0.02mm,粘粒粒径为<0.002mm[11]。
1.3.2 植物样品采集与分析 每一个样地设7个面积为100cm×100cm的样方,用收割法测定地上部分生物
量,自地表剪下地上部分植物,挑去杂物,将采集的活体植株在80℃下烘干24h后,称重记录。
在已测定地上生物量的样方内随机选取3~5个20cm×20cm的样方,剪去地表植物,在样方内按10cm进
行分层,分别采集0~10,10~20和20~30cm土层的全部土壤与根系的混合样品用60目筛在水中冲洗,将清洗
后的根系风干后在80℃下烘干24h,称重计算地下生物量。
1.4 计算与数据分析
1.4.1 土壤有机碳和全氮单位面积储量的计算方法 SOC(TN)单位面积储量计算公式为:
犘=∑

犻=1
(犱犻×犎犻×犫犻) (1)
式中,犘为一定深度土壤SOC(TN)单位面积储量(kg/m2);犱犻代表土壤容重(g/cm3);犫犻代表土壤平均有机碳
(全氮)含量(%);犎犻代表土壤平均分析厚度(cm);狀为土层数。所得数据为3次重复测定的平均值,所有结果以
干土表示;土壤中大于2mm的砾石所占体积很小,因此没有考虑。
1.4.2 数据分析 采用Excel2003软件进行数据整理和绘图,应用DPS7.55统计软件分别对不同指标(土壤
有机碳、全氮、地上生物量、地下生物量和土壤颗粒组分)做单因素(土地利用方式和土层)方差分析,判别其间是
否有显著差异。所有数据的测定结果以平均值±标准误的形式表达。
2 结果与分析
2.1 不同土地利用方式下土壤有机碳和全氮含量剖面分布
土壤有机碳含量决定于土壤有机碳的输入和输出,受气候(水和热)、植被和土地管理措施等因素的共同影
响。在0~10cm土层,多年生人工草地土壤有机碳含量最高,农田土壤有机碳含量最低,为17.07g/kg(表2)。
比较10~20cm土层可以发现,多年生人工草地土壤有机碳含量比围栏封育草地、围栏放牧草地和农田分别高
6.03%,49.37%和61.96%。20~30cm土层土壤有机碳含量由高到低依次为:围栏封育草地>多年生人工草地
>围栏放牧草地>农田。4种不同土地利用方式的样地土壤有机碳含量均随着土层深度增加而减少,表现出相
同的垂直变化规律。
在0~30cm土体内,多年生人工草地各土层土壤全氮含量均高于围栏封育草地、围栏放牧草地和农田,且以
农田各层次全氮含量最低。4个样地各土层土壤全氮含量依土层深度从上往下均依次减少,与有机碳含量的变
化趋势相似,表明二者之间存在密切的相关关系。
表2 不同土地利用方式下土壤有机碳和全氮含量及犆/犖
犜犪犫犾犲2 犛狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犪狀犱狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪狀犱狊狅犻犾犆/犖狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊
土层深度
Soildepth(cm)
不同土地利用方式的样地Differentlandusetypes(cm)
FU FG PP CL
有机碳
Organiccarbon(g/kg)
0~10 25.18±1.93 20.35±0.73 27.20±5.13 17.07±4.07
10~20 21.40±0.82 15.13±2.18 22.69±3.33 14.01±2.06
20~30 14.49±1.34 13.37±5.86 14.34±3.05 9.89±5.21
全氮
Totalnitrogen(g/kg)
0~10 2.69±0.22 2.21±0.54 3.03±0.41 1.91±0.21
10~20 2.22±0.19 1.90±0.55 2.36±0.46 1.18±0.11
20~30 1.38±0.14 1.45±0.64 1.57±0.73 0.77±0.04
碳氮比
C/N
0~10 9.36±0.11 9.52±1.93 9.00±1.51 9.12±2.95
10~20 9.68±0.53 8.21±1.31 9.59±0.62 11.87±1.41
20~30 10.55±0.70 9.82±3.21 9.84±2.43 12.61±6.09
 注:表中数值为平均值±标准偏差。
 Note:Thevaluesaremeans±standarddeviation.
