不同強度短期放牧對高寒草甸土壤理化性質的影響

高成芬，張永輝，李智燕，羅 亮，牛建龍，趙 燕，張德罡

（1.甘肅省草原技術推廣總站，蘭州 730010；2.甘肅農業大學草業學院，蘭州 730070）

青藏高原草地資源豐富，生態系統比較脆弱，對氣候變化和人類活動反應敏感［1］。甘南碌曲是青藏高原的組成部分，是甘肅省重要的牧區之一，在畜牧業生產和生態安全屏障建設中占有重要地位。長期以來，由于氣候因素、過度放牧和植食性小哺乳動物種群爆發，草地退化日益加劇，這對碌曲需要依賴草地植被而發展的畜牧業和社會經濟造成了不利影響?？梢?，要恢復高原草地生態系統，實現草地生態系統可持續發展，需要認識放牧干擾對草地土壤的影響，確定合理的放牧強度。目前，在對甘南碌曲草地的研究中，主要集中在分析退化高寒草甸植被及土壤特性的演化規律［2］、高原鼠兔對植被特征和土壤養分的影響［3-5］，評價草地生態系統和草原生態補償［6-10］，研究退牧還草工程、草場生態保護對畜牧業發展和牧民生活的影響［11-12］，探究天然牧草生產特性、營養成分和飼用價值［13］等方面，而利用不同強度短期放牧對草地土壤理化性質影響的研究較少。

因此，開展不同放牧強度下的牦牛放牧試驗，通過測定土壤指標，探究放牧對土壤理化性質的影響，以期確定適宜甘南碌曲草地合理利用的放牧強度，做到生態保護與經濟發展共同協調，推動草地資源可持續發展和利用。

1 研究方法

1.1 試驗區概況

碌曲縣位于青藏高原東北部，屬青藏高原氣候帶高原濕潤氣候區，高寒陰濕，年均氣溫2.3℃，無絕對無霜期，年降水量633～782 mm，5月初牧草集中返青，9—10 月枯黃，生長期120 d 左右。研究區位于碌曲縣加倉村（101°36'32''E，34°28'25''N）高寒草甸草地。

1.2 試驗設計

在碌曲縣加倉村選擇60 hm2高寒草甸草地作為試驗樣地，采用隨機區組試驗設計，選用體重相近（300 kg，每頭按5 個羊單位計算［14］）、健康無病的成年牦牛，設4個放牧強度，參照柴林榮等［15］方法設置禁牧（G0）、輕度放牧（13個羊單位/hm2，G1）、中度放牧（17.5個羊單位/hm2，G2）和重度放牧（32.5 個羊單位/hm2，G3），詳見表1。小區面積5 hm2（200 m×250 m），每個處理設置3 個重復，共12 個小區。于2019 年6 月11 日開始試驗，牦牛白天自由放牧，夜間趕回圈舍，10 月10日結束放牧，放牧時長為120 d。

1.3 樣品收集與指標測定

于2019 年10 月中旬開始采樣并測量土壤理化指標，利用五點采樣法取樣，對每個小區進行土壤采集，采樣時用土鉆取距離地面深度0～10 cm 的土樣、過篩，利用四分法將土壤樣品混合均勻。用50 mL 的離心管收集所采土壤樣品，置于冰盒（干冰）中帶回實驗室風干后進行指標測定。每份混合土樣風干后，一部分子樣品過2 mm 篩，用于測定土壤pH值和速效成分，另一子樣品過0.15 mm篩，用于測定土壤有機碳和全氮［16］。

土壤有機碳（SOC）含量測定：參考《土壤農業化學分析方法》［17］中的方法，將0.5 g風干土加入20 mL試管中，然后加入0.1 g 的硫酸銀→加入5 mL 0.8 N 重鉻酸鉀→加入5 mL 濃硫酸。在185～190℃的石蠟油浴鍋中油浴，沸騰5 min，取出待其冷卻至室溫，將試管中的溶液用蒸餾水洗入250 mL三角瓶中，瓶內總體積60 mL，滴加鄰啡羅啉指示劑，用0.2 N 硫酸亞鐵進行滴定，溶液由黃色經過綠色突變到紅棕色，即為終點［18］。

