不同土地利用方式對克氏針茅草原表層土壤有機碳的影響

程永睿+黃富權+劉璐+宋彥濤

摘要：指出了草原土壤碳作為草原生態系統中植被—土壤—大氣之間碳循環的重要環節，在全球碳收支和氣候變化的反饋中發揮著極其重要的作用。以內蒙古呼倫貝爾草原克魯倫河流域克氏針茅草原中家庭牧場和公共牧場為研究對象，分析了2015年植物生長季（4～9月）表層土壤有機碳含量以及有機碳儲量的動態變化。結果表明：公共牧場上有機碳含量和有機碳儲量均顯著高于家庭牧場；4～9月份內家庭牧場表層土壤有機碳含量呈現出“L”形變化趨勢，公共牧場表現為“N”形變化趨勢；土壤有機碳儲量方面，家庭牧場呈現“L”形趨勢，而公共牧場則呈現不規律的變化。

關鍵詞：典型草原；有機碳；家庭牧場

中圖分類號：S812

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0167-03

1 引言

在全球氣候變暖對人類的生存環境造成日益影響的背景下，草原土壤固碳作為草原生態系統碳庫作用中的重要環節，其也發揮著不可替代的作用。因此研究草原中土壤有機碳含量以及碳儲量的變化情況也就成為草原生態恢復研究中的重要內容[1]。放牧是利用草原的主要方式之一，通常體現為公共草場放牧地和家庭草場放牧。作為陸地生態系統主要類型的草地生態系統，約占陸地總面積的25%，對氣候以及環境的變化非常敏感[2]。內蒙古呼倫貝爾草原克魯倫河流域克氏針茅草原生態環境惡劣、系統脆弱、穩定性差，在人類的活動干擾下退化嚴重 [3]。另一方面，相關研究表明不同放牧干擾梯度對土壤有機碳的垂直分布影響不同，土壤有機碳含量總體上表現為隨土層深度的增加而增加[4]。與深層土壤相比，有機碳含量在土壤表層變化更顯著。因此，研究探討了在家庭牧場和公共牧場兩種放牧利用下克氏針茅草原表層土壤的有機碳含量以及有機碳儲量的動態變化，為評估草地生態系統碳儲量提供數據，另一方面也為合理利用草原以及增加其生態系統固碳功能提供理論依據。

2 材料和方法

2.1 實驗地點

研究樣地位于內蒙古呼倫貝爾市西部的克魯倫河流域，該區域屬于中溫型克氏針茅典型草原區（E116°40′11.1″～117°23′09.6″，N47°55′02.6″～49°14′42.1″）。屬于中溫帶大陸性季風干旱氣候，故四季分明。夏季平均氣溫22 ℃左右，而冬季平均氣溫在-21 ℃左右。年平均日照時數約為3000 h，無霜期130 d左右；年平均降水量在220～280 mm之間。實驗樣地地帶性土壤為栗鈣土，土層主要包括腐殖質層和鈣積層。

2.2 取樣方法

實驗設置家庭牧場和公共牧場2個樣地，2015年植物生長季（4～9月）的每月中旬對2個樣地進行土壤調查。每個樣地每次選取3個采樣點，每個采樣點3次重復。土樣使用環刀法，采集后使用密封袋保存帶回實驗室，一部分土樣在105℃下烘干至質量恒定，并用萬分之一天平稱重，測定土壤容重。另一部分在自然狀況下風干，過0.25 mm篩子，用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法測量土壤中有機碳含量。

2.3 數據處理

應用SPSS19.0對數據進行重復測量方差分析（a=0.05），Excel 2010進行圖表繪制。

3 結果與分析

3.1 不同放牧利用下克氏針茅草原土壤有機碳含量變化

重復測量方差分析表明不同利用方式對克氏針茅草原表層土壤有機碳含量有顯著影響（P<0.05），不同月份土壤有機碳含量之間也有顯著差異（P<0.05）。

從圖1可知，家庭牧場表面土層土壤有機碳含量的變化為9.18～14.56 g/kg，公共牧場表面土層土壤有機碳含量變化為10.82～18.37 g/kg；在家庭牧場上，4～9月份克氏針茅草原表層土壤有機碳含量先呈倒“L”字形，連續下降至8月份時達到最低，而后呈現出上升的趨勢。在公共牧場上，土壤有機碳含量在4～9月份呈“N”字形變化，5月份達最高后連續下降，并在8月份降至最低，而后同家庭牧場一樣呈現上升的趨勢。在5月份后，公共牧場土壤有機碳含量明顯高于家庭牧場。兩者的土壤有機碳含量在5～9月的變化規律相似，只是在5～6月份公共牧場的土壤有機碳含量下降趨勢表現得更為明顯。表明在過度的放牧利用下，克氏針茅草原表層土壤有機碳的含量明顯增高。

