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The effect of grazing disturbance on soil properties in desert steppe

放牧干扰对荒漠草原土壤性状的影响



全 文 :书放牧干扰对荒漠草原土壤性状的影响
安慧,徐坤
(宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室 西部生态与生物资源开发联合研究中心,宁夏 银川750021)
摘要:在宁夏荒漠草原选取围封禁牧(NG)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧强度,研究不
同放牧强度对土壤物理和化学性状的影响。结果表明,放牧干扰对荒漠草原土壤物理和化学性状影响显著。土壤
含水量和孔隙度随着放牧强度的增加呈显著降低趋势,而土壤容重和pH值呈线性增加趋势。重度、中度、轻度放
牧0~30cm土壤含水量和孔隙度比围封禁牧分别降低了21.1%,12.0%,4.7% 和3.2%,2.5%,2.1%。不同放
牧强度土壤含水量随着土壤深度的增加均呈显著增加趋势。随着放牧强度的增加,土壤有机碳和C/N降低。重
度放牧0~10和10~20cm土壤有机碳比围封禁牧分别降低了20.6%和14.1%,土壤C/N分别降低了43.4% 和
34.1%。土壤全磷、速效磷和全钾含量随着放牧强度增加呈增加趋势,而土壤电导率和全氮含量呈先增加后降低
趋势。合理放牧可以改善荒漠草原土壤结构和养分性状,有利于遏制荒漠草原土壤的退化。
关键词:荒漠草原;放牧干扰;土壤性状
中图分类号:S812.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)04003508
犇犗犐:10.11686/cyxb20130404  
  放牧是人类在草原生态系统管理实践中施加于草地的主要干扰类型,对生态系统过程产生重要的影响。草
原生态系统中植被与土壤之间构成一个相互作用、相互影响、相互制约协调发展的统一系统[1]。过度放牧导致了
干旱和半干旱草原生态系统显著的改变,对土壤和植物产生破坏。放牧干扰主要通过采食、践踏影响土壤的物理
结构(如紧实度、渗透率),通过家畜采食活动及牲畜对营养物质的转化和排泄物归还等影响草地营养物质的循
环,从而导致草地土壤化学成分发生变化,而草地土壤物理和化学变化之间也相互作用、相互影响[2]。有研究认
为随着放牧强度的增加,牲畜对土壤的压实作用增强,土壤容重也逐渐增加。内蒙古典型草原[3]、贝加尔针茅
(犛狋犻狆犪犫犪犻犮犪犾犲狀狊犻狊)草原[4]、东北羊草(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)草原[5]、松嫩平原羊草草原[6]和高寒草甸[7]土壤容重随
着放牧强度增加逐渐增大,放牧对土壤容重的增加具有累积效应。过度放牧导致土壤的容重和渗透阻力增加,土
壤孔隙的空间分布发生变化,土壤团聚体稳定性和渗透率降低[8,9]。放牧增加土壤容重,其主要原因是家畜的反
复践踏压实土壤表面,造成土壤非毛管孔隙减少,通气性、渗透性和蓄水能力受到不良影响。
因草地类型、放牧强度、放牧年限及研究方法等的差异,放牧对草地生态系统土壤养分变化的研究结果不尽
一致。有研究认为随着放牧强度增加,土壤中全氮含量降低[10,11]。高寒草甸重度放牧的土壤全氮比轻度放牧降
低了45%[10],也有研究认为,土壤全氮随放牧强度增加而增加[12]。放牧对土壤有机碳、全磷的影响有降低、无变
化等结论。放牧对矮草草原和典型草原土壤有机碳没有影响[13,14],而放牧降低高山沼泽草甸、科尔沁沙漠化草
地和荒漠草原的土壤有机碳[1517]。与围栏封育草地相比,内蒙古半干旱沙化草地自由放牧后土壤有机碳、全磷分
别下降11.8%和16.0%[11]。内蒙古羊草草原围栏封育草地0~10cm 土层全磷含量显著高于各放牧处理,而放
牧处理间差异不显著[18]。高放牧强度下,家畜频繁的采食使磷从系统中的输出增加,引起土壤中全磷的各组分
向速效成分的转移量增大,通过植物吸收后转向系统外输出,从而导致土壤全磷和速效磷含量减少。由于草原土
壤系统本身的复杂性、滞后性和弹性,放牧对土壤性质的影响不尽一致。
荒漠草原是草原区向荒漠区过渡的旱生化草原生态类型。由于其处于干旱半干旱的农牧交错区,生态环境
第22卷 第4期