701第18卷第6期 草业学报2009年
4个样地C/N除围栏放牧草地外按土层均表现出相同的规律(表2),即从上至下依次增大,围栏放牧草地10
~20cm土层C/N比相邻层次低。4种不同土地利用方式中,农田土壤的C/N相对较高,围栏放牧草地土壤
C/N相对较低。
2.2 不同土地利用方式下地上生物量和地下生物量的变化
土地利用方式改变后,引起地上生长的植物群落发生改变,从而导致地上生物量产生差异。4种不同土地利
用方式相比较,地上生物量由高到低表现为农田>多年生人工草地>围栏封育草地>围栏放牧草地,其值分别为
478.13,221.94,180.46和115.03g/m2。农田的地上生物量与其他3个样地间差异显著(犘<0.05),而其他3
个样地间差异不显著(犘>0.05)(表3)。
分析4个样地地下根系生物量可以看出,各样地地下生物量从表层向下依次显著递减,其中0~10cm土层
的根系生物量占总根量的70%~90%,表层聚集现象很明显。4种土地利用方式相比较,0~30cm土体内地下
生物量由高到低依次为围栏封育>围栏放牧>多年生人工草地>农田,其值分别为2416.67,1688.25,
1224.50和1290.75g/m2,围栏封育草地和其他3个样地间差异显著(犘<0.05),其他3个样地间差异不显著
(犘>0.05)。
2.3 不同土地利用方式样地土壤颗粒组分比较
土地利用方式的不同会对土壤颗粒组分造成一定的影响。4种土地利用方式下,0~10cm土层土壤粘粒含
量以多年生人工草地最高(图1),并显著高于其他3种土地利用方式(犘<0.05),而围栏放牧草地和农田之间差
异不显著(犘>0.05);10~20cm土层土壤粘粒含量由大到小依次为多年生人工草地>农田>围栏封育草地>围
栏放牧草地,而且多年生人工草地显著高于围栏放牧草地(犘<0.05);20~30cm土层的土壤粘粒含量明显地分
成2种情况,多年生草地和农田之间无显著差异,但显著地高于围栏封育草地和围栏放牧草地。同一土层各土地
利用方式之间粉粒含量均差异不显著(犘>0.05),并以多年生人工草地最低。
表3 不同土地利用方式下地上和地下生物量
犜犪犫犾犲3 犘犾犪狀狋犪犫狅狏犲犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊犪狀犱狌狀犱犲狉犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊
土地利用方式
Landusetypes
地上生物量
Abovegroundbiomass(g/m2)
土层深度
Soildepth(cm)
地下生物量
Undergroundbiomass(g/m2)
围栏封育
Fencedandungrazed
180.46±57.11B
0~10 1757.08±67.59aA
10~20 467.00±119.70bA
20~30 192.58±23.69cA
0~30 2416.67±196.53A
围栏放牧
Fencedandseasonalgrazed
115.03±32.63B
0~10 1195.25±274.38aB
10~20 421.67±73.85bAB
20~30 71.33±55.63bB
0~30 1688.25±400.20B
多年生人工草地
Perennialpasture
221.94±61.05B
0~10 889.17±71.64aB
10~20 253.17±55.62bB
20~30 82.17±14.21cB
0~30 1224.50±54.92B
农田
Cropland
478.13±52.33A
0~10 974.33±262.63aB
10~20 273.50±59.88bAB
20~30 42.92±21.03bB
0~30 1290.75±341.53B
 注:不同小写字母表示土层间差异显著(犘<0.05),不同大写字母间表示样地间差异显著(犘<0.05)。
 Note:Meanswithdifferentsmallettersaresignificantlydifferentatthe0.05levelunderdifferentsoillayers;meanswithdifferentcapitalletters
aresignificantlydifferentatthe0.05levelunderdifferentlandusetypes.
801 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6
图1 不同土地利用方式下各土层土壤颗粒组分的变化
犉犻犵.1 犛狅犻犾狆犪狉狋犻犮犾犲狊犻狕犲犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺狉犲犲狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊
不同字母表示在0.05水平下差异显著Thedifferentlettersindicatesignificantdifferencesat0.05level
同一土地利用方式各土层之间粘、粉粒含量变化有所不同(图1)。4个类型样地的土壤粘粒含量除农田外依
土层深度从上往下均依次减小;围栏放牧草地和多年生人工草地的土壤粉粒含量表现为相同的垂直变化规律,即
随土层深度增加而增加,而围栏封育草地和农田10~20cm土层土壤粉粒含量高于相邻层次。
2.4 不同土地利用方式样地土壤有机碳和全氮储量
在20cm深度,多年生人工草地和围栏封育草地SOC储量显著高于农田(犘<0.05)(图2)。4种不同土地利
