阿巴嘎旗北部典型草原定居放牧土壤有机质现状研究

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  摘 要:土壤有机质是土壤肥力的基础,是土壤肥力重要方面,也是土壤肥力的重要指标之一。本文选择锡林郭勒盟典型草原区内阿巴嘎旗北部那仁宝拉格苏木牧民定居点为研究对象,确定在 其区域内分别在一些牧户固定冬夏季围栏草场为测试采样区内土壤进行实地取样,并把实验得到的数据和相关资料相结合的前提下,对各样点有机质进行计算和对比分析并探讨了阿巴嘎旗北部地区定居放牧条件下的土壤有机质的现状。
  关键词:土壤有机质;典型草原;定居放牧;现状
  1引言
  1.1研究现状综述
  土壤有机质是指存在于土壤中的一切含有碳元素的有机物,包含土壤中各类动、植物残体,微生物体及其分解、合成的各种有机物质,及微小的异源有机物质,它是土壤的重要组成部分,土壤有机质是植物养分的重要来源之一[1]。土壤有机质是植物矿物质养分和有机养分的来源(本身含有氮、磷、钾等元素及其他微量元素和各类简单的有机化合物),又是土壤中异养型微生物的能源物质。因为有机质的吸附能力很强,所以使土壤中的游离养分能够得以留存。土壤有机质是水文性团聚体形成的重要因素,同时也是土壤结构形成的重要因素。
  依据已有的文献报道不同的放牧利用方式对土壤有机质的影响总的来说有3类结论:无影响、增加和降低。一些研究认为,草地生态系统对放牧有一定的弹性,放牧对土壤有机质含量没有影响[2]。如澳大利亚东北部半干旱草原群落和内蒙古羊草小禾草草原经过多年放牧后,土壤有机碳含量没有明显的变化。而一些研究则发现放牧增加了土壤有机质含量[3],闫瑞瑞等对内蒙古荒漠草原研究表明,划区轮牧区和禁牧提高了土壤有机质[4]。还有研究发现,放牧减少了土壤中有机质的含量[5]。随着放牧强度的增加,阿根廷干热稀树草原土壤有机质含量从20年没有放牧草地的4.68%下降到了极度放牧草地1.45%。我国东北羊草草原、高寒草甸草原、内蒙古草甸草原土壤有机质随着放牧强度增加,其土壤有机质含量渐渐降低了。内蒙古半干旱沙化草地自由放牧后,与围栏封育草地相比,土壤有机碳下降了约11.78%。也有人认为重度放牧土壤有机质含量的减少是土壤侵蚀所引起的。假如牧场自身的机质含量和缓冲性能低,土壤在放牧后,也可能致使减少土壤有机质的含量。特别是在生态环境相对脆弱的半干旱和干旱地区。
  1.2 研究目的与意义
  土壤有机质是陆地生物圈中的主要成分之一,是指示土壤是不是健康的关键指标。土壤有机质是存在于土壤中的微生物必不可少的碳源和能源,全球的碳大部分都以土壤有机碳的形式存在,它是最大的有机碳库,土壤有机质储藏了大约1500g的碳,其储藏量大约是植被碳储量的三倍,大气的两倍,占着整个系统有机碳的90%左右[6]。并且植物所需的各营养元素循环的中心是土壤有机质,它影响着水分关系和土壤被侵蚀的潜力,在土壤结构中是一个关键因子[7]。而且,土壤有机质能使土壤疏松和形成结构,同时具有胶体特性,能吸附较多的阳离子,直接影响着土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气状况和土壤温度等。此外,随气候生物条件的变化土壤有机质的含量、组成和性质也会有规律的变化。所以测定有机质的含量是土壤肥力诊断的重要方面之一,也就是说,鉴别土壤肥力的重要标志是土壤有机质并且它对探讨土壤的形成、分类和分布等都有较重大的理论和实践意义。
  基于上述研究现状,本研究通过对阿巴嘎旗北部典型草原区的土壤有机质含量的对比分析,来了解定居放牧条件下阿巴嘎旗北部研究区牧民冬夏季草场内土壤有机质含量现状。
  2 研究区区域特征
  2.1 研究区的概况
  如图1所示,阿巴嘎旗位居锡林郭勒盟的中北部地区,地理坐标为东经113°28′-116°11′之间,北纬43°05′-45°26′之间,全旗总面积约2万7500平方公里.阿巴嘎旗东邻东乌珠穆沁旗和锡林浩特市,西邻苏尼特左旗,南与正蓝旗相连,北与蒙古国交界。本次调查的固定对象为阿巴嘎旗西北部的那仁宝拉格苏木,其蒙语意思为“朝阳泉”,它是以境内的一眼泉命名。该苏木面积512200公顷,总人口约3400人,是以蒙古族为主的纯牧业苏木。
