全 文 ：第 1 卷
Y o l
。
1
第 1 期
N O
。
l
草 地 学 报
A C T A A G R E S T 工A S工N 工C A
1 9 9 1 年
1 9 9 1
一一一一~ ~ ~~ ~ ~甲, ,二二= 二 , 二二二二 二二二竺性 爪r 份, 竺竺
短花针茅荒漠草原群落土壤一牧草一家畜
之间氮流的初步研究
张淑艳
(哲里木畜牧学院 )
李德新 布彩霞
(内蒙古农牧学院 )
摘要 本试验于 1 9 8 8年 4 月一 1 9 8 9年 4 月在内蒙古乌盟达茂旗农牧学院哈雅教学牧场轮 牧 试
验区内进行 , 对短花针茅荒漠一草原生态系统中 “土一草一畜 ” 之间的氮流通和分配进行 了 初步研
究 , 绘出了氮素流程图。 研究结果表明 :
1
. 在短花针茅荒漠草原生态系统中 , 氮的流通量较低 , 氮素周转慢 。
2
. 氮素在各组分的分配比例为 : 土壤 , 9 0 . 9一 9 5 . 7 % ; 植物 , 1 . 8一 2 . 5 % ; 绵 羊 , 2 . 5一 6 . 9 % 。
引 言
氮素的流通 , 在草原生态系统的物质循环和能量流动 中的作用是非常重要的 。 因为 , 氮
素的流通是否流畅及其流通量的大小 , 直接关系到生态系统的氮素循环和平衡 , 关系到 “土
—草—畜 ” 一系列生产过程 , 决定着畜产品的质和量 , 是草地生产能 力 的 重 要标志之
木文就内蒙古的短花针茅 (S tip a b ; ev if lo ; a ) 荒漠草原生态系统中氮素流通的初步
试验研究进行总结 。
试验地 自然条件与研究方法
试验地设在乌兰察布高原南部的丘陵地区 , 年均温 2 . 7 ℃ , 年均降 水 2 8 2 . 6 m m , 变动
于 1 42 一 4 07 m m 间 。 土壤为淡栗钙土 , 所研究的短花针茅 + 糙隐子草 + 无芒隐子 草 + 冷篙群
落 (A s s . s ti夕a b r e v if lo r a + C le is t o g e n e s S 叮u a r r o s a + C . s o n g a r ie a + A r t e 川 is i a
f : ig i d a )
, 是短花针茅草原中分布较广泛的地带性荒漠草原群落类型 。
作者于 1 9 8 8年 4 月一 1 9 8 9年 4 月 , 对轮牧试验区中土壤 、 植物 、 绵羊三个组成部分的氮
含量进行 了定期 同步取样和测定 (轮牧试验开始于 1 9 8 5年 , 共 40 0亩 , 分 9 个 小 区 , 全年轮
牧25 只揭羊 , 放牧强度中等 , 各小区内放牧天数为夏季 7 天 , 冬季 15 天 ) 。 氮素 含 量 测 定
采用凯 氏定氮法 。 土壤和植物样品分别在 5 月上句 、 6 月中句 、 7 月上旬 、 9 月上 旬和10 月
中旬五次采样 ; 绵 羊代谢试验分四期进 行 , 分 别 是 : 2 7 / Iv 一 3 / v , 1 1 / v 工一 1了/ v l , 6 /I x
一 1 2八x , 2 0/ X 一 2 6 / X 。 为测定氮在绵羊体内的沉积量 , 分别在 5 月初和10 月底进行了两次
屠宰试验 , 与此 同时 , 还采用 “尼龙网袋法 ” 分别对凋落物和羊粪的天然分解速率进行了测
定 , 采用全氮法对土壤微生物固氮量进行 r 初步测定 。
1 4 9
结 果 分 析
氮素在这一生态系统的总流程为 “大气—上壤—植物—家畜—社会 ” 。 本研究只限于土 、 草 、 畜三个大贮存库 。 在牧草库中 , 有鲜草 、 枯草 (包括立枯和凋落两部分 ) 、
地下根系三个分库 ; 家畜库有采食氮 、 体内存留氮 、 排泄氮三个分库 。 土壤库内部氮的流程
很复杂 , 涉及到土壤动物和土壤微生物 , 本研究只将土壤视为一个黑箱 , 讨论其氮的收人和
支出情况 , 对土壤微生物固氮只进行了初步测定 , 文 中涉及的固氮概指此 , 不包括豆科植物
固氮。 下面着重分析氮在上述几个大库间的流通和收支状况 。
(一 ) 各库间氮的流通
根据对土壤 、 植物和绵羊三个库氮素贮量的测定结果 , 可画出氮素流程 图 。 图 1 、 图 2 、
图 3 分别表示 4 月一 10 月 、 4 月一 7 月 、 7 月一 1 0月的氮素流程 。 图中方 框 表 示 氮的贮存
库 , 其内数字为氮的贮存数量 , 箭头表示氮的流动方向 , 六角形内数字为该期内氮的流通数
握鱼』玉 。
中期 N 状态
羊毛
N 体内存留
鲜草 N鲜草 N 1 9 2
0
根系 N很系 N 】7 8 2
二4 名0
粪 N 尿 N
沽草 N 枯 草 N
0
.
