放牧干擾對(duì)草地土壤理化性質(zhì)的影響

張亮，沈潮，鄧杰，田浩

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

放牧干擾對(duì)草地土壤理化性質(zhì)的影響

張亮，沈潮，鄧杰，田浩

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

文章綜述了放牧干擾對(duì)草地土壤物理性質(zhì)(土壤含水量、土壤容重)和化學(xué)性質(zhì)(pH、有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀)的影響，由于草地土壤生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和滯后性，使得許多學(xué)者在不同區(qū)域、不同放牧強(qiáng)度、不同放牧?xí)r間、不同牲畜類型等環(huán)境下得出的結(jié)論也大不相同。一般的規(guī)律是隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，牲畜的踩踏強(qiáng)度增大，使得土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤總空隙減少，容重降低，土壤含水量下降，且表層土壤變化較明顯。由于牲畜糞便的歸還，使得土壤的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了復(fù)雜變化，其中在不同放牧強(qiáng)度下，不同土層內(nèi)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀均有升高、降低、無(wú)明顯變化3種趨勢(shì)，分析認(rèn)為，不同放牧強(qiáng)度是導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因，應(yīng)采取合理的放牧制度，有效抑制草原退化，從而保持草原生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

草地；土壤；理化性質(zhì)；放牧干擾

全球草地總面積約為3.42×109hm2，占陸地總表面積的40%[1]左右。我國(guó)草地資源種類繁多，分布廣泛，天然草原面積約為4億hm2，約占國(guó)土表面積的41%[2]。 草地不僅是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要屏障，也是畜牧產(chǎn)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著人口的日益增長(zhǎng)，畜牧業(yè)產(chǎn)品供不應(yīng)求，使得草地出現(xiàn)了嚴(yán)重的過(guò)度放牧現(xiàn)象，導(dǎo)致草地生產(chǎn)力下降，生物多樣性減少。

目前，我國(guó)草地退化正在以每年200萬(wàn)hm2的速度擴(kuò)張[3]， 針對(duì)我國(guó)草原生態(tài)系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，許多學(xué)者對(duì)內(nèi)蒙古典型草原[4]、高寒草甸草原[5]、荒漠草原[6]、羊草草原[7]、貝加爾針茅草原[8]、沙質(zhì)草地[9]等不同類型的草地進(jìn)行放牧干擾試驗(yàn)，根據(jù)不同程度的放牧過(guò)程，對(duì)草地土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究、分析、總結(jié)。牲畜對(duì)草地的啃食不僅影響土壤的物理性質(zhì)，而且其排出的糞便到土壤中能夠使養(yǎng)分歸回，進(jìn)而使土壤的化學(xué)成分發(fā)生改變且二者相互作用，相互影響[10]。因此，在不同的放牧強(qiáng)度下，研究土壤的理化性質(zhì)，是深入探討草地退化過(guò)程和機(jī)制的前提，也是怎樣有效合理地解決草地放牧和管理的準(zhǔn)則，從而進(jìn)一步抑制草原退化現(xiàn)象，并為草原生態(tài)系統(tǒng)和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 放牧干擾對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

牲畜的啃食、踩踏，不僅使草地植被的蓋度和生物量下降，影響地上植被組成，同時(shí)也使得土壤的物理性質(zhì)發(fā)生改變。

1.1 放牧干擾對(duì)土壤含水量的影響

土壤含水量是由大氣降水、土壤蒸發(fā)及土壤特性等決定的，是植物生長(zhǎng)與生存的關(guān)鍵性因子。研究表明，在0～20 cm土壤層內(nèi)的含水量隨放牧強(qiáng)度增加而下降[11,12]，史印濤等[13]認(rèn)為放牧僅對(duì)0～10 cm土壤層含水量有影響；安慧等[6]對(duì)荒漠化草地的研究結(jié)果表明，在0～30 cm土壤層中，土壤含水量隨放牧強(qiáng)度的增大而降低，這與Zhao Y等[14]研究相似；戎郁萍[15]等對(duì)草地進(jìn)行不同強(qiáng)度的放牧試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著放牧強(qiáng)度增加和放牧?xí)r間的延長(zhǎng),土壤含水量在0～10 cm土壤層內(nèi)出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這與董全民等[16]對(duì)混播草種的人工草地進(jìn)行牦牛放牧試驗(yàn)研究一致，筆者認(rèn)為這可能是由于在不同強(qiáng)度的放牧干擾下，土壤被牲畜踩實(shí)，通氣性減弱，降雨后水分下滲緩慢，與此同時(shí)，水分蒸發(fā)快，導(dǎo)致出現(xiàn)表層土壤水分出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。也有研究表明，放牧強(qiáng)度和季節(jié)的不同，不同土壤層內(nèi)土壤含水量亦不同[17]。