土壤全氮（TN）和全磷（TP）利用濃硫酸消煮法［18］，使用流動注射分析儀分析［19］；銨態氮（- N）和硝態氮（- N）采用KCl 浸提法測定［20］；土壤速效磷（AP）在土壤樣品通過NaHCO3浸提后，使用硫酸鉬銻抗，采用分光光度法測定［21］；土壤速效鉀（AK）采用火焰光度法測定；土壤pH 值采用電極法（土∶水=1∶5）測定［18］。

1.4 數據分析

原始數據使用Excel 2013 處理后，采用SPSS 16.0進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 放牧強度對土壤SOC含量的影響

由圖1A可知，不同放牧強度對草地土壤SOC含量有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強度的增加，草地土壤的SOC含量顯著降低（P＜0.05），土壤SOC含量在G3放牧強度時最小，顯著低于其他放牧強度（P＜0.05）。

圖1 放牧強度對土壤有機碳、全氮、全磷和pH值的影響

2.2 不同放牧強度對土壤TN含量的影響

由圖1B 可知，不同放牧強度對草地土壤TN 含量有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強度的增加，草地土壤TN含量顯著降低（P＜0.05），土壤TN含量在G3放牧強度時最小，顯著低于其他放牧強度（P＜0.05）。

2.3 不同放牧強度對土壤TP含量的影響

由圖1C可知，放牧強度對草地土壤TP含量有顯著影響（P＜0.05）。草地土壤TP 含量隨著放牧強度的增加呈先增加后降低的趨勢，土壤TP含量在G1放牧強度時達到最大，顯著高于G0和G3放牧強度（P＜0.05）。

2.4 不同放牧強度對土壤pH值的影響

由圖1D 可知，不同放牧強度對草地土壤的pH 值有顯著影響（P＜0.05）。隨著放牧強度的增加，土壤的pH 值顯著增加（P＜0.05）；土壤pH 值在G3 放牧強度時最高，顯著高于其他放牧強度（P＜0.05）。

2.5 不同放牧強度對土壤-N含量的影響

圖2 放牧強度對土壤銨態氮、硝態氮、速效磷和速效鉀的影響

2.6 不同放牧強度對土壤-N含量的影響

2.7 不同放牧強度對土壤AP含量的影響

由圖2C 可知，放牧強度顯著影響草地土壤的AP含量（P＜0.05）。隨著放牧強度的增加，土壤AP 含量先增加后降低，在G1 放牧強度下達到最大，顯著高于其他放牧強度（P＜0.05）。

2.8 不同放牧強度對土壤AK含量的影響

由圖2D可知，不同放牧強度顯著影響草地土壤的AK含量（P＜0.05）。隨著放牧強度的增加，土壤AK含量先增加后降低，在G1 放牧強度下達到最大，顯著高于其他放牧強度（P＜0.05）。

3 討論

土壤是草地碳庫，是植被-土壤養分-微生物直接物質交換和能量流動的重要載體，土壤養分含量的高低，直接或間接地反映草地生產力水平以及草地的退化程度［22］。土壤SOC、TN、TP和pH 值是草地土壤健康的重要指示指標，這些理化指標的變化直接反映土壤質量變化和間接反映草地生產力的變化趨勢［23-28］。放牧對SOC、TN 的影響受多種因素的影響，包括草地土壤的狀況、植被的初始狀況和環境氣候因素，特別是土層深度、海拔高度、溫度、降水量、放牧歷史、放牧強度、放牧時間和動物類型［29-31］等。