1卜 O刀6 7
土坡 N 上壤 N
80 9 另6 8 14 4 7
大气 N 系统外
图 1 4 一10 月N 流程 (单位 : g / m ‘)
1
. 土壤—植物间氮的流通如图所示 , 4 月一 10 月整个生长季内 , 平均每平方米 草群地 上部分从 卜壤吸收氮3 . 5 克 ,
其中 4 月一 7 月吸收 2 . 3 9 / m Z , 7 月一 10 月吸收 1 . 2 9 / m “。 在生 长季内 , 植物 氮呈 正积累状
态 。 从图 名和 图 3 可看出 , 植物地 _上部分氮在 4 月一 7 月间大量积祟 , 并 几主要是在 弓月一
7 月两个 月累积量最大 , 而 7 月一 10 月实质 !: , 氮的积祟已成负值 。
植物地 卜根 系部分作为植物氮贮库的 一个分库 , 具有很大的库容 量 , 达 到 1 . 3 9 / m z一
1 7
.
s g zm
之 , 远远超出地 卜部分 。 故根系在牧 价. }t’l ).] 城分配 , i, 起着调 lJ 和稳 定 的 作用 , 在植
·
1 5 0
·
物—土壤的氮分配 、 转移中亦起主导作用 。
前期 N 状态 中期 N 状态 后 期 N 状态
0 0 2 9
采 食 N 0 0 2 7 体 内存留毛羊毕0 7 5 0 5 00 4 1 0 1 3 3 5 0 一0 1 8 鲜草 N0 5 0根系 N14 6 3粪 N 尿 N 2 3 枯草 N1 4 1111-r圈国
0 18 0 2 3
0 19 0
.
0 4 1 0 0 9 2
哗尸名U , .胜6 一 6 0 3 1
土壤 N
7 4 9 5 5
4 0 1
系统外
4 月一 7 月N 流程 (单位 : g / m Z )
中期 N 状态
前期 N 状态 后 期 N 状态
体内存 留采食 N
鲜草 N鲜草 N 0 5 0
1 , 2
报 系 N很系 N 」4 6 3
1 7 8 2 ⋯币一顶一 奥一尿 N粪 N 枯草 N枯草 N 1 4 10 . 0 6 7
;黑;黑
系统外大气 N
图 3 7 月一 10 月N 流程 (单位 : g / m Z )
上壤中的氮 , 在整个植物生 长季内 . 处 J’- 负平衡状态 。 4 月一 10 月 , 每 乎方米土壤支出
氮总计 6 0 . 3克 。 在枯 草期 , 山 于上壤中的氮不 i耳转向植物地土部分 , 所 以氮支出为零 。 此时
·
1 5 1
·
有绵羊粪尿和枯草分解还氮 , 所以土壤氮得 以回升 。 作者采集了不同时期的枯草和羊粪 , 对
它们的分解速率进行了测定 , 见表 1 。 据此算得 , 每平方米土壤全年收人枯草氮 0 . 2克 , 粪尿
氮 0 . 3克 。 这样 , 一年周转下来 , 土壤亏损氮5 9 . 9 9 / m Z , 相当于上壤氮贮量 的 8 . 1 % 。 应指
出 , 土壤的生物固氮作用是不可忽视的 , 本试验只对土壤微生物的固氮进行了初步测定 , 结
果为 : 4 月一 7 月间固氮量为 2 . 9 9 / m , , 7 月一 10 月为 1 . 1 9 / m “ , 在牧草枯黄 期 , 仍有微弱
的固氮作用 。
表 1 羊舞及枯草分解速率
、还
试
一、一 } 分解速率 ( 1 / 天 ) N释放量 (g / m 念) 分解速率 ( 1 /天 ) N释放量 (g / m 昌)
IV 一 V 0 。 0 0 0 7 1 0 。 0 0 6 1 0 。 0 0 19 0 。 0 03 2
V 一 姐 0 。 0 0 1 6 0 。 0 2 3 0 。 0 0 5 1 0 。 0 1 0
孤一 X 0 。 0 0 0 9 8 0 。 0 8 8 0 。 0 0 3 3 0 。 0 0 46
X 一 IV . 0 。 0 0 0 4 5 0 。 1 3 0 。 0 0 0 1 9
