全 文 ：第 16 卷 第 4 期
Vo l. 16 No. 4
草地学报
ACT A AGREST IA SIN ICA
2008年 7 月
Jul. 2008
农牧交错带退耕还草对土壤化学性质的影响
郭彦军1, 2 , 韩建国1*
( 1.中国农业大学草地研究所, 北京 100094; 2.西南大学动物科技学院, 重庆 400715)
摘要: 在北方农牧交错带,以马铃薯( Solanum tuber osum L . )地为对照, 研究了退耕地建植多年生人工草地对土壤
化学性质的影响。结果表明, 退耕地种草可提高土壤的有机碳含量, 增加表层土壤的全氮含量。人工草地 0~
10 cm土层有机碳和氮素含量分别较耕地高 20. 84%和 18. 21% ; 退耕地种草对土壤速效磷含量、电导率和 pH 水平
无显著影响; 耕地与人工草地土壤化学指标之间的差异在很大程度上受生长季节的影响,选择适宜的采样季节是
评价退耕地种草效果的关键。
关键词: 农牧交错带; 人工草地; 耕地; 化学性质
中图分类号: S812 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2008) 04-0386-06
Effects of Returning Cultivated land to Grassland on Soil Chemical Properties
in the Agro-pastoral Transitional Zone of Northern China
GUO Yan-jun
1, 2
, HAN Jian-guo
1*
( 1. Inst itute of Grassland Science, China Agricultural University, Beijing 100094 , China; 2.C ol lege of Animal
S cience and Technology, Southw est U nivers ity, Chongqing, 400715, China)
Abstract: The eco system structures and functions in ag ro- pastoral tr ansit ional zone of no rthern China have
been severely destr oyed by long- term rangeland reclamat ion. It is believed that planting perennial grasses
in cult ivated land has the po tent ial to improve the soil fert ility and the ecosystem serv ice funct ions. T he
effect of returning cult ivated land to perennial grassland on so il chemical propert ies w as studied in agr o-
pastoral tr ansit ional zone of northern China in comparison w ith potato plantat ion. T he results show ed that
contents o f soil org anic carbon and total nit rog en increased by 20. 84% and 18. 21% in 0~ 10 cm soil layer
af ter returning potato lands to g rasslands. Art if icial g rassland had no signif icant influence on soil available
pho spho rus content, elect ric conduct iv ity and pH levels. T he dif ferences o f chem ical property indexes be-
tw een cult ivated land and g rasslands depended upon gr ow ing seasons w hich points out that suitable sam-
pling season might be mo re important in evaluation of the ef ficiency of art ificial gr asslands.
Key words: Agro-pastoral t ransit ional zone; Art if icial g rassland; Cultivated land; Chem ical proper ties
北方农牧交错带是我国长期人类活动所形成的
传统农业与传统牧业镶嵌结合区域, 约占国土面积
的 30%。人口数量的不断增加, 加剧了对当地草地
土壤的开垦, 土壤物理、化学及生物学质量严重下
降[ 1] ,土壤碳、氮循环发生改变[ 2] ,对环境造成严重
