全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 04-0342-04
不同放牧强度下人工草地土壤微生物量碳、氮的含量
张蕴薇1, 韩建国1, 韩永伟2, 牛忠联2
( 1 中国农业大学草地研究所, 北京 100094; 2 中国环境科学院, 北京 100012;
3 河北承德地区鱼儿山牧场, 丰宁 365000 )
摘要:试验测定了华北农牧交错带地区不同放牧强度下(轻牧, 6 只羊/ hm2 ;中牧, 10 只/ hm2; 重牧, 13 只/ hm2 )人工
草地土壤微生物量碳、氮含量的变化。结果表明: 在不同放牧强度下, 微生物量碳氮有相似的变化趋势, 放牧期间
均以中牧区较高,在停牧年, 以轻牧区和对照区较高; 随着放牧时间延长及环境条件恶化, 土壤微生物量碳氮含量
随放牧强度增加而迅速降低;从微生物量碳氮随放牧强度变化的角度,在干旱地区放牧强度不宜高于轻牧。
关键词:放牧强度; 草地; 微生物量碳; 微生物量氮
中图分类号: S812. 2 文章标识码: A
The content of soil Micro-biomass Carbon and Nitrogen
of Different Grazing Intensities on Pasture
ZHANG Yun-wei
1
,HAN Jian-guo
1
,HAN Yong-wei
2
, NIU Zhong- lian
2
( 1. Inst itute of Grassland Science, Ch ina Agricultural University, Beijing 100094, China;
2. Chinese Academy of En vironment Science, Chengde 365000, China)
Abstract:A test w as conducted to determine the content of soil micro-biomass carbon and nitrogen on cultured
pastures of northern China s agro-pastoral zone, w hich are divided into three cites of different grazing intensit ies:
light( 6 sheep/ hm2) , medium ( 10 sheep/ hm2) , and heavy( 13 sheep/ hm2 ) . T he result show s that different graz-
ing intensit ies tend to affect the soil microbial biomass of carbon and nit rogen in similar ways. During the grazing
period, the soil microbial biomass of the two elements is higher in pastures of medium grazing intensity, while
during the rest-grazing period, they are higher in pastures of light grazing intensity and in the control sites. Fo-l
low ing the prolonged grazing and deteriorat ion of the environment, the pasture soil m icro-biomass carbon and n-i
t rogen decrease incessant ly. Judging from the w orsening situation, w e suggest the g razing- intensity limit in an
arid area should be rest ricted at 6 sheep per square hectometer.
Key words: Grazing intensity; Pasture; M icrobial biomass-carbon; M icrobial biomass-nitrogen
土壤微生物是生态系统的重要组成部分, 参与
土壤碳、氮等元素的循环过程和土壤矿物质的矿化
过程,对有机物质的分解转化起主导作用,对土壤结
构,尤其是团聚体的形成有决定性作用[ 1~ 2]。土壤
微生物量对土壤条件变化非常敏感,能在短时间内
发生大幅度变化,因而土壤微生物量的多少及其变
化能够作为分析土壤状况的重要依据[ 3~ 4]。有研
究表明,适牧下, 微生物促进土壤养分的转化[ 5~ 6]。
放牧利用下, 土壤性状的变化是一个相对缓慢的过
程,因此通过监测不同放牧强度下土壤微生物量的
变化可以间接了解放牧强度对土壤性状的影响。本
文旨在了解华北农牧交错带地区补播改良的新麦草
人工草地在不同放牧强度下,土壤微生物量碳、氮的
变化及其相互关系。
收稿日期: 2003-01-28;修回日期: 2003- 11-01
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G20000018606)资助
作者简介:张蕴薇( 1974- ) ,女,博士,蒙古族,从事草地生态及牧草育种方向的教学与科研,已发表论文 6篇
第 11 卷 第 4 期
