放牧對(duì)典型草原土壤中幾種生態(tài)因子影響的研究

1、放牧對(duì)典型草原土壤中幾種生態(tài)因子影響的研究    核心提示：放牧是草地利用的主要方式之一。放牧家畜主要通過采食、踐踏影響土壤的物理結(jié)構(gòu)(如緊實(shí)度、滲透率) ;同時(shí)通過采食活動(dòng)及畜體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和排泄物歸還等影響草地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán),導(dǎo)致草地土壤化學(xué)成分的變化.放牧是草地利用的主要方式之一。放牧家畜主要通過采食、踐踏影響土壤的物理結(jié)構(gòu)(如緊實(shí)度、滲透率) ;同時(shí)通過采食活動(dòng)及畜體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和排泄物歸還等影響草地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán),導(dǎo)致草地土壤化學(xué)成分的變化,而草地土壤的物理變化和化學(xué)變化之間也相互作用、相互影響。在草原生態(tài)系統(tǒng)中,土壤是生物量生產(chǎn)最重要

2、的基質(zhì),是許多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的儲(chǔ)存庫(kù),是動(dòng)植物分解和循環(huán)的場(chǎng)所,是牧草和家畜的載體 。因此,研究放牧對(duì)土壤生物和理化性質(zhì)的影響,認(rèn)識(shí)不合理放牧影響下草原土壤退化的過程和機(jī)制,以便采取合理的管理措施,對(duì)防治草原退化,保證草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有科學(xué)意義。1 研究區(qū)概況試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)克什克騰旗西部,達(dá)里諾爾自然保護(hù)區(qū)境內(nèi)。北緯43°26,東經(jīng)116°39。地貌主要由玄武巖臺(tái)地,風(fēng)沙地貌,湖泊地貌和河流四種類型所組成。氣候?qū)儆谥袦匦痛箨懶詺夂?夏季短促溫涼,冬季寒冷而漫長(zhǎng),春季多風(fēng)沙,晝夜溫差大,具有高原寒暑劇變特點(diǎn),年平均氣溫為12 ,無霜期為6080d ,植物生長(zhǎng)期49m

3、 ,土壤類型為暗栗鈣土、草甸土 。草地植物種類豐富,建群種為羊草( L eymus chi nensis) ,優(yōu)勢(shì)種為大針茅( S t i p a g randis) 、糙隱子草( Cleistogenes squar rosa) ,主要伴生種為冷蒿( A rtemisi a f ri gi d a) 、星毛委陵菜( Patent i l l a acaul is) 等。2 試驗(yàn)方法 2. 1 樣地設(shè)置    在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選取3 個(gè)類似的試驗(yàn)樣地,作為3 個(gè)重復(fù)。在每個(gè)樣地內(nèi),根據(jù)李博(1998) 退化草地分級(jí)方法,將草地劃分為輕度放牧區(qū)(L G) 、中度

4、放牧區(qū)(MG) 、重度放牧區(qū)( HG) ,并在每一個(gè)試驗(yàn)樣地以不放牧的圍封區(qū)為對(duì)照區(qū)(CK) ,并在不同放牧樣地內(nèi)設(shè)置三個(gè)圍籠,作為確定每次采樣地點(diǎn)時(shí)的參照物。 2. 2 研究方法   于2007 年8 月5 日進(jìn)行取樣,在每個(gè)樣區(qū)(如CK) 分別選取3 個(gè)樣點(diǎn),在每個(gè)樣點(diǎn)用土鉆按五點(diǎn)取樣法取深度為010cm 的土樣。裝密封袋迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。去除植物根系和石塊。一部分放入4 冰箱保存,供土壤微生物測(cè)定分析。另一部分風(fēng)干,用于土壤養(yǎng)分以及土壤酶活性等的測(cè)定。細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基;放線菌培養(yǎng)采用高氏1 號(hào)培養(yǎng)基;真菌培養(yǎng)采用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基;計(jì)數(shù)采用數(shù)量

