林周縣河谷天然草場土壤養(yǎng)分特征研究

楊爽 田發(fā)益 武俊喜

摘要：在西藏“一江兩河”中部流域的半干旱草甸草場區(qū)，以林周縣卡孜鄉(xiāng)河谷天然草場為研究樣點，通過實地調(diào)查采樣，結(jié)合室內(nèi)分析，進(jìn)行草地土壤養(yǎng)分狀況和土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性的研究。結(jié)果表明，南坡是主要的放牧區(qū)，隨著海拔的升高，產(chǎn)草量先升高后降低，植被總蓋度增大，北坡產(chǎn)草量和植被蓋度沒有明顯變化;林周縣河谷天然草場南坡土壤呈微酸性至中性，北坡土壤呈中性至微堿性;以全國土壤養(yǎng)分分級方法為評價標(biāo)準(zhǔn)，林周縣河谷天然草場土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量處于中等至豐富水平，全磷含量處于稍缺水平，速效磷含量處于極缺水平，速效鉀處于缺乏至稍缺水平;南北兩坡土壤酸堿度及養(yǎng)分條件差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養(yǎng)分條件總體優(yōu)于北坡;速效磷養(yǎng)分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產(chǎn)力的重要因素。結(jié)果可為林周縣天然草場的生態(tài)恢復(fù)及土地利用規(guī)劃提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：林周縣;天然草場;土壤養(yǎng)分;產(chǎn)草量;植被蓋度

中圖分類號： S812.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0299-05

長期以來，西藏畜牧業(yè)處在極其落后、靠天養(yǎng)畜的狀態(tài)，家畜營養(yǎng)物質(zhì)匱乏，超載過牧現(xiàn)象普遍。由于受長期超載過牧，鼠蟲危害、人為破壞、氣候變化等因素的影響，西藏高寒草地退化面積日益增加，畜草矛盾日益尖銳，嚴(yán)重影響了生態(tài)安全和西藏高原草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。草地是畜牧業(yè)重要的生產(chǎn)基地，土壤作為草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其中貯存著大量的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，土壤養(yǎng)分狀況直接影響草地的質(zhì)量及其生產(chǎn)能力[3-5]。

西藏“一江兩河”（雅魯藏布江及其支流拉薩河和年楚河）流域分布著面積廣闊的天然草地，是西藏畜牧業(yè)的重要載體[6]。該流域主要草地類型為半干旱草甸草場，其特點為牧草生長期短、枯草期長、植被稀疏、覆蓋度差。本研究以具備半干旱草甸草場典型特點的林周縣河谷天然牧場——白草草原為研究對象，通過采集和分析具有代表性的典型樣地土壤樣品，探明其土壤肥力條件和養(yǎng)分空間分布特征，旨在為該區(qū)天然草場土壤肥力的保持、退化草地的人工恢復(fù)和合理利用草地資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

林周縣位于拉薩河上游澎波河流域，屬雅魯藏布江中游河谷地帶，南北狹長，跨度達(dá)180 km，兩側(cè)山脈平均海拔 5 000 m 左右，念青唐古拉山支脈——卡拉山橫貫全境，將林周縣分割為南北兩大部分。林周縣面積4 517 km2，其中草場面積2 480 km2。縣域海拔3 900～3 950 m，年均日照時數(shù) >3 000 h，年均溫度7.5～7.6 ℃，年均降水量440 mm左右，且主要集中在6—9月[7]。試驗地位于林周縣卡孜鄉(xiāng)河谷天然草場，植被類型是以白草（Pennisetum centrasiaticum）為優(yōu)勢種的叢生禾草，土壤類型為草原礫石土，土層較?。ê穸葹?0～30 cm）。天然草地主要分布在3 900～5 000 m的海拔范圍，南坡水熱條件好于北坡，牧草生長狀況優(yōu)于北坡，草地分布海拔上限遠(yuǎn)高于北坡。

1.2 樣品的采集與處理

樣地設(shè)置：于2017年8月，在白草草原南北兩坡沿海拔選擇生長有主要可飼用建種群植被的典型地段進(jìn)行樣地設(shè)置，南坡設(shè)置5個樣地，北坡設(shè)置3個樣地（表1）。土壤樣品的采集與處理：鑒于青藏高原發(fā)育較晚、地質(zhì)歷史年輕[8]，土壤發(fā)育不完整、發(fā)生層不明顯，土層較薄，因此采用機(jī)械取樣法采樣。在每個樣地遵循隨機(jī)多點的原則，分層采集0～10、10～20、20 cm以下土層土壤樣品，按層組成混合土樣后帶回實驗室進(jìn)行自然風(fēng)干、過篩處理以供分析測定。植物樣品的采集與處理：在每個樣地隨機(jī)選取3個樣方，樣方大小為 1.0 m×1.0 m，天然可飼用牧草的地上可食用部分全部刈割，裝入信封袋帶回實驗室風(fēng)干后稱質(zhì)量，并對不可飼用植被進(jìn)行鑒別記錄。

