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实验二_土壤机械组成测定
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土壤机械组成分析
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土壤机械组成分析
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不同放牧制度对亚高山草甸土理化性质的影响
　　作者简介： 武红旗（1974-），男，甘肃酒泉人，学士，讲师，主要从事土壤调查与制图。E-mail:孙宗玖为通讯作者。 中国论文网 /1/view-5288825.htm　　 　　摘要： 以新疆亚高山草甸土为研究对象，研究了自由放牧和划区轮牧对土壤理化性质的影响。结果表明：短期改变放牧制度对草地土壤养分含量影响不显著，理化性质对其响应程度亦有所不同。轮牧土壤碱解氮、有机质的含量稍低于自由放牧，土壤速效钾和有效磷的含量均高于自由放牧。不同放牧制度对草地土壤容重、孔隙度、机械组成的影响不大。 　　关键词： 亚高山草甸土；理化性质；自由放牧；划区轮牧 　　中图分类号： S 812文献标识码： A文章编号： 11)04-0030-05 　　 　　放牧是新疆草地利用的主要方式之一，适度放牧可对原有植物破坏，为新成员提供小生境，从而允许新的植物侵入群落，并提高植物的丰富度[1]，增强营养物质在土壤与植物之间的循环[2]。放牧制度是草地在用于放牧时的基本利用体系，其中,规定了家畜对放牧地利用的时间和空间上的通盘安排[3]。目前,放牧制度主要有2种，即自由放牧和划区轮牧。相对来讲，划区轮牧是一种科学的畜牧业生产方式，是现代化生态畜牧业生产的基础。但是各国学者对放牧制度影响草地植被和牲畜的生产性能方面也存在着不同看法[4-7]，这可能与各地的气候、植被的再生性和其他草地资源条件有关。 　　划区轮牧能减少羊只践踏牧草造成的损失，提高牧草产量，可使牧草有休养生息恢复生长的机会，提高载畜量，有利于保护草地。范守民等[8]在新源县那拉提山地草甸进行划区轮牧与自由放牧对成年绵羊体重增加的试验，结果表明轮牧区绵羊日增重显著，高于自由放牧区，但是试验未考虑不同放牧制度下家畜采食对土壤的影响，因此，研究放牧制度对土壤理化性质的 　　影响和变化规律，以便认识在牧压相同的情况下，改变放牧制度对草地土壤的影响机制，对于采取合理的管理措施，保护草地资源具有重要的意义，也为天然草地的持续利用提供科学依据。 　　1 试验设计和方法 　　1.1 研究区自然概况 　　研究区位于伊犁新源县那拉提夏草地，E 83°30′～84°15′，N 43°09′～43°20′，海拔1 950 m。新源县属大陆性半干旱气候区，气候温凉，降水多，年均降水量西部260 mm，东部880 mm。年均无霜期169 d，年日照时数2 400～2 700 h，年均气温2～-2 ℃。夏无酷热，昼暖夜凉。由于有逆温，冬季气温相对暖和。草地类型为禾草+杂类草，是伊犁河谷具有代表性的山地草甸草地，具有分布广、面积大、产量高的特点，是夏牧场的主体草地类型。草地植被以中生植物，尤其是典型中生植物多，优势度大为特点。禾本科最多，优势种有鸭茅(Dactylis glomeralis)、无芒雀麦(Bormusin inermis)、细叶早熟禾(Poa angustifolia)、草地早熟禾(P. pratensis)、林地早熟禾(P. nemoralis)、大看麦娘(Alopecurus pratensis)、假梯牧草(Phleum phleoides)、新疆针茅(Stipa sareptana)等。其次，蔷薇科、豆科、十字花科、唇形科、莎草科等植物，并有大量有毒植物存在，主要为毛茛科，最多的是白喉乌头(Aconituml eucostomum)，展毛多根乌头(A.karakolicum var.patentipilum)、准噶尔金莲花(Trollius dschungaricus)等。植被群落草层平均高度47 cm。 　　土壤类型属亚高山草甸土土类，亚高山草甸土亚类。母质以花岗岩风化的坡积―残积物为主，部分为冰水沉积物。生草过程强烈，草毡层厚度4～5 cm，部分厚达10 cm，草根密集，呈黑色，富弹性，腐殖质层厚20～30 cm，呈暗棕色，团粒状结构，其下土色即逐渐变浅，粗骨性越来越显著。个别的在底土层中的岩石碎屑面上可见少量灰白色石灰斑，大多在底土层看不到碳酸钙聚集，整个剖面呈弱酸性或弱碱性反应。 　　1.2 试验设计 　　试验在伊犁新源县那拉提山地草甸进行，草地类型为禾草+杂类草，草群盖度100%。试验开始前，试验区为自由放牧区，并以放牧细毛羊杂交二代为主，草地实际载畜量为13个绵羊单位/hm2。