不良影响[ 3]。
退耕地种草被认为是提高土壤肥力、恢复草地
生态系统服务功能的有效手段之一[ 4, 5 ]。在农牧交
错带建植多年生人工草地可以提高土壤有机质含
量[ 6] ,改善土壤团聚体结构 [ 7] , 改善当地生态环
境[ 8]。但是,退耕地种草的效果在很大程度上受制
于当地水热条件和土壤本身的肥力条件[ 9] , 且选择
草种的不同,也会产生不同的效果 [ 10]。本试验选择
农牧交错带草甸草原区为研究对象,以当地较常见
的农业种植模式马铃薯( Solanum tuberosum L. )
休耕1年-马铃薯为参照对象, 比较分析几种人工
收稿日期: 2007-10-11; 修回日期: 2008-01- 18
基金项目: 国家十一五专项 ( 2006BAD16B01)
作者简介: 郭彦军(1974-) ,青海人,副教授,中国农业大学博士后,从事牧草营养与草地管理的教学和科研, E- mail: qhgyj@ swu. edu. cn; * 通
讯作者 Author for correspondence, E-mail: jianguohan2058@ 126. com
第 3期 郭彦军等:农牧交错带退耕还草对土壤化学性质的影响
草地对土壤碳、氮、磷及土壤电导率和 pH 水平的
影响规律, 旨在为科学合理评价人工草地在生态
环境建设中的作用提供理论基础。
1 材料与方法
1. 1试验地概况
试验地中国农业大学国家草地生态系统沽源野
外观测站,位于河北省张家口市北部坝上高原塞北
管理区( 11551N, 4152E) , 属高寒大陆性季风气
候。海拔1400 m ,年均气温 1. 4 , > 10的年积温
为 1513. 1 ,无霜期 100 d,年均降水量 300 mm(主
要集中在 7- 9月) , 年蒸发量为 1785 mm, 年日照
时数 2930. 9 h。草地开垦严重,属典型的农牧交错
带,沙质栗钙土。试验期间及 1985- 2004年月均降
水量见图 1。
图 1 试验区降水分布情况
Fig . 1 Distr ibut ion of monthly precipitat ion
in exper imental r egion
1. 2试验设计
试验地为 2002年退耕地建植的多年生人工草
地,共 5种, 扁穗冰草( A grop yr on cr istatum ( L . )
Gaertn. )、草地雀麦( Br omus riparius Rehm . )、无
芒雀麦 ( Br omus inermis Leyss. )、羊草 ( L eymus
chinensis ( T rin. ) T zvel. ) 和紫花苜蓿( M edicago
sativa L. )草地。草地均为条播, 行距 45 cm, 羊草
因根茎发达, 草地植被分布较均匀,无行间距。每年
刈割 2次,依天气情况统一进行喷灌,自 2004年起,
草地没有施肥。以该区主要的农耕方式马铃薯-休
闲 1年-马铃薯( 10 年以上)系统的当季休闲耕地
作为对照, 主要植物有羊草、米果芹 ( Sp haller o-
carp us gr aci l li s ( Bess. ) K.-Po l. )、糜子( Panicum
mil iaceum L. )、猪 毛 蒿 ( A r temisia scop ar ia
Waldst. et Kitag. )、大籽蒿( A . sieversiana Willd. )和
太阳花( Por tulaca gr andi f lor a H ook. ) , 7 月盖度
为 45%。根据地形, 将各处理和对照分为 4 个区,
作为重复,面积 500~ 800 m 2。休闲耕地距人工草
地 400 m 左右。
1. 3土壤取样
2006年 6、7、8、9 月, 按蛇形采样法, 距植株 5
cm 处用土钻(羊草草地和休闲耕地随机采集)采集
0~ 10 cm 和 10~ 20 cm 土层土样, 每个样区采 8个
点,混合后取 500 g 装入自封袋带回实验室。风干
后分别过 1 和 0. 25 mm 筛。
1. 4土壤有机碳含量测定(重铬酸钾外加热法) [ 11]
称取过 0. 15 mm 筛的风干样品 0. 2500 g,放入
干燥硬质试管中,加入0. 8 mol / L 重铬酸钾标准溶液
5 mL 和浓硫酸 5 mL, 摇匀后,管口盖上小漏斗,于
185~ 190加热消煮 5 min。消煮液用硫酸亚铁滴定。
1. 5全氮含量(半微量凯氏定氮法) [ 11]
称取过 0. 25 mm 筛的风干样品 0. 5000 g, 放
入干燥消煮管底部, 加少量去离子湿润后,加入硫酸
铜、硫酸钾、硒粉混合催化剂 1 g 和浓硫酸 5 mL, 摇
匀加热。待消煮液和土粒全部变为灰白稍带绿色
后,再继续消煮 1 h。消煮完毕后,蒸馏定氮。
1. 6速效磷含量( 0. 5 mol / L NaHCO3 法) [ 11]
称取过 1 mm 筛的风干样品 2. 500 g, 放入三角
瓶,然后加入 0. 5 mo l/ L NaHCO3 溶液 50 mL, 再
加一勺无磷活性碳, 塞紧瓶塞,在往复震荡机上震荡
30 min,用无磷滤纸过滤,滤液用钼锑抗试剂显色后