Vol.22,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
35-42
2013年8月
收稿日期:20130117;改回日期:20130313
基金项目:国家自然科学基金(31000214,31260125)和高等学校博士学科点专项科研基金(20106401120001)资助。
作者简介:安慧(1981),女,宁夏固原人,副研究员,博士。Email:anhui08@163.com
通讯作者。
异常严酷,土壤贫瘠且基质不稳定。随着全球气候变化和草原荒漠化的加剧,荒漠草原面临生产力明显下降,生
态系统承受和抵御干扰的能力十分脆弱,土地沙化、草地退化和土壤退化等问题,逐渐有向裸露化或荒漠化发展
的趋势[19]。近年来,由于风沙危害和超载过牧等自然和人为因素的共同作用,宁夏荒漠草原土壤沙化、植被退化
严重,荒漠草原生态系统严重受损。放牧干扰对草原生态系统土壤物理性状、养分状况的影响受到国内外学者的
广泛关注[20,21]。近年来许多学者对高寒草甸[10,22]、沙质草地[16]和典型草原[14]退化过程中物理和化学性状进行
大量研究,但针对荒漠草原的研究较少。研究放牧干扰对荒漠草原土壤物理性状、养分特征的影响,探讨放牧干
扰下荒漠草原土壤物理性状、养分特征的演变规律,揭示不合理放牧导致草地土壤退化的过程和机制,对于遏止
荒漠草原退化、促进草畜平衡的可持续利用具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
以盐池县为主的宁夏东部草原地区,地处典型草原向荒漠草原的过渡地带[23]。研究区位于宁夏盐池县高沙
窝镇草原资源生态观测站(37°57′N,107°00′E),该地区属于典型中温带大陆性气候,是干旱与半干旱气候的过
渡地带。年均气温为8.1℃,年均无霜期为165d。年降水量仅250~350mm,其中70%以上降水集中在6-9
月,降水年际变率大;年蒸发量2710mm。土壤类型主要是灰钙土,其次是风沙土和黑垆土。土壤结构松散,肥
力低下。
植被类型主要是灌丛、沙生植被和荒漠植被,群落中常见植物种类以旱生和中旱生类型为主。主要荒漠植被
类型有沙蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犱犲狊犲狉狋狅狉狌犿)、赖草(犔犲狔犿狌狊狊犲犮犪犾犻狀狌狊)、蒙古冰草(犃犵狉狅狆狔狉狅狀犿狅狀犵狅犾犻犮狌犿)、短花针茅
(犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪)、甘草(犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊)、牛心朴子(犆狔狀犪狀犮犺狌犿犽狅犿犪狉狅狏犻犻)、二裂委陵菜(犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犫犻
犳狌狉犮犪)、川青锦鸡儿(犆犪狉犪犵犪狀犪狋犻犫犲狋犻犮犪)、刺叶柄棘豆(犗狓狔狋狉狅狆犻狊犪犮犻狆犺狔犾犾犪)、砂珍棘豆(犗狓狔狋狉狅狆犻狊狉犪犮犲犿狅狊犪)、
新疆猪毛菜(犛犪犾狊狅犾犪狊犻狀犽犻犪狀犵犲狀狊犻狊)、茵陈蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犮犪狆犻犾犾犪狉犻犲狊)和盐爪爪(犓犪犾犻犱犻狌犿犳狅犾犻犪狋狌犿)等。
1.2 研究方法
1.2.1 样地与试验设置 样地设置于宁夏盐池县高沙窝镇草原资源生态监测站的围封禁牧草地及附近的退化
荒漠草地。围栏放牧试验于2004年开始,每年5月开始放牧,10月放牧终止。参照任继周[24]对放牧强度和草地
演替阶段的划分标准,根据草地地上生物量、家畜理论采食量和草场面积及放牧时间,分别设置4个放牧处理:围
封禁牧(nongrazed,NG,0.00只/hm2)、轻度放牧(lightgrazing,LG,0.45只/hm2)、中度放牧(moderategraz
ing,MG,1.00只/hm2)和重度放牧(heavygrazing,HG,1.50只/hm2)。每个处理3次重复,共12块样地;各放
牧试验小区面积均为6hm2,围封禁牧(NG)为草原资源生态监测站的禁牧样地(2004年禁牧)。各样地间草地
发育环境及地形条件一致。
1.2.2 样品的采集及分析 于2011年8月在各处理样地设置3条100m的样线(相邻样线间隔50m),在每条
样线上20m设置1个1m×1m调查样方(每个样地共15个样方)。在每个样方内,用土钻分层采集0~10和