  阿巴嘎旗是内蒙古自治区锡林郭勒盟典型草原区的一部分,是我国典型的草原牧区旗,是欧亚草原区中蒙古高原地带性典型草原的组成部分,曾被公认为当时世界上少数的保持典型草原原生植被最完好的草原地带之一。典型草原是相對干旱而脆弱的生态系统,系统的自我调控能力较弱,极其容易受到外界环境和人为活动的干扰。
  2.2自然条件
  阿巴嘎旗在锡林郭勒盟中北部,属于中温带大陆性气候区,平均海拔为1127 M。阿巴嘎旗草原地处蒙古高原内陆、远离海洋、水文条件差,干旱少雨,且分布不均,只有250 mm左右的年平均降水量,降水大多集中在6-8月份,但是其蒸发量却有降水量的6.8倍左右。阿巴嘎旗冬季寒冷而且漫长,春秋两季多风,多年平均风速4.5 m/s,年大风日数超过80天,并且气温波动较大,昼夜温差大,多年平均气温1.3℃,无霜期为90-110天。
  阿巴嘎旗地带性土壤为栗钙土,其总面积为1976000公顷,占全旗土地的70%,另有七个土类,如风沙土、棕钙土、粗骨土、灰色草甸土、盐碱土和沼泽土等。土壤有机质含量低且土层薄。本区河流少而多为季节性内陆河,以降水补给为主,全旗水资源总量只有40120.95万立方米。
  阿巴嘎旗处于内蒙古高原东部,主体地貌在海拔1000米以上。地势大致由东北向西南倾斜,在地质构造上大部分属蒙古褶皱带,现代地貌从形态上可划分为四个类型,有低山丘陵、高平原、熔岩台地和沙地等,其中主要的地貌类型为高平原,约莫占全旗总面积的72%。
  2.3 放牧利用特点
  放牧是草地最主要的利用方式[8]。内蒙古草原是以蒙古族为主的各族人民的聚集地,是长时间从事着畜牧生产的基地。当地牧民由于受草场面积的制约和多层分畜群等原因,都采用冬春、夏秋划区网围栏草场放牧的方式来利用草地,冬春两季在冬季草场放牧,夏秋两季则在夏季围栏草场内放牧,平均120天左右在夏季草场内放牧,其余时间都在冬季围栏草场放牧或者是买入饲草圈养。   阿巴嘎旗是以牧业作为主要经济来源的地区,建国以来一直是草畜集体所有,以嘎查为经营单位,自 1983 年实行承包制以来,把牲畜承包给牧户,草场共同利用,基本保持原有游牧浩特数量,仍然维持着半游牧性放牧利用方式,牧民经济支出集中在改善浩特草场建设和自身消费,致牲畜数量增加。1991 年把草场分给了游牧浩特,草场界限明确。1996 年开始草场分到牧户,从此形成了大大小小不同层次的牧户浩特草畜经营单元,随着牧户浩特牧民的兄弟姐妹和女儿的长大、成家,在原有一个牧户浩特的草场内又分成了小的牧户浩特。牧民在界定的草场上建立网围栏把草场圈起来,定居放牧,同时为了适应市场需求,使牲畜数量增加,加剧草畜矛盾。文中将研究的是定居放牧条件下的土壤有机质,所以主要了解下定居放牧。定居轮牧,是牧区畜牧业的一种经营模式。定居,是指牧民具有固定的定居点,并且有较好的棚圈等设施。轮牧,是指有计划的移动放牧,将草场划分为几个不同季节的牧场,并按季节变化进入不同的牧场放牧。
  3 研究方法
  本文研究对象为锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部典型草原区内那仁宝拉格苏木几个固定牧户浩特定居点草场,分析探讨了土壤有机质的现状。
  3.1 野外调查方法
  2016年秋天老师带着研究生课题组在锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部那仁宝拉格苏木进行了实地野外调查,了解当地放牧利用情况和经营方式。随后在牧民固定冬夏季围网栏草场内进行了土壤定位取样,并用手持GPS测定样点海拔高度和经纬度,然后对周围的自然环境环境特征进行了记录。
  3.2 土壤采样
  样品,是由总体中随机抽取出来的一些个体所组成的。由于样品之间是有变异的,因此也必然存在着变异。由此看来,样品与总体之间,存在着同质性的"亲缘”联系,于是样品可作为整体的代表,但同时在异质性程度上也存在着必然的差异,差距愈小,样品的代表性愈大;反之亦然。为了达到所采取样本的代表性,取样时应该以随机进行,即样品应当随机的取自所代表的整体,而非由主观因素决定。另一方面,在一组样品之间需要进行相互比较(即样品1、样品2……样品n),应当具有相同数目的个体组成。
