全 文 ：第20卷 第6期
Vol.20 No.6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 11月
Nov. 2012
青海省海北州不同草地利用方式土壤基本理化性状研究
李亚娟1,曹广民2,龙瑞军3,4
(1.甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心 甘肃省草业工程实验室,
甘肃 兰州 730070;2.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁 810008;3.兰州大学草地农业科技学院,
甘肃 兰州 730020;4.青藏高原生态系统管理国际中心,甘肃 兰州 730020)
摘要:为探索土地利用方式变化对土壤理化性状的影响,以青藏高原青海省海北州原生矮嵩草(Kobresiahumil)草
甸、原生灌丛草甸、退化矮嵩草草甸、退化灌丛草草甸、人工草地、农田地为研究对象,对各利用方式下土壤的基本
理化性状进行研究。结果表明:退化导致0~10cm土层土壤容重增大,而对下层土壤容重没有明显影响,2种退化
草地0~10cm土层的土壤容重均大于10~20cm土层,其中退化灌丛草甸与原生灌丛草甸之间差异显著(P<
0.05),人工种植也导致表层土壤容重有升高的趋势,人工种草和开垦均导致0~20cm土层土壤容重的变异消失。
草地退化和开垦均导致土壤有机碳和全氮含量降低,草地退化还导致土壤全磷含量降低,但开垦为农田后对土壤
全磷的影响不大;草地退化和开垦也导致土壤有机碳、全氮、全磷含量沿土壤深度的变异消失。草地退化后表层土
壤的有机碳、全氮和全磷含量明显降低,而退化对10~20cm土层的有机碳含量影响不大。草地退化、开垦和农用
均导致土壤表层速效氮的损失,草地开垦和农用的损失尤为剧烈;不同利用方式对土壤速效磷的影响较为复杂,未
表现出一致的规律性。
关键词:海北州;草地利用方式;土壤容重;碳氮磷;土层深度
中图分类号:S153 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)06-1039-06
BasicSoilPropertiesunderDifferentGrasslandUseTypes
inHaibeiStateofQinghaiProvince
LIYa-juan1,CAOGuang-min2,LONGRui-jun3,4
(1.ColegeofPataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity;KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation;
Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou,GansuProvince730070,China;
2.NorthwestPlateauInstitutionofBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining,QinghaiProvince810008,China;
3.ColegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou,GansuProvince730020,China;
4.InternationalCenterforTibetanPlateauEcosystemManagement,Lanzhou,GansuProvince730020,China)
Abstract:Fivegrasslandusepatterns:enclosednativeKobresiahumilismeadow,nativeshrubmeadow,
degradedKobresiahumilismeadow,degradedshrubmeadow,artificialgrasslandandfarmland,werese-
lectedtostudytheeffectsoflandusepatternsonsoilbasicpropertiesintheNorthernofTibetanPlateau,
Qinghaiprovince.Resultsshowedthatgrasslanddegradationmainlyledthesoilbulkdensityof0~10cm
layertoincreasesignificantly,andhadnosignificantinfluenceonlowerdepthsoilbulkcapacity.Soilbulk
densityof0~10cmlayerwashigherthanthatof10~20cmlayerintwodegradedlandusepatterns.
