三江源區(qū)不同退化程度高寒草地土壤特征分析

魏衛(wèi)東,李希來

摘要：研究了不同退化程度高寒草地不同土層的土壤特征。結(jié)果表明，三江源區(qū)高寒生態(tài)條件下草地退化對土壤物理、化學(xué)特征具有較為明顯的影響。在０～３０ ｃｍ土層，不同退化程度高寒草地土壤容重、含水量、總孔隙度差異顯著。土壤容重隨高寒草地退化程度的加劇和土壤深度的增加而增大，變動范圍為１．０２～１．６１ ｇ／ｃｍ３；土壤含水量、土壤總孔隙度隨高寒草地退化程度的加劇而減小，變動范圍分別為１３．９８％～７０．７５％、４０．８２％～６０．２９％；土壤ｐＨ總體隨高寒草地退化程度的加劇而增大；土壤有機(jī)碳含量隨高寒草地退化程度的加劇而下降，以０～１０ ｃｍ土層下降最明顯，輕度、中度和重度退化高寒草地該土層有機(jī)碳含量與未退化草地相比，分別下降３６．０５％、６１．８２％、６６．５５％；不同退化程度高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀含量總體為未退化草地＞輕度退化草地＞中度退化草地＞重度退化草地。

關(guān)鍵詞：三江源區(qū)；高寒草地；退化程度；土壤特征

中圖分類號：Ｓ１５１．９文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）06－1102-05

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｉｌ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｅｇｒａｄｅｄ Ｇｒａｓｓｌａｎｄｓ ｏｎ Ａｌｐｉｎｅ Ｍｅａｄｏｗ ｉｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｒｅａ ｏｆ Ｌａｎｃａｎｇ， Ｙｅｌｌｏｗ ａｎｄ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ

ＷＥＩ Ｗｅｉ－ｄｏｎｇ，ＬＩ Ｘｉ－ｌａｉ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ａｎｉｍａｌ Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ， Ｑｉｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００１６， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｏｎ ａｌｐｉｎｅ ｍｅａｄｏｗ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｌａｎｃａｎｇ， Ｙｅｌｌｏｗ ａｎｄ Ｙａｎｇｔｚｅ ｒｉｖｅｒ， Ａｌｐｉｎｅ ｍｅａｄｏｗ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｈａｄ ｍａｒｋｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎ ０～３０ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒａｄｅｄ ａｌｐｉｎｅ meadow ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ． Ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｇｇｒａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｇｒａｄｅｄ ａｌｐｉｎｅ meadow ａｎｄ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｖａｌｕｅｓ ｒａｎｇｅｄ ｆｒｏｍ １．０２ to １．６１ ｇ／ｃｍ３． Ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｇｇｒａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｇｒａｄｅｄ ａｌｐｉｎｅ meadow， ｔｈｅｉｒ ｒａｎｇｅ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ １３．９８％～７０．７５％， ４０．８２％～６０．２９％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｓｏｉｌ ｐＨ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ． Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＳＯＣ（０～１０ ｃｍ） ｗａｓ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ ｕｎｄｅｇｒａｄｅｄ ａｌｐｉｎｅ meadow， ｗｈｉｌｅ ３６．０５％， ６１．８２％ ａｎｄ ６６．５５％ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｌｉｇｈｔ， ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｌｐｉｎｅ meadow ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｕｎｄｅｇｒａｄｅｄ ａｌｐｉｎｅ meadow ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ｔｏｔａｌ Ｎ ，ｔｏｔａｌ Ｐ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｋ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｌｐｉｎｅ ｐａｓｔｕｒｅ were ｕｎｄｅｇｒａｄｅｄ meadow ＞ ｌｉｇｈｔ ｄｅｇｒａｄｅｄ meadow ＞ ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ ｄｅｇｒａｄｅｄ meadow ＞ ｈｅａｖｙ ｄｅｇｒａｄｅｄ meadow．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅａ ｏｆ Ｌａｎｃａｎｇ ｒｉｖｅｒ， Ｙｅｌｌｏｗ ｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｙａｎｇｔｚｅ ｒｉｖｅｒ； ａｌｐｉｎｅ meadow；ｄｅｇｒａｄｅｄ degree；ｓｏｉｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

三江源區(qū)位于青海省南部（８９°２４′－１０２°１５′Ｅ，３１°３２′－３６°１６′Ｎ），地處青藏高原腹地，平均海拔３ ５００～４ ５００ ｍ，是青藏高原重要的組成部分［１］，長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地［２］，也是世界上海拔最高、面積最大的濕地分布區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)最敏感和脆弱的地區(qū)［３］，青海省乃至全國重要的生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)。