, 翌年 4 月
土壤是该草原生态系统氮的最大贮库 , 但其本身的氮代谢却很慢 , 氮 的 矿 化 速率小于
1 , 如表 : 。 在牧草生长前期 , 矿化率较高 , 后期呈 下降趋势 , 7 月份为寰低 。 6 月一 7 月
是短花针茅的生殖生长期 , 冷篙及其他杂类草生长亦处 于高峰 , 需要大量的氮 , 这是土壤与
牧草之间氮供求关系矛盾突出紧张的时期 。
表 2 土攘矿化速率 ‘单位 : 并分贮量 : 克 / 亩 , 矿化速率 : % )
一一 于一1 9 / VI 2 7 / 皿 4 / IX 2 6 / X子全 氮无 机 氮矿化速率 5 3 9 9 3 2 。 62 4 4 9 。 40 。 4 5 3 7 8 2 1 9 。 9 5 4 3 0 0 9 。 6 5 1 0 16 5 。 1 4 9 9 7 2 6 。 92 0 2 8 。 1 2 0 7 6 。 6 1 3 7 5 。 70 。 7 0州一⋯2 . 植物—绵羊间氮的流通4 月一 10 月间绵羊采食牧草干物质 量为37 1 . 8 公斤 / 只 , 换算成氮量为 8 . 4公斤 / 只 , 其中鲜 草 氮 为 8 . 0公斤 /只 , 枯草氮 0 . 4公斤 / 只 。 此期绵羊体内只存留0 . 3公斤 / 只 , 占采食氮的3 . 6 % , 有 72 . 4 %的采食氮通过粪尿排泄到绵羊体外。 绵羊库内各分库氮的分配状况见表 3 。4 月一 7 月 , 绵 羊采食氮4 . 5公斤 / 只 , 存留体内。. 1公斤 /只 , 占采食 氮 的 2 . 2 % , 排泄氮占52 . 1纬 。 6 月份输出羊毛氮一次 , 计 0 . 3公斤 / 只 , 占采食氮的 6 . 6纬 。
7 月一10 月 , 绵羊采食氮 3 . 9公斤 /只 , 其 中体内存留 0 . 2 公斤 / 只 , 占食入氮量的 5 . 1 % ,
存留比例有所提高 。 粪尿排泄氮 计3 . 7公斤 / 只 , 占采食氮的 9 4 . 9 % 。
在生长季内 , 植物对绵羊氮的供给充足 , 生 长季结束后 , 仍有 1 . 4 g/ m Z 的枯 草氮和 0 . 5 9
/ m
Z的鲜草氮的库存量 , 而绵羊库 的一个分库—体内贮存 库 容 量 增 加 0 . 0 0 6 8 9 / w 。· 7 弓的氮 , 氮贮量提高1 2 . 9肠 , 并 且增加的氮主要贮于 肉和皮中 。 见表 4 。
。
1 5 2
.
表 3 编羊采食状况 (单位 : 克 /天 · w 。那 )
期项 IV 一 V V 一姐 姗一X
采食 N
存留 N
粪 中排N
尿 中排N
存 留占采食 (写)
排泄占录食 (% )
1
.
0 1 4 3
。
0 4 0 2
。
3 5 1
0
。
0 0 8 0
。
0 8 2 0
。
1 14
0
。
5 4 1 0
。
8 5 3 1
。
8 5 2
0
。
2 9 9 0
。
5 82 0
。
3 4 6
0
。
8 2
8 2
。
8 4
2
。
6 8
4 7
。
2 0
4
。
8 5
9 3
。
4 9
表 4 N 在绵羊体内的沉积 (单位 : 公斤 )
”N一‘W一一每火 一 畜 产 丽一嘛项
\、
肉 毛汉叮 目期
1 4
:::
0
。
1 6
1 4
:::
0
。
2 6
巨少上⋯_盆口巡暇 1.4 6 ⋯0. 5 :
”卜义一35079,一nJUnoV”
重量州毓N酬懒干千贮5月10
3
. 绵羊—土壤间氮的流通绵羊对土壤的氮转移形式是排泄氮 。 4 月一10 月牧草生 一长季中 , 25 只绵 羊 共 排 泄粪氮
1 0 9
.
9公斤 , 平均每天每只排泄 2 3 . 0克 , 尿氮3 5 . 6公斤 , 平均每天每只排泄 7 . 5克 , 这其中有
6 0
.