于 700 nm处比色。
1. 7电导率和 pH值测定 [ 11]
称取过 1 mm 筛的风干样品 4g ,放入 50 mL 小
烧杯中, 在 25 室温下,加无二氧化碳去离子水 20
mL,用玻璃棒搅拌 5 min, 静置 30 m in后用 pH 计
测定土壤 pH ; 溶液静置澄清后用电导仪测定土壤
的电导率。
1. 8数据分析
数据分析采用 SPSS 13. 01统计软件,显著水平
为 P= 0. 05或 P= 0. 01。
2 结果与分析
2. 1人工种草对土壤有机碳的影响
退耕地人工种草有增加表层土壤有机碳含量的
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草地学报 第 16卷
趋势(图 2a)。耕地 0~ 10 cm土层有机碳含量16. 02~
18. 07 g/ kg ,而人工草地均在 18. 68 g/ kg 以上(除6
月无芒雀麦样地)。其中,草地雀麦和羊草草地在整
个生长季均显著高于耕地( P< 0. 05) , 紫花苜蓿样
地除 6月差异不显著外,其余月也显著高于耕地( P
< 0. 05)。7 月所有人工草地土壤有机碳含量均显
著高于耕地( P< 0. 05)。人工草地之间比较, 无芒
雀麦草地土壤有机碳含量显著低于羊草和紫花苜
蓿草地 (除 6 月的紫花苜蓿样地和 9 月的羊草
草地)。
10~ 20 cm 土层有机碳含量整体上低于 0~
10 cm,且人工草地与耕地之间差异变小 (图 2b)。
除 7月的羊草和紫花苜蓿草地及 8月份的紫花苜蓿
草地显著高于耕地外, 其余均不显著。人工草地之
间也只有 7月的羊草和紫花苜蓿草地有机碳含量显
著高于其他草地。说明人为干扰对土壤有机碳的影
响主要发生在 0~ 10 cm 的土层。
图 2 退耕地种草对土壤有机碳含量的影响
F ig . 2 Effect of g r ass cultivation on so il o rg anic carbon
concentrations
注:同一月份不同字母表示差异显著( P < 0. 05)
Note: Different let ters indicate signif icant dif f erence in 0. 05 in
same month
2. 2人工种草对土壤全氮含量的影响
退耕地人工种草显著影响表层土壤全氮含量(图
3)。耕地土壤 0~ 10 cm 土壤全氮含量 1. 53~ 1. 99
g/ kg,人工草地 1. 39~ 2. 46 g/ kg。其中, 草地雀麦、
羊草和紫花苜蓿草地在整个生长季均显著高于耕地
( P< 0. 05) (除6月羊草草地)。6月和 7月的扁穗冰
草草地也显著高于耕地( P< 0. 05)。人工草地之间比
较,无芒雀麦草地土壤全氮含量显著低于 6、7、8月的
紫花苜蓿草地, 7、8月的羊草草地, 6月的扁穗冰草和
9月的草地雀麦草地。而 8、9月的扁穗冰草草地又
显著低于草地雀麦、羊草和紫花苜蓿草地。
耕地 10~ 20 cm 土层全氮含量显著低于 7、8月
的羊草和 8月的紫花苜蓿草地。人工草地之间, 羊
草和紫花苜蓿草地 6月的土壤全氮含量显著高于草
地雀麦, 7月的全氮含量高于草地雀麦和无芒雀麦,
其余均无显著差异。
图 3 退耕地种草对土壤全氮含量的影响
Fig . 3 Effect of g rass cultivat ion on soil total nitro gen
concentr ations
2. 3人工种草对速效磷含量的影响
0~ 10 cm土层, 耕地土壤速效磷含量除显著高
于 9月的无芒雀麦草地外,其余情况均不显著。而
10~ 20 cm 土层, 6月耕地土壤速效磷含量显著高于
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第 3期 郭彦军等:农牧交错带退耕还草对土壤化学性质的影响
扁穗冰草和紫花苜蓿( P< 0. 05) ; 7月情况刚好相
反; 8、9月无显著差异。人工草地间,无芒雀麦草地
7、9月土层速效磷含量均显著低于扁穗冰草和紫花
苜蓿( 9月, 10~ 20 cm 土层只显著低于扁穗冰草) ,
6、8月无显著差异(图 4)。
图 4 退耕地种草对土壤速效磷含量的影响
Fig . 4 Effect of g rass cultivat ion on soil available
phospho rus concentrations
2. 4人工种草对土壤电导率与 pH水平的影响
试验区土壤 0~ 10 cm 土层电导率 0. 20~ 0. 29
ds/ cm, 10~ 20 cm 土层 0. 21~ 0. 34 ds/ cm (图 5)。
其中,耕地 6月的电导率显著高于人工草地(除10~
20 cm紫花苜蓿草地) ,随着时间的推移耕地土壤电
导率逐渐降低。人工草地之间比较, 6 月紫花苜蓿
草地 10~ 20 cm 土层电导率显著高于其他草地, 7
月时羊草草地上下两层土壤的电导率均低于草地雀
麦和紫花苜蓿草地, 8 月无显著差异, 9 月时紫花苜
蓿草地显著高于其他草地。
试验区土壤整体呈碱性反应,土壤 pH 值 7. 79~
8. 09。退耕地种草对土壤 pH 有一定的影响, 但这