10~20cm土壤样品,3钻土壤样品混合带回实验室,风干后过1mm土壤筛备用。同时利用烘干法分层测定
0~10,10~20和20~30cm土壤含水量;用环刀法测定表层土壤(0~10cm)容重和孔隙度。土壤全氮采用凯氏
定氮法测定;有机碳用重铬酸钾容量外加热法测定;全磷采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法;速效磷用碳酸氢钠
浸提钼锑抗比色法;全钾用NaOH碱熔-火焰光度计法;速效钾用NH4OAc浸提-火焰光度计法测定。pH和
电导率(EC)分别用2.5∶1水土比悬液和5∶1水土比浸提液,用P4多功能测定仪测定(MultilineP4Universal
Meter,WTW公司,Germany)[25]。
1.3 数据处理
数据采用SPSS15.0软件进行分析,采用方差分析和最小显著差异法(LSD)比较不同处理数据组间的差异,
用Pearson相关系数分析土壤物理和化学性状的相关关系;显著性水平设定为α=0.05。
2 结果与分析
2.1 土壤水分变化特征
放牧强度对荒漠草原土壤水分状况的影响显著(犘<0.05,图1)。随着放牧强度的增加,0~30cm土壤含水
63 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
量表现出NG>LG>MG>HG的变化趋势,其值分别为(2.76±0.19)>(2.63±0.03)>(2.43±0.12)>
(2.17±0.02)。荒漠草原轻度放牧和围封禁牧0~30cm土壤含水量显著高于重度放牧,而轻度放牧和中度放牧
0~30cm 土壤含水量无显著差异。不同放牧强度荒漠草原土壤水分垂直分布随着土壤深度的增加呈显著增加
趋势(犘<0.05,图1)。重度、中度、轻度放牧和围封禁牧20~30cm 土层土壤含水量分别是0~10cm的6.47,
6.75,6.16和5.53倍。围封禁牧0~10,10~20和20~30cm 土壤含水量比重度放牧分别增加了36.8%,
39.6%和16.9%。
图1 放牧干扰对荒漠草原土壤水分的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狅犳犵狉犪狕犻狀犵犱犻狊狋狌狉犫犪狀犮犲狅狀狊狅犻犾犿狅犻狊狋狌狉犲犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
不同小写字母表示差异显著(犘<0.05),下同。Differentsmallettersmeansignificantdifferenceat犘<0.05.Thesamebelow.
 
2.2 土壤容重和孔隙度变化特征
放牧干扰显著影响荒漠草原表层土壤容重和孔隙度(犘<0.05,图2)。随着放牧强度的增加,土壤容重呈线
性增加趋势,而土壤孔隙度呈下降趋势。中度放牧与轻度放牧的土壤容重、土壤孔隙度差异均不显著,而重度放
牧的土壤容重、土壤孔隙度与中度放牧、轻度放牧和围封禁牧土壤容重、土壤孔隙度差异显著(犘<0.05)。重度、
中度和轻度放牧土壤孔隙度比围封禁牧分别降低了3.2%,2.5%和2.1%。
图2 放牧干扰对荒漠草原土壤容重和孔隙度的影响
犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狅犳犵狉犪狕犻狀犵犱犻狊狋狌狉犫犪狀犮犲狅狀狊狅犻犾犫狌犾犽犱犲狀狊犻狋狔犪狀犱狊狅犻犾狆狅狉狅狊犻狋狔犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
 
2.3 土壤pH 和电导率变化特征
放牧强度和土壤深度显著影响土壤电导率(犘<0.05,图3)。土壤电导率随着放牧强度的增加呈先增加后降
低趋势,在中度放牧达到最大值。中度放牧土壤电导率显著高于重度、轻度放牧和围封禁牧土壤电导率。各放牧
强度表层土壤(0~10cm)的电导率均显著低于亚表层土壤(10~20cm)的电导率。
73第22卷第4期 草业学报2013年
土壤pH值仅受放牧强度的显著影响(图3)。随着放牧强度的增加,0~10和10~20cm土壤pH均表现出
HG>MG>LG>NG的变化趋势,重度放牧土壤pH显著高于中度、轻度放牧和围封禁牧。重度放牧表层土壤
(0~10cm)pH高于亚表层土壤(10~20cm),而中度、轻度放牧和围封禁牧表层土壤(0~10cm)pH低于亚表层
土壤(10~20cm)。
