本文摘要：【摘要】研究不同放牧強(qiáng)度下人工草地土壤養(yǎng)分以及有機(jī)碳含量的變化,為在西南喀斯特地區(qū)建植與檢測人工草地提供參考。在貴州省獨山縣貴州省草業(yè)研究所試驗示范基地,以2012年10月11日建植的多年生黑麥草:高羊茅:鴨茅:白三葉:紫花苜蓿=3.5:2:2:1:1.5的人工草地0
【摘要】研究不同放牧強(qiáng)度下人工草地土壤養(yǎng)分以及有機(jī)碳含量的變化,為在西南喀斯特地區(qū)建植與檢測人工草地提供參考。在貴州省獨山縣貴州省草業(yè)研究所試驗示范基地,以2012年10月11日建植的多年生黑麥草:高羊茅:鴨茅:白三葉:紫花苜蓿=3.5:2:2:1:1.5的人工草地0.33ha,設(shè)置禁牧(圍欄封育)、中度、重度3個處理,于2015年10月13日開始放牧,61d后測定不同放牧強(qiáng)度下人工草地土壤營養(yǎng)元素與活性有機(jī)碳含量。研究結(jié)果表明,放牧顯著影響pH值、有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量與pH值在中度放牧的0—10cm土層中最高,土壤總氮和堿解氮含量隨著放牧強(qiáng)度增強(qiáng)而上升,磷元素與鉀元素的含量隨著放牧強(qiáng)度增強(qiáng)而下降。土壤有機(jī)碳、微生物碳及易氧化碳的含量都隨著放牧強(qiáng)度增加而降低,并且它們兩兩顯著相關(guān)。在貴州喀斯特地區(qū)建植人工草地與維護(hù)人工草地可適當(dāng)補(bǔ)充磷肥與鉀肥,在草場質(zhì)量檢測中微生物碳和易氧化碳的含量可以作為土壤質(zhì)量監(jiān)測的早期指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：喀斯特地區(qū);人工草地;營養(yǎng)元素;有機(jī)碳;微生物碳;易氧化碳
1前言
大氣中二氧化碳濃度升高與人類的活動存在密切聯(lián)系,其中土地利用方式的變化是主要因素之一[1]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,對碳循環(huán)影響較大的生態(tài)系統(tǒng)包括森林、草地、濕地等;其中森林是最大的碳庫,對其研究也已經(jīng)比較深入,而對于草地碳循環(huán)的研究還比較少。草地生態(tài)系統(tǒng)占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳素總儲量的15.2%,是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[2]。中國草地主要分為北方溫帶草原、青藏高原高寒草地以及南方熱帶亞熱帶草山草坡3個主要區(qū)域,由于南方雨熱同期,光照降水豐富等特點,草地資源與森林、農(nóng)田交錯分布,針對森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),許多學(xué)者已經(jīng)開展了土壤有機(jī)碳采樣方法、小生境碳含量估算、人工修復(fù)林土壤碳循環(huán)以及土壤表層碳含量分布等相關(guān)研究[3–7]。目前針對草地碳循環(huán)的研究主要集中在青藏高原的高寒草地[8–9]和蒙古高原的溫帶草原[10-12]。
對于南方草山草坡,特別是南方喀斯特地區(qū)的人工混播草地的碳循環(huán)研究還比較少。本試驗以貴州省獨山縣貴州草業(yè)所放牧實驗基地建植的混播草地為典型研究區(qū)域,測定不同放牧強(qiáng)度下土壤基本養(yǎng)分、易氧化碳、微生物碳以及有機(jī)碳含量,定量地分析了不同放牧強(qiáng)度對人工混播草地土壤碳含量的影響,旨在為貴州喀斯特地區(qū)人工草地建植、草地資源可持續(xù)利用和適度放牧的決策研究提供參考依據(jù)。
2材料與方法
2.1研究區(qū)域概況
本研究在貴州省草業(yè)研究所獨山放牧實驗基地的圍欄放牧試驗區(qū)進(jìn)行,該區(qū)位于貴州省黔南州獨山縣麻萬鎮(zhèn),地處北緯25°34′､東經(jīng)107°37′,海拔950—1017m,該區(qū)氣候為副熱帶東亞大陸季風(fēng)氣候區(qū)(亞熱帶高原季風(fēng)濕潤氣候),四季分明,溫差較小,年均降水量在1100—1300mm,空氣濕度為80%｡年0℃以上積溫為5302℃,10℃以上積溫為4538℃。極端低溫為–8℃,極端高溫為34℃,年均溫度為15.0℃。
