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      2. 圍封和淺耕翻措施對土壤理化特性的影響

       

      試驗于2004—2005年在河北省張家口市沽源牧場的天然羊草(Aneurolepidium  Chinese)草地進行。試驗地分3種類型:常年放牧草地、2001年圍欄封育的圍封草地和淺耕翻改良的草地。

      2.1 圍封、淺耕翻改良對土壤含水量影響

        圍封、淺耕翻改良均能顯著提高退化的放牧羊草草地的土壤含水量(見表1-6)

      010cm土層內(nèi),三種類型草地的土壤含水量均有不同程度的增加,以

      1-6  圍封、淺耕翻改良對草地土壤含水量的影響 (%)

      土層深度(cm)

      利用

      方式

      測定時間

      6/2004

      7/2004

      8/2004

      9/2004

      6/2005

      7/2005

      8/2005

      9/2005

      010

      放牧

      6.78b

      10.34b

      14.26a

      14.84b

      8.08b

      9.25b

      12.10b

      12.60c

       

      圍封

      7.94a

      12.13a

      15.07a

      16.37b

      10.52a

      12.09a

      13.73b

      15.94b

       

      淺耕翻

      7.27ab

      10.50b

      15.57a

      18.60a

      8.37b

      9.35b

      15.34a

      17.77a

      1020

      放牧

      8.45b

      14.21b

      16.56b

      17.89b

      9.61b

      12.82b

      15.91c

      13.60 b

       

      圍封

      11.13a

      15.56a

      18.91a

      21.36a

      12.26a

      14.03a

      20.40a

      15.90a

       

      淺耕翻

      10.88a

      14.63ab

      17.14a

      18.45b

      12.12a

      13.22ab

      17.19 b

      14.18b

      2030

      放牧

      10.03b

      14.45b

      18.63b

      18.70b

      9.87b

      12.92b

      16.43b

      13.87b

       

      圍封

      16.69a

      18.21a

      20.26a

      20.91a

      14.51ab

      15.82a

      19.30a

      19.12a

       

      淺耕翻

      15.41ab

      17.37a

      20.25a

      20.38ab

      13.43a

      14.88 a

      18.17 ab

      18.13a

      : 多重比較僅限于同層之間, 同一行中標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P < 0.05)。下同。

      淺耕翻草地上升幅度最大。在試驗初期大氣降雨較少的情況下,010cm土層中土壤含水量在20047月、200567月顯著低于圍封草地 (P<0.05),所以在干旱條件下,圍封對保持土壤含水量更加有利。常年放牧的草地土壤含水量變化幅度最;在1020cm土層內(nèi),淺耕翻草地土壤含水量稍小于圍封地。在2030cm土層內(nèi)土壤含水量變化趨勢和1020cm相似,但是變化幅度小一些,兩種改良措施對底層土壤的含水量影響較小。

      大氣降雨量以及土樣測定的日期對土壤水分含量有一定影響,20043塊土壤樣地土壤含水量呈上升趨勢,9月達到最高值。2005大氣降水主要集中在78月,尤其是在722810之間,9月大降雨量較2004年少,9月份淺耕翻和圍封草地土壤含水量均有不同程度的下降。

      2.2 放牧對土壤化學(xué)性狀的影響

      2.2.1 草地土壤有機質(zhì)含量的影響

      與放牧樣地相比較,圍封、淺耕翻草地土壤碳含量升高。1-7數(shù)據(jù)顯示,圍封和淺耕翻改良均能促進退化草地土壤有機質(zhì)和土壤全氮含量。在010cm土層中有機質(zhì)含量除了9月份以外,放牧樣地土壤有機質(zhì)與土壤全氮含量均顯著高于圍封、淺耕翻樣地,圍封、淺耕翻樣地之間差異并不顯著。在1020cm土層中圍封草地土壤有機質(zhì)含量顯著高于淺耕翻草地和放牧草地(p0.05),淺耕翻樣地土壤的有機質(zhì)含量及土壤全氮含量也顯著高于放牧樣地,說明圍封對1020cm土層中草地土壤有機質(zhì)、土壤全氮含量的促進作用較為明顯。2030cm土層中圍封、淺耕翻樣地土壤有機質(zhì)含量和土壤全氮含量變化不如020cm土層中明顯,但是仍然顯著高于放牧樣地(P0.05),圍封、淺耕翻樣地之間差異不明顯,總體上圍封草地有機質(zhì)和土壤全氮含量稍高。