1.3 土壤樣品的測定指標(biāo)及方法

常規(guī)方法測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、全磷含量、速效氮含量、有效磷含量、速效鉀含量。其中pH值采用PB-10酸度計測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮含量用半微量凱氏定氮法測定，土壤全磷含量用濃硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色分光光度法測定，堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷含量用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色分光光度法測定，速效鉀含量用醋酸銨浸提-火焰光度法測定[9]。

1.4 分析方法

1.4.1 營養(yǎng)成分含量的分級標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[10]進(jìn)行分級（表2）。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林周縣河谷天然草地蓋度及可飼用產(chǎn)草量調(diào)查結(jié)果

通過對林周縣河谷天然草地進(jìn)行可飼用產(chǎn)草量、總蓋度、可飼用及不可飼用植物的實地調(diào)查分析可知， 南坡可食用牧草含量較高，是主要的放牧區(qū)，主要由草沙蠶、高山嵩草、釘柱委陵菜、纖桿蒿、小龍膽、蒿屬、苔草等、廣布野豌豆、蒲公英、毛香火絨草等組成，少量分布有高山錦雞兒等形成的灌叢;南坡海拔較低處為牛羊常采食區(qū)，隨著海拔的升高，可食用牧草干草質(zhì)量呈增大趨勢，但隨著海拔的繼續(xù)升高，受溫度降低的影響，產(chǎn)草量也隨之下降，降至54.12 g/m2;就蓋度而言，海拔越高，總蓋度增大，但植被平均高度從低海拔處的12 cm左右縮短到高海拔處的5 cm左右。北坡放牧頻度不高，主要以高山砂生槐群落形成的灌叢為主，其間散布有少量可食用牧草，如天藍(lán)苜蓿、二裂委陵菜、纖桿蒿、矮蒿草、早熟禾等;不同樣地植被蓋度和可飼用牧草單位產(chǎn)草量沒有明顯變化（表3）。

2.2 林周縣河谷天然草地土壤養(yǎng)分含量

由表4可知，南坡土壤pH值空間分異范圍為5.92～6.53，屬微酸性至中性土壤，北坡pH值范圍為6.86～7.68，土壤呈中性至微堿性。參照全國土壤養(yǎng)分分級評價標(biāo)準(zhǔn)，南坡土壤有機(jī)質(zhì)含量變化為25.07～76.62 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量水平主要集中在1～2級;北坡土壤有機(jī)質(zhì)含量變化為17.04～32.91 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量為3～4級。南坡土壤全氮含量為 1.56～3.57 g/kg，處于稍豐至豐富水平，北坡為1.04～2.19 g/kg，處于中等至稍豐水平。南坡土壤全磷含量為 0.40～0.62 g/kg，處于中等至稍豐水平，北坡為0.50～0.83 g/kg，也處于中等至稍豐水平。南坡土壤堿解氮含量為119.15～342.99 mg/kg，處于稍豐至豐富等級，北坡為 62.02～138.28 mg/kg，處于稍缺至中等水平。南坡土壤有效磷含量為0.85～4.85 mg/kg，處于極缺至缺乏水平;北坡在0.45～3.00 mg/kg，處于極缺水平。南坡土壤速效鉀含量在36.55～124.10 mg/kg，處于缺乏至中等水平;北坡為33.30～261.05 mg/kg，由于N3號樣地靠近村莊農(nóng)田，牲畜排泄物較多，同時受人為施肥活動影響較大，土壤樣品速效鉀含量測定值遠(yuǎn)高于其他樣地的測定值，因此用N1和N2樣地速效鉀含量的測定結(jié)果來判斷北坡速效鉀含量的養(yǎng)分等級為處于缺乏至稍缺等級。

2.3 林周縣河谷天然草地土壤養(yǎng)分空間分布特征

土壤特性在不同空間位置上存在明顯差異的屬性即為土壤的異質(zhì)性[11]。南坡不同土層土壤pH值變異程度相當(dāng)，均在3%左右，北坡土壤pH值隨著土壤深度的增加表現(xiàn)出變異程度減弱的趨勢，表明南坡下層土壤pH值受環(huán)境因子的影響較北坡大。南坡的3個土層土壤養(yǎng)分空間變異程度表現(xiàn)基本一致：有效磷的最大，其次為有機(jī)質(zhì)，全磷的最小，可能原因在于土壤全磷含量主要受母質(zhì)中礦物成分影響，受自然環(huán)境和植被的影響不大。北坡3個土層土壤養(yǎng)分空間變異程度最大的是速效鉀，其次為有效磷，這與N3號樣地土壤樣品速效鉀的測定值遠(yuǎn)高于其他樣地的測定值有關(guān)。