图3 放牧干扰对荒漠草原土壤狆犎和电导率的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狅犳犵狉犪狕犻狀犵犱犻狊狋狌狉犫犪狀犮犲狅狀狊狅犻犾狆犎犪狀犱犲犾犲犮狋狉犻犮犮狅狀犱狌犮狋犻狏犻狋狔犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
 
2.4 放牧干扰对荒漠草原土壤养分特征影响
放牧干扰对荒漠草原土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾和C/N的影响显著(表1)。土壤有机碳
和C/N随着放牧强度的增加而降低,围封禁牧和轻度放牧土壤有机碳均显著高于重度和中度放牧,而围封禁牧
的土壤C/N显著高于重度、中度和轻度放牧。围封禁牧0~10和10~20cm土壤有机碳分别是重度放牧的1.26
和1.16倍,土壤C/N分别是重度放牧的1.77和1.34倍。随着放牧强度的增加,0~10和10~20cm土壤全氮
均表现出LG>MG>HG>NG的变化趋势,轻度放牧0~10和10~20cm土壤全氮均为重度放牧的1.13倍。
土壤全磷、速效磷和全钾含量随着放牧强度的增加而增加,围封禁牧0~10cm全磷、速效磷和全钾分别是重度放
牧的77%,48%和88%。
表1 放牧对荒漠草原土壤养分特征的影响
犜犪犫犾犲1 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狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
放牧强度
Grazing
intensity
土层
Soillayer
(cm)
有机碳
Organiccarbon
(mg/g)
全氮
TotalN
(mg/g)
全磷
TotalP
(mg/g)
全钾
TotalK
(mg/g)
速效磷
AvailableP
(mg/kg)
速效钾
AvailableK
(mg/kg)
碳氮比
C/Nratio
重度放牧
HG
0~10 1.96±0.21Bb 0.39±0.01Bb 0.35±0.01Ab 20.75±0.65Aa 3.68±0.06Aa 115.51±4.54Aa 4.90±0.34Bb
10~20 2.93±0.25Ba 0.47±0.01Ba 0.38±0.01Aa 20.56±0.58Aa 2.55±0.01Ab 92.80±9.21Ab 5.98±0.28Ba
中度放牧
MG
0~10 2.11±0.10Bb 0.40±0.02Bb 0.31±0.04Bb 19.43±0.61Ba 2.75±0.25Ba 109.21±2.06Ba 5.13±0.04Bb
10~20 3.01±0.10Ba 0.49±0.03Ba 0.35±0.05Ba 19.71±0.82Ba 1.57±0.30Bb 76.98±11.40Bb 6.11±0.12Ba
轻度放牧
LG
0~10 2.43±0.17Ab 0.44±0.01Ab 0.28±0.01Bb 19.12±1.04Ba 2.66±0.05Ba 120.64±3.23Aa 5.85±0.19Bb
10~20 3.29±0.15Aa 0.53±0.02Aa 0.34±0.01Ba 19.43±1.19Ba 1.54±0.04Bb 98.82±5.23Ab 6.46±0.20Ba
围封禁牧
NG
0~10 2.47±0.13Ab 0.30±0.06Cb 0.27±0.01Bb 18.22±0.94Ca 1.78±0.14Ca 100.72±1.30Ba 8.66±1.38Ab
10~20 3.41±0.08Aa 0.45±0.03Ca 0.33±0.02Ba 18.05±0.90Ca 1.29±0.13Cb 71.49±1.39Bb 8.02±0.60Aa
显著性Significant 犘<0.05 犘<0.01 犘<0.01 犘<0.01 犘<0.01 犘<0.05 犘<0.05
 注:同列标有不同小写字母表示不同土层间差异显著(犘<0.05),不同大写字母表示不同放牧压力梯度间差异显著(犘<0.05)。
 Note:Differentsmallettersinthesamecolumnindicatesignificantdifference(犘<0.05)forsoillayer,anddifferentcapitallettersindicatesignifi
cantdifferenceunderdifferentgrazingintensityat犘<0.05.