1.2 放牧干擾對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是評(píng)價(jià)土壤緊實(shí)度和土壤結(jié)構(gòu)狀況的指標(biāo)，它與土壤孔隙度和滲透程度密切相關(guān)。賈樹(shù)海等[18]認(rèn)為，容重可以作為草地放牧導(dǎo)致退化的數(shù)量指標(biāo)。研究表明，放牧僅對(duì)表層0～10 cm 的土壤容重影響顯著[18]，而對(duì)10～30 cm 土層容重影響不顯著[7]且影響隨放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大，這與Maria[19]等的研究結(jié)果一致；也有研究證實(shí)隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)下層土壤容重也隨之增大[20,21]，同時(shí)也體現(xiàn)了土壤容重具有累積效應(yīng)[22-24]。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與放牧大型牲畜(如奶牛、牦牛等)有關(guān)；還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，隨著放牧強(qiáng)度的逐漸增加，土壤容重基本沒(méi)有顯著變化[25,26]，可能是由于短時(shí)期的放牧導(dǎo)致的；但Pierre等進(jìn)行連續(xù)4年的放牧試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，放牧對(duì)土壤容重的影響仍不顯著[27]，這可能是與山羊和綿羊混合配置比例不同有關(guān)；蔣文蘭等[28]在人工草地進(jìn)行放牧干擾試驗(yàn)表明，0～10 cm 土層土壤容重呈出先升后降的趨勢(shì)，且在10～20 cm 土層中容重逐漸上升，這與付華等[29]的結(jié)論相似，這可能是因?yàn)樵谥卸确拍羺^(qū)牲畜對(duì)土壤的踩壓強(qiáng)度增大，使土壤結(jié)構(gòu)破壞，從而容重加重，對(duì)于重度放牧區(qū)來(lái)說(shuō)，牲畜載量過(guò)大，植被啃食程度加大，使地表大面積裸露在外，此時(shí)過(guò)量的牲畜踩踏會(huì)使土壤表層疏散，從而導(dǎo)致容重下降。

2 放牧干擾對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

放牧干擾不僅只土壤物理性質(zhì)有影響，同時(shí)對(duì)其化學(xué)成分的改變亦影響顯著。放牧可以改變土壤中化學(xué)元素的循環(huán)過(guò)程，影響化學(xué)元素的固持、轉(zhuǎn)移和再分配等[30]。草地植被被牲畜啃食后，使得地表裸露，容重加大，地表升溫促進(jìn)土壤養(yǎng)分的循環(huán)，從而使土壤理化性質(zhì)之間相互作用、相互影響。

2.1 放牧干擾對(duì)土壤pH的影響

由于草地類型和牲畜群結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致放牧對(duì)土壤pH的影響也不同[30]。隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，不同學(xué)者結(jié)論不同：益西措姆等[31]在西藏高寒草甸土壤研究放牧干擾后發(fā)現(xiàn)，在0～10 cm、10～20 cm土壤層內(nèi)，土壤pH顯著減小，在20～30 cm土層內(nèi)，土壤pH變化不明顯；Liebig等[32]認(rèn)為放牧對(duì)土壤pH沒(méi)有影響,這與付華等[29]和Xie等[33]的研究一致；史印濤等[13]發(fā)現(xiàn)，pH只在土壤表層0～10 cm有影響，但是沒(méi)有規(guī)律性變化；文都日勒等[34]、王啟蘭等[35]和干友民等[36]認(rèn)為土壤pH呈現(xiàn)升高趨勢(shì)；何貴永等[37]指出在不同季節(jié)、不同放牧形式狀況下放牧對(duì)土壤表層pH沒(méi)有顯著影響，而對(duì)深層土壤pH影響顯著，且表層pH在生長(zhǎng)季末達(dá)到最大值，盛海彥等[38]對(duì)祁連山高寒金露梅灌叢草甸進(jìn)行放牧研究發(fā)現(xiàn)，金露梅叢間斑塊間土壤pH變化顯著，而灌叢土壤pH變化不顯著。

2.2 放牧干擾對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤中的養(yǎng)分可促進(jìn)牧草生長(zhǎng)，養(yǎng)分的多與少直接影響牧草質(zhì)量，通過(guò)牲畜啃食，間接地影響牲畜的奶、肉品質(zhì)，與此同時(shí)，牲畜排出的糞便也會(huì)提高土壤的養(yǎng)分含量，使得研究土壤養(yǎng)分對(duì)放牧干擾的影響變得更加復(fù)雜。