Therewassignificantdifferencebetweendegradedshrubmeadowandnativeshrubmeadow.Bothplanting
andreclamationdidnotleadtothevariationofsoilbulkdensityin0~20cmsoildepth.Grasslanddegrada-
tionandreclamationledsoilorganiccarbonandtotalnitrogencontenttodecrease.Grasslanddegradation
alsodecreasedsoiltotalphosphoruscontent,butreclamationhadlittleinfluenceonsoiltotalphosphorus
content.Grasslanddegradationandreclamationledthevariationofsoilorganiccarbon,totalnitrogenand
totalphosphoruscontenttodisappearwithsoildepthincreasing.Degradationwasmakinggrasslandinto
farmland.Grasslanddegradationledthesoilorganiccarbon,totalnitrogenandtotalphosphorusofsurface
soiltoloseseverely,buthadlittleeffectonthatof10~20cmsoil.Grasslanddegradation,reclamation
收稿日期:2012-06-25;修回日期:2012-08-10
基金项目:国家自然科学基金项目(30970520);中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050404)资助
作者简介:李亚娟(1981-),女,甘肃庆阳人,讲师,博士研究生,主要从事草地土壤学方面的研究,E-mail:liyj@gsau.edu.cn
草 地 学 报 第20卷
andfarm,especialygrasslandreclamationandagriculturalutilizationledtodeclinethesoilavailablenitro-
genofsurfacesoil.Theeffectsoflandusepatternsonsoilavailablephosphoruswasmorecomplicated,
andwithnoconsistentregularity
Keywords:Haibeistate;Grasslandusetype;Soilbulkdensity;Carbon,nitrogenandphosphorus;Soil
depth
草地是陆地表面面积最大的绿色植被和生物屏
障,具有重要的生态、经济和社会价值,也是牧民赖
以生存的基本生产资料和牧区畜牧业经济的物质基
础[1-3]。青海省海北州门源县位于祁连山的东端,境
内孕育着现代冰川、冰雪融化形成的青海省内陆区
祁连山水系,门源县农业开发历史较短,土壤肥沃,
是国家确定的绿色农业示范基地。然而,由于气候
干旱、少雨以及草地超载过牧、大量垦殖、不合理开
采等导致当地草地出现不同程度的退化,并呈逐年
加剧的趋势[4-5]。土壤是植物生长的基础,在草地生
态系统的退化中,草地土壤的退化要滞后于草地植
物的退化,其退化恢复时间要远远长于草地植物的
恢复时间,对草地土壤进行研究能够较深入了解草
地生态系统受损程度,从而可为草地生态系统的保
护和恢复提供理论依据[6-9]。土地利用是自然条件
和人为活动的综合反映,对土壤质量、生物多样性和
生物地球化学循环有着重要影响,土壤基本理化性
质与土地利用方式密切相关[10-11]。本文通过调查研
究青海省海北州门源县不同利用方式下土壤基本理
化性状,揭示了不同利用方式下土壤容重、有机碳、
氮和磷素的含量变化特征,对于评价海北州土地利
用方式变化对土壤理化性状的影响,为当地草地退
化治理、水源和生态环境保护提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于青海省海北州青海门源种马场,年平
均气温-0.7℃,最高气温27℃,最低气温-39℃,无
绝对无霜期,年降水量500mm,年蒸发量1192
mm,年日照时数2440~3140h,属典型的高原干旱
大陆型气候,牧草生长期约为150d。各样地草地类
型为高寒草甸,土壤类型为高山草甸土,土层厚度
80cm,质地为重壤质。
1.2 样品采集与处理
于青海省海北州青海门源种马场附近草地选择
具有典型性和代表性的原生矮嵩草(Kobresiahu-
milis)草甸、原生灌丛草甸、退化矮嵩草草甸、退化
灌丛草甸、人工草地和农田6种利用方式样地,每个
样地选取6个采样点,样点均分布于滩地上(坡度<
5°),取50cm×50cm样方进行地上生物量测定,采
