中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (24): 4919-4932.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.24.008
罗玉红1(), 黄予姝2, 珠娜1, 李乐1, 程延彬3, 刘嘉慧1, 张敬敏1, 包雨凡1, 徐诺1, 闫玉春1(
)
收稿日期:
2024-06-04
接受日期:
2024-08-09
出版日期:
2024-12-16
发布日期:
2024-12-23
通信作者:
联系方式:
罗玉红,Tel:17795304332;E-mail:17795304332@163.com。
基金资助:
LUO YuHong1(), HUANG YuShu2, ZHU Na1, LI Le1, CHENG YanBin3, LIU JiaHui1, ZHANG JingMin1, BAO YuFan1, XU Nuo1, YAN YuChun1(
)
Received:
2024-06-04
Accepted:
2024-08-09
Published:
2024-12-16
Online:
2024-12-23
摘要:
【目的】深入探讨锡林郭勒盟典型草原区天然草地在历经60年农业耕作后其土壤质地和养分的动态变化,以及评估实施退耕造林18年是否能有效消减长期开垦耕作对土壤粒径分布及养分造成的负面影响,旨在加深对该地区生态恢复进程中土壤质量演变规律的认识,为科学评估生态恢复措施的实际效果提供科学依据。【方法】选取研究区60 km2范围内的5个样点作为重复,调查4种土地利用类型,即天然草地(GL)、农田(CL)以及种植灌木柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),行距分别为2 m(AL-2)和5 m(AL-5)的退耕造林地,0—30 cm土层中的粒径分布、容重和养分特征。【结果】(1)各用地类型土壤颗粒组成砂粒61%—82%、粉粒16%—35%、黏粒低于4%。农田和林地土壤粉粒(2—50 μm)含量显著低于草地,砂粒(>50 μm)含量则明显高于草地。相较于天然草地,开垦耕作导致≤120 μm颗粒组分减少,>120 μm颗粒组分增加,而退耕造林18年没有减轻因开垦导致细颗粒组分(≤120 μm)减少的情况。(2)在0—30 cm的土层中,各土地利用类型的粒径分布垂直变化不显著,分选性较差,呈现出负偏至极负偏的粒径分布特征,且峰态尖窄。其中草地的平均粒径最小,分形维数最高。(3)土壤容重随土层深度的增加而增加。养分的变化主要集中在0—10 cm的浅层土壤,其中开垦活动显著降低了土壤有机碳、全氮、全磷含量。退耕造林后形成的灌木林地没有显著改变有机碳、全氮含量,但全磷含量却显著降低。(4)≤120 μm的颗粒组分与土壤有机碳、全氮、全磷之间存在极显著的正相关关系,这表明土壤养分的衰减与土壤细颗粒的流失密切相关。【结论】草地开垦为农田后,长期耕作破坏了土壤物理结构,细颗粒组分及土壤养分显著下降,而退耕造林18年在改善土壤质地和恢复养分水平方面的效果不显著。
罗玉红, 黄予姝, 珠娜, 李乐, 程延彬, 刘嘉慧, 张敬敏, 包雨凡, 徐诺, 闫玉春. 锡林郭勒盟典型草原区草地开垦及退耕造林对土壤粒径分布和养分的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(24): 4919-4932.
LUO YuHong, HUANG YuShu, ZHU Na, LI Le, CHENG YanBin, LIU JiaHui, ZHANG JingMin, BAO YuFan, XU Nuo, YAN YuChun. Effects of Cultivation and Cropland Afforestation on Soil Particle- Size Distribution and Soil Nutrients in the Typical Steppe of Xilingol League[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(24): 4919-4932.