2.2.1 放牧干擾土壤有機(jī)質(zhì)的影響 許多學(xué)者研究表明[4,34,36,39]，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)而下降，其中表層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化較為明顯，可能原因是因?yàn)榉拍粮蓴_下土壤微生物活性低，還可能是由放牧導(dǎo)致植被覆蓋率降低使得歸還土壤中的枯枝落葉減少，王玉輝等[17]和李瑜琴等[40]研究指出，在40～60 cm的土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨放牧強(qiáng)度的增加而降低得比較緩慢。有學(xué)者研究得出，放牧增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量[41,42]，原因是在放牧下，牲畜的啃食作用首先影響地上植被組成部分，植被組成的變化導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量變化，且有機(jī)質(zhì)含量的變化比植被變化得慢；另一方面是由于草原管理技術(shù)的添加也增加了有機(jī)質(zhì)的積累。 Frank A B等[42]在北美大草原過(guò)度放牧的草地上發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳相對(duì)于無(wú)牧草地?zé)o顯著變化，這與王艷芬等[43]和Wang等[44]研究相似，原因可能是物種組成的變化補(bǔ)償了草地放牧引起的土壤碳的損失。

2.2.2 放牧干擾對(duì)土壤速效氮和全氮的影響 對(duì)于土壤氮的研究，有學(xué)者認(rèn)為，隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，土壤速效氮含量增加[36,45]，而董全民等[46]通過(guò)2年的牦牛放牧試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，夏季草場(chǎng)的各土層上，速效氮含量出現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)；安慧等[6]對(duì)荒漠草原放牧干擾下的研究得出，土壤全氮隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)；戎郁萍等[15]研究表明，隨放牧強(qiáng)度增加，全氮含量增加，這與王淑強(qiáng)等[47]和白可喻等[48]人的研究一致，但他們認(rèn)為輕度放牧使土壤全氮含量顯著下降；焦婷等[49]對(duì)溫性荒漠草原放牧研究得出，各土層土壤全氮含量隨放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)而減少；而付華等[29]對(duì)荒漠土地放牧試驗(yàn)的研究得出，放牧強(qiáng)度增大，對(duì)全氮的影響不顯著；孫世賢等[39]對(duì)內(nèi)蒙古高原荒漠草原亞帶短花針茅草原放牧試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，放牧中的季節(jié)調(diào)控對(duì)土壤養(yǎng)分起到一定的作用，在0～10 cm土層中，土壤全氮含量、速效氮在各放牧處理下無(wú)顯著變化，且秋季重度放牧?xí)雇寥廊寥辣韺泳奂?/p>

2.2.3 放牧干擾對(duì)土壤速效磷和全磷的影響 Baurer等[50]認(rèn)為表土層在速效磷含量輕度放牧情況下顯著高于重度和中度放牧地, 在20～40 cm土層內(nèi)，各放牧強(qiáng)度之間無(wú)顯著差異；隨著放牧強(qiáng)度增大，土壤全磷在0～20 cm 土層內(nèi)呈降低趨勢(shì)，這與董全民等[46]研究相似；戎郁萍等[15]和付華等[29]研究表明，隨著放牧強(qiáng)度的增加，在0～10 cm 土壤表層速效磷含量和全磷含量降低；而安慧等[6]對(duì)荒漠草原放牧干擾下的研究得出，土壤全磷和速效磷均隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加；史印濤等[13]認(rèn)為,隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，在10～20 cm土層內(nèi)，土壤全磷與速效磷含量變化不明顯，在20～30 cm土層內(nèi)，土壤全磷含量增加，土壤速效磷變化不明顯；裴海昆[51]指出，不同放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效磷含量的影響不明顯。以上原因主要是土壤磷含量受土壤類型、氣候條件、土壤溫度的影響，在青海高寒草地普遍缺磷，所以放牧強(qiáng)度對(duì)土壤速效磷含量影響不大， 值得一提的是短期的放牧對(duì)土壤磷含量影響不顯著[39]。