近年來，由于三江源區(qū)人口急劇增加、草場牲畜超載過牧、鼠害嚴(yán)重、土壤侵蝕及全球氣候變化等人為和自然因素的共同影響，高寒草地嚴(yán)重退化，使得該地區(qū)生態(tài)環(huán)境日益惡化，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱，威脅著廣大牧民群眾的生存與發(fā)展，也威脅著三江中下游廣大地區(qū)的生態(tài)安全。高寒草地退化主要表現(xiàn)為植物生產(chǎn)力及質(zhì)量下降、土壤理化和生物性狀惡化等諸多問題。由于高寒草地退化是植被－土壤系統(tǒng)的整體退化，因此，高寒草地土壤退化是草地退化的核心問題之一［４］，伴隨草地植被退化的土壤退化將導(dǎo)致土壤物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的變化。目前，關(guān)于三江源區(qū)不同退化程度高寒草地的研究相對集中于高寒草地生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)、物種等方面［５，６］，對退化高寒草地土壤方面的研究，尤其是三江源區(qū)土壤理化性質(zhì)方面的研究相對較少，因此，探討三江源區(qū)獨特氣候、地理等自然背景下不同退化程度高寒草地土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律具有重要意義。通過研究不同退化程度高寒草地土壤理化性質(zhì)的變化特征，以期揭示三江源區(qū)退化高寒草地土壤特征的演變過程、規(guī)律及對高寒草地退化的響應(yīng)，為三江源區(qū)退化高寒草地生態(tài)環(huán)境治理、草地植被恢復(fù)與重建提供一定的科學(xué)依據(jù)。

１材料與方法

１．１研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于青海省果洛州甘德縣青珍鄉(xiāng)，地理位置為３４°０８′Ｎ、１００°１２′Ｅ，平均海拔４ ０８２ ｍ，為典型高原大陸性半濕潤氣候區(qū)，無四季而只有冷季、暖季之分，冷季長達(dá)９個多月。年均氣溫－２．００ ℃，極端最低氣溫－３５．０３ ℃；年均降水量５２０ ｍｍ，年均蒸發(fā)量１ ４６５ ｍｍ，太陽輻射強(qiáng)，年日照時數(shù)２ ３１３～２ ６０７ ｈ，牧草生長季１５０ ｄ，無絕對無霜期；土壤為高山草甸土，土層薄、質(zhì)地差、易侵蝕。研究區(qū)以莎草科（Ｃｙｐｅｒａｃｅａｅ）、禾本科（Ｇｒａｍｉｎｅａｅ）、菊科（Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ）、龍膽科（Ｇｅｎｔｉａｎａｃｅａｅ）、薔薇科（Ｒｏｓａｃｅａｅ）、豆科（Ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｅ）等植物為主，屬于典型高寒嵩草草甸草地。

１．２樣地設(shè)置

按照文獻(xiàn)［７］的方法對研究區(qū)草地群落的退化狀況進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合地表及水土流失狀況、鼠害程度等指標(biāo)綜合判斷將其劃分為未退化草地（ＵＤ）、輕度退化草地（ＬＤ）、中度退化草地（ＭＤ）、重度退化草地（ＨＤ）４種樣地（表１）。

１．３土樣采集

２０１０年８月在樣地取樣，在ＵＤ、ＬＤ、ＭＤ、ＨＤ上各設(shè)置５個采樣點挖土壤剖面，每個剖面分０～１０ ｃｍ、１０～２０ ｃｍ、２０～３０ ｃｍ采集土樣，然后將同一土層土樣混合為一個土樣，混合土樣采用烘干法測定土壤含水量，并帶回實驗室風(fēng)干、去雜、過篩后供試驗分析用；按照文獻(xiàn)［８］的方法進(jìn)行土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、ｐＨ的測定；土壤容重采用環(huán)刀（１００ ｃｍ３）法分層測定；土壤總孔隙度計算公式為Ｐ＝９３．９５－３３．００ｂ，式中，Ｐ為土壤總孔隙度，ｂ為土壤容重［９］。

１．４數(shù)據(jù)分析

使用Ｅｘｃｅｌ ２００３整理數(shù)據(jù)，使用ＳＰＳＳ １２．０進(jìn)行統(tǒng)計分析。

２結(jié)果與分析

２．１不同退化程度高寒草地土壤容重的變化

土壤容重是反映土壤松緊程度、孔隙狀況、通透性及植物根系生長阻力狀況等的重要物理性質(zhì)［１０］。圖１反映出隨著高寒草地退化程度的加劇，土壤容重呈增加趨勢；同一退化程度下，隨土壤層次的加深容重呈增加趨勢；不同退化程度間，０～１０ ｃｍ土層容重比２０～３０ ｃｍ土層容重變化幅度大，說明表層土壤容重更易受高寒草地退化的影響。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同退化程度高寒草地土壤容重差異顯著（Ｐ＜０．０５）。高寒草地樣地土壤容重為１．０２～１．６１ ｇ／ｃｍ３，未退化高寒草地２０～３０ ｃｍ土層容重是０～１０ ｃｍ土層容重的１．３７倍，而重度退化高寒草地２０～３０ ｃｍ土層容重是０～１０ ｃｍ土層容重的１．１５倍，說明重度退化程度下，表層土壤與較深層土壤容重差距縮小。