用方式样地30cm深度SOC储量由高到低依次为多年生人工草地>围栏封育草地>围栏放牧草地>农田,其值
分别为7.41,7.07,5.87和5.00kg/m2(图3)。有机肥料和氮肥的施用直接导致多年生人工草地30cm深度具
有较高的SOC储量;与围栏封育草地相比,围栏放牧草地和农田30cm深度SOC储量分别降低了20.44%和
41.40%,可见人类活动干扰(放牧和开垦)使土壤有机碳明显减少,造成其固碳能力下降。
图2 不同土地利用方式土壤有机碳储量
犉犻犵.2 犛犗犆狊狋狅狉犪犵犲狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊
图3 不同土地利用方式土壤全氮储量
犉犻犵.3 犜犖狊狋狅狉犪犵犲狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊
不同字母表示在0.05水平下差异显著 Thedifferentlettersindicatesignificantdifferencesat0.05level
901第18卷第6期 草业学报2009年
4种不同土地利用方式样地20cm深度TN储量多年生人工草地显著高于农田(犘<0.05),而围栏封育草地
和围栏放牧草地差异不显著(犘>0.05)。30与20cm深度TN储量变化趋势一致(图3)。
3 讨论
3.1 土地利用方式对土壤有机碳和全氮储量的影响
草地生态系统的碳、氮主要贮存在土壤中,众多研究表明,草地对大气温室气体具有固定作用[12~15],往往被
认为是大气温室气体的汇[16,17]。然而近年来,随着人类活动频度的增加和强度的增大,草地生态系统土地利用
方式发生了改变(主要包括过度放牧和开垦),不合理的土地利用方式对生态系统碳、氮总量和源汇效应产生了影响。
土壤碳、氮是进入土壤的植物残体在土壤微生物作用下分解的结果,其储量的大小受气候、植被、土壤属性以
及人为因素(主要包括放牧和对草地的利用方式)等的影响,而人类活动对土壤碳、氮储量影响的程度和速率要远
远超过自然因素。本研究结果表明,环湖地区土壤有机碳和全氮含量在不同的土地利用方式之间存在一定的差
异,而人类活动正是造成这种差异的主要原因。在本研究中,与农田相比,围栏封育草地由于不受机械扰动,呼吸
作用减缓,导致土壤有机质氧化程度较低,因此其土壤有机碳、全氮含量较高。与围栏封育草地相比,农田30cm
深度的土壤有机碳和全氮储量分别降低了41.40%和55.32%,这与李明峰等[7]和李月梅等[18]的研究结果相似,
这主要是由于:1)收获农作物时大量地上部分被转移走,从而大大减少了植被对草地土壤的归还量;2)机械耕作
使土壤温度和湿度得到改善,为好氧微生物的活动创造了条件,在一定程度上促进了土壤呼吸作用,加速了土壤
有机质的分解;3)耕作措施导致土壤结构发生改变,降低了土壤的物理保护作用[19],加速了土壤有机质的矿化分
解[20]。围栏放牧草地虽然只作为冬春草场,有3~4个月的休养生息时间,但由于牲畜的采食,植株低矮、稀疏,
较大的放牧强度使植物转变为畜产品输出生态系统,减少了对土壤的碳、氮输入量;另外,放牧还能促进土壤呼吸
作用,加快有机质的分解,从而影响碳、氮在土壤中的蓄积。多年生人工草地化肥的施用直接导致该样地土壤有
机碳和全氮含量的大大提高,30cm深度的土壤有机碳和全氮储量分别是围栏封育草地、围栏放牧草地和农田的
1.06,1.26,1.49和1.12,1.34,1.77倍。多年生人工草地建植成功后不需要频繁的翻耕,只要合理利用就可以
持续利用,对土壤的人为干扰小[21],因此频繁翻耕的农田转变为多年生人工草地可能会使土壤碳、氮含量得到一
定提高。
土壤的C/N在土壤有机质分解中具有重要作用,进而影响到土壤有机碳的剖面分布和储量。一般认为人为
扰动土壤的C/N比未扰动土壤的高[20],但本研究的结果并非完全如此。本研究表明,4种不同土地利用方式0
~30cm土体的平均土壤C/N依次为9.86,9.18,9.47和11.2,未受扰动的围栏封育草地比围栏放牧草地高,而
比农田低。这可能是由于本试验中的围栏封育草地8年前为放牧草地,而现在进行了封育,植物凋落物残留量较
大,从而对土壤的有机碳归还量较多,因而土壤有机碳含量较高;农田由于受到扰动,加速了土壤有机质的矿化分
解,从而使部分氮素淋失。
3.2 土地利用方式对地上、地下生物量和土壤颗粒组分的影响
不同土地利用方式下,植物地上植被和地下根系等土壤碳、氮来源的不同直接影响土壤碳、氮含量,另外地下
根系分布和分泌物的不同以及土壤管理措施(如农田的耕作)的差异又会对土壤物理结构(主要是土壤颗粒组分)
产生影响,从而间接影响土壤碳、氮含量。本研究中,围栏封育草地和围栏放牧草地的地上生物量低于多年生人
工草地和农田,而其地下生物量要高于多年生人工草地和农田,这主要是由于不同土地利用方式引起的植被类型
变化影响了地上和地下生物量的分布。农田和多年生人工草地以获得高产为目的,植株相对较高,长势旺盛,具
有较高的地上生物量,而植物根系所占比例相应减小;围栏封育草地由于进行了封育,严禁家畜采食,其地上和地
下生物量要比围栏放牧草地高;而围栏放牧草地由于采样之前牲畜的采食和践踏,植株低矮、稀疏,从而决定了其
初级生产力较低。可见土地利用方式不仅引起地表植被类型的变化,同样也会影响地下植物根系的分布。
一般认为,土壤有机碳含量随粉粒和粘粒含量的增加而增加,这主要通过粉粒对土壤水分有效性、植被生长
的正效应和粘粒与有机碳结合形成有机-无机复合体对土壤有机碳的保护作用[22,23]实现的。本研究表明,4种