83 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
  土壤深度显著影响土壤有机碳、全氮、全磷、速效磷、速效钾和C/N,而对土壤全钾无显著影响。各放牧强度
表层土壤(0~10cm)的有机碳、全氮和全磷均显著低于亚表层土壤(10~20cm),而土壤速效磷和速效钾显著高
于亚表层土壤。重度、中度和轻度放牧样地表层土壤C/N均显著低于亚表层土壤。
2.5 土壤理化性质间的关系
荒漠草原表层土壤(0~10cm)物理和化学性质的相关性分析表明(表2),土壤容重对土壤pH值、全氮、全
磷、全钾、速效磷和速效钾具有正效应,而对土壤有机碳和C/N具有负效应。土壤含水量对土壤pH值、有机碳、
全氮、全磷、全钾、速效磷和C/N具有正效应,而对土壤速效钾具有负效应。土壤容重与土壤全氮、全钾和速效磷
显著正相关,土壤含水量与土壤有机碳、全氮和全钾显著正相关。土壤全氮与土壤有机碳、全磷、全钾、速效磷和
速效钾均呈显著正相关关系,而与C/N呈显著负相关。速效磷与土壤全磷、全钾和速效钾呈显著正相关关系。
表2 表层土壤(0~10犮犿)土壤物理和化学性质的相关性分析
犜犪犫犾犲2 犆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狆犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狊狌狉犳犪犮犲狊狅犻犾(0-10犮犿)犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
土壤理化性质
Soilphysicalandchemical
characteristics
容重
Bulk
density
含水量
Soil
moisture
pH 有机碳
Organic
carbon
全氮
Total

全磷
Total

全钾
Total

速效磷
Available

速效钾
Available

含水量Soilmoisture -0.134
pH 0.144 0.160
有机碳Organiccarbon -0.047 0.377 -0.236
全氮 TotalN 0.368 0.289 -0.050 0.316
全磷 TotalP 0.098 0.145 0.053 0.134 0.244
全钾 TotalK 0.253 0.211 0.381 -0.053 0.412 0.105
速效磷 AvailableP 0.210 0.001 0.144 -0.125 0.322 0.360 0.308
速效钾 AvailableK 0.123 -0.071 0.012 0.024 0.248 0.207 0.078 0.185
碳氮比C/Nratio -0.339 0.015 -0.142 0.501 -0.613 -0.092 -0.382 -0.357 -0.233
 表示相关性的显著水平犘<0.05,表示相关性的显著水平犘<0.01。
 indicatesignificantcorrelationat犘<0.05level,andindicatesignificantcorrelationat犘<0.01level.
3 讨论
放牧干扰不仅影响植物群落的物种组成、群落结构和生产力等,对草地生态系统的土壤物理结构与化学性状
也产生影响[10]。土壤容重和孔隙度及其分布可以反映土壤结构的好坏,影响着土壤中水、肥、气、热等肥力因素
的变化和协调[26]。国内外学者研究认为,随着放牧强度和牲畜践踏作用的增加,土壤孔隙分布的空间格局发生
变化,土壤孔隙度(特别是大孔隙)减小,土壤容重逐渐增加[6,22,2729]。本研究中土壤容重随着放牧强度的增加呈
线性增加趋势,而土壤孔隙度呈下降趋势,与王仁忠[6]的研究结果一致。随着放牧强度的增强(轻度到重度),土
壤容重呈增加趋势,土壤孔隙度降低的主要原因是过度放牧导致大孔隙(>50μm)和较大中等孔隙(9~50μm)
的丧失[30]。0~30cm土壤含水量随着放牧强度的增加呈下降趋势。随着放牧强度的增大,地表的裸露程度增
大,地表蒸发随之增大,土壤水分不易保持,呈逐渐下降的趋势[31]。在重度放牧强度下,由于家畜践踏作用增加,
草地植被随家畜啃食而减少,植物对土壤的保水能力下降,土壤孔隙度减小,土壤的渗透阻力加大,土壤容重随之
增加,从而导致土壤保水和持水能力下降。适度放牧(轻度、中度放牧)可以改善土壤的通透性,从而使土壤有很
