封育對荒漠退化草地土壤主要養分的影響初探

范燕敏，武紅旗，靳瑰麗，古麗拜克熱木，努爾比牙

(新疆農業大學草業與環境科學學院 新疆草地資源與生態重點實驗室,新疆 烏魯木齊 830052)

新疆天山北坡荒漠草地處于平原與山地的過渡帶，是當地重要的春秋牧場，在新疆生態環境保護和畜牧業生產中發揮著重要的作用。但是，由于長期超載過牧，草地出現退化現象，局部地區甚至出現極度退化，亟待于恢復。目前常見的恢復手段包括圍欄封育、松土改良、補播、施肥等措施[1-2]。但是在干旱、半干旱區對退化草地是采用人工干預或是自然演替恢復措施存在爭議，主要是由干旱地區氣候、地形地貌、土質、灌溉條件的差異造成的[3]。由于圍封禁牧可以通過自然力的作用使退化草地的植被與土壤得到恢復[4-6]，其方法比較經濟，是常被采用的手段。許多研究表明[3，6-7]圍封禁牧可以顯著提高土壤養分，但是干旱、半干旱地區的平原荒漠草地由于自然條件嚴酷，地上生物量較少，圍封對其恢復效果還有待于研究。本研究以新疆昌吉市的不同退化程度荒漠草地為研究對象，對比分析圍欄內、外土壤養分的變化，旨在了解和分析短期圍欄封育對荒漠退化草地的恢復效果。

1 材料與方法

1.1研究區概況 研究區位于天山北坡中段昌吉市三工鎮南2 km，地理位置87.136°～87.142° E，43.868°～43.870° N，為山前傾斜洪積扇平原，海拔825～897 m，地形變化不大，年降水量較少，為180～190 mm，年均溫為6.5 ℃。土壤為灰漠土，成土母質為黃土狀物質。該地區是當地重要的春秋牧場，主要優勢植物為伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)，由于長期過度放牧，草地出現不同程度的退化，伊犁絹蒿的優勢地位急劇下降，一年生植物叉毛蓬(Petrosimoniasibirica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、駱駝蓬(Peganumharmala)和短生類植物腋球頂冰花(Gageabulbifera)、彎果胡盧巴(Trigonellaarcuata)的優勢度增加，有些地區叉毛蓬、角果藜取代了伊犁絹蒿的優勢地位，甚至地表出現裸露的斑塊。

2007年4月實地調查，在研究區從北向南設置3條調查路線，每隔一定距離用樣方法測定植物種類、密度、蓋度、高度、生物量，以上述指標作為劃分草地退化梯度的依據，具體劃分方法見文獻[8]，將研究區劃分為中度退化、重度退化和極度退化，并對不同退化草地進行30 m×30 m圍欄，圍欄內不放牧，使草地自然恢復，圍欄外自由放牧。

1.2樣品采集及分析方法 2009年4月底，在圍欄內外，分別隨機選取9個點，每3個點混合為一個土壤樣品，采樣深度0～10、10～20 cm，測定指標為：土壤有機質、堿解氮、速效鉀、有效磷，測定方法按常規分析方法[9]進行。

1.3數據處理方法 采用SPSS 11.0對數據的顯著性進行檢驗。

2 結果與分析

土壤養分的變化能夠直接地反映植物與土壤環境作用的關系，從而達到認識草地封育恢復的效果。

2.1中度退化荒漠草地圍欄內外土壤養分與差異性 草地土壤堿解氮含量圍欄外均高于圍欄內，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外草地土壤有效磷含量高于圍欄內；10～20 cm，圍欄內土壤有效磷含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外土壤速效鉀含量高于圍欄內；10～20 cm，圍欄內土壤速效鉀含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄內草地土壤有機質含量高于圍欄外，但未達到顯著水平(表1)。

因此，中度退化草地在圍欄后短期內，放牧壓力的消失，改善了植物地上和地下生物量的分配，使土壤有機質的含量有所升高。在圍欄外，游走的牲畜排泄的糞便，其中含有大量的堿解氮、速效鉀積聚在土壤表層，是圍欄外土壤堿解氮、速效鉀高于圍欄內的主要原因，有研究[10]也證實了此觀點。圍欄內10～20 cm土層，有效磷、速效鉀含量均高于圍欄外，說明圍欄后，植物地下部分的生長得到改善，進一步改善了土壤環境，有利于磷鉀素的有效化，有效養分含量升高。由此分析可知，在中度退化草地圍欄后土壤速效磷、鉀、有機質開始得到逐步恢復。

2.2重度退化荒漠草地圍欄內外土壤養分與差異性 0～10 cm，圍欄外土壤堿解氮含量顯著高于圍欄內(P<0.05)，10～20 cm，圍欄內土壤堿解氮含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有效磷含量高于圍欄內，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄內外土壤速效鉀的含量相差不大，10～20 cm圍欄內土壤速效鉀的含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有機質含量高于圍欄內，但差異不顯著(表1)。

重度退化草地圍封后0～10 cm土壤堿解氮、速效磷、鉀的變化與中度退化草地圍欄內土壤變化趨勢一致，均為圍欄外高于圍欄內。圍欄內10～20 cm土層，堿解氮、速效鉀含量均高于圍欄外，說明了圍欄后，植被的恢復和土壤環境的改善，提高了堿解氮、鉀含量。圍封對土壤有效磷和有機質的影響還沒有顯現出來。

2.3極度退化荒漠草地圍欄內外土壤養分與差異性 0～20 cm，圍欄內土壤堿解氮含量高于圍欄外，但差異不顯著。0～20 cm，圍欄外土壤有效磷含量高于圍欄內，但差異不顯著。0～10 cm，圍欄外土壤速效鉀的含量高于圍欄內，10～20 cm，圍欄內土壤速效鉀的含量高于圍欄外，但差異均不顯著。0～20 cm，圍欄內土壤有機質含量高于圍欄外，但差異不顯著(表1)。