Vol. 11 No. 4 草 地 学 报ACTA AGRESTIA SIN ICA 2003 年 12 月 Dec. 2003
1 材料与方法
1. 1 自然概况
本项研究所选试验区位于河北省承德地区鱼儿
山牧场,该牧场地处丰宁满族自治县西北部的坝上
高原,东经 11604,北纬 4144, 海拔 1460 m。年均
气温 1 , 一月平均气温- 18. 6 , 七月平均气温
17. 6 。10 积温 1513. 1 ,无霜期 85天。年均
降水量 430. 7 mm ,主要集中在 7、8、9三个月。年
蒸发量1735. 7 mm,是降水量的 4倍多。春季干旱,
风沙较大。地带性土壤为栗钙土,是在典型草原植
被下发育成的一种土壤类型。土壤特点是: 土层较
薄,沙质, 疏松, 肥力不高,钾含量较高, 含氮量中等,
含磷量极低。
1. 2 试验设计
试验地为 1989年条播的新麦草人工草地, 1998
年补播改良为新麦草+ 杂花苜蓿( Medicago sativa
M . f alcata) 草地;每年春季返青后等雨施肥(表
土撒施尿素 7. 5 kg/ hm2, 磷酸二铵 5 kg / hm2 )。草
地于 1999和 2000年进行放牧试验,全天划区轮牧,
2001年返青后长时间持续干旱, 停牧。
试验设一个对照( CK) , 轻牧( LG)、中牧( MG)
和重牧( HG)三个处理,理论利用率分别为地上生物
量的 30%、50%和 70% (载畜量为 6 只羊/ hm2, 10
只/ hm2, 13只/ hm2)。供试家畜为四月龄河北细毛
羊与西德美丽奴的杂交公羔。2000年和 2001年 6
~ 8 月份取样,放牧年于放牧前及每次牧后一周取
土样,停牧年取样时间与上一年基本一致。
1. 3 测定方法
1. 3. 1 微生物量碳 氯仿熏蒸提取法[ 7, 8]。
1. 3. 1. 1 称取过筛湿土 40 g 于 50 ml烧杯中,将烧
杯放入盛有氯仿(盛氯仿的烧杯中放少量沸石)、底
部用水湿润并加入适量 NaOH 溶液的真空干燥器
中。在真空泵上抽真空至沸腾, 维持 2 min。关闭
阀门,在 25 下保持 24 h。打开阀门, 移去氯仿。
在真空泵上抽真空 3~ 4次,每次 2~ 3 min, 至无氯
仿气味后将土壤移至 250 ml 三角瓶中。加 80 ml
0. 5M K2SO4, 震荡 30 min( 25 , 185 r/ min)。中
速滤纸过滤于塑料瓶中。15 条件下保存备用。同
时做样品无熏蒸空白和试剂空白。
1. 3. 1. 2 准确吸取土壤提取液 10. 00 ml、0. 1N
K2Cr2O7- H2SO4 10. 00 m l于 150 ml硬质试管中,
加少量沸石, 170~ 180 磷酸浴煮沸 10 min。冷却
后全部移入 150 ml三角瓶, 达到总体积 70 ml左
右。加邻啡罗啉指示剂 2滴, 用 0. 05N FeSO4滴至
砖红色。
微生物量碳( BC) = 2. 64EC
EC为熏蒸和不熏蒸 0. 5M K2SO4 提取的碳
的差值。
EC ( mg/ kg ) = N ( V 0- V ) 0. 03 106 F / M
N 为 FeSO4 浓度; V 0 为空白液消耗 FeSO4
( ml)数; V 为土壤提取液消耗 FeSO4( ml)数; F 为
稀释倍数; M 为烘干土样重( g)
1. 3. 2 微生物量氮 氯仿熏蒸提取法
1. 3. 2. 1 同上述微生物量碳处理。
1. 3. 2. 2 测定熏蒸和未熏蒸土壤提取液的速效氮:
使用 TRAACS2000流动分析仪测定。
微生物量氮( BN) ( mg/ kg ) = K EN
EN 为熏蒸和不熏蒸 0. 5M K2SO4提取的氮
的差值; K 为液土比。
2 结果与分析
2. 1 放牧年不同放牧强度下的土壤微生物量碳氮
放牧影响 0~ 30 cm 层土壤微生物量碳氮含量
(表 1)。不同放牧强度草地微生物量碳含量变动在
100. 5973 ~ 609. 3105 mg/ kg 之间, 各土层均以中
牧区微生物量碳最高。0~ 10 cm 层轻牧和重牧区
微生物量碳数量相近, 对照区最低, 10~ 20 cm 层,
对照与重牧区微生物量碳相近, 其数值约为中牧的
65%左右, 20~ 30 cm 层, 轻牧区微生物量碳最低,
仅为 100. 5973 mg/ kg。
土壤微生物量碳氮含量以表层 ( 0~ 10 cm) 最
高, 随土层加深, 呈下降趋势, 这反映了土壤表层
微生物活动强烈。各层微生物量碳氮的变化趋势相
似, 均以中牧和重牧区较高, 重牧低于中牧。这是
因为土壤微生物量与土壤温湿度及通气状况和养分
状况都有关系, 放牧期间, 中牧条件下土壤根系相
对丰富[ 11] , 其分泌物促进微生物大量繁殖; 同时
放牧将更多的牧草枝叶输送到土壤中, 导致更多的
344 草 地 学 报 第 11卷
可利用氮进入土壤, 推动了微生物活跃的运动、旺
盛的生长, 而对照由于能量和氮源的相对匮乏导致
微生物量较低, 重牧区则由于水气状况不佳制约了
土壤微生物的发展[ 10]。
表 1 放牧期间不同放牧强度下的土壤微生物量碳、氮含量( mg/ kg)
Table 1 T he content of soil micro-biomass carbon and nitrog en of different gr azing intensities in g razing season
土层 cm
Soil layer
对照
Cont rol
轻牧
Light graz ing
中牧
Medium grazing
重牧
Heavy grazing