5、指標(biāo)計(jì)算細(xì)菌統(tǒng)計(jì)表 5 。微生物生物量碳、氮采用氯仿熏蒸浸提法。土壤呼吸強(qiáng)度采用室內(nèi)密閉培養(yǎng)法。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化- 比色法;土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏法6 ;土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法。脲酶采用苯酚鈉比色法;多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法;過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法;蛋白酶采用Folin - Ciocalteu 比色法。3 結(jié)果與分析 3. 1 放牧對(duì)土壤中微生物量以及呼吸強(qiáng)度的影響    土壤微生物生物量作為土壤質(zhì)量的生物指標(biāo),一直受到各國(guó)土壤工作者重視,如有的學(xué)者研究得出,土壤微生物生物量碳氮和土壤有機(jī)碳、土壤全氮和土壤堿解氮

6、之間呈正相關(guān)。盡管土壤微生物生物量?jī)H占有機(jī)碳的1 % - 3 %和有機(jī)氮的2 %- 6 %,但是它在有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)中起著很重要的作用。它是控制土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化并影響碳的積累,同時(shí)也是植物養(yǎng)分的源和庫(kù)。    土壤呼吸是土壤與大氣交換CO2 的過程,是土壤碳素同化和異化平衡的結(jié)果。土壤呼吸作用主要是由土壤微生物生命活動(dòng)引起的,其強(qiáng)度可以反映出土壤微生物總的活性。嚴(yán)格意義上講,土壤呼吸作為表征土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要生物學(xué)指標(biāo)、反映生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境脅迫響應(yīng)指標(biāo)之一,其主要包括土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤動(dòng)物呼吸以及含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作用。根據(jù)生態(tài)學(xué)理論,在草地生態(tài)系統(tǒng)中

7、,土壤微生物是最活躍的成份,其數(shù)量、生物量和活躍程度決定了土壤呼吸量 。試驗(yàn)對(duì)土壤微生物量碳和氮、土壤呼吸強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定,并通過方差分析了放牧對(duì)他們的影響(表1) 。 由表1 看出,與CK區(qū)相比,L G區(qū)微生物量氮顯著增加,MG區(qū)和H G區(qū)極顯著降低,且隨放牧強(qiáng)度的增加,微生物量氮降低越顯著。微生物量碳,在L G和MG區(qū)顯著增加,在HG區(qū)極顯著降低。土壤呼吸強(qiáng)度在L G區(qū)略增加,但不顯著,在MG區(qū)和HG區(qū)極顯著降低,且隨放牧強(qiáng)度的增加,呼吸強(qiáng)度降低越顯著。表明適度放牧可以增加土壤中微生物總量,而過度放牧則顯著降低了土壤中微生物總量。同時(shí),隨放牧強(qiáng)度的增加,動(dòng)物踐踏導(dǎo)致土壤緊實(shí),土壤的

8、呼吸強(qiáng)度顯著降低。 3. 2 放牧對(duì)土壤中三大類微生物分布的影響    土壤中微生物數(shù)量龐大, 作用復(fù)雜, 在土壤生態(tài)系統(tǒng)的研究中占據(jù)重要地位。它們是土壤有機(jī)質(zhì)(C) 和土壤養(yǎng)分(N、P 等) 轉(zhuǎn)化和循環(huán)的主要推動(dòng)力, 并在土壤酶的作用下通過其代謝活動(dòng)可改變土壤的理化性質(zhì),促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化,因此在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。土壤微生物數(shù)量直接影響土壤生化活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化,是土壤肥力的重要指標(biāo) 12 ,13 。試驗(yàn)測(cè)定了不同放牧強(qiáng)度下8 月份土壤中三大類群土壤微生物- 細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量變化。結(jié)果(表2) 。由表2 可見,三大類微生物中,

9、數(shù)量關(guān)系依然是細(xì)菌> 放線菌> 真菌。放牧強(qiáng)度對(duì)數(shù)量最多的細(xì)菌數(shù)量影響很顯著。與CK區(qū)相比,L G區(qū)細(xì)菌數(shù)量極顯著增加,MG區(qū)和HG區(qū)細(xì)菌數(shù)量均極顯著減少,而且,隨放牧強(qiáng)度的增加,細(xì)菌數(shù)量減少越顯著。真菌數(shù)量,在L G區(qū)顯著增加,MG區(qū)和H G區(qū)細(xì)菌數(shù)量均顯著減少,且隨放牧強(qiáng)度的增加,其數(shù)量降低越明顯。放線菌數(shù)量,在L G、MG和HG 區(qū)均顯著或極顯著降低,同樣,隨著放牧強(qiáng)度的增加,放線菌數(shù)量也在逐漸降低。總體上,放牧對(duì)草原土壤中三大類微生物數(shù)量的影響很顯著,圍欄和輕度放牧有利于保持或提高土壤中各類微生物數(shù)量,從而提高土壤的肥力。過度放牧則隨放牧強(qiáng)度的增加,會(huì)不同程度的使土壤中微生

