全 文 ：第 17 卷 第 2 期
Vol. 17 No . 2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 3 月
Mar . 2009
内蒙古农牧交错带土地利用对土壤性质的影响
焦 燕1, 赵江红1 , 徐 柱2
( 1.内蒙古师范大学化学与环境科学学院 , 呼和浩特 010022; 2.中国农业科学院草原研究所, 呼和浩特 010022)
摘要: 为研究农牧交错带土地利用方式对土壤特性的影响,于 2007年 7月选择位于内蒙古东部农牧交错带太仆寺
旗的 3 种土地利用类型,野外采集土样并进行分析。结果表明 :在 0~ 30 cm 土层中, 土壤有机碳含量、全氮含量、
速效钾含量均表现为草地> 榆树林地> 农田;土壤水溶性有机碳含量表现为草地最高, 农田次之, 林地最小;土壤
速效磷含量变化与上述趋势不同,为农田> 草地> 榆树林地。土地利用方式对土壤质地也有影响, 与农田土壤和
林地土壤相比较,草地土壤的粘粒含量最高, 砂砾含量最低。本研究表明在研究区域天然草地具有较好的土壤养
分保持能力,是最适合的土地利用类型, 可为改善生态环境和当地的可持续发展提供依据。
关键词: 农牧交错带; 土地利用;土壤养分
中图分类号: S812. 2 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 02023405
Effects of Land Use Changes on Soil Physichemical Properties in Farmgrazing
Transition Belt of Inner Mongolia Autonomous Region
JIAO Yan
1
, ZHAO Jianghong1 , XU Zhu2
( 1. College of Chemist ry an d En vi ronmental Sciences, In ner Mongolia Normal U nivers ity, H uhh ot , Inner Mongolia Autonomous
Region 010022, Ch ina; 2. Inst itute of Grassland Sciences, Chinese Academ y of Agricultural Sciences,
H uhhot , In ner Mongolia Auton omous Region 010022, China)
Abstract: T he ef fects of grassland conversion to cropland and w oodland on so il properties w ere studied in
July 2007 in Taipusi County located in the farmg razing Tr ansit ion Belt of the Inner Mongolia A utonomous
Region using direct field sampling methods. The results show that the influence of land use types on soil
propert ies w as signif icant . So il organic car bon ( SOC) , total nit ro gen ( T N ) , and available po tassium
( AK) in the 0~ 30 cm depth w er e highest in grassland and low est in cropland. Soil dissolv ed or ganic car
bon ( DOC) in the 0~ 30 cm depth w as highest in g rassland and low est in elm w oodland. The chang ing
tr end of available phosphorus ( AP) in the 0~ 30 cm depth w as different f rom the above and highest in
cropland and low est in elm w oodland. Land use had signif icant effects on so il texture too . Gr assland soil
contained more clay and less sand than o ther land use types. In summary , gr assland in the invest ig ated ar
eas had bet ter maintenance ability of soil nut rients and should be the most appropriate land use type for lo