      1-7   圍封、淺耕翻改良對草地土壤有機質(zhì)和全氮含量的影響(%)

      土層深度

      (cm)

      利用方式

           

      2004.6

      2004.7

      2004.8

      2004.9

      2005.6

      2005.7

      2005.8

      2005.9

       

       

       

       

      質(zhì)

      (%)

      010

      放牧

      2.80a

      2.85a

      2.92a

      2.89a

      2.83a

      2.88a

      2.95a

      2.92a

       

      圍封

      2.72b

      2.76b

      2.82b

      2.88a

      2.77b

      2.82b

      2.86b

      2.90a

       

      淺耕翻

      2.69b

      2.75b

      2.80b

      3.83a

      2.75b

      2.80b

      2.84b

      2.87a

      1020

      放牧

      1.85c

      1.91c

      1.94c

      1.90b

      1.87c

      1.89c

      1.93c

      1.91c

       

      圍封

      2.08a

      2.15a

      2.19a

      2.24a

      2.11a

      2.19a

      2.24a

      2.29a

       

      淺耕翻

      2.01b

      2.07b

      2.11b

      2.18b

      1.98b

      2.05b

      2.11b

      2.20b

      2030

      放牧

      0.92b

      0.94b

      0.99b

      0.97b

      0.95b

      0.98b

      1.02b

      1.00b

       

      圍封

      0.98a

      1.03a

      1.07a

      1.10a

      1.01a

      1.06a

      1.10a

      1.13a

       

      淺耕翻

      0.95ab

      1.00a

      1.04a

      1.07a

      0.98ab

      1.04a

      1.08a

      1.10a

       

       

       

       

      (%)

       

      010

      放牧

      0.2889a

      0.2945a

      0.3037a

      0.3002a

      0.2942a

      0.2988a

      0.3054a

      0.3017a

       

      圍封

      0.2434b

      0.2482b

      0.2565b

      0.2621b

      0.2550b

      0.2578b

      0.2619b

      0.2657b

       

      淺耕翻

      0.2304c

      0.2368c

      0.2461c

      0.2505c

      0.2357c

      0.2414c

      0.2465c

      0.2533c

      1020

      放牧

      0.1272c

      0.1290c

      0.1323c

      0.1307c

      0.1362b

      0.1399c

      0.1428c

      0.1420b

       

      圍封

      0.1589a

      0.1624a

      0.1651a

      0.1682a

      0.1644a

      0.1650a

      0.1689a

      0.1712a

       

      淺耕翻

      0.1467b

      0.1498b

      0.1527b

      0.1590b

      0.1586b

      0.1607b

      0.1631b

      0.1653b

      2030

      放牧

      0.0642b

      0.0667b

      0.0689b

      0.0681b

      0.0658b

      0.0673b

      0.0679b

      0.0677b

       

      圍封

      0.0735a

      0.0746a

      0.0774a

      0.0798a

      0.0763a

      0.0781a

      0.0797a

      0.0812a

       

      淺耕翻

      0.0721ab

      0.0738ab

      0.0768ab

      0.0783ab

      0.0743ab

      0.0750ab

      0.0766ab

      0.0791ab

       

      2.2.2  對草地土壤速效磷、速效鉀含量的影響

      010cm土層內(nèi)三塊草地的速效磷含量總體趨勢是隨著時間的推移而下降(1-8),在8月份略有回升。初期以淺耕翻草地的速效磷含量最高,放牧草地最低,三者均達到顯著差異水平(P<0.01)。隨放牧強度增大,放牧地土壤速效磷含量自7月開始高于圍封和淺耕翻的草地。1020cm2030cm土壤速效磷含量顯著低于010cm含量。從最終結(jié)果來看,圍封草地較淺耕翻草地和放牧草地在牧草生長期末期,能存儲更多的速效磷。