分析可知，極度退化荒漠草地圍封后，有利于土壤堿解氮、有機質含量的提高，但是，土壤有效磷的含量仍然沒有改善。土壤速效鉀的變化與中度、重度退化草地土壤變化一致。

2.4退化荒漠草地圍欄內土壤養分的變化比較 放牧對草地土壤化學性質有直接影響也有間接影響。放牧對草地土壤化學性質直接影響是由于食草動物的游走、采食、排泄將化學元素固持、轉移和空間上再分配。間接影響是改變化學元素的行為特征和循環過程，通過食草動物的踐踏，植物殘體變碎，植物蓋度降低，土壤容重增加，其結果是提高了土壤的表面溫度，這些外部環境因素的變化有利于植物殘體的分解，加速了土壤養分的循環過程。

表1 退化荒漠草地圍欄內外土壤養分對比

由表1分析可知，圍欄內隨著草地退化程度的減輕，土壤有機質、有效磷含量升高，堿解氮含量降低，速效鉀含量變化不大。說明，圍欄后植被恢復對堿解氮的需求量較大，造成土壤氮素降低；圍欄封育有助于土壤碳的積累和磷素的有效化。

圍欄內土壤堿解氮、磷含量低于圍欄外，說明高強度放牧短期內可以加速土壤養分的循環效率，動物糞便可補充土壤中的速效養分，產生一定的正面影響。但是圍欄外草地土壤隨著退化程度的加劇其養分含量降低，并且中度退化草地圍欄內養分的含量已經接近或超過極度退化草地，表明長期無節制無管理的超載放牧必然造成土壤系統營養物質輸出和輸入的不平衡，最終導致草地生態系統退化。同時也說明僅靠植被的自然恢復對土壤的改善還是比較緩慢的。

3 討論

有研究[11]表明，荒漠草地禁牧有利于土壤氮素的提高。本研究中，中度、重度退化草地封育后土壤堿解氮含量下降，僅極度退化草地封育后土壤堿解氮升高。McNaughton等[12]研究認為，在草原上停止放牧，導致凋落物氮固持和地上立枯生物量增加，同時使土壤微生物轉化率和凈氮礦化下降，造成封育后土壤氮素降低。中度退化草地圍欄內外土壤堿解氮含量相差高達18.64～20.55 mg/kg，但是并未達到顯著水平，主要是由于土壤氮素空間變異性較大。劉忠寬等[13]研究認為由于牧壓消除后，維持土壤養分或植被空間格局的勻質化條件消失，造成土壤養分的空間異質性呈不同程度的增大趨勢。

王思成等[14]對半干旱黃土丘陵區不同植被恢復方式下土壤理化性質的研究認為，封禁自然恢復可以提高土壤有機質、堿解氮和速效鉀的含量。常慶瑞等[15]在陜西乾縣的研究認為，在黃土高原地區恢復植被能顯著提高土壤有機質。閆琳等[16]對包頭市鹽漬化土壤上不同植被恢復階段土壤有機質變化的研究表明，土壤有機質含量隨植被恢復而逐年增大。但在本研究中，圍封草地的土壤有機質及速效養分并沒有顯著的提高，甚至在土壤表層其含量低于自由放牧草地，表明在干旱荒漠地區，嚴酷的自然環境，限制了植被的自然恢復速度。孫長安等[7]的研究表明，植被恢復改善土壤性狀所需時間從3年至20年以上，因此，對于干旱荒漠地區退化草地采用圍封手段來恢復草地生態系統將是一個長期的過程。

生態系統的磷素循環是由植物對磷的需求所拉動，由土壤有效磷的持續供應來維持的。二者之間的銜接是通過植物與土壤之間的相互作用來實現的，包括植物對磷的吸收、植物以各種形式將磷歸還土壤及二者之間的反饋調節[17]。世界大部分干旱地區草地嚴重缺磷，草地粗放管理，草地植物多為多年生須根植物，使得草地生態系統磷素研究復雜化[18]，因此，圍封對土壤有效磷的影響在以往的研究中并沒有給出相同的結論，說明了磷素在土壤中變化的復雜性。本研究中，土壤表層磷素含量普遍是圍欄外高于圍欄內，說明草地嚴重退化后，土壤有效磷的恢復很難。因此，應加強草地監測，在草地退化早期采取有效措施，有利于草地生態系統的快速恢復。

4 結論

1)退化荒漠草地圍欄封育兩年后，中度和重度退化草地圍欄外0～10 cm土壤堿解氮、速效鉀、有效磷含量高于圍欄內，圍欄內10～20 cm土層，堿解氮、速效鉀含量均高于圍欄外。極度退化的荒漠草地圍封后土壤堿解氮、有機質含量提高。說明圍欄后，植被的恢復和土壤環境的改善，提高了養分含量，圍封對土壤養分的提高效應開始顯現。

2)土壤有效磷含量較低，圍封未使其含量提高，一方面說明有效磷在土壤與植被之間的運移機制需要深入研究，另一方面也說明有效磷是草地生態系統恢復的限制因素。

3)當地嚴酷的自然條件和草地退化程度的不同，使得短期內圍欄封育對土壤養分恢復的效果除有效磷變化一致(降低)外，有機質、堿解氮、速效鉀變化不一致，但差異不明顯。為此只有通過長期定點監測或在人為干預的條件下加速其演化過程，才能對圍欄封育的效果做出客觀的評價，為草地資源的保護與利用提供科學的技術指導。

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