cal environmental ameliorat ion and sustainable development .
Key words: Farmg razing t ransit ion belt ; Land use; So il nut rient
土地利用与土壤性质关系的研究是全球环境变
化研究核心内容之一。大量研究表明, 土地利用变
化可以引起陆地生态以及生物地球化学循环过程的
变化,导致土壤性质变化和土地生产力改变, 进而影
响土壤质量和土壤环境变迁。土地利用变化能够引
起许多生态过程的变化, 如土壤养分、水分、地表径
流与侵蚀[ 1~ 5]。部分国内学者在不同区域, 如青藏
高原草甸区[ 6] 、云南岩溶区 [ 7]、新疆天山绿洲[ 8]、黄
土高原区[ 9~ 11]、华北平原区[ 12, 13] 、广西红壤低山
区[ 1 4]和喀斯特峰丛洼地 [ 15]等, 分析研究了不同土地
收稿日期: 20080617;修回日期: 20081215
基金项目:国家重点基础研究发展计划 973( 2007CB106806)项目资助
作者简介:焦燕( 1977 ) ,女,博士,副教授,主要从事温室气体排放等相关研究, Em ail: jiaoyan@ im nu. edu . cn
第 2期 焦燕等:内蒙古农牧交错带土地利用对土壤性质的影响
利用对土壤性质的影响作用。Sarno[ 16] 和 Islam[ 17]
分别在印度尼西亚和孟加拉国进行了类似研究。这
些研究表明,土地利用对土壤性质具有重要的影响
作用。尽管土地利用变化影响土壤性质方面已有一
些研究,尤其是对土壤碳氮的影响 [ 18~ 24] , 但由于所
研究的森林、草地及农田类型、土地经营方式、气候
和土壤类型等方面的差异,结果差异性较大, 而部分
地区相关研究甚少, 诸如我国农牧交错带。我国北
方草地及其毗邻的农牧交错带占国土面积约 30% ,
总体属于边际性土地,土地资源类型分布错综复杂,
农林牧交错,土地利用的时空结构不稳定。虽然其
生态脆弱性已引起许多学者关注,但农牧交错带土
地利用方式的改变对土壤理化性质的研究还较少。
本研究选择典型农牧交错区为样区, 研究草地、农
田、林地 3种土地利用方式对土壤理化性质的影响,
为进一步评价农牧交错带土地利用变化对生态环境
的影响,及提出合理的土地利用配置提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区域概况
选择我国温带干旱/半干旱草原中具有代表性
的内蒙古锡林河流域太仆寺旗贡宝拉格苏木为研究
区域。太仆寺旗位于欧亚大陆干旱、半干旱温带草
原,锡林郭勒草原南端, 向北邻接浑山达克沙地, 为
典型的农牧交错区。地理坐标北纬 4326~ 44 39,
东经115 32~ 11712,东西85 km,南北65. 5 km,
总面积 3414. 74 km2。地处中温带, 属亚干旱大陆
性气候,年平均气温 1. 6 ,一月份最冷平均气温-
17. 6 ;七月份最热平均气温 17. 8 。平均降水量
为 400 mm 左右。草原植物一般 4 月底开始返青,
10 月初枯黄,生长期约 150 d。土壤为栗钙土, 草原
植被主要是典型草原, 代表群系为羊草草原和大针
茅草原[ 11] 。农田施肥在整个作物生长季施一次,于
每年种植作物前施一次氮磷钾多元复合肥,耕作方
式为机耕。
1. 2 研究样地的选择
本研究选择草地、农田、榆树林地作为研究对象
(表 1) ,也是研究区域内典型的 3种土地利用方式;
草地、农田、林地分别占太仆寺旗总面积的 54%、
25%和 15% [ 25]。
1. 3 采样方案
本研究于 2007年 10月,采用 GPS定位 S 形布
点法采集土壤样品。为了避免地形等因素的影响,
研究样区在平坦地按照邻近原则进行布置,每种土
地利用方式选择 4个样区, 作为 4个重复,每个样区
10个采样点, 每个采样点用 100 cm 长土钻分层采
样,分别取 0~ 10 cm, 10~ 20cm, 20~ 30 cm 深,共
计 120个样点的土样。
表 1 研究样地类型及地点
T able1 Study sites in the t aipusi countr y
样地类型
Samplin g si te type
地理位置 Geographic locat ion
经度 Longitude 纬度 Lat itude
典型草原天然草地
Natural g ras sland in typical steppe
E 1151328 N 414952
1973年由典型草原开垦为农田(前茬作物马铃薯)
From typical steppe to cropland ( potato) in 1973
E 1151913 N 414828
1972年由典型草原转变为榆树林
From typical steppe to elm w oodland
E 1151520 N 414959
注:表中所列时间通过在当地调研和查阅太仆旗志[ 24] 获得。
Note: T ime data w ere derived f rom T aipusi County Record[24] .
