不同围封年限下典型草原土壤生态化学计量特征研究

摘要

本文以内蒙古太仆寺旗典型草原为研究对象，采用邻近样地原则，选择5个围封样地作为研究样地。研究13个不同围封年限天然草地(围封5年、7年、8年、10年、11年、13年、14年、18年、20年、21年、22年、24年、25年)土壤的有机碳、全氮、全磷的含量及其密度，并以自由放牧样地作为对照，探讨了不同围封年限下草地土壤的生态化学计量比的特征，揭示生态化学计量比特征对草原退化与恢复的指示意义，为退化草地的恢复和治理以及提高草原生产力提供科学依据，寻求退化草地恢复的最佳途径。
　　 主要研究结果：
　　 1、重度退化草地采取生长季围封措施后土壤有机碳、全氮、全磷含量均显著高于自由放牧地，且随围封年限的增加呈上升趋势，均在围封14年样地出现最大值，之后随着围封年限的继续增加又出现降低趋势。不同围封年限草地土壤有机碳、全氮、全磷含量均由表层向下层呈下降趋势，与围封年限呈极显著正相关关系(r=0.818**、0.910**、0.897**)。
　　 2、围封样地土壤碳、氮、磷密度高于自由放牧地，且随围封年限的增加而增大，在围封14年达到最大值(78.02g·cm-2、6.20g·cm-2、1.21g·cm-2)，围封14年之后又会随着围封年限的继续增加呈降低趋势。不同围封年限的草地土壤碳、氮、磷密度与围封时间呈极显著正相关关系(r=0.962**、0.934**、0.822**)。在围封14年前土壤碳、氮、磷密度年增加量分别为(0.32～0.46)t·hm-2.a-1、(0.06～0.039)t·hm-2·a-1、(0.01～0.031)t·hm-2·a-1；在围封14年之后土壤碳密度、全氮密度、全磷密度均出现不同程度的降低，其年降低量分别为(0.037～0.26)t·hm-2·a-1、(0.0076～0.72)t·hm-2·a-1、(0.004～0.06)t·hm-2·a-1。
　　 3、围封14年前土壤C/N随围封年限的增加而降低，而围封14年之后呈上升趋势，到围封22年时大于自由放牧地。围封样地土壤N/P和C/P均小于自由放牧地，且随着围封年限的增加而降低。自由放牧地中氮和N/P的相关系数要大于磷和N/P的，而围封样地的氮和N/P的相关系数要小于磷和N/P的，由此可以判断出自由放牧地氮为限制性元素，围封样地磷为限制性元素。
　　 4、不同围封年限之间草地地上植物现存量和根系生物量及其碳含量均随围封年限增加呈逐渐增加趋势，最大值均出现在围封14年草地，之后有降低的趋势；其氮含量和磷含量随围封年限的增加呈降低趋势，在围封14年样地出现最小值，之后出现增加趋势。植被的碳氮磷密度均随围封年限的增加而增加，但最大值分别出现在围封14年样地、围封25年样地和围封11年样地，其后均出现降低趋势。围封样地地上植物和地下根系C/N、C/P大于自由放牧地，且随围封年限的增加而增加，到围封14年样地出现最大值，之后随围封年限的继续增加又会出现降低趋势。自由放牧地地上植物和地下根系N/P均小于14，说明自由放牧地受N限制，而围封样地间地上植物和地下根系N/P均大于16，说明围封样地地受P限制，验证了通过土壤生态化学计量比得出的结论。
　　 生长季围封恢复措施对土壤碳、氮、磷含量及其密度具有显著影响。围封时间与土壤碳、氮、磷密度存在显著定量关系。说明围封恢复措施对退化草地具有显著的恢复作用。在围封14年样地，土壤碳、氮、磷含量及其密度均达到最大值，随着围封年限的继续增加又会出现降低趋势，说明草地围封不应该是无期限的，应根据草地群落的长势、年度气候条件及经济发展、生态保护及社会需求等灵活掌握。通过对土壤生态化学计量特征的分析，得出围封样地磷为限制性元素，自由放牧地相对氮为限制性元素，而通过植物生态化学计量特征的分析也也得到了相同的结论，说明土壤生态化学计量特征对草原的退化和恢复也具有一定的指示意义。