2009年5月，在该区域进行放牧试验小区的划分，月进行放牧制度试验。试验设置划区轮牧区（RG）、自由放牧区（CG）及对照（CK）3个处理，划区轮牧区、自由放牧区及对照区草地面积依次为2 hm2，1.33 hm2和1 hm2，载畜量设置与该区草地实际放牧载畜量基本相同，依次为12只/hm2，12只/hm2和0只/hm2，开始放牧时细毛羊杂交二代体重为44.65±6.16 kg/只，放牧期为65 d。轮牧区设4个小区，每小区放牧6 d。 　　1.3 研究方法及测定指标 　　土壤取样于2009年9月初进行，在对照区、轮牧区及自由放牧区，采用蛇行取样法，每隔15 m设置1个取样点，按土层深度0～10，10～20和20～30 cm分层取样，每点取3钻（土钻直径20 mm），每试验区共取30处，每10处进行分层混合，形成混合样，用四分法取土1 kg，剔除新鲜植物根系等杂物，带回实验室，室内自然风干，用于测定土壤理化性质。同时在各试验区测定土壤容重，每层3次重复。 　　土壤容重采用环刀法；土壤机械组成采用比重计法；为计算土壤孔隙度，用比重瓶法测定土壤密度；土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法；土壤全N用凯氏定氮法；土壤全磷采用HClO?4-H?2SO?4消煮,钼锑抗比色法；土壤全K采用HClO?4-H?2SO?4消煮,火焰光度计法；土壤碱解氮采用碱解扩散法；速效P采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法；速效K测定采用醋酸铵-火焰光度法。 　　1.4 数据处理及分析 　　采用EXCEL 2003和SPSS 11.5进行相关数据的统计，分析不同样地相同取样层次土壤性质差异性。 　　2 结果与分析 　　2.1 放牧制度对土壤速效养分的影响 　　由表1可以看出，0～30 cm土壤碱解氮在划区轮牧、自由放牧及对照间差异不显著，但0～10 cm土壤碱解氮与对照相比，自由放牧最高，划区轮牧次之，说明适当的放牧，维持了植物群落的稳定，有利于提高群落的生产力，归还土壤中有机物质的数量增加，引起土壤碱解氮的增加。有研究报道，放牧通过家畜在草地上排泄粪尿能够逐渐增加土壤速效氮[9]。但是，侯扶江等[10]分析已有的资料后认为一年中放牧草地只有4%～20%和1%～5%的面积分别被家畜的尿和粪覆盖,所以排泄物对整个放牧地的影响有限；采食虽然直接作用于牧草,但时间占整个放牧期的60%～70%,牧草可以通过再生长削弱其影响。温方等[11]的研究表明，适宜的放牧能够促进牧草再生，使地上生物量维持在一定的水平；刺激根对土壤氮素的吸收，使其向地上部分转移，而且，氮素还会在地上部分不同器官（如茎和叶）之间发生转移。由此可以推断，放牧草地表层土壤碱解氮的升高主要是来自于地下根系和地上部的凋落物的分解。
　　表1 不同放牧制度对草地土壤速效养分的影响 　　Table 1 Influence of grazing system on the soil nutrients 　　 　　注：同一列内不同字母表示差异显著（P＜0.05），下同 　　戎郁萍等[12]研究表明，土壤速效钾含量在100～160 mg/kg，供钾水平为高，速效钾含量＞160 mg/kg，供钾水平为极高。试验区土壤的供钾能力极高，放牧制度对表层土壤速效钾影响不显著，但可看出，与对照相比，放牧后表层土壤的速效钾含量降低。在速效磷方面，不放牧处理的土壤有效磷含量高于放牧处理，放牧后，土壤有效磷含量降低(表1)。有研究表明，牧草的再生与放牧后草地的地上现存量密切相关,通过适度放牧,牧草再生速率较大[11],对土壤速效钾和有效磷的吸收增大，养分通过植物吸收后向系统外输出，造成土壤速效钾和有效磷含量降低[13]。与对照相比，划区轮牧、自由放牧对0～30 cm土壤碱解氮、速效钾和有效磷的平均含量无显著影响。3种处理中，不放牧处理的草地土壤速效养分含量最高，除划区轮牧土壤碱解氮的含量稍低于自由放牧外，土壤速效钾和有效磷的含量均为划区轮牧高于自由放牧。 　　2.2 放牧制度对土壤有机质的影响 　　试验区禾本科牧草占绝大多数，其地上凋落物和地下根系大量的死亡对土壤有机质的贡献较大，因此，土壤有机质含量很高，平均含量在150 g/kg，通过方差分析，同一土层各处理间差异不显著（图1）。与对照相比，划区轮牧后0～20 cm土壤有机质含量降低，20～30 cm土壤有机质含量稍有升高；自由放牧后土壤有机质含量有所升高。说明放牧降低了地上生物量而增加地下生物量，使20～30 cm土壤有机质含量高于对照。0～30 cm土壤有机质含量自由放牧处理最高，其次，不放牧处理，划区轮牧处理最低，说明伊犁新源县那拉提山地草甸的放牧压力适中，自由放牧促进了草地生态系统中物质的良性循环。 　　 　　