放牧强度下克氏针茅sipakrylovii草原土壤理化性质及微生物生物量的时空分异

放牧强度下克氏针茅sipakrylovii草原土壤理化性质及微生物生物量的时空分异

1草原环境质量变化对植被的影响草地是维护牧师生存的主要经济区域，也是维护中国北方生态系统平衡的宝贵自然资源。受各种自然和人为活动影响,草原环境质量通常表现出明显的时空分异特征,特别是放牧等一些负面环境影响过程,往往严重威胁草原生态系统综合服务功能。近几十年来,随着牧区人口的急剧增加,牲畜数量大幅度加大,导致草原的承载能力严重超负荷以往对放牧强度下草原退化机理的研究多集中在地上植物的个体、种群、群落水平上2材料和方法2.1鲁伦河流域的中温型典型草原区研究地点位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西部、中俄蒙三国交界处,属于新巴尔虎右旗境内克鲁伦河流域的中温型典型草原区。该区属于半干旱温带大陆性气候,年平均气温2℃,年降水量300mm。植物群落以克氏针茅、野韭(Alliumramosum)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)等为优势种,土壤类型主要为栗钙土。2.2样地放牧特征在2013年6、7、8月,结合研究区地理环境、土壤和植被状况对克氏针茅草原群落进行了采样调查。按照空间演替系列代替时间演替系列的方法,依据建群种变化将研究样地划分为轻度(LG)、中度(MG)、重度(HG)3个放牧梯度,这3块样地均在饮水点附近,样地的本底类型一致,由于长期受到不同放牧压力作用,草原处于不同的退化阶段。轻度放牧样地围栏封育时间为2001年,为季节性放牧,在生长季不受人为干扰,群落建群种为克氏针茅;中度放牧样地为轮牧活动,植物得以恢复生长,群落建群种为糙隐子草;重度放牧样地为自由放牧区,常年受到放牧压力影响,建群种为多根葱。样地特征见表1。在每个放牧梯度上选择典型地段分别设置3条50m样线,每条样线从0m开始间隔5m设置1个1m×1m的样方,共计30个。在每个样方里采用环刀(100cm2.3含水率、容重、ph和酸度计采用烘干法测土壤含水率,将新鲜土壤样品在105℃下烘干,获得土壤含水率,每次平行5个测量;土壤的容重由含水率计算求得;土壤pH用酸度计(Starter2100/3CPro,奥豪斯,美国)测定;土壤有机质的测定采用重铬酸钾外加热法测定2.4处理数据应用SPSS18.0统计分析软件对数据进行双因素方差分析。数据结果以平均数±标准误表示。3结果与分析3.1放牧强度对土壤含水率的影响土壤容重和土壤含水率均存在时间和放牧梯度上的交互作用(表2)。土壤容重在3个样地上均随月份的推移呈增大趋势;随着放牧强度的加大,土壤容重逐渐增加。从土壤含水率的月动态来看,轻牧区和重牧区8月明显高于6、7月,而中牧区6月显著高于7、8月。6、7月,土壤含水率随放牧强度的增大呈减小趋势,而在8月呈现出不同的规律(图1)。3.2放牧梯度上土壤有机质含量的动态土壤pH存在时间和放牧梯度上的交互作用(表3)。在月动态上,除轻牧区随月份推移而减小外其他梯度无明显变化特征;在放牧梯度上,6、7月土壤pH均先减小后增大,而8月则呈增大趋势。土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷含量在时间和放牧梯度上均无交互作用(表3)。土壤有机质含量在月动态上随着月份的增大呈现缓慢减小趋势。同时,放牧强度对土壤有机质也有着很大的影响,3个月里,土壤有机质的含量都随着放牧强度的增大而减小。土壤全氮在月动态上无明显变化规律,在放牧梯度上则随放牧强度的加大而显著增加。土壤速效氮在时间和放牧梯度上都未呈现明显的变化规律。