5公斤的粪氮和 2 4 . 6 公斤的尿氮归还到草地中 , 另外的近刊 %被转移到系统之外 。 由表 5
可见 , 流失到外系统的粪 尿氮分别占粪尿总排泄量的 通7 . 8 %和 8 . 5 % , 成为这一生 态 系统氮
的主要输出形式 。
表 5 草地生态系统向系统外的粪尿流失量 (单位 : 公斤 /只 )
~ ~
.
_ _
项
测 期
lV 一 V V 一 姐 妞一 X X 一 IV
目 }
总排泄粪N
流 夫 粪 N
流失百分比
总排泄尿 N
流 失 尿 N
流失百分 比
0
。
3 0
0
。
1 5
。
9 8
。
3 9
3
。
1 0
1
。
4 3
3
。
2 8
2
。
1 4
4 9
。
6 3 9
。
8 4 6
。
1 5 5
。
6
0
。
1 7
0
。
0 7
。
6 7
。
1 8
。
5 8
。
13
.
0 1
。
5 3
弓3 。 4 2 6 。 8 3 1 。 7 5 2 。 2
*
{卫年 4 月
.
1 5 3
,
每年绵羊可直接归还草地粪氮通 . 1公斤 / 只 , 尿氮1 . 5公斤 / 只 (包括枯草期) 。 尿氮除挥
发外 , 当年可全部归还给土壤 , 而排泄到草地的粪 , 必须经过分解以后 , 氮才能释放出来 ,
参与土壤氮代谢 。 如表 1 , 4 月的粪样 , 至次年 4 月份 , 仍未分解完 。 据本试验测定 , 全年
归还草地的 1 0 3 . 3公斤的粪氮 , 只有6 7 . 3公斤可当年归还土壤 , 如图 1 。 粪氮 的 周转周期为
1
.
53 年 , 4 月一 10 月间 , 土壤 由绵羊排泄物收人的氮占总收入的7 . 1 % 。
4
. 植物—土壤间氮的流通植物以枯枝落叶的形式向土壤归还氮 。 4 月一 10 月牧草生长季 中 , 每平方米鲜草氮形成
枯草氮1 . 4克 , 这些立枯草氮只在 4 月一 5 月间有 0 . 0 3 5 9 / m z被绵羊 采 食 , 5 月一 10 月间则
很少被绵羊采食 , 未被采食部分全部转为凋落物氮。 这些凋落物再经分解 , 把 氮 归 还 给土
壤 。
据枯草分解速率测定 , 1 . 3 6 9 / m “的凋落物氮 , 在 4 月一 10 月间有 0 . 1 8 9 / m Z的 氮转移给
土壤 , 枯草期有 0 . 1 89 / m Z的氮转移给土壤 , 4 月一 10 月间 , 土壤 由枯草收人的氮 占 总收人
的 3 1 . 6 % 。
(二 ) 氮在 “ 土—草—畜 ” 系统内的分配及流通强度 。表 6 以时间为顺序列出了氮在土壤—牧草一一家畜系统内不同时期的分配比例 。 从中可见 , 土壤为这一系统的巨大贮库 , 其贮量占总贮量的 9 0 . 9 %一 9 5 . 7 % , 绵 羊 体 为第二大
库 , 占总贮量的 2 . 5 环一 6 . 9 % , 植物 占1 . 8 %一 2 . 5 写 , 而作 为 可 食 牧草的地上部分氮只占
0
.
0 5 %一 0 . 3 8 % 。
表 6 氮素在土一草一畜内的分配比例 (% )
一 mlj 目 一
{
植物地上
植物地下
6 / V 1 7 / VI 20 / 妞 l/ 仄 2 0 / X
l
。
2
,
9 0
。
9
0
.
