侯鈺榮,安沙舟

（新疆農業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室,新疆烏魯木齊 830052）

荒漠草地在一年中分春、秋兩季利用,利用時間長達半年之久,致使草地退化嚴重,從而促使土壤養(yǎng)分變化。從牧業(yè)生產看,家畜在春季牧場上恢復體膘和產羔育幼,在秋季牧場上貯存能量越冬并為繁衍下一代而進行配種。因此,春秋牧場是連接夏場和冬場的時間和空間紐帶,是畜牧業(yè)季節(jié)間生產暢通的保證,所以既要維持現(xiàn)有的牧業(yè)生產需要,又要阻止草地退化引起的土壤退化。長期以來,新疆荒漠草地不合理的放牧制度已導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化,植被覆蓋度減小,土地裸露面積增大,草-土-畜系統(tǒng)失衡,嚴重制約著新疆畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來,已有許多學者從土壤層面對我國草地的植物和土壤情況做了相關研究,但問題主要集中在放牧[1-4]、圍封[5-6]和利用方式[7-9]上,認為土壤養(yǎng)分的變化僅與放牧有關,而忽略了微環(huán)境對土壤養(yǎng)分的影響。關于環(huán)境因子對土壤養(yǎng)分影響的報道較少,僅見樟子松（Pinus sy lvestrisvar.mongolica）栽培林土壤有機碳礦化的研究[10]。因此,生境和地形等客觀環(huán)境因子對土壤理化性質的影響有待深入研究。

新疆蒿類春秋牧場面積303.98萬hm2,占全疆春秋牧場總面積的28%[11]。Liu等[12]對天山北坡不同退化階段伊犁絹蒿（Seriphidium transiliense）荒漠草地植被特征和土壤特性已有研究。本研究主要針對不同生境和不同地形條件下伊犁絹蒿土壤化學性質的變化特征,摸清荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分對生境和地形的反應,揭示生境和地形在土壤演替過程中的作用,同時,為維持草-土-畜的系統(tǒng)平衡提供依據(jù),也為新疆蒿類荒漠草地的合理利用及恢復草地生態(tài)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究選擇了5個具有代表性的生境,在每個生境中又依據(jù)當?shù)貙嶋H情況選擇了不同的地形,研究其不同生境和不同地形條件下土壤化學性質的變化。從伊犁河谷西部開始從西向東的5個伊犁絹蒿草地發(fā)育典型的縣（市）作為試驗研究區(qū)。研究區(qū)不放牧且有圍欄保護,分別為:新疆察布查爾縣（80°47′33″～ 80°50′12″E,43°30′07″～43°31′24″N,海拔 1 306 ～ 1 425 m,以下簡 稱察縣）位于伊犁河谷西部,西臨哈薩克斯坦,地形有平地、山體的東南坡和西北坡,地表有零星的刺旋花（Convolvulus tragacanthoides）、西北針茅（Stipa sareptanavar.krylovii）等植物發(fā)育,植物總 蓋 度 25% ～ 30%；新 源 縣（82°32′08″～82°35′58″E,43°22′32″～ 43°23′42″ N, 海 拔1 111～1 214 m）位于伊犁河谷東部,地形有平地、山體的東坡和西坡,地表發(fā)育著短柱苔草（Carex turkestanica）、阿勒泰狗哇花（Heteropappus altaicus）、角果藜（Ceratocarpus arenarius）、旱雀麥（Bromus tectorum）、扁蓄（Polygonum aviculare）、蝎尾菊（Koelpinia linearis）、木地膚（Kochia prostrata）等植物,土壤中有礫石；沙灣縣（85°43′34″～ 85°48′34″E,44°00′51″～44°01′23″N,海拔 962 ～ 1 029 m）具體樣地在紫泥泉種羊場的平地、山體的東坡和西坡,地表有短柱苔草、木地膚、西北針茅、叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）等植物生長,植物總蓋度為25%；烏魯木齊市（87°45′47″～87°45′48″E,43°53′25″～43°53′29″N,海拔 822～ 854 m,以下簡稱烏市）地形選擇在山體的頂部,作為平地,山體的東南坡和西北坡,地表植物單一,僅有角果藜和木地膚伴生 ,植被總蓋度為 30%；奇臺縣（89°24′12″E,43°47′38″N,海拔為 1 215 m）樣地屬于典型的土質荒漠草地,為丘陵地帶。地表有短柱苔草、羊茅（Festuca ovina）、西北針茅、阿勒泰狗哇花、叉毛蓬、木地膚等植物生長,植被總蓋度為45%。