图1 不同处理对土壤有机质的含量 　　Fig.1 Influence of treatments on the soil organic matter content 　　合理放牧的适当践踏能使枯死的植物倒伏、破碎、加速分解，同时导致根系向地表聚集而产生较多的有机质[14]，李香真等[15]在内蒙古锡林浩特的研究表明,土壤中有机C含量与对应土层的根量成显著正相关,说明根系生物量是形成土壤有机C的重要来源，借鉴此理论可解释自由放牧草地土壤有机质含量高于不放牧处理的原因。 　　试验中划区轮牧表层土壤疏松（表3），利于土壤通气和水分的运输，好气性微生物活动旺盛，有机质分解速率加大，造成有机质含量降低。 　　2.3 放牧制度对土壤全量养分的影响 　　全量养分是速效养分的潜在来源。与对照相比，放牧后草地土壤全氮、全磷和全钾含量出现降低趋势（表2）。全氮含量0～20 cm土层，对照、划区轮牧及自由放牧间差异不显著，而20～30 cm土层，自由放牧处理的土壤全氮含量显著高于划区轮牧处理。自由放牧草地0～10 cm土壤全氮含量最低，说明自由放牧方式促进了表层土壤全氮向速效氮的转化。与对照相比（表2），自由放牧使10～20 cm土壤全钾含量显著降低(P＜0.05)，其他土层影响不显著；自由放牧和划区轮牧0～10 cm土壤全磷含量均显著降低。10～20 cm自由放牧土壤全磷含量显著低于对照和划区轮牧。放牧促使牧草再生，引起土壤中全量氮、磷、钾的各组分向速效成分的转移量增大，通过植物吸收后转向系统外输出，从而导致土壤全量养分减少。从0～30 cm土壤全量养分的平均变化看，划区轮牧草地土壤的全氮、全磷及全钾含量略高于自由放牧，说明轮牧有利于草地土壤全量养分的保持。 　　表2 不同放牧制度对草地土壤全量养分的影响 　　Table 2 Influence of grazing system on the soil total nutrients 　　 　　2.4 放牧制度对土壤容重、孔隙度的影响 　　土壤容重是土壤紧实度的重要指标之一，与土壤孔隙度和渗透率密切相关，容重的大小主要受到土壤有机质含量、土壤质地及放牧家畜践踏程度的影响。试验区土壤容重介于0.70～1.01 g/cm3，孔隙度介于54%～64%，土壤很疏松，这主要是亚高山草甸土有机质含量高，有利于形成稳定性较强的土壤团粒结构，可有效的抵抗牲畜的践踏踩实，同时能协调土壤中有机质养分的消耗和积累，因此，放牧对土壤容重和孔隙度影响不显著。 　　绵羊自由放牧的践踏时间要比划区轮牧长38.9%,同样的绵羊放牧强度,自由放牧时家畜的践踏要重于轮牧[10]，多数研究认为践踏只影响表层土壤，姚爱兴等[16]在湖南南山牧场的研究表明,放牧强度增加,导致土壤紧密度增加,容重上升,透气性变差,含水量下降,并且,这种影响是随土层深度的增加而减小的。但也有不同结论，认为原因是表层土壤和下层土壤对践踏的响应机制可能不同。 　　表3 放牧制度对土壤容重、孔隙度的影响 　　Table 3 Influence of grazing system on the soil bulk density and porosity 　　 　　2.5 放牧制度对土壤机械组成的影响 　　土壤机械组成指大小不同的矿物颗粒所占的百分含量。土壤颗粒的粗细与土壤的肥力有着极其密切的关系。不同粒径对土壤团粒结构的形成和保水保肥的贡献不同，粘粒的增加促进了土壤的膨胀性、可塑性及离子交换等性质。方差分析表明，放牧制度对土壤机械组成影响不显著（表4），裴海昆[17]的研究也认为短期放牧对土壤机械组成影响不大。 　　表4 不同放牧制度草地土壤的机械组成 　　Table 4 Influence of grazing system on the soil mechanical composition 　　 　　3 结论 　　（1）与对照相比，划区轮牧、自由放牧对0～10 cm土壤的速效养分影响不显著，但放牧后土壤碱解氮含量升高，速效钾、有效磷含量降低。不放牧处理的草地土壤速效养分平均含量最高，除划区轮牧土壤碱解氮的平均含量稍低于自由放牧外，土壤速效钾和有效磷的平均含量均为划区轮牧高于自由放牧。自由放牧土壤有机质含量高于划区轮牧。放牧制度对草地土壤容重、孔隙度、土壤机械组成的影响不显著。 　　（2）划区轮牧、自由放牧使草地土壤全氮、全磷与全钾含量降低，但差异不显著。划区轮牧草地土壤的全氮、全磷及全钾含量均略高于自由放牧。 　　（3）郑阳等[18]认为放牧对土壤的影响并不只是显现在放牧期间，由于土壤系统自身具有一定的滞后性和弹性,在放牧后很长时间内，放牧对土壤的影响痕迹仍然会持续存在。此次研究的结论只是基于短期试验的结果，因此，放牧制度对草地土壤的影响还有待于进行长期试验研究。 　　 　　参考文献： 　　[1]王长庭，龙瑞军，王启兰，等. 放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应[J]. 生态学报，):.