      試驗區(qū)010cm土壤的供鉀能力極高,草地土壤不缺鉀。010cm土層中放牧草地土壤速效鉀含量一直顯著高于圍封地和淺耕翻草地(P<0.01)。8月份,牧草旺盛生長時期,土壤速效鉀含量最低,9月略有回升。1020cm2030cm土層土壤速效鉀含量變化不如010cm土層顯著,含量也比010cm低很多,說明放牧對土壤表層速效鉀的含量影響較大。造成土壤速效鉀含量隨放牧強度增加的主要原因是放牧家畜排泄的糞便中含有大量鉀,單位面積家畜數(shù)較大,每天通過糞便排泄到草地上的鉀量也相應(yīng)較大。

          

      1-8 圍封、淺耕翻改良對草地土壤速效磷和速效鉀含量的影響

      土層深度

      (cm)

      利用方式

      測定時間

      6/2004

      7/2004

      8/2004

      9/2004

      6/2005

      7/2005

      8/2005

      9/2005

       

       

      速效磷

      (mg/kg)

       

       

      010

      放牧

      9.03

      8.89

      10.21

      7.34

      9.78 

      7.45 

      10.31 

      6.65 

       

      圍封

      10.36

      7.89

      8.34

      5.56

      10.77 

      6.55

      7.95 

      4.96 

       

      淺耕翻

      11.50

      7.74

      8.67

      5.53

      11.53

      6.25

      8.88 

      5.74 

      1020

      放牧

      7.38 

      5.90

      6.58 

      6.01 

      6.58 

      4.93 

      5.58 

      3.95 

       

      圍封

      6.39 

      4.52 

      5.43

      4.39 

      6.89 

      4.62 

      5.40

      4.59 

       

      淺耕翻

      7.16

      6.35 

      5.29 

      4.54 

      7.10

      5.35 

      4.29 

      3.94 

      2030

      放牧

      5.12 

      5.10  

      3.56

      3.15 

      4.98 

      4.55  

      3.26

      3.65 

       

      圍封

      5.13

      3.34

      3.75 

      4.01 

      5.57

      3.84

      3.85 

      4.29 

       

      淺耕翻

      4.25 

      3.62

      4.17 

      3.67 

      4.24 

      3.52

      4.05 

      3.27 

       

       

      速效鉀

       (mg/kg)

       

      010

      放牧

      183.67

      181.35

      196.10

      191.20

      210.89 

      202.19 

      185.39 

      192.89 

       

      圍封

      134.67

      118.22

      131.84

      124.84

      150.67 

      136.88   

      127.34 

      131.92 

       

      淺耕翻

      164.13

      162.84

      125.67

      123.49

      171.76  

      158.56 

      140.3 

      156.84 

      1020

      放牧

      140.28

      120.18

      113.23

      121.23

      150.4 

      135.46 

      99.19 

      147.61 

       

      圍封

      112.34

      109.65

      104.32

      99.97

      100.50 

      95.47 

      92.81 

      85.13 

       

      淺耕翻

      96.35

      84.45

      77.81

      85.50

      111.62 

      96.36 

      81.93 

      87.315 

      2030

      放牧

      124.45

      120.87

      118.53

      123.12

      136.11 

      127.37 

      119.8 

      126.59 

       

      圍封

      90.56

      85.35

      82.78

      84.46

      87.18 

      82.59 

      76.04  

      77.21 

       

      淺耕翻

      103.23

      99.30

      70.05

      88.30

      90.22 

      82.49 

      72.67 

      84.03 

      2.3 圍封、淺耕翻措施對土壤微生物量碳、氮的影響

      本試驗測定了200569月間圍封、淺耕翻改良和放牧樣地的土壤微生物碳、氮含量。結(jié)果如表1-9所示,土壤微生物量碳氮含量以表層(010cm)最高,隨土層加深,呈下降趨勢,這說明土壤表層微生物活動強烈。土壤微生物具有明顯的季節(jié)變化,呈現(xiàn)單峰值變化,自68月,土壤微生物碳、氮含量呈現(xiàn)上升趨勢,8月中旬達到最大值,9月份均呈現(xiàn)下降趨勢。

