张生楹，张德罡，柳小妮，陈建纲，徐长林，段春华

(甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中·美草地畜牧业可持续研究中心，甘肃 兰州 730070)

祁连山位于青藏高原、内蒙古高原和黄土高原的交汇地带，对河西绿洲农业生产与发展具有重要的生态保障作用，但其生态系统具有脆弱性和不稳定性的特点。在气候变化和人类活动的双重影响下，祁连山高寒地区的生态系统正遭受不同程度的退化。高寒草甸草地作为祁连山主体植被之一，对青藏高原大气与地面之间的能量流动与平衡、水热交换、生物地球化学循环有着极其重要的作用[1-2]。目前,对不同退化程度高寒草甸土壤养分的研究只是对其中几种退化程度的土壤常规养分进行研究[3-5]，而对未退化到极度退化的高寒草甸土壤常规和微量养分变化的系统性研究却很少[6-7]。

放牧普遍存在于东祁连山高寒草甸，并对高寒草甸退化产生正负反馈影响，因此，本试验在祁连山东段高寒草甸未退化草地、轻度退化草地、中度退化草地、重度退化草地和极度退化草地的区域选择样地，研究在放牧干扰下的高寒草甸不同退化程度草地土壤养分变化关系。旨为进一步探讨高寒草甸不同退化程度的土壤养分变化规律，以及为高寒草甸不同退化程度草地的合理施肥、恢复和放牧载畜量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1研究区域自然概况 研究区域位于甘肃省天祝县金强河地区，该区位于祁连山东段，天祝县西南乌鞘岭下，南临马牙雪山，北依雷公山，东延兰新公路，西隔瓦藏亚豁与青海为界，南北宽5～15 km，东西长约30 km，地理坐标37°11′～37°12′ N，102°29′～102°33′ E。全区海拔2 900～4 300 m，山地多为黄土覆盖，无基岩裸露；由河漫滩、阶地至高山的土壤依次为草甸土、山地黑钙土、山地栗钙土、山地草甸土、高山草甸土等。气候寒冷潮湿，水热同期。据乌鞘岭气象站(海拔3 045 m)的资料统计，年均温-0.1～0.6 ℃，1月和7月平均气温分别为-10.8和12.4 ℃；全年≥0 ℃的积温为1 300 ℃·d左右，在最热月(7月)仍有0 ℃以下的低温出现，全年无绝对无霜期，无四季之分，仅分冷暖两季，冬季长达7个月。植物生长季为120～140 d。年均降水量415～468 mm，主要集中在7-9月，多地形雨，并随海拔升高降水量渐增，春季常有旱象，年均蒸发量1 483～1 614 mm[7-8]。

1.2样地设置 根据草原植被群落退化程度评价标准[9]，在天祝草原站附近(海拔2 020 m左右，37°11′ N，102°46′ E)选择未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个面积均为5 km2左右的高寒草甸样地(表1)。

1.3土样采集和分析方法 每处样地设置1个大样方(50 m×50 m)，在每个大样方四角及中心部位各设置1个小样方(50 cm×50 cm)。用土钻(直径为4 cm)在各小样方内分别采集土壤样品5钻，每10 cm为一层，取样深度30 cm，共取3层，将同一层样品混合在一起。然后将土样置于已标记好的塑料袋中，带回实验室。带回实验室的混合土样一份采用烘干法测定土壤含水量，另一份风干、去杂、过筛后供土壤酸碱性与养分的测定[10-11]。

表1 不同退化程度高寒草甸植被特性

土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾分别采用酸度计(电位法)、重铬酸钾容量法-外加热法、凯氏蒸馏法、硫酸-高氯酸消煮法、NaOH熔融-火焰光度法测定[11]；土壤有效氮(N)、有效钾(K2O)、有效磷(P)分别采用碱解扩散法、NH4OAc浸提-火焰光度法[12]和高锰酸钾氧化-葡萄糖还原法测定[13]；速效铜、铁、锰和锌采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定[12-14]。

1.4数据分析 采用SPSS(17.0)和Excel(2007)软件进行数据的统计、分析和比较。

2 结果与分析

2.1土壤酸碱性及全量养分变化特征 在0～30 cm土层，土壤中全量养分除了全钾都是随土层深度增加而减少(表2)；土壤的pH值变化，随土层深度增加而增加。有机质含量未退化、轻度退化和极度退化草地较中度退化和重度退化草地在0～30 cm土层总含量要高。土壤中全氮含量随着退化程度加剧含量明显下降，在0～30 cm土层，未退化草地比轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化草地高出1.15、1.29、1.21和3.89 g·kg-1。全磷含量变化规律基本与全氮一致。全钾含量并未因草地退化程度不同而有差异，各样地都保持在16 g·kg-1左右。