1. 4 样品分析
土壤样品风干后过 2 mm 筛并常温保存。AP
采用 0. 5 mol L - 1NaHCO 3 法[ 12] 。取土壤样品过
0. 28 mm筛后测定土壤 SOC、T N 含量, SOC 采用高
温外热重铬酸钾氧化容量法, T N采用浓硫酸消煮
半微量开氏法 [ 22]。土壤机械组成应用六偏磷酸钠
分散吸管法测定[ 26] 。
1. 5 统计分析
采用 SYST AT 软件进行 ANOVA 分析。
235
草 地 学 报 第 17卷
2 结果与分析
2. 1 土地利用方式对土壤养分的影响
方差分析表明, 0~ 30 cm 剖面内不同土地利用
类型之间的土壤有机碳含量( F= 66. 71, P= 0. 000)
土壤全氮含量( F= 84. 84, P= 0. 000)、速效钾含量
( F= 9. 29, P= 0. 001)均存在显著差异。土壤速效
磷含量( F= 1. 37, P= 0. 28)在不同土地利用方式间
未表现出明显差异。土壤速效磷含量( F= 8. 07, P
= 0. 004)、速效钾含量( F= 8. 29, P= 0. 002)在 0~
10 cm, 10~ 20 cm 和 20~ 30 cm 不同土层深度之间
均存在显著差异。土壤有机碳含量、土壤全氮含量
在不同土层间无显著差异。
由表 2可知,在 0~ 30 cm 土层间, 土壤有机碳
含量、全氮含量均表现为草地> 榆树林地> 农田。
草地有机碳含量在 1. 54~ 2. 46%之间,全氮含量在
0. 17~ 0. 25 g/ kg 之间;与草地相比, 农田、榆树林
地的土壤有机碳分别下降 47~ 67%和 6~ 11% ;土
壤全氮含量分别下降 52~ 68%和 10~ 14%。在 0
~ 30 cm土层间, 土壤速效钾含量为草地> 榆树林
地> 农田;与天然草地比较,榆树林地和农田的速效
钾含量下降 7~ 37%和 37~ 60% , 农田速效钾含量
下降最多。土壤速效磷含量为农田> 草地> 榆树林
地,但不同土地利用方式下速效磷含量差异不显著。
农田土壤速效磷高的原因可能在于农业管理措施诸
如施磷肥等导致土壤速效养分磷明显高于其它土地
利用方式。
在同一土地利用方式下, 0~ 30 cm 不同土层间
SOC、TN、速效 K、速效P 含量均呈自上而下逐渐降
低的趋势。
表 2 不同土地利用类型对土壤养分的影响
Table 2 Effect o f land use patterns on so il nutrient contents
土地利用类型
Land use typ e
剖面深度
Depth
土壤养分 S oil n ut rient
有机碳% 全氮 g/ kg 速效磷 mg/ kg 速效钾 mg/ k g pH
草地 0~ 10 cm 2. 46 0. 01 0. 25 0. 006 5. 30 0. 57 282 7. 40 8. 0 0. 05
Grassland 10~ 20 cm 2. 22 0. 05 0. 23 0. 005 3. 80 0. 28 205 4. 00 8. 1 0. 02
20~ 30 cm 1. 54 0. 03 0. 17 0. 013 2. 97 0. 37 148 4. 00 8. 7 0. 09
农田 0~ 10 cm 0. 79 0. 07 0. 08 0. 004 9. 10 1. 56 112 0. 19 6. 9 0. 02
C ropland 10~ 20 cm 0. 72 0. 09 0. 06 0. 003 4. 19 0. 5 93 2. 31 7. 3 0. 02
20~ 30 cm 0. 77 0. 10 0. 08 0. 005 3. 16 0. 66 101 1. 53 6. 9 0. 06
榆树林地 0~ 10 cm 2. 32 0. 11 0. 23 0. 002 4. 45 0. 64 262 1. 00 7. 6 0. 00
Woodlan d 10~ 20 cm 1. 98 0. 06 0. 20 0. 007 4. 74 0. 62 150 3. 50 7. 6 0. 01
20~ 30 cm 1. 56 0. 07 0. 15 0. 008 2. 80 0. 19 93 5. 10 7. 7 0. 02
2. 2 土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响
0~ 30 cm 剖面内不同土地利用类型之间土壤
水溶性有机碳含量( DOC)差异显著( F= 16. 214, P
= 0. 001) ;在 0~ 10 cm, 10~ 20 cm 和 20~ 30 cm 不
同土层深度之间无显著差异。
0~ 30 cm 土层, 3种土地利用方式下土壤 DOC