      土壤微生物碳含量在010cm土層中變化較為強烈,6月~9月圍封、淺耕翻樣地土壤中微生物碳含量始終高于淺耕翻草地和圍封草地,除了6月初淺耕翻樣地與圍封樣地之間差異不顯著外,淺耕翻樣地、圍封樣地和放牧樣地之間均達到顯著差異水平(p0.05)。

      土壤微生物碳含量隨著土層的加深,急劇下降;1020cm土壤中淺耕翻草地土壤微生物碳含量最高,圍封草地次之,放牧草地最低,淺耕翻樣地和圍封樣地均顯著高于放牧樣地P0.05),淺耕翻樣地與圍封樣地之間差別不顯著,淺耕翻樣地較圍封樣地稍高;2030cm土層中微生物碳含量很少,約為表層的1/3;圍封樣地與淺耕翻樣地之間差異不顯著,淺耕翻樣地稍大于圍封草地,但是兩者均與放牧草地達到顯著差異水平P0.05)。說明淺耕翻、圍封措施可以影響到土壤底層(1030cm)微生物碳含量。土壤微生物氮含量變化與土壤微生物碳含量變化基本一致。

      1-9 圍封、淺耕翻改良對土壤微生物碳、氮含量的影響(mg/kg)

      土層深度

      (cm)

      利用方式

       

      測定時間

      6/2005

      7/2005

      8/2005

      9/2005

      土壤微生物碳含量

      010

      放牧(CK

      305.13b

      353.46c

      433.49c

      344.78c

       

      圍封

      382.45a

      463.23b

      526.98b

      432.35b

       

      淺耕翻

      404.76a

      498.57a

      562.46a

      451.60a

      1020

      放牧(CK

      131.36b

      156.79b

      165.97b

      143.34b

       

      圍封

      160.64a

      194.78a

      220.59a

      178.61a

       

      淺耕翻

      171.86a

      204.59a

      229.47a

      185.57a

      2030

      放牧(CK

      58.58b

      63.49b

      65.43b

      61.16b

       

      圍封

      94.56a

      105.57a

      110.49a

      102.42a

       

      淺耕翻

      96.51a

      108.47a

      113.59a

      106.48a

      土壤微生物氮含量

      010

      放牧(CK

      14.611b

      17.478c

      19.551c

      17.834c

       

      圍封

      17.776a

      19.956b

      23.476b

      19.971b

       

      淺耕翻

      18.054a

      21.794a

      25.632a

      21.471a

      1020

      放牧(CK

      6.672b

      8.692b

      10.000b

      7.898b

       

      圍封

      9.049a

      11.304a

      12.487a

      10.546a

       

      淺耕翻

      9.375a

      12.014a

      13.482a

      11.229a

      2030

      放牧(CK

      2.061b

      2.477b

      2.493b

      2.221b

       

      圍封

      3.167a

      3.426a

      3.654a

      3.571a

       

      淺耕翻

      3.273a

      3.643a

      3.793a

      3.486a

      2.4 小結(jié)

      圍封、淺耕翻改良措施提高草地土壤含水量,其中淺耕翻改良措施較圍封措施對土壤含水量的影響效果更加顯著。

      圍封、淺耕翻改良措施可以顯著影響羊草草地中土壤的化學(xué)性狀。圍封、淺耕翻改良措施可以提高土壤中尤其是1020cm、2030cm土層中有機質(zhì)和土壤全氮的含量,其中圍封措施對土壤底層中的土壤有機質(zhì)的積累更為有利。圍封、淺耕翻改良措施可以促進土壤中微生物的活動,對于提高1020cm、2030cm土層中微生物碳、微生物氮含量效果較為顯著,淺耕翻措施的促進效果較圍封措施更加顯著。