土壤全磷在月动态上呈减小趋势,在放牧梯度上则先增加后减少。土壤速效磷的月动态变化不显著,在放牧梯度上则呈明显的增大趋势(表4)。土壤有机质含量与全磷含量具有正相关关系,与全氮、速效氮、速效磷含量呈现负相关;全磷与速效磷含量之间呈正相关性;而全氮与全磷含量负相关,与速效氮含量正相关,与速效磷含量达到显著正相关(p<0.01);速效氮与全磷、速效磷的含量呈现正相关(表5)。3.3不同放牧强度的季节和月际变化土壤微生物生物量碳在时间和放牧梯度上有交互作用(表6),其含量在月动态上,轻牧区和重牧区均随月份的增加而减少,中牧区则是先减小后增加(表7)。在放牧梯度上各月份均随放牧强度的增大呈减小趋势。土壤微生物生物量氮在时间和放牧梯度上无交互作用(表6)。在月动态上,土壤微生物生物量氮无明显变化趋势;在放牧梯度上土壤微生物生物量氮含量均随放牧强度的增大而明显增大(表7)。4讨论4.1不同保水区域、不同放牧强度、土壤结构对土壤含水率的影响土壤容重是判断土壤紧实度的重要指标。随着放牧强度的加大,放牧时间的积累,家畜对草地的踩踏程度加大,导致土壤变得越来越紧实,土壤空隙变少,土壤容重变大。土壤含水率降低。在轻度放牧区,土壤结构比较好,含水率比较高,持水性好,地上植物就更容易及时补充生长所需要的水分。重度放牧区土壤紧实,导致土壤渗透性降低,土壤含水率较低。这与许多学者的研究结果一致4.2放牧对土壤全氮、养分的影响土壤pH是衡量土壤酸碱强度的指标,是土壤肥力的重要标准之一,放牧强度增加,牲畜对土壤的采食、践踏加剧,导致植物地上生物量减少,裸露土地增加,土壤水分蒸发量加剧,融于地下的可溶性盐类随着毛管水上升,在地表积累,造成土壤pH升高,这与王玉辉等放牧对土壤有机质含量有很大影响,随着放牧强度的加大,家畜对草原植物的踩踏和采食加剧,降低草原初级生产力及凋落物的积累,从而使进入土壤的有机物减少,土壤有机质含量减小。这与阿穆拉等土壤全氮含量随着放牧强度的加大而增大,且重牧区的全氮含量远高于中牧区和轻牧区,可能是由于重牧区内家畜的粪便较多,提供了大量的有机氮源。这与闫钟清等土壤全磷量是指土壤中各种形态磷素的总和。土壤全磷含量随着月变化而减小,说明放牧影响土壤全磷的积累,家畜对地上植物的频繁采食以及时间的积累导致磷从系统中的输出持续增加。而在空间尺度上,中牧区土壤全磷含量均高于轻牧区和重牧区,也说明适度的放牧对土壤养分积累有一定的促进作用。随着放牧强度的加大,土壤速效磷含量增加,可能是由于长期持续放牧下,家畜的频繁采食使磷从系统中的输出增加,引起土壤中全磷的各组分向速效磷成分转移量增大,土壤速效磷含量增加,这与锡林图雅等4.3放牧对土壤微生物的影响土壤微生物生物量碳是土壤有机质中活性较高的部分,它是土壤养分重要的碳源。土壤微生物生物量碳具有较高的灵敏性,可以在土壤全碳变化之前反映土壤养分的微小的变化。本试验中,土壤微生物生物量碳在轻牧区的月动态呈现递减趋势,放牧使土壤微环境产生变化从而影响土壤中的微生物数量,并导致微生物生物量碳的降低;在重牧区呈现递减趋势,表明强度放牧导致土壤微环境逐渐恶化,影响了微生物的生长繁殖,从而降低了土壤微生物生物量碳的含量。微生物生物量碳在中牧区出现不规则动态变化,即在减少后又恢复一定数量,该现象是由于适度放牧增加了根系的渗出物,提高了土壤微生物的活性,从而土壤中的可提取碳含量随之增加在不同放牧梯度上,土壤微生物生物量氮的月动态为重牧区>中牧区>轻牧区,这种规律与在一定的放牧压力范围内,草原生态系统中氮循环速率随着放牧压力的增大而加快,放牧压力若继续提高,氮循环速率继而下降的观点一致5土壤有机质、全磷含量在时间尺度上,土壤有机质和土壤全磷均减小。在空间尺度上,土壤全氮、速效磷、微生物生物量氮均随放牧强度的增大而增大,土壤有机质减少,土壤全磷