含量总体表现为农田土壤最高,草地次之,林地最小
(表 3)。其中, 0~ 10 cm 土层, DOC 含量农田> 草
地> 榆树林地, 其值分别为 10. 13、8. 05、7. 71 mg/
L。10~ 30 cm 土层内,草地 DOC含量最高。
同一土地利用方式下, 不同土层之间的土壤
DOC含量变化并不一致。草地土壤 DOC 含量自上
而下呈逐渐增加的趋势, 农田和林地自上而下呈现
逐渐降低的趋势。
2. 3 土地利用方式对土壤容重、水分含量和质地的
影响
2. 3. 1 土壤容重和土壤水分含量 土壤容重是土
表 3 不同土地利用类型对土
壤水溶性有机碳含量的影响( mg/ L)
Table 3 Effect o f land use types on so il disso lved or ganic
carbon concentr ations and the ver tical distr ibutions, mg/ L
剖面深度
Depth
土地利用类型 Land use typ e
草地 Grassland 农田 C roplan d 榆林地 Woodlan d
0~ 10 cm 9. 05 1. 23 10. 13 2. 94 7. 71 0. 61
10~ 20 cm 11. 25 1. 03 7. 22 1. 46 6. 96 0. 29
20~ 30 cm 17. 81 1. 46 4. 32 0. 42 7. 49 0. 62
壤紧实度的敏感性指标, 也是表征土壤质量的重要
参数。方差分析表明, 0~ 30 cm 剖面内不同土地利
用类型之间的土壤容重差异显著( F= 44. 46, P=
0. 000)。同一土地利用方式下, 土壤容重在不同土
层之间无明显差异。
不同土地利用方式下的土壤容重差异主要出现
在 0~ 20 cm 土层, 为农田> 榆树林地> 草地(表
4) ,可能由于农田耕作措施松动了土壤使容重降低。
并且,草地土壤的含水量最高(表 5)。
236
第 2期 焦燕等:内蒙古农牧交错带土地利用对土壤性质的影响
表 4 不同土地利用类型对土壤容重的影响( g/ cm3 )
Table 4 Effect of land use types on soil bulk density and
the ver tical distr ibutions, g/ cm3
剖面深度
Depth
土地利用类型 Land use type
草地 Gras sland 农田 Cropland 榆林地 Woodland
0~ 10 cm 1. 20 0. 09 1. 54 0. 09 1. 26 0. 05
10~ 20 cm 1. 25 0. 02 1. 53 0. 07 1. 26 0. 04
20~ 30 cm 1. 31 0. 08 1. 48 0. 08 1. 37 0. 03
表 5 不同土地利用类型对土壤水分含量的影响( %)
Table 5 Effect o f land use types on soil water
content and the vert ical distributions, %
剖面深度
Depth
土地利用类型 Land use type
草地 Gras sland 农田 Cropland 榆林地 Woodland
0~ 10 cm 14. 8 0. 39 9. 6 0. 14 9. 5 0. 63
10~ 20 cm 14. 7 0. 46 8. 9 1. 16 7. 2 0. 62
20~ 30 cm 15. 5 0. 40 7. 7 2. 29 5. 9 0. 15
2. 3. 2 土壤质地含量 研究样地的土壤质地主要
为砂土,土壤砂砾含量均较高(表 6)。随着土地利
用方式的改变, 粒径在 1~ 0. 05 mm 之间的土壤砂
砾含量和粒径< 0. 001 mm 的粘粒含量都发生了明
显变化。方差分析结果表明, 0~ 30 cm 剖面内不同
土地利用类型之间的粒径为 1~ 0. 05 mm 间的土壤
砂砾含量差异显著( F= 53. 03, P = 0. 000) , 表现为
农田> 榆树林> 草地。0~ 30 cm 土层, 3 种土地利
用类型间粒径< 0. 001 mm 的土壤粘粒含量也存在
显著差异( F= 10. 76, P= 0. 01) ,表现为草地> 农田
> 榆树林。0~ 30 cm 土层内,草地土壤的粘粒含量
高于农田和林地,而砂砾含量明显低于农田和林地,
证明草地土壤由于其细颗粒较多, 有利于养分保存,
使得土壤养分含量较高, 与上述研究结果一致。
表 6 不同土地利用方式下土壤样品的机械组成( % )
Table 6 Effect o f land use types on soil text ur e
