家畜放牧對(duì)典型草原土壤-植被系統(tǒng)氮素轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、草地生態(tài)系統(tǒng)中，放牧對(duì)調(diào)節(jié)物質(zhì)流動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)起著關(guān)鍵的作用。內(nèi)蒙古地區(qū)已有上千年的游牧歷史，放牧是該地區(qū)重要的草地利用方式之一。然而，近50年來(lái)，由于人口的劇增以及對(duì)草原的不合理利用與管理，使得內(nèi)蒙古草原發(fā)生了嚴(yán)重的退化與沙漠化。理解放牧對(duì)氮循環(huán)的定量影響，對(duì)更合理地利用草地、防治生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步退化以及探求最佳恢復(fù)途徑都具有重要的意義。中國(guó)科學(xué)院內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)定位站精準(zhǔn)設(shè)置的5種放牧強(qiáng)度處理(0.00,1.33，2.67，4.00

2、，5.33羊/公頃)為該研究提供了理想的平臺(tái)。2005、2006年生長(zhǎng)季期間，在經(jīng)過(guò)16年不同放牧強(qiáng)度處理的一個(gè)典型草原樣地上，該研究測(cè)定了氮素輸入(氮沉降、生物固氮)、轉(zhuǎn)化(凈氮礦化)、輸出(反硝化及氨氣揮發(fā))速率等N循環(huán)的重要參量。同時(shí)，測(cè)定了微生物生物量碳、氮(Cmic，Nmic)及微生物呼吸(Rmic)，研究了微生物在氮循環(huán)中的作用。另外，還測(cè)定了植物、土壤、固氮體中的15N自然豐度值，探討了其對(duì)不同放牧強(qiáng)度的響應(yīng)格局與機(jī)理。<

3、br>　　 結(jié)果表明，干濕混合沉降物全氮濃度最高達(dá)11.53 mgN1-1，沉降量最高為1.77 kgN ha-1m-1。月均氮沉降量與濃度正相關(guān)，它們與降水量均關(guān)系密切，前者更密切。結(jié)皮面積所占比例很小，不超過(guò)8％。結(jié)皮含氮量為1.01-1.43 gN kg-1，受放牧的影響不顯著，但隨放牧強(qiáng)度的增加有降低的趨勢(shì)。地耳結(jié)皮含氮量是土壤含氮量的2倍。地耳含氮量為結(jié)皮的10-20倍。盡管地耳含氮量受放牧影響不顯著，但放牧是不放牧條件下地

4、耳氮含量的1.58倍。
　　 總無(wú)機(jī)氮濃度變幅為2.49-14.57μN(yùn)g-1，占總氮的0.35-2.6％，它隨季節(jié)和放牧強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與硝態(tài)氮相似，表現(xiàn)為2005年夏季期間有逐漸增加的趨勢(shì)，而在2006年整個(gè)生長(zhǎng)季期間有逐漸降低的趨勢(shì)。不放牧比放牧條件下含氮量高，但在4個(gè)放牧處理之間的差異不顯著。凈氮礦化速率的變幅為-0.61-0.27μgN g-1d-1，峰值通常出現(xiàn)在7月。掙氮礦化速率在各處理間沒(méi)有一致性差異，但中牧(2.

5、67、4.00羊/公頃)通常比重牧(5.33羊/公頃)下的值高。累積凈氮轉(zhuǎn)化量在年際間差異大，2005年總體上遵循正態(tài)分布模式，而2006年隨著放牧強(qiáng)度的增加有直線(xiàn)下降的趨勢(shì)，2006年比2005年的累積量高。土壤溫度和濕度比放牧強(qiáng)度對(duì)凈氮礦化的影響更加顯著。放牧強(qiáng)度通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)土壤因子對(duì)氮?jiǎng)討B(tài)而產(chǎn)生間接影響。
　　 反硝化和N2O的釋放速率低，前者變幅為0.33-6.21μgN kg-1 d-1，后者為0.42-11.28μ

