三江源区不同退化程度高寒草地土壤特征分析

三江源区不同退化程度高寒草地土壤特征分析摘要:研究了不同退化程度高寒草地不同土层的土壤特征｡结果表明,三江源区高寒生态条件下草地退化对土壤物理､化学特征具有较为明显的影响｡在0~30 cm 土层,不同退化程度高寒草地土壤容重､含水量､总孔隙度差异显著｡土壤容重随高寒草地退化程度的加剧和土壤深度的增加而增大,变动范围为1.02~1.61 g/cm3;土壤含水量､土壤总孔隙度随高寒草地退化程度的加剧而减小,变动范围分别为13.98%~70.75%､40.82%~60.29%;土壤pH总体随高寒草地退化程度的加剧而增大;土壤有机碳含量随高寒草地退化程度的加剧而下降,以0~10 cm土层下降最明显,轻度､中度和重度退化高寒草地该土层有机碳含量与未退化草地相比,分别下降36.05%､61.82%､66.55%;不同退化程度高寒草地土壤全氮､全磷､全钾含量总体为未退化草地>轻度退化草地>中度退化草地>重度退化草地｡关键词:三江源区;高寒草地;退化程度;土壤特征Characteristics of Soil on Different Degraded Grasslands on Alpine Meadow in Source Area of Lancang, Yellow and Yangtze RiverAbstract: 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三江源区位于青海省南部(89°24′-102°15′E,31°32′-36°16′N),地处青藏高原腹地,平均海拔3 500~4 500 m,是青藏高原重要的组成部分[1],长江､黄河､澜沧江的发源地[2],也是世界上海拔最高､面积最大的湿地分布区和生态系统最敏感和脆弱的地区[3],青海省乃至全国重要的生态环境保护区｡近年来,由于三江源区人口急剧增加､草场牲畜超载过牧､鼠害严重､土壤侵蚀及全球气候变化等人为和自然因素的共同影响,高寒草地严重退化,使得该地区生态环境日益恶化,生态系统极其脆弱,威胁着广大牧民群众的生存与发展,也威胁着三江中下游广大地区的生态安全｡高寒草地退化主要表现为植物生产力及质量下降､土壤理化和生物性状恶化等诸多问题｡由于高寒草地退化是植被-土壤系统的整体退化,因此,高寒草地土壤退化是草地退化的核心问题之一[4],伴随草地植被退化的土壤退化将导致土壤物理､化学性质发生相应的变化｡目前,关于三江源区不同退化程度高寒草地的研究相对集中于高寒草地生态系统群落结构､物种等方面[5,6],对退化高寒草地土壤方面的研究,尤其是三江源区土壤理化性质方面的研究相对较少,因此,探讨三江源区独特气候､地理等自然背景下不同退化程度高寒草地土壤物理､化学性质的变化规律具有重要意义｡通过研究不同退化程度高寒草地土壤理化性质的变化特征,以期揭示三江源区退化高寒草地土壤特征的演变过程､规律及对高寒草地退化的响应,为三江源区退化高寒草地生态环境治理､草地植被恢复与重建提供一定的科学依据｡1 材料与方法1.1 研究区自然概况研究区位于青海省果洛州甘德县青珍乡,地理位置为34°08′N､100°12′E,平均海拔4 082 m,为典型高原大陆性半湿润气候区,无四季而只有冷季､暖季之分,冷季长达9个多月｡年均气温-2.00 ℃,极端最低气温-35.03 ℃;年均降水量520 mm,年均蒸发量1 465 mm,太阳辐射强,年日照时数2 313~2 607 h,牧草生长季150 d,无绝对无霜期;土壤为高山草甸土,土层薄､质地差､易侵蚀｡研究区以莎草科(Cyperaceae)､禾本科(Gramineae)､菊科(Compositae)､龙胆科(Gentianaceae)､蔷薇科(Rosaceae)､豆科(Leguminosae)等植物为主,属于典型高寒嵩草草甸草地｡1.2 样地设置按照文献[7]的方法对研究区草地群落的退化状况进行调查,并结合地表及水土流失状况､鼠害程度等指标综合判断将其划分为未退化草地(UD)､轻度退化草地(LD)､中度退化草地(MD)､重度退化草地(HD)4种样地(表1)｡