由表3可知，隨著土壤深度的增加，南北兩坡土壤pH值均呈現(xiàn)增大趨勢，但同一坡向不同土層pH值之間差異性不顯著。隨著土壤深度的增加，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量基本呈下降趨勢。在南坡，有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量在相鄰?fù)翆娱g無顯著性差異，相間土層間有顯著性差異，堿解氮含量在不同土層間沒有顯著性差異，速效鉀含量0～10 cm與下面2土層均有顯著性差異，10～20 cm和20 cm以下土層無顯著性差異;在北坡，堿解氮含量在相鄰?fù)翆娱g無顯著性差異，相間土層間有顯著性差異，其他養(yǎng)分含量在不同土層間均無顯著差異性。

由表3可知，就同一土層土壤養(yǎng)分含量均值看，南坡土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷含量高于北坡。不同坡向同一土層土壤pH值和養(yǎng)分含量差異顯著性分析結(jié)果表明，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量顯著高于北坡（在0～10 cm土層，南北坡有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異不顯著，與表層土壤有機(jī)質(zhì)變異程度較大有關(guān)），南北兩坡有效磷含量無顯著性差異（可能與南北兩坡有效磷空間變異程度高有關(guān)）。

綜上所述，土壤酸堿度及養(yǎng)分條件在白草草原南北兩坡差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養(yǎng)分條件總體優(yōu)于北坡。因此，對于該區(qū)域高寒草甸草原應(yīng)考慮到南北坡土壤酸堿度及養(yǎng)分狀況的差異，而采取相應(yīng)的管理和利用模式。

2.4 土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

土壤性質(zhì)不是獨立存在的，他們之間具有一定的相關(guān)性。土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析結(jié)果（表5）顯示，pH值與有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量之間在0.01水平上存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與全磷含量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)與全氮、堿解氮、速效磷含量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，上述分析表明隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加，土壤酸性增強(qiáng)，氮素、磷素的有效性提高。

2.5 林周縣河谷天然草地產(chǎn)草量與不同土層速效養(yǎng)分的相關(guān)性分析

由表6可知，不同土層間堿解氮含量、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相鄰?fù)翆铀傩Я缀砍曙@著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明這些土壤的成土環(huán)境相似，成土過程相同，從而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分在土壤剖面上遷移轉(zhuǎn)化的過程和程度相近。由表6還可以看出，產(chǎn)草量與0～10 cm的表層土壤堿解氮、速效磷含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系， 并且在 10～20 cm土層和 20 cm以下土層，均表現(xiàn)出產(chǎn)草量與土壤堿解氮含量相關(guān)程度最高，與有效磷含量相關(guān)程度次之，與速效鉀含量相關(guān)程度最低。土壤分析測試結(jié)果表明，白草草場南坡土壤堿解氮含量處于稍豐至豐富等級，北坡處于稍缺至中等水平，這說明磷養(yǎng)分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產(chǎn)力的重要因素。

3 討論

土壤養(yǎng)分狀況直接影響著植物群落的生產(chǎn)力[4]，在水熱條件一定的情況下土壤養(yǎng)分條件越好，植物群落生產(chǎn)力越高。研究區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素養(yǎng)分含量相對較高，有效磷極缺，這一研究結(jié)果與王建林等的研究結(jié)果[12]一致。分析其原因可能是該區(qū)屬于天然高寒草甸，受農(nóng)業(yè)活動影響較小，高寒草甸根系發(fā)達(dá)，植物殘體歸還量大，且研究區(qū)內(nèi)全年氣溫較低、抑制了有機(jī)物的分解和礦化，減少了土壤磷養(yǎng)分的有效性。土壤中的磷素大多數(shù)來自母質(zhì)，因此土壤全磷含量相對穩(wěn)定，而土壤速效磷是牧草當(dāng)季利用的主要磷素。由表5可以看出，土壤速效磷與土壤全磷含量相關(guān)系數(shù)僅為0.184，但與有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這說明在天然草地生態(tài)系統(tǒng)中土壤速效磷含量極低的情況下，土壤有機(jī)質(zhì)有著至關(guān)重要的意義。