2.2.4 放牧干擾對(duì)土壤速效鉀和全鉀的影響 史印濤等[13]等研究表明，隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，在0～10 cm土層內(nèi)，土壤全鉀減少，速效鉀增加，在10～20 cm土層內(nèi)，速效鉀含量減少，全鉀含量變化不明顯，在20～30 cm土層內(nèi)，土壤全磷含量減少，土壤速效磷變化不明顯；周麗艷等[8]認(rèn)為，全鉀的含量在過(guò)度放牧區(qū)下降比較迅速，主要與不同放牧強(qiáng)度下對(duì)土壤養(yǎng)分的不同消耗和土壤理化性質(zhì)的變化有關(guān)；薩仁高娃等[52]認(rèn)為，放牧強(qiáng)度對(duì)土壤全鉀影響不顯著；而安慧等[6]認(rèn)為，土壤全鉀含量隨著放牧強(qiáng)度的增加而增加，其可能原因是土壤生態(tài)系統(tǒng)的變化具有滯后性和一定的緩沖性，短期放牧干擾并不能對(duì)其產(chǎn)生明顯影響；多數(shù)學(xué)者認(rèn)為[15,18]，在0～10 cm土層內(nèi)，隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)土壤速效鉀含量尤其是表土速效鉀含量有所增加，主要是因?yàn)榉拍良倚笈判沟募S尿中含有大量的鉀，重度放牧?xí)箚挝徊莸孛娣e上的牲畜數(shù)量增多，所以通過(guò)糞便排泄到草地上的鉀量也相應(yīng)較大；孫世賢等[39]認(rèn)為，在全年畜載量相同的情況下，季節(jié)調(diào)控可以影響鉀的有效性。

3 問(wèn)題與展望

通過(guò)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，放牧對(duì)土壤理化性質(zhì)影響具有很多不確定性，但孫世賢等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在草原生態(tài)系統(tǒng)中土壤內(nèi)部養(yǎng)分之間存在顯著相關(guān)性，可能與不同區(qū)域、不同國(guó)家、不同放牧對(duì)象、不同土層深度、不同季節(jié)等有關(guān)。草原生態(tài)系統(tǒng)是土壤與植被以及大氣環(huán)境條件綜合作用下的產(chǎn)物[53]，在放牧干擾下，草地植被的變化只是一個(gè)表象狀態(tài)，因?yàn)橥寥辣旧砭褪且粋€(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)[54]，評(píng)價(jià)草地退化狀況要將土壤-植被有效地結(jié)合起來(lái)，此外還要對(duì)土壤中的微生物和酶活性進(jìn)行檢測(cè)，以全方面地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

有很多學(xué)者研究表明，適宜的放牧對(duì)草原的破壞較小，而且還促進(jìn)草地的修復(fù)與生長(zhǎng)，可維持草地-畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，但是國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一個(gè)適宜放牧制度的指標(biāo)，因此很難達(dá)到適宜度，從而也就沒(méi)有很好地將土壤-植被-畜牧業(yè)良好結(jié)合。在今后的研究中要抓住草地的區(qū)域性和生態(tài)性，針對(duì)不同的區(qū)域類型要全方位考慮生態(tài)系統(tǒng)的功能，包括經(jīng)濟(jì)功能、社會(huì)功能、生態(tài)功能，并提出最適合當(dāng)?shù)氐姆拍林贫龋瑸椴菰芾硖峁┲匾闹С?，與此同時(shí)，也使草原生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)達(dá)到平衡狀態(tài)，這樣草原生態(tài)系統(tǒng)才會(huì)得到休養(yǎng)生息的時(shí)間和空間。

很多學(xué)者的研究集中于短期放牧干擾對(duì)草地理化性質(zhì)的影響，但筆者認(rèn)為這樣并不能很好地提供放牧干擾破壞草地的證據(jù)，以后的研究應(yīng)盡可能從長(zhǎng)期觀測(cè)的角度來(lái)評(píng)價(jià)放牧對(duì)草地理化性質(zhì)的影響。

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Effects of Grazing Disturbance on Soil Physical and Chemical Properties in Grassland

Zhang Liang,Shen Chao, Deng Jie, Tian Hao

(College of Environmental Sciences and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)

The effects of grazing disturbance on soil physical properties (soil moisture content and soil bulk density) and chemical properties (pH, organic matter and NPK) were reviewed. Due to the complexity and lag of ecosystem of grassland soil, many scholars obtained quite different conclusions under different environments concerning the regions, grazing strength, the grazing time, the livestock type and so on. The general rule is that with the increase of grazing intensity, the intensity of the cattle trample increases which makes the soil structure destroyed, the total soil voids, the bulk density and the soil water content decrease, and the surface soil change more obviously. Due to the return of livestock manure, the soil chemical properties have been changed. In different soil layers with the different grazing strength, the contents of pH, organic matter, NPK have three kinds of trends, that is, rising, dropping and not obvious. These uncertain phenomena should be analyzed and summarized. The main reason of the above phenomena is the different grazing strength. The new grazing system should be taken to inhibit the grassland degradation, thereby to keep the sustainable development of grassland ecosystem.

grassland; soil; physical and chemical; grazing disturbance

1005-5215(2016)12-0001-04

2016-11-04

張亮(1990-)，男，吉林人，碩士，從事水土保持與荒漠化防治研究，Email：zhangliang_2020@126.com

S151.92;S151;93;S821.43

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.12.001