1.3 土样采集2010年8月在样地取样,在UD､LD､MD､HD上各设置5个采样点挖土壤剖面,每个剖面分0~10 cm､10~20 cm､20~30 cm采集土样,然后将同一土层土样混合为一个土样,混合土样采用烘干法测定土壤含水量,并带回实验室风干､去杂､过筛后供试验分析用;按照文献[8]的方法进行土壤有机碳､全氮､全磷､全钾､pH的测定;土壤容重采用环刀(100 cm3)法分层测定;土壤总孔隙度计算公式为P=93.95-33.00b,式中,P为土壤总孔隙度,b为土壤容重[9]｡1.4 数据分析使用Excel 2003整理数据,使用SPSS 12.0进行统计分析｡2 结果与分析2.1 不同退化程度高寒草地土壤容重的变化土壤容重是反映土壤松紧程度､孔隙状况､通透性及植物根系生长阻力状况等的重要物理性质[10]｡图1反映出随着高寒草地退化程度的加剧,土壤容重呈增加趋势;同一退化程度下,随土壤层次的加深容重呈增加趋势;不同退化程度间,0~10 cm土层容重比20~30 cm土层容重变化幅度大,说明表层土壤容重更易受高寒草地退化的影响｡通过对试验数据统计分析,不同退化程度高寒草地土壤容重差异显著(P<0.05)｡高寒草地样地土壤容重为1.02~1.61 g/cm3,未退化高寒草地20~30 cm土层容重是0~10 cm土层容重的1.37倍,而重度退化高寒草地20~30 cm土层容重是0~10 cm土层容重的1.15倍,说明重度退化程度下,表层土壤与较深层土壤容重差距缩小｡2.2 不同退化程度高寒草地土壤含水量的变化图2反映出随高寒草地退化程度的加剧,土壤含水量呈下降趋势;同一退化程度下,随土壤层次的加深含水量呈下降趋势;不同退化程度间,0~10 cm土层含水量较20~30 cm土层含水量变化幅度大｡通过对试验数据统计分析,不同退化程度高寒草地土壤含水量差异显著(P<0.05)｡样地土壤含水量为13.98%~70.75%,0~10 cm 土层含水量未退化草地是重度退化草地的2.49倍,而20~30 cm土层含水量未退化草地仅是重度退化草地的1.98倍,说明高寒草地退化对土壤表层含水量的影响更明显｡2.3 不同退化程度高寒草地土壤总孔隙度的变化土壤总孔隙度反映了土壤中所有孔隙的总量,主要影响到土壤中水分､气体的存在状况[11]｡适宜的土壤总孔隙度有利于植物根系的生长,同时土壤总孔隙度也是土壤涵养水分能力的体现｡图3反映出随高寒草地退化程度的加剧,土壤总孔隙度呈下降趋势;同一退化程度下,土壤总孔隙度随土壤层次的加深呈下降趋势｡通过对试验数据统计分析,不同退化程度下土壤总孔隙度､同一退化程度下不同土层土壤总孔隙度均差异显著(P<0.05)｡样地土壤总孔隙度为40.82%~60.29%,0~10 cm土层土壤总孔隙度未退化草地是重度退化草地的1.26倍,反映出重度退化对表层土壤紧实度影响明显,草地植物生活的表土层通透性变差｡2.4 不同退化程度高寒草地土壤pH的变化图4结果表明,不同退化程度高寒草地土壤pH有一定变化,总体随退化程度的加剧而增大;0~10 cm土层､20~30 cm土层重度退化草地较未退化草地土壤pH有所增加;同一退化程度下,pH随土层加深而增大｡通过对试验数据统计分析,不同退化程度间､同一退化程度不同土层间均未达显著差异(P>0.05)｡2.5 不同退化程度高寒草地土壤有机碳的变化土壤有机碳影响土壤肥力､土壤持水能力､土壤抗侵蚀能力和土壤容重等,其变化状况还可以指示土壤的退化及其程度｡图5结果表明,随高寒草地退化程度的加剧,土壤有机碳含量呈下降趋势;同一退化程度下,随土壤层次加深有机碳含量呈下降趋势｡通过对试验数据统计分析,同一退化程度下,0~10 cm土层与10~20 cm 土层､20~30cm土层间有机碳含量差异达极显著水平(P<0.01)｡在0~10 cm土层,轻度退化､中度退化､重度退化草地有机碳含量较未退化草地分别下降了36.05%､61.82%､66.55%,反映出随草地退化程度的加剧,表层土壤有机碳含量迅速下降,与地上植被盖度的迅速下降一致｡10~20 cm土层､20~30 cm土层不同退化程度间土壤有机碳含量差异不显著(P>0.05)｡土壤有机碳含量的变化取决于有机物的输入量和输出量的平衡[12],说明随着高寒草地退化程度的加剧,植被盖度的变化使草地植物固碳能力下降,减少了土壤碳库的碳输入量｡2.6 不同退化程度高寒草地土壤全氮､全磷､全钾的变化图6､图7､图8反映出随着高寒草地退化程度的加剧,土壤全氮､全磷､全钾含量均呈下降趋势｡