好的保水和持水能力。
放牧通过改变化学元素的循环过程、行为特征、食草动物的化学元素固持、转移和空间上再分配等对草原生
态系统中化学元素组成产生影响[32]。放牧对土壤pH的影响随草地类型和牲畜群结构而不同。王启兰等[31]对
小嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪)草甸研究表明,土壤pH值随着放牧强度的增加逐渐升高,中度放牧和重度放牧显著高于轻度
放牧,而Liebig等[33]认为放牧对土壤pH值没有影响。荒漠草原土壤pH值随放牧强度增大而逐渐增加,与王
93第22卷第4期 草业学报2013年
启兰等[31]、周华坤等[34]研究结果一致。放牧造成的植被盖度和地表凋落物量减小,进一步加速了土壤水分蒸发
量加大,使土壤中的部分盐分聚积到土表,以及尿素水解过程产生的碳酸根离子与水作用形成大量的氢氧根离
子,均导致土壤pH值升高[35]。
由于土壤养分在输入、输出以及动态转化过程中的复杂性,关于放牧强度对土壤养分含量影响的研究结果不
尽一致。国内外学者研究放牧对土壤中氮含量的影响,但由于研究对象、放牧管理方法、时间等方面的差异,研究
结果不尽一致。高寒草甸土壤全氮随着放牧强度的增加而下降[10],而亚高山草甸的土壤全氮随着放牧强度的增
加呈先下降后上升的非线性变化,在极度退化草甸下达到最大值[35]。本研究土壤全氮含量随着放牧强度的增加
呈先增加后降低趋势,且放牧样地(重度、中度和轻度放牧)土壤氮含量大于围封禁牧,与刘楠和张英俊[36]研究结
果一致。土壤有机碳和放牧之间存在复杂的相互关系,土壤有机碳对放牧的响应受到植被和土壤的初始状况、环
境因素(水分和温度)和放牧历史(强度、频率、持续时间和动物类型)等因素的影响[27]。一些研究认为放牧对土
壤有机碳没有影响[13,37],草原生态系统对放牧有相当的弹性,而放牧降低高山沼泽草甸、科尔沁沙漠化草地和荒
漠草原土壤有机碳[1517]。本研究土壤有机碳随着放牧强度增加呈下降趋势,围封禁牧土壤有机碳显著高于各放
牧强度。重度和中度放牧土壤有机碳含量的降低是因为过度放牧使草地初级生产固定碳素的能力降低,并且家
畜的采食导致碳素由植物凋落物向土壤中输入的减少,从而降低了土壤有机碳的来源。家畜践踏作用增强,破坏
了土壤的物理性状,促进草地土壤的呼吸作用,加速碳素由土壤向大气释放[38],减少了土壤中的有机碳储量。
Frank等[39]研究发现与围封禁牧相比适牧土壤有机碳轻微降低,而重牧土壤有机碳没有降低。其主要原因是重
度放牧后土壤侵蚀没有发生,而较浅的根系和较高的有机碳生产能力的C4植物种类增加;也可能因为食草动物
排泄物的归还使土壤表层速效养分增加,土壤的矿化作用加强。由于草地生态系统具有滞后性和弹性,以及不同
地区、不同国家对适度放牧、重度放牧和过度放牧等定性指标难以进行定量比较,放牧对草地土壤理化特性的影
响并没有一致的结论。总体来说,适度放牧对草地土壤生态系统没有负面影响,但是长期超载过牧,会使干旱和
半干旱地区的草地生态系统崩溃。因此,实施合理的放牧管理方式,使草地生态系统的物质循环与能量流动保持
相对平衡,才能达到草地资源的可持续发展利用。
4 结论
随着放牧强度的增加,土壤含水量、孔隙度、有机碳和C/N呈显著降低趋势,土壤容重、pH、全磷、速效磷和
全钾含量呈线性增加趋势,而土壤电导率和全氮含量呈先增加后降低趋势。荒漠草原放牧退化过程中,全氮、全
钾、速效磷的变化与土壤容重的变化,有机碳、全氮和全钾的变化与土壤含水量的变化均呈显著正相关。过度放
牧导致荒漠草原土壤容重增加,水分、有机碳和养分含量下降,适度放牧可以改善荒漠草原土壤结构和养分性状,
有利于遏制荒漠草原土壤的退化。
参考文献:
[1] 王蕙,王辉,黄蓉,等.不同封育管理对沙质草地土壤与植被特征的影响[J].草业学报,2012,21(6):1522.
[2] KrzicM,BroersmaK,ThompsonDJ,犲狋犪犾.Soilpropertiesandspeciesdiversityofgrazedcrestedwheatgrassandnative
rangelands[J].JournalofRangeManagement,2000,53(3):353358.
[3] 关世英,文沛钦,康师安,等.不同牧压强度对草地土壤养分含量的影响[A].草原生态系统研究(第五集)[M].北京:科学
出版社,1997:1722.