3.2 不同放牧利用下克氏針茅草原土壤有機碳儲量變化

重復測量方差分析表明不同利用方式對克氏針茅草原表層土壤有機碳儲量顯著影響（P<0.05），但是不同月份之間碳儲量差異不明顯（P>0.05）。由圖2看出，克氏針茅草原公共牧場表層土壤有機碳儲量變化為7.15～10.81 g/m²。在5月份明顯高于其他的月份，表現出先上升后下降在上升再下降再上升的趨勢，其中在8月份降至最低；家庭牧場上土壤有機碳儲量的變化為6.14～10.41 g/m²。4月份明顯高于其他的月份，和公共牧場相似，在8月份時土壤有機碳儲量為最低，呈現出連續下降后上升的趨勢。公共牧場土壤有機碳儲量

在5月份以后明顯高于家庭牧場。其中在7～8月份時，公共牧場土壤碳儲量下降更為明顯。與家庭牧場樣地不同的是，在4～5月份和6～7月份中，公共牧場的土壤碳儲量呈現出的是上升趨勢，而非家庭牧場的下降趨勢。

4 討論

放牧作為一種復雜的干擾方式，經過牲畜的采食以及踐踏，間接甚至直接影響著草原生態系統，其中也起到了積極或消極的作用。通過適度的放牧會對草地生態系統產生積極的影響，但經長期的過度放牧會導致表面土層中的生物量減少，甚至導致草原系統瓦解[5]。目前，有關放牧利用方式對草地生態系統土壤中有機碳的影響的研究很多，但由于放牧利用方式、放牧年限以及草地類型不同，研究結果也都不相同[6]。本研究中，克氏針茅草原表層土壤有機碳的含量以及儲量隨著放牧強度的增加而呈現出增高的趨勢，在公共放牧區的土壤有機碳含量明顯高于家庭放牧區。這與劉楠等對錫林河流域羊草典型草原在重度放牧下的土壤有機碳含量高于中牧的研究相似[2]。隨著放牧強度的增強，不同程度的增高了克氏針茅草原表層土壤的有機碳含量以及儲量，表現出公共牧場>家庭牧場。由此推斷：在短期的增加放牧程度下將會增加克氏針茅草原的表層土壤有機碳儲量。原因在于，公共牧場與家庭牧場相比，放牧家畜數量較大，同時也導致放牧時所滯留的家畜糞便增加。另一方面，由于放牧強度的增大從而導致土壤表層的結構發生嚴重變化，土壤變得緊實，因此土壤有機碳的礦化作用減少，最后導致公共牧場中的有機碳含量高于家庭牧場[7]。本研究發現克氏針茅草原表層土壤的有機碳含量在公共牧場高于家庭牧場，但也有研究顯示重度放牧會導致土壤有機碳含量的降低[3]。原因可能在于放牧利用對土壤的影響受多方因素的影響，另外也與外界的環境反應具有一定程度的滯后性以及緩沖性有關。

參考文獻：

[1]張 雪，烏云娜，林 璐，等. 放牧梯度上草原植被-土壤系統碳截存特征[J]. 中國沙漠，2013，33（6）：1789～1795.

[2]劉 楠，張英俊.放牧對典型草原土壤有機碳及全氮的影響[J]. 草業科學，2010，27（4）：11～14.

[3]胡向敏，侯向陽，丁 勇，等. 不同放牧制度下短花針茅荒漠草原生態系統碳儲量動態[J]. 中國草地學報，2014，36（4）：6～11.

[4]楊 勇，宋向陽，詠 梅，等. 不同干擾方式對內蒙古典型草原土壤有機碳和全氮的影響[J]. 生態環境學報，2015，（2）：204～210.

[5]劉朋濤，楊婷婷，姚國征，等. 不同放牧強度下荒漠草原碳密度的變化[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2014，42（7）：157～162+168.

[6]安 慧，李國旗. 放牧對荒漠草原植物生物量及土壤養分的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2013，19（3）：705～712.

[7]王雪婷，烏云娜，王 洋，等. 草原退化過程中土壤碳氮分布與群落生物量的關系[J]. 黑龍江農業科學，2014，（9）：104～110.