and t he vertical dist ributions, %
剖面深度
Depth
机械组成 Soil t ex t ure
> 1 mm 1~ 0. 05 mm 0. 05~ 0. 001 mm< 0. 001 mm
草地 0~ 10 cm 0. 00 40. 30 50. 45 9. 25
Grassland 10~ 20 cm 0. 00 50. 37 38. 04 11. 59
20~ 30 cm 0. 00 49. 04 38. 89 12. 08
农田 0~ 10 cm 2. 67 72. 59 16. 83 7. 91
Cropland 10~ 20 cm 1. 83 75. 10 15. 17 7. 89
20~ 30 cm 1. 93 70. 85 18. 88 8. 32
榆树林地 0~ 10 cm 0. 00 56. 29 36. 6 7. 11
Woodland 10~ 20 cm 1. 06 57. 78 33. 9 8. 07
20~ 30 cm 0. 84 61. 91 29. 01 8. 23
3种土地利用方式下, 粒径在 1~ 0. 05 mm 之
间的土壤砂砾含量和粒径< 0. 001 mm 的粘粒含量
随土壤深度增加呈增加趋势。
3 讨论
土壤养分是自然因子和人为因子共同作用的结
果。土地利用作为人类利用土地各种活动的综合反
映,与土壤养分有着密切联系。本研究表明,位于农
牧交错带的太仆寺旗贡宝拉格苏木, 不同土地利用
方式下,草地土壤的养分含量明显高于农田和林地
(速效 P 含量除外)。而土壤容重的变化规律与养
分变化规律相反, 农田和林地土壤的容重明显高于
草地。草地土壤的粘粒含量高于农田和林地,而砂
砾含量明显低于农田和林地。
草地农垦后土壤有机碳含量下降最明显,与前
人研究结果一致 [ 19, 27]。可能由于有机碳矿化损失,
草地开垦后土壤通气性增强,土壤日平均温度升高,
好氧微生物活性增强, 促进土壤有机碳的矿化分解,
并且长期施用化肥也会造成土壤有机碳含量下[ 28] ;
收割减少了地上生物量中碳素向土壤的输入,草地
植物被农作物等取代后初级生产固定的碳素向土壤
中的分配比例降低 [ 29] ;风蚀直接把土壤及其中的碳
素带出土壤系统, 造成碳损失;沙化则通过改变土壤
质地和结构来加快土壤碳向大气的排放速率[ 30]。
许多研究表明,草地开垦为农田后,土壤中的碳素损
失 30~ 50% [ 31, 32]。Post 等指出 [ 33] , 几乎所有的开
垦都会造成自然生态系统 SOC含量降低,温带地区
草地改为农田后 SOC损失 20~ 40%。我国内蒙古
草甸草原植被下的黑钙土不同层次有机碳因农垦损
失 34~ 38% [ 34]。本研究的土壤有机碳损失量在 47
~ 67% ,比上述损失量较大,可能与农牧交错带生态
系统的脆弱性有关,研究区域受风蚀影响较大。
3种土地利用方式下, 土壤水溶性有机碳含量
的变化, 与一些研究结果不一致 [ 28] , 0~ 10 cm 土
层,农田土壤水溶性碳含量最高, 10~ 30 cm 土层,
草地水溶性碳含量最高,原因有待进一步探讨。
本研究也发现研究样地土壤的质地主要为砂
土,砂砾含量较高,如果土地利用方式不合理将会导
致水土流失和沙漠化。草地农垦后, N、K 等养分含
量下降,与农田管理利用的重用轻养,投入和产出不
平衡有关。本研究进一步证明了草地土壤比农田、
林地土壤养分高的原因在于草地土壤的粘粒含量高
于农田和林地,细颗粒多,具有较高的土壤含水量和
较小容重,比农田和林地更有利于土壤养分保持。
237
草 地 学 报 第 17卷
4 结论
4. 1 土地利用方式变化能显著改变土壤养分,土壤
养分在 0~ 30 cm 深度内表现出明显的垂直分布规
律。不同土地利用方式下除速效磷含量外, 土壤
SOC, T N,速效 K,水溶性有机碳含量的总体变化规
律为草地> 榆树林地> 农田。表明天然草地转化为
其它土地利用方式会降低土壤养分含量。
4. 2 土地利用方式对土壤质地也有影响,草地土壤
具有最高的粘粒含量和最低的砂砾含量。土壤容重
的变化规律为农田> 榆树林地> 草地。证明位于农
牧交错带的太仆寺旗草地土壤粘粒含量高, 细颗粒
多,具有较高的土壤含水量和较小容重,土壤有机碳
含量等养分较高,有助于提高土壤的稳定性。
本研究初步揭示草地具有较好的土壤养分含量
保持能力,为优化出最适合当地的土地利用类型, 改
善生态环境、提高当地经济效益提供科学依据。
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(责任编辑 李 扬)
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