用根土法进行土壤样品采集:直径为6cm 的土钻
分别对0~10,10~20,20~40cm深度的土壤取样,
分层分别装袋,用孔径2mm 土壤筛分出根系和土
壤,将土壤样品风干,过1mm和0.25mm筛备用。
各观测样地基本概况如表1所示。
表1 各样地基本概况
Table1 Basicinformationofsoilsample
草地利用方式
Grasslandusepattern
标记
Symbol
地理坐标
Geographiccoordinates
海拔高度
Altitude/m
生物量
Biomass/g·m-2
草地基本概况
Basicinformation
原生矮嵩草草甸
NativeKobresia
humilismeadow
NK
N37°35.408′
E101°23.519′
3171 268.5
高寒矮嵩草(Kobresiahumilis)草甸,总盖度
90%~95%,禾草高45cm,为冬季草场
原生灌丛草甸
Nativeshrubmeadow
NS
N37°39.375′
E101°20.165′
3344 213.1
原生植被为金露梅(Dasiphoraparvifolia)灌
丛草地,灌木丛径70~100cm,高45cm,总盖
度90%,为冬季草场
退化矮嵩草草甸
DegradedKobresia
humilismeadow
DK
N37°37.106′
E101°14.871′
3142 110.2
植被盖度40%,鼠类活动强烈,为原生矮嵩草草
地退化顶极阶段
退化灌丛草甸
Degraded
shrubmeadow
DS
N37°40.625′
E101°21.083′
3437 93.8
在过度放牧作用下,灌丛退缩,呈现斑块状,夏
季牧场,盖度45%~50%
人工草地
Artificialgrassland
AG
N37°33.837′
E101°24.842′
3116 368.3
退耕地,垂穗披碱草(Elymusnutans),盖度
95%,草高1.3m
农田
Farmland
FL
N37°35.341′
E101°23.420′
3170 776.9 种植小油菜(Brassicacampestris)
0401
第6期 李亚娟等:青海省海北州不同草地利用方式土壤基本理化性状研究
1.3 测定方法
土壤容重采用环刀法:每一样点土壤样品采集
完毕后,用100cm3 环刀于每一土层采集等体积土
壤样品,测定环刀内土壤含水量后计算土壤容重;土
壤有机质含量用重铬酸钾硫酸外加热法;全氮含量
用半微量凯氏定氮法;全磷含量用钼锑抗比色法。
速效氮用扩散吸收法测定;速效磷用碳酸氢钠浸提-
钼锑抗比色法测定[12]。
1.4 数据处理
所有试验数据用Excel2003进行整理统计,用
SPSS11.0数据分析软件进行统计分析,采用LSD
法对不同土地利用方式和不同土层的土壤容重、有
机碳、全氮、全磷、速效氮和速效磷含量分别进行单
因素方差分析和显著性检验。
2 结果与分析
2.1 草地利用方式对土壤容重的影响
土壤容重可作为判断土壤肥力状况的指标之
一,同时,也是评价草地退化的土壤性状之一[13-14]。
不同利用方式草地土壤的容重如图1所示。
图1 不同利用方式草地的土壤容量
Fig.1 Soilbulkdensityofdifferentlandusetypes
注:图中NK为原生矮嵩草草甸,NS为原生灌丛草甸,DK为退化矮嵩草草甸,DS为退化灌丛草甸,AG为人工草地,FL为农田;图中小写
字母不同者表示不同土层之间差异显著(P<0.05);下同
Note:NK:nativeKobresiahumilismeadow,NS:nativeshrubmeadow,DK:degradedKobresiahumilismeadow,DS:degradedshrub
meadow,AG:artificialgrassland,FL:farmland.Differentsmallettersindicatesignificantdifferenceatthe0.05levelamongdifferentsoil
depths.Thesameasbelow
由图1可以看出,0~10cm土层,各利用方式
下土壤的容重差异较大,变异范围为0.63~1.38
g·cm-3,2种原生草甸的土壤容重较小,退化灌丛
草甸的最大,人工草地和农田的土壤容重介于原生
草地和退化草地之间,并且人工草地和农田的土壤
容重差异不明显。表明退化导致表层土壤的容重显
著增大(P<0.05),人工种植也导致表层土壤容重
有升高的趋势。10~20cm土层,除原生矮嵩草草
甸的土壤容重较小外,其他几种利用方式的土壤容
重差异不大;20~40cm土层6种利用方式下的土
壤容重基本没有差异。这一结果表明退化对0~10
cm土层土壤的容重影响较大,对下层土壤容重没有
明显的影响。
2种原生草地利用方式的土壤容重均表现出随
土层加深逐渐增大的趋势,2种退化草地0~10cm
土层的土壤容重均大于10~20cm土层,其中退化
灌丛草甸与原生灌丛草甸差异显著(P<0.05),人
工草地和农田0~10和10~20cm土层的土壤容重