6、gN kg-1 d-1。釋放量夏季較強(qiáng)，春秋較弱。放牧對(duì)反硝化釋放影響不顯著，只在2005年對(duì)N2O釋放影響顯著。盡管如此，反硝化和N2O釋放速率整體表現(xiàn)出在不放牧比放牧條件下高的趨勢(shì)，且比最高放牧強(qiáng)度5.33羊/公頃下的反硝化速率顯著高。然而，它們?cè)?個(gè)放牧處理之間的差異始終不顯著。累積反硝化和N2O釋放存在年際變化，2006年的值顯著高。它們隨著放牧強(qiáng)度的遞增有逐漸降低的趨勢(shì)，這在2006年表現(xiàn)得尤為明顯，這種結(jié)果主要?dú)w因于土壤總氮

7、量在長(zhǎng)期放牧條件下隨放牧壓力的增加而逐漸降低。
　　 氨氣揮發(fā)速率變幅為0.88-3.52 g N ha-1d-1，高峰值出現(xiàn)在5月，2005比2006年同期的速率大。兩年間放牧強(qiáng)度對(duì)氨氣揮發(fā)的影響都較弱，2005年影響更弱。不放牧條件下的氨氣揮發(fā)量通常最低，這在生長(zhǎng)季的前期表現(xiàn)得更為明顯，中牧及重牧條件下通常最高。放牧能影響氨氣揮發(fā)與氨態(tài)氮，硝態(tài)氮及總無(wú)機(jī)氮濃度之間的關(guān)系，即不放牧條件下相關(guān)性顯著，而放牧條件下相關(guān)性不顯著。年

8、際間氨氣揮發(fā)速率與無(wú)機(jī)氮濃度之間的關(guān)系趨勢(shì)相反，2005年負(fù)相關(guān)，2006年正相關(guān)。氨氣揮發(fā)與土壤水分及溫度在單獨(dú)每個(gè)放牧處理下相關(guān)性不顯著。
　　 Cmic變幅大，為13.97-350.45μgCg-1，占土壤總有機(jī)碳的1.58-8.35％。最高和最低值分別出現(xiàn)在夏季和春季。Nmic占土壤全氮的0.41-2.74％，不受季節(jié)的顯著影響。Rmic隨季節(jié)而變化，通常5月份值最高。Cmic、Nmic、Rmic在各處理之間差異不顯著，

9、對(duì)照區(qū)的值相偏高。它們對(duì)氮循環(huán)有一定的調(diào)控作用。
　　 土壤、植物、地耳、生物結(jié)皮的δ15N值與放牧強(qiáng)度之間相關(guān)關(guān)系不顯著。然而，放牧有增加表層土和植物的δ15N值而降低表土、地耳、結(jié)皮的δ15N值的趨勢(shì)。表層土δ15N值與前一年生長(zhǎng)季末期硝態(tài)氮及總無(wú)機(jī)氮濃度，反硝化速率及累積氨氣揮發(fā)之間密切相關(guān)。
　　 土壤碳含量的變幅為10.4417.19 g C kg-1，全氮量的變幅為0.54-0.82 g Nkg-1。長(zhǎng)期的高

10、強(qiáng)度放牧降低了土壤碳、氮儲(chǔ)量。根系碳、氮含量分別為土壤碳、氮含量的40-50和10倍。立枯和凋落物有機(jī)碳含量變幅為446.94-507.01 g C kg-1，與放牧強(qiáng)度之間關(guān)系不密切；氮含量變幅為4.58-7.18 g N kg-1，與放牧強(qiáng)度之間顯著負(fù)相關(guān)。優(yōu)勢(shì)種木地膚、冷蒿的含碳量與放牧強(qiáng)度之間相關(guān)不顯著，但含氮量與之顯著相關(guān)。
　　 綜述以上結(jié)果，放牧對(duì)氮轉(zhuǎn)化各過(guò)程的影響不同，它能增加礦化速率，也能降低礦化速率，在不同年