土壤的pH值升高可能因为草地退化植被覆盖率降低，使得土壤有盐碱化的趋势，草地退化越严重土壤碱性越高。各退化草地土壤中有机质差异不明显，说明有机质是土壤中较稳定一个指标，在短期内不会因草地退化而有明显的下降。土壤中全氮和全磷含量都随退化程度加剧而下降，可能是因为放牧强度加大，使得地上植被减少，地下根系也随之减少，对土壤中全量养分富集作用也减弱。土壤中全钾含量各草地基本一致，这可能与土壤的成土母质有关。

2.2土壤速效养分变化特征 在0～30 cm土层，速效氮、磷、钾和锌的含量随土层加深而减少，速效铜、锰和铁含量则随土层加深而增加(表3)。速效氮和速效磷含量，极度退化草地明显高于未退化草地、中度退化草地和重度退化草地；速效钾含量0～10 cm土层极度退化草地比其他草地要高，而在10～30 cm土层，反而低于其他草地；速效铜含量各样地在0～30 cm总含量差异不明显。速效锌变化规律与速效氮和速效磷基本一致。速效铁和速效锰随着退化程度加剧，各土层含量逐渐减少。

表2 各退化草地不同土层土壤酸碱性、有机质及全量养分变化特征

表3 各退化草地不同土层土壤速效养分变化特征

速效氮、速效磷和速效锌变化规律一致，速效铁和速效锰变化规律一致，这说明了元素分布的自相关性。速效钾在0～10 cm极度退化草地含量较高，说明极度退化草地植物较少，对土壤表层速效钾吸收利用较少，使得其在土壤中含量暂时较高。速效铜在各样地中含量变化不大，这可能与土壤发育有关。

3 讨论与结论

土壤是草地生态系统的重要基础环境，土壤养分含量与植物营养价值关系十分紧密，都受到自然因素和人类生产活动的影响，由于放牧过程中家畜的过度啃食与践踏，以及人为开垦利用，加之气候干暖化，使得东祁连山区土壤肥力水平随着退化程度不同而差异较大[1-2]。

未退化高寒草甸草地由于植被生长茂盛，每年能提供大量残枝落叶，使得土壤pH值接近中性。土壤中有机质含量各高寒草甸草地在0～30 cm土层总含量差异较小，但是高寒草甸轻度退化草地0～10 cm土层和极度退化草地20～30 cm土层含量较高，说明土壤退化过程中有机碳因为极度退化草地地表裸露，表层土壤有机质随着降水淋溶到深层土壤[15]。土壤中全氮和全磷都随着退化程度加剧而含量逐渐较少，可能是不同草地，相同放牧强度，退化较严重的草地植被盖度又较低，导致家畜过度啃食，植物根系随着茎叶拔出土壤，使土壤中植物富集的全氮和全磷也随之流失[16]。土壤中全钾在同一地区含量变化不大，这与土壤成土母质有关。

土壤速效养分的变化也是高寒地区土壤发育的重要前提。土壤中速效氮、速效磷和速效锌含量以极度退化高寒草甸草地较高，因为地上植被覆盖率较低，对这些能够在植物体内形成蛋白质和氨基酸的营养元素吸收有限，使得其在土壤中有较高含量。速效铁和速效锰随着退化程度加深，含量下降较大，这是因为优良牧草随着退化加剧而减少，有毒有害杂草则增加，而有毒有害杂草对速效铁和速效锰吸收较多，使得其在土壤中含量随退化加剧而较少[17-18]。速效钾在极度退化高寒草甸草地含量较高，这与优良牧草较少和植被覆盖较低，使得土壤中速效钾吸收利用率低有关[19-20]。

本研究表明，土壤中全量和速效养分含量变化并非与退化程度变化完全一致，这可能因为还受气候变化、植被高度、盖度、密度、优势植物种类和组成、植物生长与发育、动植物残体降解、动物行为、人为因素和微生物等的影响。因此，研究不同退化程度的高寒草甸草地土壤养分含量与变化，但还要注意高寒草甸草地演替的时空异质性，以及更多与其相关的问题。

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