土地利用方式下,0~10cm土层土壤粘粒含量以多年生人工草地最高,农田最低(图1),原因可能在于每年的耕
作使表层土壤大量裸露,加之该地区风多且大,从而引起粒径较细的土壤颗粒被吹蚀;10~20cm土层土壤粘粒
011 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6
含量由大到小依次为多年生人工草地>农田>围栏封育草地>围栏放牧草地,多年生人工草地显著高于围栏放
牧草地(犘>0.05),而围栏放牧草地的土壤砂粒含量要高于其他3个样地(图1),这说明了放牧可能在一定程度
上会导致土壤砂粒含量增加,粘粒含量减少,使草地沙化,这与王明君等[24]的结论相吻合;20~30cm土层的土
壤以耕作土的粘粒含量较高,草地的较低,这一结果表明翻耕不仅对表层土壤有影响,对较深土层土壤颗粒组分
也有一定程度的影响。同一土层各土地利用方式之间粉粒含量均差异不显著(犘>0.05),产生这一结果的原因
可能由于在根系生物量、土壤养分和其他不明确因素的影响下,使不同土地利用方式的土壤粉粒含量在同一深度
变化有所不同,具体原因尚需进一步研究。总体来说,退耕还草和围栏封育通过增加植被盖度在一定程度上改善
了土壤颗粒组分,对土壤碳、氮起到一定的保护作用,有利于生态环境的改善和退化草地的恢复和重建。
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犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾犪狀犱狌狊犲狋狔狆犲狊狅狀狊狅犻犾犮犪狉犫狅狀犪狀犱狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅狀狋犲狀狋狊
犻狀狋犺犲狀狅狉狋犺犲狉狀狉犲犵犻狅狀狅犳犙犻狀犵犺犪犻犔犪犽犲
QIAOYouming1,2,WANGZhenqun2,DUANZhonghua2
(1.NorthwestPlateauInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining810001,China;
2.DepartmentofBiologicalSciences,QinghaiUniversity,Xining810016,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Fourdifferentlandusetypes,fencedandungrazed(FU),fencedandseasonalgrazed(FG),perenni
alpasture(PP)andcropland(CL)intheSanjiaoChengSheepBreedingFarmlocatedinthenortheasternpart
ofQinghaiLake,wereusedtoinvestigateundergroundbiomass,soilparticlesize,soilorganiccarbonandtotal
nitrogencontentsofthe0-10,10-20,20-30cmsoillayers.Soilorganiccarbonandtotalnitrogenstorage
weredifferentunderdifferentlandusetypes.Thestorageofsoilorganiccarbonperunitareavariedinthe
orderofPP>FU>FG>CL.Thesoilorganiccarbonintheperennialpasturewassignificantly(犘<0.05)high
erthanthatincropland,butnosignificantdifferencewasfoundbetweentheothertwotypes(犘>0.05).The
changesoftotalnitrogenweresimilartothoseoforganiccarbon.Inthe0-30cmsoildepth,theunderground
biomassvariedintheorderFU>FG>PP>CL,withvaluesof2416.67,1688.25,1224.50,and1290.75
g/m2respectively.Inthe0-10cmsoillayerthesoilclaycontentofPPwassignificantly(犘<0.05)higher
thanintheotherthreetypes.Thesoilclaycontentofthe10-20cmsoillayerwasintheorderPP>CL>FU>
FG.Nosignificantdifferencesinsoilclaycontentswerefoundinthe20-30cmsoillayerunderdifferentland
usetypes.Thesoilsiltcontentsofthefourdifferentlandusetypeswerenotsignificantlydifferentinthesame
soillayer.
犓犲狔狑狅狉犱狊:landusetype;organiccarbon;totalnitrogen;undergroundbiomass;soilparticlesize
211 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6