10、物的數(shù)量降低,影響土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán),而導(dǎo)致土壤肥力的下降。 3. 3 放牧對(duì)土壤中酶活性的影響    土壤酶是土壤的組成成分之一,主要來源于微生物的活動(dòng)、植物根系分泌物和動(dòng)植物殘?bào)w腐解過程中釋放的酶 。它的數(shù)量雖少,但作用頗大,參與幾乎土壤中的一切生物化學(xué)過程,包括凋落物及其殘?bào)w、動(dòng)物和微生物殘?bào)w的水解和轉(zhuǎn)化、土壤腐殖質(zhì)的合成和分解以及土壤無機(jī)、有機(jī)化合物的各種氧化還原反應(yīng)等。這些過程均關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的歸還和再利用。土壤酶參與土壤各種生物化學(xué)過程和物質(zhì)循環(huán),其活性的高低不僅可以反映土壤生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向,而且還能客觀地反映土壤C、N、P等

11、的動(dòng)態(tài)變化。其活性作為土壤肥力指標(biāo)而受到土壤學(xué)家的普遍重視 。試驗(yàn)測(cè)定了典型草原土壤中五種較重要的酶類,并通過方差分析了各種酶活性受放牧強(qiáng)度的影響(表3) 。 由表3 看出,與CK區(qū)相比,多酚氧化酶的活性,在L G區(qū)活性略增加,但不顯著,而在MG和HG區(qū)活性均顯著增加;過氧化氫酶的活性,在L G、MG和HG區(qū)活性均較CK區(qū)顯著增加;蔗糖酶活性,在L G區(qū)顯著增加,在MG和HG區(qū)活性均顯著減低,且隨放牧輕度增加,降低越顯著;蛋白酶活性,在L G區(qū)略增加,但不顯著,而在MG和HG區(qū)活性均顯著降低,且隨放牧輕度增加,降低越顯著。脲酶活性,在L G區(qū)極顯著增加,在MG和HG區(qū)活性均極顯著降低

12、?？傊?不同程度的放牧均導(dǎo)致土壤中兩類氧化酶-多酚氧化酶和過氧化氫酶活性的增加(顯著或不顯著) 。輕度放牧使土壤中脲酶、蔗糖酶和蛋白酶三類水解酶活性增加或極顯著增加,中度和重度放牧導(dǎo)致此三類酶活性顯著或極顯著降低。 3. 4 放牧對(duì)土壤理化因子的影響    放牧活動(dòng)對(duì)草原土壤的理化性狀會(huì)產(chǎn)生直接的影響,而土壤的理化性狀又直接關(guān)系到土壤的質(zhì)量和肥力。對(duì)土壤的一些較重要的理化性狀進(jìn)行測(cè)定(表4) ,結(jié)果表明,不同強(qiáng)度的放牧均導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)的降低,但在L G和MG區(qū)有機(jī)質(zhì)含量降低顯著;全磷含量在CK區(qū)略增加,但不顯著,在L G和MG區(qū)顯著降低;全氮含量在L

13、G和MG區(qū)變化不明顯,H G區(qū)顯著降低;速效磷含量在MG區(qū)顯著增加,其他區(qū)變化不顯著;速效氮含量在各放牧區(qū)均極顯著降低,且隨放牧強(qiáng)度的增加,含量急速降低。放牧強(qiáng)度對(duì)土壤的p H 值和含水量的影響不顯著?？傮w上,放牧強(qiáng)度對(duì)土壤中各養(yǎng)分的影響無一致規(guī)律,速效氮受放牧的影響很顯著。適度放牧有利于速磷的增加,而過度放牧則導(dǎo)致全磷、全氮和速效氮的顯著降低。4 結(jié)論  (1) 放牧對(duì)草原土壤中微生物量以及微生物數(shù)量的影響很顯著,圍欄和輕度放牧有利于保持或提高土壤中各類微生物數(shù)量,過度放牧則隨放牧強(qiáng)度的增加,土壤中的微生物量和細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量顯著降低。同時(shí),隨放牧強(qiáng)度的增加,土壤的呼吸強(qiáng)度顯著降低。