[4] 周丽艳,王明玖,韩国栋.不同强度放牧对贝加尔针茅草原群落和土壤理化性质的影响[J].干旱区资源与环境,2005,
19(7):182187.
[5] 王玉辉,何兴元,周广胜.放牧强度对羊草草原的影响[J].草地学报,2002,10(1):4549.
[6] 王仁忠.放牧干扰对松嫩平原羊草草地的影响[J].东北师范大学学报(自然科学版),1996,4:7782.
[7] 王长庭,王启兰,景增春,等.不同放牧梯度下高寒小嵩草草甸植被根系和土壤理化特征的变化[J].草业学报,2008,
17(5):915.
[8] ProffittAPB,JarvisRJ,BendottiS.Theimpactofsheeptramplingandstockingrateonthephysicalpropertiesofareddu
plexsoilwithtwoinitialydifferentstructures[J].AustralianJournalofAgriculturalResearch,1995,46(4):733747.
04 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
[9] GreenwoodKL,MacleodDA,HutchinsonKJ.Longtermstockingrateeffectsonsoilphysicalproperties[J].Australian
JournalofExperimentalAgriculture,1997,37(4):413419.
[10] 王长庭,龙瑞军,王启兰,等.放牧扰动下高寒草甸植物多样性,生产力对土壤养分条件变化的响应[J].生态学报,2008,
28(9):41444152.
[11] PeiSF,FuH,WanCG.ChangesinsoilpropertiesandvegetationfolowingexclosureandgrazingindegradedAlxadesert
steppeofInnerMongolia,China[J].Agriculture,Ecosystems&Environment,2008,124(1):3339.
[12] 戎郁萍,韩建国,王培,等.放牧强度对草地土壤理化性质的影响[J].中国草地,2001,23(4):4147.
[13] ReederJD,SchumanGE,MorganJA,犲狋犪犾.Responseoforganicandinorganiccarbonandnitrogentolongtermgrazingof
theshortgrasssteppe[J].EnvironmentalManagement,2004,33(4):485495.
[14] 王艳芬,陈佐忠,TieszenLT.人类活动对锡林郭勒地区主要草原土壤有机碳分布的影响[J].植物生态学报,1998,
22(6):545551.
[15] WuGL,LiuZH,ZhangL,犲狋犪犾.Longtermfencingimprovedsoilpropertiesandsoilorganiccarbonstorageinanalpine
swampmeadowofwesternChina[J].PlantandSoil,2010,332(1):331337.
[16] 陈银萍,李玉强,赵学勇,等.放牧与围封对沙漠化草地土壤轻组及全土碳氮储量的影响[J].水土保持学报,2010,4:
182186.
[17] 张林,孙向阳,乔永,等.不同放牧强度下荒漠草原土壤有机碳及其δ13C值分布特征[J].水土保持学报,2009,23(6):
149153.
[18] 李香真,陈佐忠.不同放牧率对草原植物与土壤C,N,P含量的影响[J].草地学报,1998,6(2):9098.
[19] 赛胜宝,李德新.荒漠草原生态系统研究[M].呼和浩特:内蒙古人民出版社,1995.
[20] PieiroG,ParueloJM,JobbágyEG,犲狋犪犾.GrazingeffectsonbelowgroundCandNstocksalonganetworkofcattleexclo
suresintemperateandsubtropicalgrasslandsofSouthAmerica[J].GlobalBiogeochemicalCycles,2009,23(2):114.
[21] SunDS,WescheK,ChenDD,犲狋犪犾.Grazingdepressessoilcarbonstoragethroughchangingplantbiomassandcomposition
inaTibetanalpinemeadow[J].Plant,SoilandEnvironment,2011,57(6):271278.
[22] 杨红善,周学辉,苗小林,等.不同放牧强度对肃北高寒草原土壤肥力的影响[J].水土保持学报,2009,23(1):150153.
[23] 陈一鹗.论草原区和荒漠草原区在宁夏东部的界限[J].植物生态学与地植物学丛刊,1982,6(3):227235.
[24] 任继周.草业科学研究方法[M].北京:中国农业出版社,1998.
[25] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.
[26] 陈恩凤.土壤肥力物质基础及其调控[M].北京:科学出版社,1990.
[27] MwenderaEJ,SaleemMA.Infiltrationrates,surfacerunoff,andsoillossasinfluencedbygrazingpressureintheEthiopian
highlands[J].SoilUseandManagement,1997,13(1):2935.