基本相同,表明草地在人工种草和开垦为农田后均
导致0~20cm土层土壤容重的变异消失。
2.2 草地利用方式对土壤有机碳、全氮和全磷含量
的影响
土壤有机碳是草地土壤质量的重要指标,与土
壤物理、化学和生物性质密不可分[15];氮素和磷素
是植物生长发育所需的大量营养元素,是土壤养分
的最重要指标,也是包括草原生态系统在内的各种
生态系统生产力高低的主要限制因子[16]。不同利
用方式草地土壤的有机碳、全氮和全磷含量如表2
所示。
1401
草 地 学 报 第20卷
表2 不同利用方式草地土壤的全碳氮磷含量
Table2 Soiltotalorganiccarbon,nitrogenandphosphoruscontentofdifferentlandusetypes
利用方式
Landusetypes
有机碳Soilorganiccarbon/g·kg-1 全氮SoiltotalN/g·kg-1 全磷SoiltotalP/g·kg-1
0~10cm 10~20cm 20~40cm 0~10cm 10~20cm 20~40cm 0~10cm 10~20cm 20~40cm
NK 69.7aA 40.5bC 47.1aB 1.79aA 1.13bB 1.28aB 11.8aA 9.6bB 9.1cB
NS 66.0aA 50.3aB 34.9bC 1.46aA 1.25aA 0.85bB 8.2bcA 7.5dB 6.7eB
DK 40.0bA 40.5bA 34.8bB 1.09bA 0.92cB 0.84bB 9.0bA 8.5cAB 7.7dC
DS 40.4bA 44.2bA 20.7dB 0.98bS 0.90cS 0.54cB 7.3cA 7.0dA 5.9fB
AG 23.9dA 23.3dA 19.5dA 0.58dA 0.57dA 0.59cA 13.2aA 12.1aA 11.8aA
FL 30.1cA 30.9cA 28.1cA 0.86cA 0.89cA 0.82bA 11.8aA 10.3bA 10.7abA
注:小写字母不同者表示不同利用方式之间差异显著(P<0.05),大写字母不同者表示各土层之间差异显著(P<0.05);下同
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifferenceatthe0.05levelamongdifferentgrasslandusetypes,anddifferentcapitallet-
tersindicatesignificantdifferenceatthe0.05levelamongdifferentsoildepths.Thesameasbelow
由表2可以看出,在同一土层,土壤有机碳和全
氮含量均表现出原生矮嵩草草甸和原生灌丛草甸最
高,其次为退化矮嵩草草甸和退化灌丛草甸,人工草
地和农田最低,说明退化和草地开垦均导致土壤有
机碳和全氮含量的降低,开垦使土壤有机碳和全氮
降低更为剧烈。同一土层的土壤全磷含量则表现出
人工草地和农田最高,并且这2种利用方式之间差
异不显著,其次为2种原生草地,2种退化草地的最
低,说明退化也导致全磷含量降低,人工草地和农田
的全磷含量最高可能是由于施肥所致。
同一利用方式的不同土层相比,原生矮嵩草草
甸和原生灌丛草甸的有机碳、全氮、全磷含量均表现
出明显差异,0~10cm土层的含量最高,10~20cm
土层的含量次之,20~40cm土层的含量最低,但退
化矮嵩草草甸、退化灌丛草甸、人工草地和农田的有
机碳、全氮、全磷含量沿土壤层次的变异不明显,也
就是说在0~40cm土层内有机碳、全氮、全磷含量
均呈现均匀分布,表明草地退化和开垦均导致土壤
有机碳、全氮、全磷含量沿土壤深度的变异消失,退
化使草地朝农田的方向发展。
2.3 草地利用方式对土壤速效氮和速效磷含量的
影响
土壤速效氮和速效磷可以反映土壤的氮磷供氮
强度,是当季植物生长的主要限制因子。不同利用
方式草地土壤的速效氮和速效磷含量如表3所示。
表3 不同利用方式草地土壤的速效氮和速效磷含量
Table3 Soiltotalorganiccarbon,nitrogenandphosphoruscontentofdifferentlandusetypes
草地利用方式
Landusetypes
速效氮SoilavailableN/mg·kg-1 速效磷SoilavailableP/mg·kg-1
0~10cm 10~20cm 20~40cm 0~10cm 10~20cm 20~40cm
NK 570.4aA 349.1bC 436.4aB 18.3cA 18.3bA 11.4cB
NS 512.1bA 402.8aB 322.9bC 11.5dA 9.0cB 5.4eC
DK 297.9dB 345.5bA 329.0bA 7.3eB 9.0cA 7.5dB
DS 433.4cA 311.2cB 144.1dC 13.7dA 8.7cB 5.3eC
AG 192.3fA 160.2dB 150.8dB 25.3bA 19.5bB 15.6bB
