不同土地利用方式對(duì)克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳的影響

程永睿+黃富權(quán)+劉璐+宋彥濤

摘要：指出了草原土壤碳作為草原生態(tài)系統(tǒng)中植被—土壤—大氣之間碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，在全球碳收支和氣候變化的反饋中發(fā)揮著極其重要的作用。以內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原克魯倫河流域克氏針茅草原中家庭牧場(chǎng)和公共牧場(chǎng)為研究對(duì)象，分析了2015年植物生長(zhǎng)季（4～9月）表層土壤有機(jī)碳含量以及有機(jī)碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明：公共牧場(chǎng)上有機(jī)碳含量和有機(jī)碳儲(chǔ)量均顯著高于家庭牧場(chǎng)；4～9月份內(nèi)家庭牧場(chǎng)表層土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出“L”形變化趨勢(shì)，公共牧場(chǎng)表現(xiàn)為“N”形變化趨勢(shì)；土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量方面，家庭牧場(chǎng)呈現(xiàn)“L”形趨勢(shì)，而公共牧場(chǎng)則呈現(xiàn)不規(guī)律的變化。

關(guān)鍵詞：典型草原；有機(jī)碳；家庭牧場(chǎng)

中圖分類號(hào)：S812

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）14-0167-03

1 引言

在全球氣候變暖對(duì)人類的生存環(huán)境造成日益影響的背景下，草原土壤固碳作為草原生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)作用中的重要環(huán)節(jié)，其也發(fā)揮著不可替代的作用。因此研究草原中土壤有機(jī)碳含量以及碳儲(chǔ)量的變化情況也就成為草原生態(tài)恢復(fù)研究中的重要內(nèi)容[1]。放牧是利用草原的主要方式之一，通常體現(xiàn)為公共草場(chǎng)放牧地和家庭草場(chǎng)放牧。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)主要類型的草地生態(tài)系統(tǒng)，約占陸地總面積的25%，對(duì)氣候以及環(huán)境的變化非常敏感[2]。內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原克魯倫河流域克氏針茅草原生態(tài)環(huán)境惡劣、系統(tǒng)脆弱、穩(wěn)定性差，在人類的活動(dòng)干擾下退化嚴(yán)重 [3]。另一方面，相關(guān)研究表明不同放牧干擾梯度對(duì)土壤有機(jī)碳的垂直分布影響不同，土壤有機(jī)碳含量總體上表現(xiàn)為隨土層深度的增加而增加[4]。與深層土壤相比，有機(jī)碳含量在土壤表層變化更顯著。因此，研究探討了在家庭牧場(chǎng)和公共牧場(chǎng)兩種放牧利用下克氏針茅草原表層土壤的有機(jī)碳含量以及有機(jī)碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化，為評(píng)估草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量提供數(shù)據(jù)，另一方面也為合理利用草原以及增加其生態(tài)系統(tǒng)固碳功能提供理論依據(jù)。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

研究樣地位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市西部的克魯倫河流域，該區(qū)域?qū)儆谥袦匦涂耸厢樏┑湫筒菰瓍^(qū)（E116°40′11.1″～117°23′09.6″，N47°55′02.6″～49°14′42.1″）。屬于中溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，故四季分明。夏季平均氣溫22 ℃左右，而冬季平均氣溫在-21 ℃左右。年平均日照時(shí)數(shù)約為3000 h，無霜期130 d左右；年平均降水量在220～280 mm之間。實(shí)驗(yàn)樣地地帶性土壤為栗鈣土，土層主要包括腐殖質(zhì)層和鈣積層。

2.2 取樣方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)置家庭牧場(chǎng)和公共牧場(chǎng)2個(gè)樣地，2015年植物生長(zhǎng)季（4～9月）的每月中旬對(duì)2個(gè)樣地進(jìn)行土壤調(diào)查。每個(gè)樣地每次選取3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)3次重復(fù)。土樣使用環(huán)刀法，采集后使用密封袋保存帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分土樣在105℃下烘干至質(zhì)量恒定，并用萬(wàn)分之一天平稱重，測(cè)定土壤容重。另一部分在自然狀況下風(fēng)干，過0.25 mm篩子，用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法測(cè)量土壤中有機(jī)碳含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析（a=0.05），Excel 2010進(jìn)行圖表繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同放牧利用下克氏針茅草原土壤有機(jī)碳含量變化

重復(fù)測(cè)量方差分析表明不同利用方式對(duì)克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳含量有顯著影響（P<0.05），不同月份土壤有機(jī)碳含量之間也有顯著差異（P<0.05）。

