不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响_杨勇
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生态环境学报 2015, 24(2): 204-210 Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@基金项目：国家林业局林业公益性行业科研专项（201204202）；内蒙古自治区科技计划项目“不同生态类型区域生态评估及风险预测技术研究”（2014年3月8日立项）；内蒙古自治区研究生教育创新计划资助项目（B20141012907Z ）；内蒙古自治区科技计划项目（20130438）；呼和浩特市科技计划项目（2013150103000036）作者简介：杨勇（1984年生），男，博士研究生，助理研究员，研究方向为草地生态学。
E-mail: yangyong606@∗通信作者：E-mail: wangmj_0540@ ；Liuaj_81@收稿日期：2014-11-28不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响杨勇1, 2，宋向阳2，咏梅3，李兰花2，陈海军4，王保林2，陈国清1，王瑞利1, 4，刘爱军2*，王明玖1*1. 内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2. 内蒙古自治区草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051；3. 内蒙古包头市草原工作站，内蒙古 包头 014010；4. 内蒙古自治区生物技术研究院，内蒙古 呼和浩特 010071摘要：为准确把握草原生态保护与修复工程的实施效果，并为北方草地生态保护和优化管理提供有效的科学支持，选择内蒙古典型草原退牧还草工程区为研究对象，采用野外成对取样（围栏内-围栏外）与室内分析相结合的方法，研究了休牧、补播和自由放牧3种人为干扰方式对土壤容重、含水量、有机碳和全氮含量的影响。
结果表明：在0~30 cm 土层，随深度的增加，不同干扰方式对各指标的影响不同，但总体上草原土壤含水量、有机碳和全氮含量表现为补播﹥休牧﹥自由放牧（P <0.05）；土壤容重为自由放牧>休牧>补播（P <0.05）。
随土层深度增加，除土壤容重无显著变化外（P >０.05），土壤有机碳和全氮含量均呈现显著下降（P <0.05）；土壤含水量则相反，其中，补播处理降幅最小，自由放牧处理降幅最大。
0~30 cm 各土层土壤容重与土壤含水量、土壤有机碳和全氮含量都成极显著负相关关系（P <0.0001），而土壤含水量、有机碳和全氮3项指标间相互成显著正相关关系（P <0.0001）。
综上所述，不同干扰方式对草地土壤理化性状有明显影响，自由放牧加速了草地土壤有机碳和全氮的损失，而补播和休牧对遏制草地退化、恢复草地功能起到了积极的作用。
关键词：补播；休牧；自由放牧；典型草原；土壤有机碳；土壤全氮；土壤含水量 DOI: 10.16258/ki.1674-5906.2015.02.004中图分类号：Q948 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2015）02-0204-07引用格式：杨勇，宋向阳，咏梅，李兰花，陈海军，王保林，陈国清，王瑞利，刘爱军，王明玖. 不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响[J]. 生态环境学报, 2015, 24(2): 204-210.YANG Yong, SONG Xiangyang, YONG Mei, LI Lanhua, CHEN Haijun, WANG Baolin, CHEN Guoqing, WANG Ruili, LIU Aijun, WANG Mingjiu. Impacts of Different Disturbances on Soil Organic Carbon and Total Nitrogen of Typical Steppe in Inner Mongolia [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(2): 204-210.草地生态系统不仅为人类提供了肉、奶、皮毛等具有直接市场价值的产品，同时具有维持大气成分、调节气候、维系生物基因库、固定CO 2、涵养水源、保持水土、防风固沙、改良土壤、抚育和传承多民族文化等极其重要的服务功能（Costanza 等，1997；谢高地等，2003；刘兴元等，2011）。
然而，自20世纪80年代以来，由于放牧、开垦、气候变化、国家投入不足以及牧区政策偏差导致我国草地大面积退化（Tong 等，2004；白永飞等，2014）。
为遏制草原退化，我国政府采取了积极的应对策略，通过一系列人为干扰措施恢复退化草地，如京津风沙源治理工程、退牧还草工程以及草原生态保护补助奖励机制等。
这些重大生态工程的主要措施包括：围封禁牧、季节休牧、实施草畜平衡、补播以及人工草地建立等。
目前，生态工程实施效果已成为各级政府及广大学者关注的焦点（张良侠等，2014；鄢燕等，2014；王娅等，2014）。
土壤是影响植物群落物种组成和群落动态的关键因素，土壤养分状况往往制约着生态系统的演替过程和对环境变化的响应（Barbara 等，1999；刘忠宽等，2006；Bart 等，2001）。
研究表明，围封草地土壤有机质、全氮均显著高于放牧地（Wolde 等，2007）。