[28] WheelerMA,TrlicaMJ,FrasierGW,犲狋犪犾.Seasonalgrazingaffectssoilphysicalpropertiesofamontaneripariancommu
nity[J].JournalofRangeManagement,2002,55:4956.
[29] 单贵莲,初晓辉,田青松,等.典型草原恢复演替过程中土壤性状动态变化研究[J].草业学报,2012,21(4):19.
[30] VilamilMB,AmiottiNM,PeinemannN.SoildegradationrelatedtoovergrazinginthesemiaridsouthernCaldenalareaof
Argentina[J].SoilScience,2001,166(7):441452.
[31] 王启兰,曹广民,王长庭.放牧对小嵩草草甸土壤酶活性及土壤环境因素的影响[J].植物营养与肥料学报,2007,13(5):
856864.
[32] 高英志,韩兴国,汪诗平.放牧对草原土壤的影响[J].生态学报,2004,24(4):790797.
[33] LiebigMA,GrossJR,KronbergSL,犲狋犪犾.SoilresponsetolongtermgrazinginthenorthernGreatPlainsofNorthAmer
ica[J].Agriculture,Ecosystems&Environment,2006,115(1):270276.
[34] 周华坤,赵新全,温军,等.黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征[J].草业学报,2012,21(5):111.
[35] 江源,章异平,杨艳刚,等.放牧对五台山高山,亚高山草甸植被-土壤系统耦合的影响[J].生态学报,2010,30(4):837
846.
[36] 刘楠,张英俊.放牧对典型草原土壤有机碳及全氮的影响[J].草业科学,2010,27(4):1114.
[37] KelerAA,GoldsteinRA.Impactofcarbonstoragethroughrestorationofdrylandsontheglobalcarboncycle[J].Environ
14第22卷第4期 草业学报2013年
mentalManagement,1998,22(5):757766.
[38] 闫玉春,唐海萍,常瑞英,等.长期开垦与放牧对内蒙古典型草原地下碳截存的影响[J].环境科学,2008,29(5):1388
1393.
[39] FrankAB,TanakaDL,HofmannL,犲狋犪犾.SoilcarbonandnitrogenofNorthernGreatPlainsgrasslandsasinfluencedby
longtermgrazing[J].JournalofRangeManagement,1995,48(5):470474.
犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳犵狉犪狕犻狀犵犱犻狊狋狌狉犫犪狀犮犲狅狀狊狅犻犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
ANHui,XUKun
(MinistryofEducationKeyLaboratoryforRestorationandReconstructionofDegradedEcosystemin
NorthwesternChina,UnitedCenterforEcologyResearchandBioresourceExploitation
inWesternChina,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theeffectofdifferentgrazingintensity(nongrazed,lightgrazing,moderategrazingandheavygraz
ing)onsoilphysicalpropertiesandchemicalpropertieswasconductedinadesertsteppeinNingxia.Grazing
disturbancehadsignificanteffectonsoilphysicalpropertiesandchemicalpropertiesindesertsteppe.Soilmois
tureandporositydecreasedwiththeincreaseofgrazingintensity,whilesoilbulkdensityandpHshoweda
sharplinearincreasewithgrazingintensityincreasing.Ascomparedwithnongrazedplots,grazedplots(heavy
grazing,moderategrazingandlightgrazing)resultedinsignificantdecreaseofsoilmoisture(0-30cm)and
porosityby21.1%,12.0%,4.7%and3.2%,2.5%,2.1%.Withtheincreaseofsoildepth,soilmoisturein
creasedunderdifferentgrazingintensity.SoilorganiccarbonandC/Ndecreasedwithgrazingintensityincreas
ing.Comparedwithnongrazedplots,heavygrazingdecreasedsoilorganiccarbonof0-10cmand10-20cm
by20.6%and14.1%,andsoilC/Ndecreasedby43.4%and34.1%,respectively.Withtheincreaseofgraz
ingintensity,soiltotalphosphorus,availablephosphorusandtotalkaliumincreased,whilesoilelectriccon
ductivityandsoiltotalnitrogendecreasedafteraninitialincrease.Itwassuggestedthatreasonablegrazingcan
improvesoilstructureandsoilnutrientindesertsteppeandrestrainthedegradationofsoilindesertsteppe.
犓犲狔狑狅狉犱狊:desertsteppe;grazingdisturbance;soilproperties
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