表1
5个样地不同土地利用类型的背景数据"
样地 Site | 草地 Grassland | 耕地Cropland | 退耕造林地 Afforestation land | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
优势种 Dominant species a) | 管理方式 Management b) | 开垦年限 Cultivation duration (a) | 作物类型 Crop type | 管理方式 Management | 土地利用历史 Land use history | 林下草地优势种 Understory dominant species a) | 管理方式 Management | |
样地1 Site1 43°56'10"N, 116°20'48"E | 羊草 Leymus chinensis 苔草 Carex duriuscula 克氏针茅 Stipa krylovii 披碱草 Elymus dahuricus 黄蒿 Artemisia scoparia | 放牧 Grazing | 60 | 向日葵 Helianthus annuus | 1960-2013:小麦-燕麦轮作Triticum aestivum- Avena sativa rotation from 1960 to 2013 2013-2020:小麦-燕麦-向日葵轮作 Triticum aestivum-Avena sativa and Helianthus annuus rotation from 2013 to 2020 灌溉 Irrigation c) 施肥Fertilization d) | 开垦43年后退耕造林17年 Afforestation for 17 years following a 43-year cultivation | 黄蒿 Artemisia scoparia 披碱草 Elymus dahuricus 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 羊草 Leymus chinensis 克氏针茅 Stipa krylovii | 刈割 Mowing f) |
样地2 Site2 43°52'31"N, 116°57'8"E | 苔草 Carex duriuscula 羊草 Leymus chinensis 克氏针茅 Stipa krylovii 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 轴藜 Axyris maranthoides | 放牧 Grazing | 60 | 小麦 Triticum aestivum | 1960-2020:小麦-燕麦轮作 Triticum aestivum-Avena sativa rotation from 1960 to 2020 施肥Fertilization e) | 开垦43年后退耕造林17年 Afforestation for 17 years following a 43-year cultivation | 大针茅 Stipa grandis 黄蒿 Artemisia scoparia 大籽蒿 Artemisia sieversiana 羊草 Leymus chinensis 轴藜 Axyris amaranthoides | 刈割 Mowing f) |
样地3 Site3 43°52'4"N, 116°59'31"E | 羊草 Leymus chinensis 糙隐子草Cleistogenes squarrosa 冰草 Agropyron cristatum 羊茅 Festuca ovina 苔草 Carex duriuscula | 刈割 Mowing | 60 | 小麦 Triticum aestivum | 1960-2020:小麦-燕麦轮作 Triticum aestivum-Avena sativa rotation from 1960 to 2020 施肥Fertilization e) | 开垦43年后退耕造林17年 Afforestation for 17 years following a 43-year cultivation | 大针茅 Stipa grandis 黄蒿 Artemisia scoparia 无芒雀麦 Bromus inermis 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 披碱草 Elymus dahuricus | 放牧 Grazing g) |
样地4 Site4 43°55'35"N 116°24'48"E | 羊草 Leymus chinensis 菊叶委陵菜 Potentilla tanacetifolia 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 矮葱 Allium anisopodium 黄蒿 Artemisia scoparia | 刈割 Mowing | 60 | 小麦 Triticum aestivum | 1960-2020:小麦-燕麦轮作 Triticum aestivum-Avena sativa rotation from 1960 to 2020 施肥Fertilization e) | 开垦43年后退耕造林17年 Afforestation for 17 years following a 43-year cultivation | 羊草 Leymus chinensis 黄蒿 Artemisia scoparia 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 轴藜 Axyris amaranthoides 矮韭 Allium anisopodium | 刈割 Mowing f) |