從圖1可知，家庭牧場(chǎng)表面土層土壤有機(jī)碳含量的變化為9.18～14.56 g/kg，公共牧場(chǎng)表面土層土壤有機(jī)碳含量變化為10.82～18.37 g/kg；在家庭牧場(chǎng)上，4～9月份克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳含量先呈倒“L”字形，連續(xù)下降至8月份時(shí)達(dá)到最低，而后呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。在公共牧場(chǎng)上，土壤有機(jī)碳含量在4～9月份呈“N”字形變化，5月份達(dá)最高后連續(xù)下降，并在8月份降至最低，而后同家庭牧場(chǎng)一樣呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在5月份后，公共牧場(chǎng)土壤有機(jī)碳含量明顯高于家庭牧場(chǎng)。兩者的土壤有機(jī)碳含量在5～9月的變化規(guī)律相似，只是在5～6月份公共牧場(chǎng)的土壤有機(jī)碳含量下降趨勢(shì)表現(xiàn)得更為明顯。表明在過度的放牧利用下，克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳的含量明顯增高。

3.2 不同放牧利用下克氏針茅草原土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化

重復(fù)測(cè)量方差分析表明不同利用方式對(duì)克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著影響（P<0.05），但是不同月份之間碳儲(chǔ)量差異不明顯（P>0.05）。由圖2看出，克氏針茅草原公共牧場(chǎng)表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化為7.15～10.81 g/m²。在5月份明顯高于其他的月份，表現(xiàn)出先上升后下降在上升再下降再上升的趨勢(shì)，其中在8月份降至最低；家庭牧場(chǎng)上土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化為6.14～10.41 g/m²。4月份明顯高于其他的月份，和公共牧場(chǎng)相似，在8月份時(shí)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為最低，呈現(xiàn)出連續(xù)下降后上升的趨勢(shì)。公共牧場(chǎng)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量

在5月份以后明顯高于家庭牧場(chǎng)。其中在7～8月份時(shí)，公共牧場(chǎng)土壤碳儲(chǔ)量下降更為明顯。與家庭牧場(chǎng)樣地不同的是，在4～5月份和6～7月份中，公共牧場(chǎng)的土壤碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)出的是上升趨勢(shì)，而非家庭牧場(chǎng)的下降趨勢(shì)。

4 討論

放牧作為一種復(fù)雜的干擾方式，經(jīng)過牲畜的采食以及踐踏，間接甚至直接影響著草原生態(tài)系統(tǒng)，其中也起到了積極或消極的作用。通過適度的放牧?xí)?duì)草地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生積極的影響，但經(jīng)長(zhǎng)期的過度放牧?xí)?dǎo)致表面土層中的生物量減少，甚至導(dǎo)致草原系統(tǒng)瓦解[5]。目前，有關(guān)放牧利用方式對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)土壤中有機(jī)碳的影響的研究很多，但由于放牧利用方式、放牧年限以及草地類型不同，研究結(jié)果也都不相同[6]。本研究中，克氏針茅草原表層土壤有機(jī)碳的含量以及儲(chǔ)量隨著放牧強(qiáng)度的增加而呈現(xiàn)出增高的趨勢(shì)，在公共放牧區(qū)的土壤有機(jī)碳含量明顯高于家庭放牧區(qū)。這與劉楠等對(duì)錫林河流域羊草典型草原在重度放牧下的土壤有機(jī)碳含量高于中牧的研究相似[2]。隨著放牧強(qiáng)度的增強(qiáng)，不同程度的增高了克氏針茅草原表層土壤的有機(jī)碳含量以及儲(chǔ)量，表現(xiàn)出公共牧場(chǎng)>家庭牧場(chǎng)。由此推斷：在短期的增加放牧程度下將會(huì)增加克氏針茅草原的表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。原因在于，公共牧場(chǎng)與家庭牧場(chǎng)相比，放牧家畜數(shù)量較大，同時(shí)也導(dǎo)致放牧?xí)r所滯留的家畜糞便增加。另一方面，由于放牧強(qiáng)度的增大從而導(dǎo)致土壤表層的結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重變化，土壤變得緊實(shí)，因此土壤有機(jī)碳的礦化作用減少，最后導(dǎo)致公共牧場(chǎng)中的有機(jī)碳含量高于家庭牧場(chǎng)[7]。本研究發(fā)現(xiàn)克氏針茅草原表層土壤的有機(jī)碳含量在公共牧場(chǎng)高于家庭牧場(chǎng)，但也有研究顯示重度放牧?xí)?dǎo)致土壤有機(jī)碳含量的降低[3]。原因可能在于放牧利用對(duì)土壤的影響受多方因素的影響，另外也與外界的環(huán)境反應(yīng)具有一定程度的滯后性以及緩沖性有關(guān)。

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