2 樣品的采集與分析方法

2.1 樣品的采集采樣定在秋季,具體時間為2009年9月18日至10月8日,在現(xiàn)場選定好的典型樣地中記載樣地地理位置、坡向、坡位、海拔高度、地貌類型及植物種類等。在5個縣（市）內分別選擇典型平地樣地、陽坡（東坡或東南坡）樣地和陰坡（西坡或西北坡）樣地,每個樣地分3個坡位,每個坡位上每隔20 m（取3次樣）,用內徑4 cm 的土鉆分別按0～10、10～20、20～30 cm 土層各隨機取5鉆土樣,將同一樣地土樣混勻后裝入新的保鮮塑料袋中,帶回實驗室備用。

2.2 分析方法土壤速效指標測定采用常規(guī)分析方法:堿解氮采用堿解擴散法；速效鉀采用NH4OAc浸提,火焰光度計法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提比色法[13]；各指標測定時均重復3次,方差分析和相關性分析均采用SPSS15.0完成。

3 結果與分析

3.1 土壤速效養(yǎng)分的變化土壤速效氮（堿解氮）含量反映了土壤的供氮水平,是表征土壤肥力的主要指標之一[14]。不同生境和不同地形條件下土壤堿解氮含量表現(xiàn)出明顯的差異（表1）。土壤剖面堿解氮含量為0～10＞10～20＞20～30 cm,且都表現(xiàn)出平地＞陽坡＞陰坡。從不同生境來看,土壤0～30 cm堿解氮含量依次為新源縣＞沙灣縣＞察布查爾縣＞奇臺縣＞烏魯木齊市,說明新源縣和沙灣縣土壤堿解氮含量較高,為植物良好的生長發(fā)育奠定基礎。

表1 不同生境和不同地形下土壤堿解氮的變化 mg/kg

由表2可知,研究區(qū)土壤中富含鉀,隨著土層的加深,土壤速效鉀含量依次減少,即0～10＞10～20＞20～30 cm；不同生境條件下,0～30 cm土層速效鉀含量依次為察縣＞奇臺縣＞新源縣＞沙灣縣＞烏市,其均值分別為628.41、536.18、534.39、505.69 和 454.56 mg/kg；不同地形條件下0～30 cm土層,除0～10 cm土層沙灣縣除西坡＞沙灣縣東坡以外,其余均為平地＞陽坡＞陰坡；其中,察縣平地0～10 cm值最大,為518.26 mg/kg,烏市西北坡20～30 cm值最小,為54.51 mg/kg。

由表3可知,研究區(qū)土壤有效磷含量在各土層中均較低。從土壤剖面來看,土壤有效磷含量隨著土層加深依次減少,即0～10＞10～20＞20～30 cm；在同一生境下,除察縣西北坡＞察縣東南坡以外,其余均為平地＞陽坡＞陰坡；從0～30 cm土層來看,有效磷含量新源縣＞奇臺縣＞察縣＞烏市＞沙灣縣,其值分別為2.27、1.60、1.43、1.24和 1.20 mg/kg。

表2 不同生境及不同地形條件下土壤速效鉀的變化 mg/kg

表3 不同生境及不同地形條件下土壤有效磷的變化 mg/kg

3.2pH值和有機質的變化研究區(qū)屬于荒漠草地類型,地表干旱且蒸發(fā)量大,0～30 cm pH值在7.14～8.21,土壤基本偏堿性（表4）。在0～10 cm、10～20 cm、20～ 30 cm 土層,均以新源縣平地的pH值最小,而烏市平地的pH值最大,且二者之間存在極顯著差異（P＜0.01）,這與新源縣降雨量大和地表蒸發(fā)量小有很大關系。地形對土壤 pH 值影響程度不同,但均表現(xiàn)出0～10 cm＜10～20 cm＜20～30 cm,即隨著土層的加深,pH值依次升高。不同生境和不同地形方差分析都表明,各土層間的差異性不同,以10～20 cm土層差異性最小,10～20 cm是伊犁絹蒿根系最集中的土層,說明伊犁絹蒿根系有調節(jié)土壤pH值的功能。