微生物量碳 0~ 10 479. 2237 531. 0452 609. 3105 528. 1756
( mg/ kg) 10~ 20 203. 6715 243. 1136 312. 5004 202. 0098
M icro-biomass carbon 20~ 30 119. 1024 100. 5973 168. 3236 145. 5712
微生物量氮 0~ 10 22. 787 19. 153 26. 764 25. 134
( mg/ kg) 10~ 20 16. 534 14. 320 21. 629 21. 231
Micro-biomass nit rogen 20~ 30 9. 212 9. 574 10. 106 10. 847
2. 2 停牧年不同放牧强度下的土壤微生物量碳氮
停止放牧后, 重牧草地各土层微生物量碳氮的
含量均明显低于其他处理(表 2) , 轻牧区含量较高,
土壤表层表现明显, 0~ 10 cm 土层, 轻牧区微生物
量碳氮分别为 486. 4161 mg/ kg 和 6. 694 mg / kg, 而
相应的重牧区, 其含量仅为轻牧的一半。随土层加
深,土壤微生物量碳氮含量下降显著。
停止放牧后,对照与各放牧处理区微生物量碳
氮水平大幅度下降,推测与年度干旱有关,深入的原
因有待进一步试验验证、解释。
表 2 停牧年土壤微生物量碳、氮含量( mg/ kg)
Table 2 The content of soil micro-biomass carbon and nitrgen in rest- g razing period
土层 cm
Soil layer
对照
Cont rol
轻牧
Light graz ing
中牧
Medium grazing
重牧
Heavy grazing
微生物量碳 0~ 10 414. 8471 486. 4161 459. 0413 245. 1213
( mg/ kg) 10~ 20 228. 6285 208. 9517 203. 8952 142. 645
M icro-biomass carbon 20~ 30 177. 8939 165. 907 109. 2044 123. 6741
微生物量氮 0~ 10 6. 187 6. 694 6. 220 3. 414
( mg/ kg) 10~ 20 2. 364 1. 987 1. 359 1. 376
Micro-biomass nit rogen 20~ 30 1. 442 1. 235 1. 004 0. 655
3 讨论
3. 1 土壤表层微生物量碳氮含量高,向下呈明显的
下降趋势,表明表层土壤微生物活跃,可以用李香真
( 1999)的研究来解释, 他认为土壤微生物数量和活
性与土壤有机碳含量、速效养分多少都密切相关, 并
与土壤酶活性、植物根量的分布趋势一致。
3. 2 从放牧到停牧,土壤微生物量碳氮的含量由中
牧和重牧较高, 变化为对照和轻牧较高,可以在一定
程度上说明,放牧对土壤微生物的影响是双向的, 在
放牧的短时间内,中牧和重牧对草地的微生物活动
有促进作用,但这种作用可能是暂时的,随着放牧时
间延长及环境条件恶化, 放牧压力对土壤微生物的
抑制作用越来越突出的显现出来,其负作用滞后于
放牧行为。
3. 3 与全碳和全氮相比,微生物所固结的碳氮量很
微小,因此在短时间内,微生物量碳氮的变化不会影
响草地养分状况, 由于其对放牧强度引起的土壤条
件变化敏感,可以指示草地变化的方向。
4 结论
4. 1 在不同放牧强度下,微生物量碳氮有相似的变
化趋势。
4. 2 从微生物量碳氮随放牧强度变化的角度出发,
在干旱地区放牧强度不宜高于轻牧。
4. 3 放牧对土壤微生物的影响是双向的,在放牧的
短时间内,中牧和重牧对草地的微生物活动有促进
作用,随着放牧时间延长及环境条件恶化,土壤微生
物量碳氮含量随放牧强度增加而迅速降低。
(转至 P342)
345第 4期 张蕴薇等:不同放牧强度下人工草地土壤微生物量碳、氮的含量
变化趋势一致, 均呈双峰曲线。阴天无明显的光合
午休现象,最低值为 7. 65 molm- 2s- 1,出现在 12:
30;晴天有明显的光合午休现象, 最低值为 9. 05
molm- 2s- 1,出现在 15: 00。光合有效辐射、蒸腾速
率和叶片温度与老芒麦再生草净光合速率呈正相
关, 是影响净光合速率的主导因子。
3. 4 尽管阴天老芒麦再生草净光合速率低于晴天,
但阴天老芒麦再生草光能利用效率和水分利用效率
均高于晴天。
4 讨论
老芒麦再生草净光合速率的变化是诸多光合生
理生态因子共同作用的结果。影响光合作用的主导
因子分别为:光合有效辐射,蒸腾速率和叶片温度。
其中, 光合有效辐射和叶片温度是由当地自然条件
所决定的, 难以改变。蒸腾速率与净光合速率( Pn)
存在着必然的联系, 一般情况下,二者的变化趋势相
同,当蒸腾速率较高时相应的净光合速率也较高, 因
此可以通过改变蒸腾速率来促进净光合速率的增
加,以利于光合干物质的积累,进而提高产草量。又
因为蒸腾速率的变化主要受叶片温度和土壤供水能
力的影响, 土壤水分条件对蒸腾速率的作用十分明
显[ 13] ,而后者可以通过合理灌溉、调节土壤含水量
藉以实现。因此,进一步研究不同土壤水分条件下
老芒麦再生草净光合速率和蒸腾速率之间的内在联
系,从光合生理的角度出发,探索再生草生长与土壤
水分的响应机理,对于提高老芒麦再生草水分利用
效率和经济利用价值显得尤为必要。
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