  本次采样时如图2所展现的,在研究区内以固定牧户点为起点,在其草场围栏内设置了相互平行的3个样带,样带间隔为5千米(自西到东记为样带1、2和3)。在每个样带上设有3个中心样点(从北到南B、C、D),同样每个点之间的距离也是5千米,从土壤表层中0-10cm深度进行采样。而在每个中心样点外围1m范围内画了一个正方型,并在其四个角随机采取了一个土壤样品(这次研究主要以9个中心样点上的有机质含量作为讨论点)。从野外采集回来的土壤样品,经过登记编号后,需要风干、研磨、筛分、混匀、装袋等制备等步骤并保存下来,以方便进行后续实验分析。
  3.3 实验分析
  重铬酸钾容量法—外加热法[9],是在外加热的条件下(油浴温度为180℃,沸腾5 min),用一定浓度的过量的重铬酸钾—硫酸溶液氧化土壤有机质(碳),剩余的重铬酸钾以邻啡啰林作指示剂,用硫酸亚铁溶液进行滴定,从所消耗的重铬酸钾量,计算出有机质的含量。本方法测定得到的结果,与干烧法对比,只可氧化90%的有机碳,因此要将测得的有机碳乘上校正系数,以计算有机碳量。且有机质中含有有机碳量一般为58%,所以用有机碳的分析结果乘以1.724,换算成有机质含量。
  4 现状结果分析
  4.1 有机质含量现状
  根据实验数据计算得到的不同样带有机质含量测定结果表(表1)可以看出,锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部那仁宝拉格苏木研究区土壤有机质含量总的来说平均值为2.528%,平均最大值为3.428%、最小值1.836%,变幅在1.592%左右。不同样带土壤有机质含量不同,差异不大,整体上来讲从东到西土壤有机质含量呈上升趋势,样带3较低,西边的样带1和样带2土壤有机质较高。
  如图3所示,样带2中的土壤有机质含量是最高的,其次是样带1和样带3。阿巴嘎旗北部地区采样测试的土壤有机质含量的分级结果可根据全国第二次土壤普查的分级标准(表2)中的数值知晓,整个研究区内土壤中大约76.48%属于中等的,只有20.58%含有丰富的有机质,所以从整体上来讲这一带土壤中的有机质含量属于中等级别。
  從研究区内9个中心样点在冬夏季草场围栏里的分布情况可以得出(图4和图5),在样带1上三个中心点都在夏季草场,D点的土壤有机质含量较B、C点的有机质含量高出约0.4%,有机质含量从北向南呈上升趋势;样带2上B点和D点处于夏季草场,C点则在冬季草场,并且 B点上的有机质含量比C点高大约3%,比D点大0.6%,有机质含量中间低两端高;而样带3上三个中心点在冬夏季草场的分布正好与样带2相反,中间的C点处夏季草场且两端的点在冬季草场,但其土壤有机质含量无明显差异,都在2.45%左右。
  4.2 小结
  以上的实验数据分析结果显示出,锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部那仁宝拉格苏木典型草原研究区内的三个样带上土壤有机质含量均属中等级别,但各样带上有机质的分布还是有差别的。样带1上土壤有机质南部高,中北部较低;样带2上的有机质北部较高,中南部低;样带3上的有机质含量差别不大,均匀分布。虽然调查取样的时间8月份正是冬季草场的禁牧时节,夏季草场的放牧季节,冬季草场围栏里采样点的土壤有机质本应该比夏季草场的大,但是从以上分析可看出在本地区牧民定居放牧条件下,冬夏季草场相比较,冬季草场的土壤有机质反而比较低。
  研究区内各样地的周围环境特征都有所不同,样带1上的B、C点地处平地和洼地,而D点所在处地势是由南向北的斜坡,放牧时候畜牧多在平地活动,所以D点的有机质比同一样带的其他点的有机质含量高。同上,样带2上的B、D点处在岗顶上,C点在洼地,土壤有机质含量分布中间低两端高。而样带3上的三个点所处的位置都是由南向北的斜坡,其有机质含量差别不大。因此,本地区的土壤有机质含量除了受冬夏季草场围栏的影响外,更多的受了土壤采样点所处地地势地形的影响。   参考文献
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  (作者单位:内蒙古师范大学地理科学学院)
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