FL 226.4eC 311.6cA 264.4cB 45.1aA 32.2aB 31.5aB
由表3可以看出,研究区域土壤的速效氮水平较
高,最高为570.1mg·kg-1,最低为144.1mg·kg-1。
0~10cm土层,土壤速效氮含量表现出由原生矮嵩
草草甸、原生灌丛草甸、退化灌丛草甸、退化矮嵩草
草甸、农田和人工草地依次降低,表明退化和草地开
垦均导致表层土壤速效氮的损失,草地开垦和农用
的损失尤为剧烈,10~20cm土层,除人工草地速效
氮含量的较低外,其余草地利用方式之间差异不大,
20~40cm土层,原生矮嵩草草甸的速效氮含量最
高,退化灌丛草甸和人工草地的速效氮含量最低。
相比原生矮嵩草草甸,退化矮嵩草草甸0~10
cm土层土壤的速效氮损失较多,减少了将近一半,
但10~20cm土层基本没有变化,而退化灌丛草甸
相比原生灌丛草甸3个土层的速效氮均损失较多。
退化矮嵩草草甸和农田均表现出10~20cm土层速
效氮含量高于0~10cm土层。原生矮嵩草草甸、原
生灌丛草甸、退化矮嵩草草甸3个土层土壤速效氮
含量差异显著(P<0.05),而人工草地和农田在各
层中分布相对均匀。
农田土壤的速效磷含量在3个土层均表现为最
2401
第6期 李亚娟等:青海省海北州不同草地利用方式土壤基本理化性状研究
高,0~10cm土层最高,为45.1mg·kg-1,退化矮
嵩草草甸的速效磷含量最低,0~10cm土层最低,
为7.3mg·kg-1。相比原生矮嵩草草甸,退化矮嵩
草草甸3个土层的速效磷含量均明显下降,尤其0
~10cm表层土壤的下降更为剧烈,相比原生灌丛
草甸,退化灌丛草甸0~10cm土层速效磷含量略有
升高,而10~20和20~40cm土层基本没有变化,
表明矮嵩草草甸退化后土壤速效磷损失较为严重,
而灌丛草甸退化后土壤速效磷没有明显损失。农田
和人工草地各土层的速效磷含量均较高,这可能与
施肥有关,其深层次原因有待进一步研究。
3 讨论与结论
3.1 利用方式对土壤容重的影响因土层深度而不
一致。一般认为,由于放牧压力和表层土壤的剥蚀
等原因,退化草地的表层(0~40cm)土壤容重会增
加[17-19],农田土壤经过长期的耕作导致除犁底层外
的表层土壤容重降低,但是由于人工种植过程中对
土壤的干扰程度和结果存在不一致性,人工种植后
草地土壤容重的变化研究结果并不一致。本研究表
明退化主要导致0~10cm土层的土壤容重显著增
大,对下层土壤容重没有明显的影响,人工种植也导
致表层土壤容重有升高的趋势。
3.2 研究区域土壤的有机碳、全氮、全磷含量丰富,
退化后土壤肥力依然维持在较高的水平,利用方式
变化对土壤全碳、氮、磷含量影响较大。在同一土
层,草地退化和开垦均导致土壤有机碳和全氮含量
降低,这与已有的研究结果一致[20-24],本研究表明,
草地退化也导致土壤全磷含量的降低,自然生态系
统土壤磷输入的主要途径是植物枯枝落叶及根系腐
烂,而植物枯枝落叶的化学组成及数量由植物群落
决定,即植物群落影响土壤磷的数量和分布特征,草
地退化后生物量减小而造成磷素的输入降低,但草
地开垦对土壤全磷的影响不大,这可能与草地开垦
后施用磷肥有关。也有研究结果表明,随着退化程
度的加剧土壤全磷含量增加[25],磷素在土壤中的移
动性差,加上土壤磷素含量与母质的关系密切,因
此,草地退化和开垦对土壤全磷含量的影响有待进
一步研究。草地退化和开垦均导致土壤有机碳、全
氮、全磷含量沿土壤深度的变异消失,表明退化使草
地朝农田的方向发展。草地退化对表层土壤的有机
碳、全氮和全磷损失较大,对10~20cm土层的有机
碳含量影响不大,这主要是因为退化后表层土壤有
机碳的矿化加快,导致碳的氧化损失加剧。
3.3 退化和草地开垦均导致土壤表层速效氮的损
失,这与高旭升等[25]、颜淑云等[26]的研究结果一致,
草地开垦和农用的速效氮损失尤为剧烈;除人工草
地速效氮含量较低外,其余草地利用方式亚表层之
间差异不大。原生矮嵩草草甸、原生灌丛草甸、退化
矮嵩草草甸3个土层土壤速效氮含量差异显著,而
人工草地和农田的速效氮在土层之间变异不明显,
各层中分布相对均匀。
3.4 利用方式对土壤速效磷的影响较为复杂。矮
嵩草草甸退化后土壤速效磷损失较为严重,尤其表
层下降更为剧烈;而灌丛草甸退化后土壤速效磷没
有明显损失,其原因可能是灌丛草甸退化后土壤趋
向干旱化,使得土壤矿化分解优势增强,同时,微生
物活动加强,加快了全量养分的分解速度,导致速效
磷释放增加。而有研究也表明,退化后土壤速效磷
的含量基本保持不变[27]。李以康等[28]的研究结果
表明速效氮和速效磷的含量变化与草地退化程度有
关,在轻度和中度退化阶段降低,在重度退化阶段升
高;速效磷的含量呈升高趋势。农田和人工草地在
各层次的土壤速效磷含量均较高,这可能与施肥有
关,因此,与全磷含量的情况相似,利用方式对土壤
速效磷的影响效应有待进一步研究。
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(责任编辑 李美娟)
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