3.1 放牧強度對土壤SOC、TN、TP和pH的影響

本研究結果表明，隨著放牧強度的增加，草地土壤的SOC 含量顯著降低，并且在重度放牧強度時達到最小值，這說明在牧草生長過程中，過度放牧會引起土壤中碳的流失，這與前人的研究結果相一致［32-33］。本研究結果表明，隨著放牧強度的增加，草地土壤的TN 含量顯著降低，土壤TN 含量在G3 放牧強度時達到最小值。任強等［34］研究表明，放牧強度對TN 有顯著影響，輕度放牧處理下TN 顯著高于中度放牧，這與本研究結果相似。值得關注的是，草地土壤理化性質演化受多個復雜的氣候環境、放牧、降水等因素的影響，研究結果不盡相同。丁小慧等［35］和Liu 等［36］的研究認為，高強度放牧會降低土壤全氮含量。但也有研究表明，放牧對土壤全氮無顯著影響［37-38］。本研究結果表明，土壤TP 含量隨放牧強度增加而呈現先增加后降低的趨勢，土壤TP 含量在G1 放牧強度時達到最大值，且顯著高于其他放牧強度，這說明輕度放牧水平下，土壤TP 含量得以顯著積累。李嵐［39］研究發現，在典型草原，灘羊的放牧強度與土壤TP 含量呈顯著負相關關系。但王向濤等［32］的研究表明，在中度放牧條件下，高寒草甸土壤TP 含量有所增加。在以往的研究中，隨著放牧強度的增加，土壤pH 值也隨之增加［40-42］。在本研究中，土壤pH 值隨放牧強度的增加而升高，這與前人的研究結果相吻合?？赡苁请S著放牧強度的增加，牦牛對草地土壤的踐踏增加，使得土壤變得緊實，從而導致土壤水分減少，土壤pH 值升高。

3.2 放牧強度對土壤-N、-N、AP 和AK的影響

有研究表明，土壤氮的礦化和硝化作用直接控制著土壤中無機氮（銨態氮和硝態氮）的含量［43］。放牧有利于土壤的N 素循環［44-45］，能夠增加高寒草地土壤的-N 含量，提高土壤氮礦化和硝化反應速率，但可能引起-N 含量下降［35，46-48］。本研究結果表明，隨著放牧強度的增加，土壤-N 含量先增加后降低，在G2放牧強度下達到最大值，說明適度放牧有利于土壤銨態氮的積累，植物利于吸收的銨態氮含量增加，一定程度促進了放牧草地植物的地上生物量累積。本研究結果顯示，土壤-N 含量與放牧強度呈現線性上升趨勢，且在G3 放牧強度時最高，這與孫大帥［16］對青藏高原東部高寒草甸的研究結果一致。牦牛在放牧采食過程中產生的代謝物進入土壤后，改變了土壤微生物的代謝，影響了土壤硝化作用，另外，放牧可能導致草地植被根系分泌物發生變化，從而改變了土壤的-N 含量。本研究結果表明，放牧強度顯著影響草地土壤的AP含量，隨放牧強度的增加，土壤AP含量先增加后降低，在G1 放牧強度時達到最大值。這說明G1 放牧有利于土壤AP 的累積，對植物吸收P 有一定的促進作用，但重度放牧會造成P 的大量流失，這與前人的研究結果相一致［49-50］。本研究結果表明，隨著放牧強度的增加，土壤AK 含量呈先增加后降低的單峰型變化趨勢，在G1放牧強度下達到最大值，且AK含量表現出G1 ＞G0 ＞G2 ＞G3 的特征，這與前面TP 和AP的變化相似，說明在G1 放牧強度下，草地土壤的速效養分有所積累，這有利于植物更好地吸收養分，這與前人研究結果一致［51］。此外，放牧強度對土壤理化性質的影響還與季節變化有關，放牧強度在不同季節對土壤養分含量的影響有差異［52］。

4 結論

綜上所述，短期放牧降低了草地土壤的SOC 和TN含量，但增加了土壤pH 值和土壤-N 含量，這說明放牧會造成草地土壤部分養分的流失，同時會增加土壤的堿性。短期放牧條件下，隨著放牧強度的增加，草地土壤的TP、-N、AP 和AK 呈先增加后降低的趨勢，這說明G1 放牧強度有利于土壤速效養分和TP 的積累。綜合以上，本研究認為，在實際生產中，短期內采用G1放牧強度有利于草地土壤發育。