      圍封、淺耕翻、放牧羊草草地中速效鉀含量均處于較高水平,羊草草甸草地中并不缺少速效鉀,但是圍封、淺耕翻草地土壤中速效磷含量不足。 

      3. 圍封和淺耕翻措施對土壤種子庫的影響

      實驗于2004—2005年在河北省張家口市沽源牧場天然羊草草地進行。

      3.1 土壤種子庫的物種組成比較

      1-10列舉出了樣地A(圍封樣地)、樣地B(淺耕翻樣地)和樣地C(放牧樣地CK)土壤種子庫的物種組成。禾草在圍封樣地、淺耕翻樣地和放牧樣地中所占的比例分別是36%、42.11%18.18%,前兩者遠遠多于后者;多年生植物在淺耕翻草地中所占的比例數(shù)值最大,為78.95%,圍封草地次之,為72%,放牧草地中多年生植物所占的物種比例最低,為54.55%;單子葉植物在圍封樣地中所占的比例為44%,稍高于樣地圍封樣地的42.11%,放牧草地最低,只有31.82%。

      1-10 樣地A、BC中土壤種子庫的物種組成

      地點

      物種數(shù)目

      禾草

      非禾草

      一年生植物

      多年生植物

      單子葉植物

      雙子葉植物

      A

      25

      9

      16

      7

      18

      11

      14

      B

      19

      8

      11

      4

      15

      8

      11

      C

      23

      5

      18

      10

      13

      8

      15

      3.2 土壤種子庫的數(shù)量特征

      在圍封草地的所有土樣里共萌發(fā)了801株幼苗;淺耕翻樣地的土樣里共萌發(fā)了605株幼苗;放牧樣地中土樣共萌發(fā)了334株。如表1-11所示,圍封樣地土壤種子庫的密度最高,為(2670±714)·m-2,淺耕翻樣地土壤種子庫的密度是(2017±554)·m-2,放牧樣地土壤種子庫的密度是(1113±343)·m-2,圍封樣地、淺耕翻樣地與放牧樣地之間均達到了顯著水平(p<0.05),圍封、淺耕翻草地之間差異顯著(p<0.05)。萌發(fā)數(shù)量最多的品種為南牡蒿,其次西伯利亞早熟禾、茵陳蒿。豆科植物2種,華北巖黃芪和扁蓿豆,存在于淺耕翻草地土樣中,共有3株。最重要的多年生禾草羊草在圍封樣地和淺耕翻樣地的萌發(fā)種子數(shù)分別為107粒和85粒,顯著大于放牧樣中的6粒。

      1-11 樣地A、樣地B和樣地C土壤中種子庫的密度(平均值±標(biāo)準誤差)

      樣點

      site

      土壤種子庫密度(粒·m-2 )   density of the soil seed bank (seeds·m-2)

      禾草

      grasses

      非禾草

      forbs

      一年生植物

      annuals

      多年生植物

      Perennials

      單子葉植物

      monocotyledons

      雙子葉植物

      dicotyledons

      合計

      Total

      A

      1687±545

      983±312

      107±44

      2463±755

      1707±524

      963±346

      2670±714

      B

      1294±523

      723±368

      83±40

      1935±712

      1294±523

      723±368

      2017±554

      C

      140±77

      973±282

      320±109

      794±270

      307±102

      807±332

      1113±294

      3.3 土壤種子庫與地上植被的相似性

      在地上植被中記錄了46個物種,樣地A30種,其土壤種子庫與地上植被共有物種數(shù)13;樣地B29種,其土壤種子庫與地上植被共有物種數(shù)10種。樣地C有物種33種,其土壤種子庫與地上植被共有物種數(shù)11。分別用Sorensen指數(shù)計算土壤種子庫與地上植被的相似性,樣地A0.4727,樣地B0.4082,樣地C0.3929。