　　[2] 何奕忻，孙庚，罗鹏，等. 牲畜粪便对草地生态系统影响的研究进展[J]. 生态学杂志，):322-328. 　　[3] 闫瑞瑞，卫智军，辛晓平，等. 放牧制度对荒漠草原生态系统土壤养分状况的影响[J]. 生态学报，):43-51. 　　[4] Milchunas D G,Laurenroth W K,Burke L C. Livestock grazing: animal and plant biodiversity of shortgrass steppe and the relationship to ecosystem functioning [J]. Oikos,-74. 　　[5] 卫智军，韩国栋，邢旗，等. 短花针茅草原划区轮牧与自由放牧比较研究[J]. 内蒙古农业大学学报，):46-49. 　　[6] 毛培胜，韩亮亮，王新国，等.不同放牧制度对老芒麦人工草地和羔羊体重的影响[J]. 草业科学，）:66-69. 　　[7]贺军，崔国盈，孙小平. 伊犁夏牧场划区轮牧试验[J]. 新疆畜牧业，-64. 　　[8] 范守民，余雄，安沙舟，等. 那拉提山地草甸草地划区轮牧与自由放牧效果的对比分析[J].新疆农业科学，):200-204. 　　[9] 关世英，文沛钦，康师安，等. 不同牧压强度对草地土壤养分含量的影响[C]//草原生态系统研究（第五集）. 北京：科学出版社，. 　　[10] 侯扶江，常生华，于应文，等. 放牧家畜的践踏作用研究评述[J]. 生态学报，）：784-789. 　　[11] 温方，孙启忠，陶雅. 影响牧草再生性的因素分析[J]. 草原与草坪，-77. 　　[12] 戎郁萍，韩建国，王培，等. 放牧强度对草地土壤理化性质的影响[J]. 中国草地，):41-47. 　　[13] 杨霁琴，袁苗苗，张翔宇，等. 禁牧对隆宝国家自然保护区草地的影响[J]. 草原与草坪，-49. 　　[14]白可喻,韩建国,王培,等. 放牧强度对新麦草人工草地植物地下部分生物量及其氮素含量动态的影响[J]. 中国草地,-20. 　　[15]李香真,陈佐忠. 不同放牧率对草原植物与土壤N、C、P含量的影响[J]. 草地学报,):90-98. 　　[16] 姚爱兴,王培,等. 不同放牧强度下奶牛对多年生黑麦草/白三叶草地土壤特性的影响[J]. 草地学报,):181-189. 　　[17] 裴海昆. 不同放牧强度对土壤养分及质地的影响[J]. 青海大学学报，）:29-31. 　　[18]郑阳，徐柱，锡林图雅，等. 放牧强度对土―草―畜系统的影响研究进展[J]. 草原与草坪，-76. 　　Effects of different grazing systems on soil physical and chemical properties in subalpine meadow soil 　　WU Hong-qi,FAN Yan-min,SUN Zong-jiu 　　(College of Grassland and Environment Science,Xinjiang Agricultural UXinjiang Laboratory of Grassland Resource and Ecology,Urumqi 830052,China) 　　Abstract: The effects of different grazing systems,including continuous grazing and rotational grazing,on soil physical and chemical properties of subalpine meadow soil were studied in the paper,based on grazing experiments in Nalati of Xinyuan Country,Xinjiang.The results showed that there was no significant effect on the soil nutrients for the short-term change of the grazing system,but the responses of soil physicochemical properties to the grazing system were still different.Compared with the continuous grazing,the contents of organic matter and available nitrogen were lower,but the contents of available potassium and available phosphate were higher in the rotational grazing system.The effects of different grazing systems on the soil bulk density,porosity and soil mechanical composition were slight. 　　Key words: subalpine meadow soil；soil physical and chemical properties；continuous grazing；rotational grazing
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