种变化因生长季节的不同而不同(图 6)。6月耕
地土壤 pH 值较高, 显著于扁穗冰草和羊草草地; 7
月时0~ 10 cm土层显著高于扁穗冰草、草地雀麦
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草地学报 第 16卷
和无芒雀麦; 8月无显著差异; 9月时显著高于紫
花苜蓿而低于羊草草地。人工草地土壤 pH 水平
变化较大, 整体而言, 紫花苜蓿草地土壤 pH 水平
随着季节的推移有下降的趋势, 9月时紫花苜蓿草
地上下两层土壤 pH 水平显著低于其他草地。
2. 5土壤化学指标之间的相关性
相关分析表明,土壤有机碳含量与全氮含量呈
极显著正相关关系。土壤速效磷含量与电导率之间
也呈极显著正相关关系(见表 1)。其余指标间均无
显著相关性。
表 1 土壤化学指标之间的相关性( 0~ 10 cm)
T able 1 Co rrelation matr ix among so il chemical pr operties in 0~ 10 cm so il layer
速效磷
AP
有机碳
OC
全氮
TN
电导率
EC
酸度
pH
速效磷 Available ph osphorus ( AP) 1
有机碳 Organic C ( OC) 0. 1417 1
全氮 Total N ( T N) - 0. 0846 0. 7955** 1
电导率 E lectric conduct ivity ( E C) 0. 2296 0. 0596 - 0. 0050 1
酸度 pH - 0. 3749** - 0. 2192 - 0. 2159 - 0. 0805 1
注: ** 表示在 P = 0. 01水平上差异显著; Note: ** indicates the signif icance at th e 0. 01 level
3 讨 论
3. 1退耕地种草是恢复土壤肥力、提高土壤质量、
改善生态环境的重要方式之一。退耕地种草,减少
了对土壤的耕作压力, 植物根系及地表枯落物可增
加土壤有机物质的含量,而土壤有机物质的分解作
用又减缓,这势必会提高土壤对碳的固持能力[ 12]。
从本试验结果看, 人工种草显著增加了土壤有机碳
含量,人工草地 0~ 10 cm 土层有机碳含量较农耕地
平均高 20. 84% ,且草地类型不同, 对土壤有机碳的
影响作用也不同。其中,无芒雀麦效果较差,羊草和
紫花苜蓿较好。原因可能在于不同植物残体进入土
壤的数量是不同的, 或其根系分泌有机物质的能力
存在差异[ 13]。我们前期的研究也表明无芒雀麦、老
芒麦和冰草草地土壤有机质含量存在显著差异 [ 6]。
3. 2通常情况下,土壤有机质含量高, 土壤氮素含
量也高,二者呈线性关系[ 14] 。本试验结果也表明,
0~ 10 cm 和 10~ 20 cm 土层氮素含量与有机碳含
量均呈极显著的正相关关系。人工种草后, 表层
( 0~ 10 cm)土壤氮素含量整体上提高 18. 21%。几
种人工草地中,无芒雀麦对土壤氮素的改善效果也
是最差的,这与对土壤有机碳的影响效果是一致的。
3. 3就土壤速效磷含量而言, 试验区样地严重缺
磷[ 15] 。这可能也是限制当地农业生产的主要因素
之一。而且土壤速效磷含量变化较大, 整个生长季
没有规律性。这除与不同牧草生长规律不同有关
外,可能更多地受制于当地的水分条件 [ 16]。就耕地
而言,施入土壤的磷肥除部分被马铃薯吸收利用外,
大部分磷素被土壤固定, 变成不容易吸收部分。而
相对于速效磷含量,土壤全氮含量和有机质含量均达
到丰富水平[ 15]。这种不均衡的土壤养分供应状况,
势必限制植物生产。在满足水分需要的前提下, 定期
供应磷肥可能是提高当地植物生产的主要措施之一。
3. 4土壤电导率高低在一定程度上反映了土壤盐
碱化程度[ 17] 。耕地种草并没有降低土壤的电导率
和 pH 水平。试验区土壤呈碱性反应, 但土壤 pH
水平与电导率之间并无显著的正相关关系。如紫花
苜蓿草地电导率相对高于其他草地, 但其土壤 pH
水平较低, 且随着生长季有逐渐下降的趋势。一方
面,这与土壤水分变化有关[ 18] , 另一方面可能与豆
科植物根系分泌有机酸有关[ 19] 。
4 结 论
4. 1农牧交错带退耕地种草可提高土壤的碳储量,
增加表层土壤的全氮含量。其中,紫花苜蓿和羊草
效果较好,无芒雀麦效果较差。
4. 2试验区土壤呈碱性反应,速效磷含量偏低, 全
氮含量达丰富水平, 养分供应处于严重不平衡状态。
4. 3整体上,人工种草对土壤速效磷含量没有显著影
响。退耕地种草也没有降低土壤电导率和pH 水平。
4. 4耕地与人工草地土壤理化指标之间的差异在
很大程度上受生长季节的影响。因此, 在评价退耕
地种草效果时, 最好对整个生长季节均进行分析。
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(责任编辑 张蕴薇)
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(责任编辑王燕华)
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