      1-12 土壤種子庫與植被中物種的存在情況

      植物種類

      species

      萌發(fā)種子數(shù)目 seed number

      植被vegetation

      A

      B

      C

      合計sum

      A

      B

      C

      羊草 leymus chinensis

      107

      85

      6

      19

      賴草leymus secalinum

      7

      6

      0

      13

      狗尾草 setaria viridis

      6

      10

      2

      18

      野黑麥 hordeum brevisubulatum

      5

      3

      0

      8

      硬質(zhì)早熟禾 poa sphondylodes

      18

      13

      0

      31

      西伯利亞早熟禾poa sibirica

      133

      87

      17

      227

      小糠草 agrostis gigantea

      15

      9

      0

      24

      野黑麥 hordeum brevisubulatum

      4

      1

      0

      5

      無芒雀麥 bromus inermis

      0

      3

      0

      3

      隱子草 chloris virgata

      0

      0

      26

      16

      南牡蒿 artemisia eriopoda

      344

      241

      29

      424

      茵陳蒿 Artemisia capillaris

      115

      97

      34

      246

      細裂葉蒿 Artemisia tanacetifolia

      0

      0

      3

      3

      變蒿artemisia commutata

      0

      4

      9

      13

      蒙古蒿artemisia mongolica

      0

      6

      0

      6

      堿地蒲公英 taraxacum sinicum

      1

      0

      3

      4

      倒羽葉鳳毛菊 sauaaurea runicinata

      0

      1

      0

      1

      二裂葉萎陵菜 potentilla bifurca

      0

      0

      83

      83

      菊葉萎陵菜potentilla tanacetifolia

      0

      1

      0

      1

      大萼萎陵菜 potentilla conferata

      3

      0

      0

      3

      地榆 sanguisorba officinalis

      1

      0

      0

      1

      灰綠藜 chenopodium glaucum

      5

      0

      2

      7

      扁蓿豆Medicago ruthenica L.

      0

      2

      0

      2

      華北巖黃芪 hedysarum gmelinii

      0

      1

      0

      1

      刺藜chenopodium aristatum

      8

      0

      0

      8

      繩蟲實 corispermum declinatum

      3

      2

      42

      47

      平車前 plantago depressa

      4

      0

      6

      10

      中亞苔草 carex stenophylloides

      2

      0

      3

      5

      卵穗苔草 carex duriuscula

      4

      0

      24

      31

      反枝莧 amaranthus retroflexus

      8

      12

      19

      39

      野莧 amaran ascendens

      0

      0

      4

      4

      馬藺 iris ensata

      0

      0

      5

      5

      傘花繁縷 stellaria dichotoma

      3

      0

      1

      4

      辣蓼 polygonum hydropiper

      0

      0

      3

      3

      小花花旗竿 dontostemon micranthus

      1

      1

      7

      9

      獨行菜 lepidium apetalum

      0

      0

      18

      18

      角堿蓬 suaeda corniculata

      0

      0

      2

      2

      合計 total number

      801

      605

      334

      1730

       

       

       

      羊草草地三塊樣地的土壤種子庫密度大小分別為(2670±714) !m-2 、(2017±554)粒·m-2 (1113±294)!m-2 。三種樣地土壤種子庫中的物種數(shù)為36種,遠高于冷蒿草原的18種和克氏針茅圍封草地的19種,高于于科爾沁圍封草地的25種。三種土壤樣地的土壤種子庫與地上植被的相似性較高。

      圍封、淺耕翻處理均可顯著提高羊草草地土壤種子庫的密度。放牧地種子庫中一年生植物的物種比例最高。淺耕翻改良、圍封均可顯著提高放牧草地土壤種子庫的密度,改善種子庫的物種組成,相比較而言,圍封措施較淺耕翻措施更為有利。

      3.4 小結(jié)

      圍封、淺耕翻改良措施均可顯著提高羊草草地中土壤種子庫的密度,改善種子庫的物種組成,增加了土壤種子庫中羊草等禾類草、多年生物種種子的數(shù)量和比例,相比較而言,圍封措施較淺耕翻措施對土壤種子庫的豐富和改善作用更加明顯。

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