表4 不同生境及不同地形條件下土壤pH值的變化

有表 5可知,從不同生境來看,在 0～10 cm土層中,察縣平地的有機質含量最高,達40.98 g/kg,最低的為奇臺縣,僅有18.15 g/kg,而烏市西北坡的土壤有機質為29.90 g/kg,也相對較低；在10～20 cm土層中,新源縣土壤含有機質最高,為33.98 g/kg,而烏市西北坡土壤有機質最低,僅為11.71 g/kg,奇臺縣丘陵帶為12.44 g/kg,僅次于烏市西北坡；在20～30 cm土層中,察縣平地土壤有機質含量最高,達27.15 g/kg,烏市西北坡土壤有機質含量最低,僅為7.49 g/kg,奇臺縣丘陵帶（10.13 g/kg）略高；說明這5個地區(qū)內烏市西北坡和奇臺縣丘陵地帶的有機質含量較少。土壤有機質含量受地形影響較大,表現(xiàn)為為平地＞陽坡＞陰坡,可能與地表的熱量積累有關,一般地表接受光照的機率和時間來說,平地、陽坡、陰坡是依次減少的,可以用王紅等[10]的研究結論“土壤有機碳礦化隨著溫度的升高呈指數(shù)增加”來解釋,說明土壤有機質含量與溫度呈正相關性。

4 討論與結論

不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機碳儲量反映了該生態(tài)系統(tǒng)截留碳的能力,在不同的生態(tài)環(huán)境條件下控制土壤有機碳循環(huán)的因素不同,導致土壤中的有機碳具有較高的空間變異性。土壤有機質的輸入量在很大程度上取決于氣候條件、土壤水分狀態(tài)、養(yǎng)分的有效性、植被生長等因素,而有機物質的分解速率則受制于有機物的化學組成、土壤水熱狀況以及物理化學特性等因素[15-16]。土壤化學性質是常用于表征土壤生產力和品質的指標[17]。有研究報道,地形因素會影響土壤的理化性質。本研究中土壤有機質、堿解氮、速效鉀和有效磷在不同生境中均以平地＞陽坡＞陰坡＞丘陵為主,與Mcintosh等[18]在新西蘭南島綿羊放牧（116只/hm2）14年,陽坡土壤中的 Ca、K、Mg等可交換陽離子增加,而陰坡沒有相似的結論。地形對pH值的影響沒有一定的規(guī)律,新源縣、察布查爾縣、沙灣縣、烏魯木齊市的土壤pH值依次表現(xiàn)出東坡＞西坡＞平地,東南坡＞平地＞西北坡,西坡＞東坡＞平地,平地＞西坡＞東坡,而它們都比丘陵地帶的pH值?。ǔ秊豸斈君R市平地）,可以看出,接受陽光充分的地形比陽光照射強度小或照射時間短的地形pH值大；但這一點目前還沒有相關研究報道,其理論的真實性還有待于進一步確定。土壤總鹽基本呈陰坡＞陽坡＞平地,其規(guī)律性較強,但恰好與有機質、堿解氮、速效鉀和有效磷規(guī)律相反。這更加可以說明,土壤總鹽與其他養(yǎng)分間相關性不明顯,而有機質、堿解氮、速效鉀和有效磷之間關系緊密。因此,土壤有機碳儲量與氣候、植被、地形等環(huán)境變量密切相關[19],與本研究得出土壤有機質含量受地形因素影響較大的結論相似。

表5 在不同生境及不同地形條件下土壤有機質的變化 g/kg

通過以上分析與討論,可以初步得出以下結論:新疆天山北坡伊犁絹蒿荒漠草地土壤化學性質在不同生境和不同地形條件下差異性明顯,土壤化學性質受生境或地形的影響,其中,對土壤速效養(yǎng)分和有機質具有相對一致的影響。

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