样地5 Site5 43°47'3"N 116°21'51"E | 大针茅 Stipa grandis 克氏针茅 Stipa krylovii 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 黄蒿 Artemisia scoparia 苔草 Carex duriuscula | 刈割 Mowing | 60 | 苜蓿 Medicago sativa | 1960-2017:小麦 Triticum aestivum planting from 1960 to 2017 2017-2020:苜蓿 Medicago sativa planting from 2017 to 2020 灌溉 Irrigation c) 施肥 Fertilization e) | 开垦42年后退耕造林18年 Afforestation for 18 years following a 42-year cultivation | 糙隐子草 Cleistogenes squarrosa 披碱草 Elymus dahuricus,阿尔泰狗娃花 Heteropappus altaicus, 羊草 Leymus chinensis,刺藜 Chenopodium aristatum | 放牧 Grazing g) |
表2
不同土地利用方式土壤粒径分布"
土层深度 Soil depth (cm) | 土地利用方式 Land use type | 土壤粒径分布 Soil particle size distribution (%) | ||
---|---|---|---|---|
黏粒 Clay (<2 μm) | 粉粒 Silt (2-50 μm) | 砂粒 Sand (>50 μm) | ||
0-10 | GL | 2.58±0.34Aa | 32.20±2.15Aa | 65.11±2.16Ab |
CL | 2.72±0.70Aa | 22.26±2.28Ab | 75.02±2.81Aa | |
AL-2 | 2.17±0.27Aa | 22.28±1.47Ab | 75.55±1.63Aa | |
AL-5 | 2.52±0.28Aa | 22.92±1.86Ab | 74.56±2.06Aa | |
10-20 | GL | 2.16±0.34Aa | 27.41±1.48Ba | 70.43±1.54Ab |
CL | 2.49±0.65Aa | 21.62±2.43Ab | 75.89±2.87Aa | |
AL-2 | 1.86±0.28Aa | 19.24±1.46Ab | 78.90±1.69Aa | |
AL-5 | 1.89±0.24Aa | 20.92±1.30Ab | 77.19±1.46Aa | |
20-30 | GL | 2.83±0.37Aa | 30.61±1.65ABa | 66.56±1.80Ab |
CL | 2.59±0.58Aa | 24.53±2.68Ab | 72.88±3.04Aab | |
AL-2 | 2.04±0.37Aa | 19.48±1.58Abc | 78.48±1.92Aa | |
AL-5 | 2.39±0.38Aa | 18.43±1.89Ac | 79.19±2.19Aa | |
0-30 | GL | 2.53±0.2a | 30.12±1.04a | 67.34±1.09b |
CL | 2.59±0.36a | 22.84±1.41b | 74.55±1.65a | |
AL-2 | 2.02±0.17a | 20.33±0.87b | 77.64±1.01a | |
AL-5 | 2.26±0.17a | 20.75±1b | 76.97±1.12a |
表3
不同土地利用方式土壤容重和养分"
土层深度 Soil depth (cm) | 土地利用方式 Land use type | 容重 Bulk density (g·cm-3) | 有机碳 Soil organic carbon (g·kg-1) | 全氮 Total nitrogen (g·kg-1) | 全磷 Total phosphorus (g·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|
0-10 | GL | 1.34±0.05Bc | 17.61±2.08Aa | 2.06±0.2Aa | 0.35±0.03Aa |
CL | 1.43±0.03Ab | 10.34±0.68Ab | 1.22±0.08Ab | 0.28±0.01Ab | |
AL-2 | 1.40±0.02Bbc | 11.98±0.85Ab | 1.33±0.11Ab | 0.23±0.01Ab | |
AL-5 | 1.5±0.03Aa | 12.01±0.99Ab | 1.34±0.1Ab | 0.25±0.02Ab | |
10-20 | GL | 1.45±0.03Ab | 12.34±0.90Ba | 1.48±0.11Ba | 0.28±0.02Ba |
CL | 1.46±0.04Aab | 10.19±0.77Aa | 1.19±0.09ABb | 0.27±0.01Aab | |
AL-2 | 1.43±0.02ABb | 10.11±0.68Ba | 1.25±0.07Ab | 0.21±0.01Ab | |
AL-5 | 1.52±0.02Aa | 9.88±0.58Ba | 1.09±0.11Bb | 0.21±0.01Bb | |
20-30 | GL | 1.49±0.03Aa | 9.7±0.75Aa | 1.24±0.09Aa | 0.25±0.02Ba |
CL | 1.48±0.04Aa | 9.2±0.65Ba | 1.11±0.08Bab | 0.25±0.02Aa | |
AL-2 | 1.47±0.02Aa | 8.32±0.58Ca | 1.03±0.06Bb | 0.18±0.01Bb | |
AL-5 | 1.53±0.03Aa | 8.02±0.57Ca | 0.98±0.07Bb | 0.18±0.01Bb | |
0-30 | GL | 1.43±0.02b | 13.22±0.92a | 1.59±0.10a | 0.29±0.02a |
CL | 1.45±0.02b | 9.91±0.4a | 1.17±0.05b | 0.27±0.01a | |
AL-2 | 1.43±0.01b | 10.14±0.46a | 1.21±0.05b | 0.21±0.01b | |
AL-5 | 1.52±0.02a | 9.97±0.48a | 1.14±0.06b | 0.21±0.01b |
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