1 4
2
。
3 5
6
。
6 1
9 2
。
4
0
。
2 3
2
。
0 2
5
。
3 8
5lb6
冲矛为八“了J马
:
一Ž八“n月
4 月一 10 月生 长季期间 , 土—草间的氮流通量为3 . 5 9 / m “ , 草—畜间的氮流通量为0 . 8 9 / m Z , 畜—土间的氮流通量为 0 . 3 9 / m “ , 草—土间的氮流量通量 为 0 . 2 9 / m “ 。 羊毛产品从这一系统支出氮 7 . 7公斤 , 计 0 . 3公斤 /只 。
结 论 与 讨 论
1
. 试验证明 , 该草原生态系统氮的贮量还是较大的 , 关键的问题是氮的周转速率慢 , 氮
在各库间的流通量小 , 转化速率低 。 如土壤 。一 4 0c m 氮贮量达 80 9 . 9 / m “ , 而氮的 矿化速率
只有 0 . 4 4 % , 仁壤—植物间的氮流通量 4 月一 10 月 7 个月只有 3 . 5 9 / m z , 所 以 , 如何提高氮的转化速率将是提高这一荒漠草原生产效率的重要环节 。
2
. 草畜供给季 官不平衡 。 在青草期 内 , 牧草供给充分 , 氮的供给亦充足 , 此期绵羊体内
氮量随收草贮氮量的增加而增加 , 进入枯草期 , 虽然枯草氮的库 年最牡大 , 但可什. 绵羊采食
的却 下尼 . ’: 、 扣、i !一舌沐本身养 分不平衡纤一问题 , 篮使得纷 羊体内丫‘袱录 州示。 所以 , 在枯草
期 , 对绵羊迸 行补 同 , 不乓给一定数 凌的青贮料及精料 , 将会减少绵羊枯草期的损失 。
3
. 氮的流夫严贡 。 该草原生态 系统氮流失严重 , 卜壤 氮处于负乎衡状态 。 因而 , 首先应
减少不应有的氮素流矢 。 一般地 , 绵羊 自夭放牧 , 夜晚归牧 , 夜里排泄的粪尿氮 , 多被转移
到附近的农田生态 系统或作为燃料浪费掉 。 由表 5 可见 , 氮的流失量之大 , 尤 其 粪 氮 有近
1 / 2流失到外系统 。 本试验证明 , 粪氮的周转率比枯 雄氮的周转要快得多 , 把 它 们全部归还
给草地 , 会加速草地生态系统的氮流通 。 其次 , 建议进行施肥试验 , 在 草 地 集 约经营的国
家 , 草 J一也施肥已成制度 。
」. 畜产品输出谊少 。 份年只有一次羊毛产品输出 , 其量很少 。 当然这 首光与该草原生态
系统水分等 自然生态因子直接相关 , 但通过管理水平的提高 , 可 以改善这种状态 , 提高产品
输出率 。 在此系统内发展季 石畜收业是符介实际和必须提倡的 , 应改变只求家畜存栏数的传
统观念 , 以 扛定畜 , 以 各种营养成分买际供给量定畜 , 科学饲养 , 大 力发展以商品为核心的
改地畜牧 业 。
主 要 参 考 文 献
王辉珠 , 19 8 4 : 高山禾本科—器草型草地土 、 草 、 讼 的N 桥化 , 中国草原 与牧草 , 2 : 18 一25任继周等 , 1 9 8 6 : 高山草地—绵羊系统的N 括环 , 中国草原与枚草 , 4 : 4 一 8 。
T H E F L O W O P N IT R O G E N A M O N G H E R B A G E一 5 0 工L
一A N IM A L IN S T I尸A B R E 犷 I F L O R A D E S E R T
S T E P P E C OM M U N IT Y IN IN N E R M O N G O L IA
Z h a n g S h u y a n
(J ir e m C o lle g e o f A n irl a l H u s b a n d r y )
L 1 D e x in B u C a ix ia
(In n e r M o n g o lia C o ll e g e o f A g r ie u lt u r e a n d A n i仃l a l H u s L a n d r y )
A B S T R A C T
T h is e x p e r im e n 七w a s p e r f o r m e d a 七 七h e t e a e h in g fa r m o f I n n e r M o n g o lia
C o lle g e o f A g f ie u i七u : e a n d A n im a l l{ u o b a n d r y (in 七h 。 。o u Lh o f D a m a o B a n n e r )
f z
l
o m A p x
、主1 o f 1 9 8 8 to A p r il o f 1 9 8 9 . T h e flo w a n d d is 乙r 、b u t io n o f ,飞iLr o g e n a m o n g
。0 11一 h e 〕一 b a g e 一 a n i n l a l i , 1 5 2艺尹a b : 。 。 iflo , “ d 。。c r L S Le PP e e e o s y 。七e rn w e r e 。七u d ie d
p r e lim in a
r ily
.
T h e r e 。、11七 s h o 认 n a s f o llo w s :
1
.
In Lll e 名艺i刃a 乙: 。、, 下了10 : a d e o e r L s te p p e e c o 。汉。 Lc m , t h e 0 1七r o g e n flu x w a s
lo w
, a l飞d n iLr o g e n 七u r , 2 o v o r e o o L a lo n g 七im e .
2
。
T 子飞e r a Lio o f n itr o g e 门 d 之S Lr ib u te d a 积 。n g 5 0 11 , p la n t , 。 z飞d s h o e p一 、、a s 9 0 · 9一
9 5
.
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·
1 5 5
·