在科尔沁沙化草地，围封10年土壤有机质含量增加，土壤容重减小。
但与植被相比，围封后土壤恢复需要一个更缓慢的过程（苏永中和赵哈林，2003）。
放牧对土壤碳氮贮量的影响受放牧方式、土壤特性和植物群落组成多种因素的影响（Reeder 和Schuman ，2002；闫瑞瑞等，2014），所杨勇等：不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响 205 以放牧和土壤碳、氮之间存在复杂的相互关系，即或呈现正相关，或呈负相关（Milchunas和Laurenroth，1993）。
有研究表明，放牧家畜的采食减少了凋落物分解，导致归还到土壤中的养分减少，降低了土壤有机质和全氮含量（安慧和李国旗，2013；Derner等，2006；Zhao等，2007），也有研究认为放牧增加了土壤碳含量（Altesor等，2006；Derner等，1997；Weinhold等，2001；Schuman等，1999）。
目前，有关退牧还草生态工程所采取的围封补播、休牧等人为干扰措施，对退化草地土壤理化性状有怎样的影响仍缺乏系统研究，不同的生态工程措施实施效果怎样？各种措施间有怎样的差异？以及怎样利用干扰措施来恢复退化草地的土壤生态系统，以保护草地生物多样性，提高草地生态系统生产力，仍需要我们进行大量的研究工作。
为此，本研究以内蒙古退牧还草工程的主要区域——呼伦贝尔市新巴尔虎右旗典型草原为研究对象，基于退牧还草生态工程的不同干扰措施，对休牧、补播和自由放牧3种不同人为干扰方式下的土壤理化性状变化规律进行了较为系统的研究，以实现对草原生态保护与修复工程实施效果的准确把握，为有效评估生态恢复建设工程的生态环境效应以及进一步的规划、决策提供参考，从而为我国北方草地生态保护及优化管理决策提供有效的科学支持。
1 材料与方法1.1 研究区概况试验区位于新巴尔虎右旗境内，地理位置（图1）为E115°31′~117°43′，N47°36′~49°50′。
该区域属中温带大陆性半干旱气候，多年平均降水量为220~280 mm，由北向南递减，年均温0.30 ℃，无霜期128 d。
冬季干燥寒冷，平均气温为-22.5 ℃，平均降水量为7.5 mm，仅占全年降水量的2%。
夏季温和湿润，平均降水量为186.0 mm，占全年降水量的75%。
试验样地属于温性典型草原，主要植物为大针茅（Stipa grandis）+糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）。
土壤类型为栗钙土和暗栗钙土（杨勇等，2012）。
研究区于2002年开始实施退牧还草生态工程，主要措施有围栏封育、围封补播和春季休牧等。
1.2 试验设置研究区草地在2002年前为有偿承包到户的放牧场，2002年启动退牧还草试点工程后，划分出了春季休牧草地。
2005年全面实施退牧还草工程后，对未实施春季休牧的部分草地进行了围封补播，补播植物为蒙古冰草（Agropyron mongolicum），补播后禁牧2年，第3年开始进行秋季打草。
2011年，在研究区选择休牧草地、补播草地以及相对应的围栏外自由放牧草地内各设置1块生境基本相同的草地作为试验样地（表1），样地大小为300 m×300 m。
由于休牧草地和补播草地相邻，且具有相同的原生植被，因此在休牧草地和补播草地相对应的围栏外，只设一个自由放牧草地作为对照试验样地。
在样地选择时充分考虑了坡度、坡向、距离河流距离等自然生境，尽量选取地形地貌一致的样地。
样地的地势较为平坦（坡度<5°）。
本研究以放牧时间及利用频率作为反映利用强度的指标（马建军等，2012）。
自由放牧草地为全年放牧，放牧频率高，划分为重度利用；休牧草地在4─6月份不放牧，其他放牧时间严格执行以草定畜，放牧频率适中，划分为中度利用；补播草图1 研究区域地理位置Fig. 1 Location of study area表1 试验样地描述Table 1 Description of experimental sites干扰方式优势植物种类备注围封补播大针茅（Stipa grandis）、蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、寸草苔（Carex duriuscula）2005年实施围封，补播蒙古冰草（Agropyron mongolicum），补播前属重度退化草地，补播后后禁牧两年第3年开始进行秋季打草围封休牧大针茅（Stipa grandis）、蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、银灰旋花（Convolvulus ammannii）2002年开始春季休牧，放牧利用采取以草定畜，属中度利用自由放牧大针茅（Stipa grandis）、寸草苔（Carex duriuscula）、碱韭（Allium polyrhizum）全年自由放牧，放牧压力较大，重度利用206 生态环境学报 第24卷第2期（2015年2月）地前2年禁牧，第3年开始进行秋季打草，利用频率较低，为适度利用。
1.3 土壤样品采集于2011年8月中旬对土壤样品进行一次性采集，并保证所有样品在3 d 内采集完毕。
在已选择好的每个试验样地内分别设3个半径为30 m 的样圈，样圈间隔50 m ，每个样圈以圆心为始点布设夹角为120°的3条样线，在每条样线上距圆心15 m 处设1个取样点（1 m×1 m ），每个样地共计9个采样点。
用土钻（直径4 cm ）按3点取样法分0~10、10~20、20~30 cm 共3层取样，混合后分别装入封口袋带回实验室，用于土壤理化性状测定。