同一退化程度下,全氮､全磷含量随土层加深呈下降趋势,全钾含量随土层加深呈增加趋势｡20~30 cm土层全氮含量在不同退化程度间的变化幅度相对较小,0~10 cm土层､10~20 cm土层全氮含量及各土层全磷含量､全钾含量在不同退化程度间的变化幅度相对较大,反映出退化程度对较浅土层全氮的影响明显,对0~30 cm土层全磷､全钾的影响均明显｡通过对试验数据统计分析,不同退化程度高寒草地土壤全磷､全钾含量差异显著(P<0.05),但当高寒草地退化到中度､重度程度时对土壤全钾的影响相对较小;0~10 cm土层､10~20 cm土层不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差异显著(P<0.05),20~30 cm土层不同退化程度高寒草地土壤全氮含量差异不显著(P>0.05);同一退化程度下,不同土层间全氮､全磷含量差异显著(P<0.05),中度退化､重度退化下不同土层间全钾含量差异不显著(P>0.05)｡不同退化程度下高寒草地土壤全氮､全磷､全钾的含量分别为 1.17~4.61 g/kg､0.49~0.77 g/kg､17.48~19.12 g/kg,0~10 cm土层重度退化草地较未退化草地全氮､全磷､全钾分别下降37.09%､12.99%､4.51%｡3 小结与讨论1)研究中,三江源高寒草地不同退化程度对土壤主要物理､化学性质的影响明显｡随着退化程度的加剧,土壤容重呈增加趋势,土壤含水量､土壤总孔隙度､土壤pH ､土壤有机碳､土壤全氮､土壤全磷､土壤全钾总体呈下降趋势｡同一退化程度下,高寒草地退化对0~10 cm土层物理､化学性质的影响总体较10~20 cm土层､20~30 cm土层的影响显著｡2)高寒草地不同退化程度下土壤容重差异显著｡草地超载过牧是引起草地退化的诱因之一,超载的牲畜长期对草地土壤践踏而使土壤逐渐变紧实;原因之二在于随草地退化程度加剧,地上植被盖度显著下降,水土流失严重,小粒径土壤颗粒流失导致容重增加｡土壤容重增加通常表明土壤呈现退化趋势,且容重愈大,土壤退化愈严重[13]｡3)高寒草地重度退化对表层土壤含水量､土壤总孔隙度､有机碳､全氮､全磷､全钾的影响比对较深土层的影响更加显著,而高寒草地优势植物莎草科嵩草属的矮嵩草､小嵩草等根系的分布相对集中于表土层,因此受高寒草地退化的影响尤其明显,既反映出随高寒草地退化程度的加剧植被盖度急剧下降,也反映出退化高寒草地由于植被盖度的下降导致涵养水分､补充碳源等能力下降,从而使退化草地植被恢复与重建因受到了土壤含水量等的制约而变得困难｡4)土壤性质的变化是高寒草地土壤退化发生､发展的前提,同时对土壤有机物质的转化､土壤肥力的演变具有显著影响[14]｡草地退化包括植被的退化和草地土壤的退化,二者具有相互反馈､相互促进的作用｡而在三江源地区,广泛存在的轻度､中度､重度退化草地植被种类组成､产量等都已发生显著变化,不仅减少了地上生物量和地下生物量,而且植被的变化引起了土壤性质的明显变化,反之,土壤性质的变化如容重的增加､含水量､有机碳､全磷､全钾的下降进一步反作用于植被,既导致植物生长受抑制,又可能成为土壤侵蚀的重要诱因,使得高寒草地退化加剧､恢复与重建难度加大｡土壤性质的变化可以作为监测草地退化的指标,尤其是表层土壤物理､化学性质对草地退化的响应相对比较敏感｡5)研究发现,在研究区样地不同退化程度下草地土壤全氮､全磷､全钾含量均总体呈未退化草地>轻度退化草地>中度退化草地>重度退化草地的变化趋势,与蔡晓布等[14]的研究所表明的草地轻度退化阶段的土壤肥力特征总体上高于正常草地的结论不同,有待深入研究｡参考文献:[1] 曹广民,龙瑞军.三江源区“黑土滩”型退化草地自然恢复的瓶颈及解决途径[J].草地学报,2009,17(1):4-9.[2] 陈国明.三江源地区“黑土滩”退化草地现状及治理对策[J].四川草原,2005(10):37-39.[3] 王堃,洪绂曾,宗锦耀.“三江源”地区草地资源现状及持续利用途径[J].草地学报,2005,13(增刊):28-47.[4] 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