無霜期為272d,年均日照約為1336.7h,平均溫度4.3℃,雨熱同期,干濕季節(jié)明顯,土壤類型為紅壤。人工草地建植以多年生黑麥草:高羊茅:鴨茅:白三葉:紫花苜蓿=3.5:2:2:1:1.5比例混播,水城高羊茅(FestucaarundinaceaSchrebcvShuicheng)和DG05鴨茅(DactylisglomerataL.cv.QiancaoNO.4)為貴州省草業(yè)研究所育成,尼普頓多年生黑麥草(LoliumperenneL.cv.Nipton)、白三葉(TrifoliumrepensL.)和紫花苜蓿(Medicagosativa)為百綠公司提供,2013年3月建成后劃分圍欄進(jìn)行分區(qū),禁牧小區(qū)720m2,中度放牧小區(qū)1720m2,重度放牧小區(qū)720m2。
2.2試驗設(shè)計
本試驗采用系牧法、輪牧制,設(shè)計禁牧(圍欄封育)､中度放牧和重度放牧3個放牧強(qiáng)度處理。試驗前選擇牧草生長較一致的人工草地,休牧50d,選取6只重量相同的半細(xì)毛羊做定點放牧試驗。中度放牧:系牧繩長6m,放牧?xí)r間3d,輪牧點5個,輪牧周期15d,試驗60d期間,輪牧頻率4次;重度放牧:系牧繩長2m,輪牧點5個,輪牧周期15d,試驗60d期間,輪牧頻率4次。在2015年10月13日開始進(jìn)行放牧實驗,放牧60d后進(jìn)行取樣調(diào)查,每個定點放牧試驗小區(qū)設(shè)置5個1m×1m草本樣方,挖開土壤坡面,分別取0—10cm,10—20cm土層土壤,測定土壤易氧化碳、微生物碳以及有機(jī)碳等。土壤理化性質(zhì)的測定采用直徑為7cm的土壤環(huán)刀采樣｡
2.3測定方法
根據(jù)實驗設(shè)計分層取樣,每層采樣點為9個,將每點的每層樣品混勻,清除樣品中的石塊及雜物,輕輕碾碎過2mm篩,混勻。將土壤樣分成兩部分:一部分自然風(fēng)干碾壓成粉末,用孔徑為0.25mm分樣篩篩去粗大顆粒(主要為小石子),研磨過篩后將樣品充分混合后進(jìn)行養(yǎng)分與碳含量測定,全氮:GB7173-87土壤全氮測定法,土壤有機(jī)質(zhì):油浴加熱生鉻酸鉀氧化-容量法,pH值:稱10g過篩的風(fēng)干土樣于25mL的三角瓶中,加入10mL蒸餾水混勻,靜止30min,用pH計(雷磁pHs-3c)測定懸液的PH值,全磷:氫氧化鈉熔融-抗比色法,速效磷:0.5MNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法,堿解氮:堿解擴(kuò)散法,用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[13]測定土壤有機(jī)碳含量,土壤易氧化碳采用高錳酸鉀氧化-比色法測定。另一部分放于4℃下冷藏保存,用于水溶性有機(jī)碳和微生物量碳測定,水溶性有機(jī)碳采用TOC有機(jī)碳分析儀(島津,日本)測定,土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸法[14]。
2.4數(shù)據(jù)分析
實驗數(shù)據(jù)采用SPSS13.0和Excel2010進(jìn)行分析,樣品差異顯著性分析采用t測驗,p<0.05被認(rèn)為是差異顯著,作圖采用Excel2010與PowerPoint2010。
3結(jié)果與分析
3.1不同放牧強(qiáng)度對土壤養(yǎng)分的影響
在貴州喀斯特地區(qū),石漠化程度較深,許多山區(qū)土層厚度在20cm以內(nèi),我們重點分析了0—10cm,10—20cm土壤養(yǎng)分以及碳氮含量的變化。在禁牧(對照)、中度放牧與重度放牧3種條件下,0—10cm土壤有機(jī)質(zhì)含量在放牧條件下比禁牧?xí)岣?在中牧水平下最高,重牧次之(p<0.051020cm>中牧>禁牧(p<0.05)。0—10cm土壤pH值在中牧條件下比對照升高,而重牧與禁牧之間差異不顯著,10—20cm土壤pH值在中牧與重牧條件下都顯著高于禁牧(p<0.05),但在中牧與重牧之間差異不顯著。
土壤全氮含量在中度放牧下顯著高于禁牧對照(p<0.05p>0.05)。在10—20cm土壤中,重度放牧、中度放牧與禁牧之間全氮含量差異不顯著,但均顯著低于0—10cm土壤全氮的含量。土壤全磷含量隨著放牧強(qiáng)度增加,土壤有機(jī)磷含量呈下降的趨勢,其中中度放牧與重度放牧顯著低于禁牧(p<0.05p>0.05)。在10—20cm土壤中,重度放牧、中度放牧土壤全磷含量都顯著比禁牧低(p<0.051d>中牧>重牧,中牧與重牧間差異不顯著。0—10cm土壤堿解氮的含量在中牧與重牧條件顯著比禁牧高,依次為重牧>中牧>禁牧(p<0.05)。
在10—20cm土壤中,重牧比禁牧堿解氮含量顯著升高,而中牧與禁牧之間差異不顯著(圖1E)。在0—10cm土壤中,放牧條件下土壤速效磷含量顯著下降(p<0.051e>中牧>重牧,中牧與重牧間差異不顯著。在10—20cm土壤中,土壤速效磷含量的變化趨勢與0—10cm相同,但3者之間差異不顯著(p>0.05)。在0—10cm土壤中,中牧條件以及重牧條件下,土壤速效鉀含量顯著低于禁牧條件(p<0.051g>中牧>重牧,但中牧與禁牧之間差異不顯著。在10—20cm土壤中,土壤速效鉀含量的變化趨勢與0—10cm變化趨勢相同。