２．２不同退化程度高寒草地土壤含水量的變化

圖２反映出隨高寒草地退化程度的加劇，土壤含水量呈下降趨勢；同一退化程度下，隨土壤層次的加深含水量呈下降趨勢；不同退化程度間，０～１０ ｃｍ土層含水量較２０～３０ ｃｍ土層含水量變化幅度大。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同退化程度高寒草地土壤含水量差異顯著（Ｐ＜０．０５）。樣地土壤含水量為１３．９８％～７０．７５％，０～１０ ｃｍ土層含水量未退化草地是重度退化草地的２．４９倍，而２０～３０ ｃｍ土層含水量未退化草地僅是重度退化草地的１．９８倍，說明高寒草地退化對土壤表層含水量的影響更明顯。

２．３不同退化程度高寒草地土壤總孔隙度的變化

土壤總孔隙度反映了土壤中所有孔隙的總量，主要影響到土壤中水分、氣體的存在狀況［１１］。適宜的土壤總孔隙度有利于植物根系的生長，同時土壤總孔隙度也是土壤涵養(yǎng)水分能力的體現(xiàn)。圖３反映出隨高寒草地退化程度的加劇，土壤總孔隙度呈下降趨勢；同一退化程度下，土壤總孔隙度隨土壤層次的加深呈下降趨勢。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同退化程度下土壤總孔隙度、同一退化程度下不同土層土壤總孔隙度均差異顯著（Ｐ＜０．０５）。樣地土壤總孔隙度為４０．８２％～６０．２９％，０～１０ ｃｍ土層土壤總孔隙度未退化草地是重度退化草地的１．２６倍，反映出重度退化對表層土壤緊實度影響明顯，草地植物生活的表土層通透性變差。

２．４不同退化程度高寒草地土壤ｐＨ的變化

圖４結(jié)果表明，不同退化程度高寒草地土壤ｐＨ有一定變化，總體隨退化程度的加劇而增大；０～１０ ｃｍ土層、２０～３０ ｃｍ土層重度退化草地較未退化草地土壤ｐＨ有所增加；同一退化程度下，ｐＨ隨土層加深而增大。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同退化程度間、同一退化程度不同土層間均未達(dá)顯著差異（Ｐ＞０．０５）。

２．５不同退化程度高寒草地土壤有機(jī)碳的變化

土壤有機(jī)碳影響土壤肥力、土壤持水能力、土壤抗侵蝕能力和土壤容重等，其變化狀況還可以指示土壤的退化及其程度。圖５結(jié)果表明，隨高寒草地退化程度的加劇，土壤有機(jī)碳含量呈下降趨勢；同一退化程度下，隨土壤層次加深有機(jī)碳含量呈下降趨勢。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，同一退化程度下，０～１０ ｃｍ土層與１０～２０ ｃｍ土層、２０～３０ｃｍ土層間有機(jī)碳含量差異達(dá)極顯著水平（Ｐ＜０．０１）。在０～１０ ｃｍ土層，輕度退化、中度退化、重度退化草地有機(jī)碳含量較未退化草地分別下降了３６．０５％、６１．８２％、６６．５５％，反映出隨草地退化程度的加劇，表層土壤有機(jī)碳含量迅速下降，與地上植被蓋度的迅速下降一致。１０～２０ ｃｍ土層、２０～３０ ｃｍ土層不同退化程度間土壤有機(jī)碳含量差異不顯著（Ｐ＞０．０５）。土壤有機(jī)碳含量的變化取決于有機(jī)物的輸入量和輸出量的平衡［１２］，說明隨著高寒草地退化程度的加劇，植被蓋度的變化使草地植物固碳能力下降，減少了土壤碳庫的碳輸入量。