放牧過程中，動物通過采食、踐踏及排泄物的輸入直接或間接對草地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[13]。放牧對天然草地土壤理化性質(zhì)的影響較為復(fù)雜：隨著放牧強(qiáng)度增大，家畜啃食量加大，凋落物或死亡地被物分解減少，進(jìn)而土壤養(yǎng)分含量降低;而放牧強(qiáng)度高的草地，家畜糞尿排泄量增加，進(jìn)而增加土壤養(yǎng)分含量。實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南坡S3樣地較其他樣地地勢平緩，是家畜在采食過程中理想的休息場所，踐踏強(qiáng)度大，可食用產(chǎn)草量明顯降低，S4和S5樣地由于地處高海拔位置，家畜攀爬相對困難，放牧強(qiáng)度明顯低于S1和S2樣地，總蓋度和可食用產(chǎn)草量顯著高于S1和S2樣地，表明放牧強(qiáng)度與草地退化關(guān)系密切。因此，適宜的載畜量是維持土壤養(yǎng)分平衡，遏制草地退化的必要措施。

實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北坡坡度大于南坡，一般來講，坡度越大，土壤養(yǎng)分越容易流失，養(yǎng)分含量越低，本研究土壤養(yǎng)分測定結(jié)果也驗證了這一點。水熱條件的好壞直接影響地上植被生物量的多少，北坡植物物種和數(shù)量少，植被蓋度低，枯落物積累少，在天然草原這個自然植被條件下，進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量取決于植被凋落物、土壤中死亡根系等的多少。北坡生長有大量的砂生槐，南坡則無。砂生槐具有極強(qiáng)的抗旱、耐瘠薄特性，這也從側(cè)面反映了北坡土壤水分條件、土壤養(yǎng)分條件的惡劣程度。因此，造成土壤養(yǎng)分在南北兩坡分布上差異的主要原因是坡度、水熱條件、植被生長狀況，是土壤、植被和周圍環(huán)境共同作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

南坡是主要的放牧區(qū)，隨著海拔的升高，產(chǎn)草量先升高后降低，植被總蓋度增大。北坡產(chǎn)草量和植被蓋度沒有明顯變化。林周縣河谷天然草場南坡土壤呈微酸性至中性，北坡土壤呈中性至微堿性。以全國土壤養(yǎng)分分級方法為評價標(biāo)準(zhǔn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量：南坡處于稍豐至豐富水平，北坡處于中等水平;南北兩坡全磷含量總體處于稍缺水平，速效磷極缺、速效鉀呈缺乏至稍缺狀態(tài)。土壤酸堿度及養(yǎng)分條件在白草草原南北兩坡差異較大，南坡土壤pH值顯著小于北坡，南坡土壤養(yǎng)分條件總體優(yōu)于北坡。林周河谷天然草地產(chǎn)草量與不同土層速效養(yǎng)分的相關(guān)性分析結(jié)果表明，速效磷養(yǎng)分的缺乏是制約該流域高寒草地植被生產(chǎn)力的重要因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋仁德，長谷川信美，李國梅，等. 天然草地放牧牦牛采食行為及食性選擇的研究[J]. 家畜生態(tài)學(xué)報，2008，29（5）：31-35.

[2]董全民，趙新全，馬玉壽，等. 牦牛放牧率和放牧季節(jié)對小嵩草高寒草甸土壤養(yǎng)分的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（7）：729-735.

[3]黃昌勇. 土壤學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：3-9.

[4]王長庭，龍瑞軍，王啟基，等. 高寒草甸不同海拔梯度土壤有機(jī)質(zhì)氮磷的分布和生產(chǎn)力變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 草業(yè)學(xué)報，2005，14（4）：15-20.

[5]王 欽，賈篤敬. 高寒草甸土壤水和營養(yǎng)對草地生產(chǎn)的影響[J]. 中國草地，1990（3）：6-13.

[6]西藏自治區(qū)統(tǒng)計局. 2016西藏統(tǒng)計年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社，2016.

[7]馬紅梅，拉 窮. 拉薩河谷天然草地空間異質(zhì)性研究——以林周縣白草草原為例[J]. 西藏大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，129（1）：7-16.

[8]中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊. 青藏高原隆起的時代，幅度和形式問題[M]. 北京：科學(xué)出版社，1981：84-88.

[9]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[10]毛知耘. 肥料學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997：86-183.

[11]沈思淵. 土壤空間變異研究中地統(tǒng)計學(xué)的應(yīng)用及其展望[J]. 土壤學(xué)進(jìn)展，1989，17（3）：11-24，35.

[12]王建林，鐘志明，王忠紅，等. 青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)土壤碳氮比的分布特征[J]. 生態(tài)學(xué)報，2014（22）：6678-6691.

[13]王偉強(qiáng)，汪傳建，余曉平，等. 基于WebGIS與北斗/GPS的放牧監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（7）：202-206.