3.2不同放牧強(qiáng)度對土壤有機(jī)碳的影響
土壤有機(jī)碳是土壤質(zhì)量和草地健康的重要指標(biāo),對草地土壤肥力和草地生產(chǎn)力有直接影響,草地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量主要受土壤利用方式和管理策略的影響。從平均土壤有機(jī)碳含量水平來看,放牧強(qiáng)度增加會顯著降低土壤有機(jī)碳含量,但是在不同土層深度表現(xiàn)不一致。在0—10cm土壤中,重度放牧土壤有機(jī)碳顯著低于中度放牧以及禁牧(p<0.05p>0.05,表2)。在10—20cm土壤中,重度放牧與中度放牧土壤有機(jī)碳含量均顯著低于禁牧水平(p<0.05p>0.05)。
3.3不同放牧強(qiáng)度對土壤微生物碳的影響
土壤微生物碳的含量,與土壤有機(jī)碳的變化趨勢類似,從平均值來看,放牧降低了土壤微生物碳含量,但中度放牧與禁牧之間差異不顯著,重度放牧顯著低于禁牧和中度放牧的土壤微生物碳含量。與有機(jī)碳的變化不同,土壤微生物碳含量的下降主要發(fā)生在0—10cm的重度放牧土壤中,而在10—20cm的土壤中,三種放牧條件沒有顯著差異。
3.4不同放牧強(qiáng)度對土壤易氧化碳的影響
土壤易氧化碳的含量反應(yīng)土壤能釋放有效肥力的多少,在不同放牧條件下土壤易氧化碳的含量,土壤易氧化碳的變化趨勢與有機(jī)碳以及微生物碳的趨勢基本相同,其平均含量隨著放牧強(qiáng)度的增加而顯著下降,依次為禁牧>中牧>重牧。這種差異主要集中表現(xiàn)在0—10cm的土層中,中度放牧比禁牧條件下土壤易氧化碳的含量下降20.60%,而重度放牧比禁牧條件下土壤易氧化碳含量下降48.77%。在10—20cm土壤中,易氧化碳含量雖然有下降趨勢,但在不同放牧條件下差異不顯著。重度放牧10—20cm土壤易氧化碳含量比中度放牧條件下要高,但差異不顯著。
3.5土壤有機(jī)碳與土壤有機(jī)物含量相關(guān)性分析
土壤總有機(jī)碳與易氧化碳及微生物碳含量兩兩之間均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)。這一方面說明土壤活性碳很大程度上依賴于總有機(jī)碳含量,另一方面也說明各活性碳之間相互作用密切,它們雖然表述和測定方法不同,但各自從不同角度表征了土壤中活性較高部分的碳的含量。
4討論
放牧顯著影響草地植物營養(yǎng)成分,進(jìn)而影響草地生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)[15]。而放牧的草食動物通過采食以及排泄對草地土壤養(yǎng)分有重要影響。它們吸收攝入營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì),經(jīng)代謝后將約60—99%的營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)又以糞便和尿的形式返回到土壤中[16]。我們研究發(fā)現(xiàn)草地有機(jī)質(zhì)與總氮元素等含量在放牧條件下要高于禁牧,在中度放牧下最高,說明中度放牧條件下動物排泄對草地補(bǔ)充效應(yīng)要強(qiáng)于草地生長對營養(yǎng)物質(zhì)的消耗,并且在10—20cm土層有著類似的變化趨勢,說明表層土壤營養(yǎng)富集后能緩慢往深層土壤沉積。
草地速效氮含量的變化受草地類型的影響較大,在貴州人工草地條件下,0—10cm土層的速效氮含量與放牧強(qiáng)度呈正相關(guān),這可能與動物排泄物中多為有機(jī)肥能長久穩(wěn)定釋放氮元素,類似的研究在北美與國內(nèi)都有報道[16-19]。但也有不一樣的研究結(jié)論,姚愛興等[20]研究發(fā)現(xiàn)不同放牧強(qiáng)度下的多年生黑麥草和白三葉草地土壤全氮含量隨著放牧強(qiáng)度的增加而增加,速效氮則隨著放牧強(qiáng)度的增加而減少。而速效氮在10—20cm土層變化不顯著,可能與建植草地以須根系植物為主,植物對營養(yǎng)元素的吸收主要從表層土壤中獲得,速效氮從表層往深層擴(kuò)散與植物吸收之間達(dá)到一種平衡。因此,速效氮含量的變化主要由草地植被類型與土層因素決定。
相關(guān)論文投稿刊物：《草地》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，由阿壩州文聯(lián)主辦。本刊系四川省阿壩藏族羌族自治州唯一公開發(fā)行的純文學(xué)刊物，本土作家作品占較大比例，兼發(fā)國內(nèi)外其他作者作品。
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///nylw/21864.html