２．６不同退化程度高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀的變化

圖６、圖７、圖８反映出隨著高寒草地退化程度的加劇，土壤全氮、全磷、全鉀含量均呈下降趨勢。同一退化程度下，全氮、全磷含量隨土層加深呈下降趨勢，全鉀含量隨土層加深呈增加趨勢。２０～３０ ｃｍ土層全氮含量在不同退化程度間的變化幅度相對較小，０～１０ ｃｍ土層、１０～２０ ｃｍ土層全氮含量及各土層全磷含量、全鉀含量在不同退化程度間的變化幅度相對較大，反映出退化程度對較淺土層全氮的影響明顯，對０～３０ ｃｍ土層全磷、全鉀的影響均明顯。通過對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，不同退化程度高寒草地土壤全磷、全鉀含量差異顯著（Ｐ＜０．０５），但當(dāng)高寒草地退化到中度、重度程度時對土壤全鉀的影響相對較小；０～１０ ｃｍ土層、１０～２０ ｃｍ土層不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差異顯著（Ｐ＜０．０５），２０～３０ ｃｍ土層不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差異不顯著（Ｐ＞０．０５）；同一退化程度下，不同土層間全氮、全磷含量差異顯著（Ｐ＜０．０５），中度退化、重度退化下不同土層間全鉀含量差異不顯著（Ｐ＞０．０５）。不同退化程度下高寒草地土壤全氮、全磷、全鉀的含量分別為１．１７～４．６１ ｇ／ｋｇ、０．４９～０．７７ ｇ／ｋｇ、１７．４８～１９．１２ ｇ／ｋｇ，０～１０ ｃｍ土層重度退化草地較未退化草地全氮、全磷、全鉀分別下降３７．０９％、１２．９９％、4.51%。

３小結(jié)與討論

１）研究中，三江源高寒草地不同退化程度對土壤主要物理、化學(xué)性質(zhì)的影響明顯。隨著退化程度的加劇，土壤容重呈增加趨勢，土壤含水量、土壤總孔隙度、土壤ｐＨ、土壤有機(jī)碳、土壤全氮、土壤全磷、土壤全鉀總體呈下降趨勢。同一退化程度下，高寒草地退化對０～１０ ｃｍ土層物理、化學(xué)性質(zhì)的影響總體較１０～２０ ｃｍ土層、２０～３０ ｃｍ土層的影響顯著。

２）高寒草地不同退化程度下土壤容重差異顯著。草地超載過牧是引起草地退化的誘因之一，超載的牲畜長期對草地土壤踐踏而使土壤逐漸變緊實；原因之二在于隨草地退化程度加劇，地上植被蓋度顯著下降，水土流失嚴(yán)重，小粒徑土壤顆粒流失導(dǎo)致容重增加。土壤容重增加通常表明土壤呈現(xiàn)退化趨勢，且容重愈大，土壤退化愈嚴(yán)重［１３］。

３）高寒草地重度退化對表層土壤含水量、土壤總孔隙度、有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀的影響比對較深土層的影響更加顯著，而高寒草地優(yōu)勢植物莎草科嵩草屬的矮嵩草、小嵩草等根系的分布相對集中于表土層，因此受高寒草地退化的影響尤其明顯，既反映出隨高寒草地退化程度的加劇植被蓋度急劇下降，也反映出退化高寒草地由于植被蓋度的下降導(dǎo)致涵養(yǎng)水分、補(bǔ)充碳源等能力下降，從而使退化草地植被恢復(fù)與重建因受到了土壤含水量等的制約而變得困難。

４）土壤性質(zhì)的變化是高寒草地土壤退化發(fā)生、發(fā)展的前提，同時對土壤有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、土壤肥力的演變具有顯著影響［１４］。草地退化包括植被的退化和草地土壤的退化，二者具有相互反饋、相互促進(jìn)的作用。而在三江源地區(qū)，廣泛存在的輕度、中度、重度退化草地植被種類組成、產(chǎn)量等都已發(fā)生顯著變化，不僅減少了地上生物量和地下生物量，而且植被的變化引起了土壤性質(zhì)的明顯變化，反之，土壤性質(zhì)的變化如容重的增加、含水量、有機(jī)碳、全磷、全鉀的下降進(jìn)一步反作用于植被，既導(dǎo)致植物生長受抑制，又可能成為土壤侵蝕的重要誘因，使得高寒草地退化加劇、恢復(fù)與重建難度加大。土壤性質(zhì)的變化可以作為監(jiān)測草地退化的指標(biāo)，尤其是表層土壤物理、化學(xué)性質(zhì)對草地退化的響應(yīng)相對比較敏感。

５）研究發(fā)現(xiàn)，在研究區(qū)樣地不同退化程度下草地土壤全氮、全磷、全鉀含量均總體呈未退化草地＞輕度退化草地＞中度退化草地＞重度退化草地的變化趨勢，與蔡曉布等［１４］的研究所表明的草地輕度退化階段的土壤肥力特征總體上高于正常草地的結(jié)論不同，有待深入研究。

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