摘要：封育禁牧的時間效應已經成為科學和政府決策關注的焦點，研究以寧夏鹽池縣典型荒漠草原圍封6、10、15年樣地的圍欄內外2種主要土壤類型———灰鈣土和風沙土為研究對象，基于樣線調查法及方差分析法，探究不同封育年限對荒漠草原顆粒組成及土壤碳氮儲量的影響。結果表明：1)封育會導致灰鈣土及風沙土土壤細顆粒含量增加，灰鈣土封育6年樣地土壤細顆粒較圍欄外增加量最明顯，后隨封育年限的增加而呈現增幅減少的趨勢;風沙土封育15年樣地圍欄內土壤細顆粒增加量高于封育6年樣地。2)灰鈣土及風沙土封育6年樣地均表現為圍欄內土壤碳氮(有機碳、全碳、全氮)含量高于圍欄外，而圍封10年及15年樣地圍欄內外土壤碳氮含量沒有明顯差異。3)灰鈣土圍封6年樣地圍欄內土壤碳氮比高于圍欄外，而圍封10年及15年樣地無此規律，圍封不會影響風沙土土壤碳氮比。圍封可以有效使土壤顆粒細化，但不同土質對封育年限的響應有所差異，人工封育的最佳時間尺度應根據草原退化程度和草原不同土壤條件而定。

　　關鍵詞：封育年限;荒漠草原;典型土壤;粒徑組成;碳氮儲量

　　草原是陸地生態系統的重要類型之一，對防風、固沙、保水起著重要作用[1-2]，草地資源不僅影響著生產力水平，同時對生態環境可持續發展及生態系統平衡起到不可或缺的促進作用[3-4]。不科學的放牧是造成草地退化的主要人為驅動力，從而影響生態可持續及草食畜牧業的發展[5-7]。寧夏荒漠草原面積高達134萬hm2，占全區草地面積的55%，是寧夏天然草地的最主要類型[8-9]。由于草地不合理利用(過度放牧、開墾)，導致寧夏荒漠草原草地退化嚴重[10-11]。

　　為了遏制草地的進一步退化，寧夏在2002年全面實施了天然草地封育工程，以期實現草地生態的良性循環及畜牧業的可持續發展[12]。近些年，研究人員對圍欄封育的效果進行了大量研究，包括圍欄封育對土壤理化性質、土壤養分、土壤種子庫、植物群落特征等方面的影響[13-18]。土壤粒徑是反映土壤母質來源、成土過程中的重要指標[19];土壤碳氮元素含量，可以直觀地反映土壤肥力的高低，其直接影響著草原生產力，是表明土壤質量或健康程度的重要元素[20]，同時測定土壤粒徑和養分對表明空間效應有很強的說明性[21]，通過比對不同封育年限土壤的顆粒組成及土壤養分含量差異，分析荒漠草原不同封育年限對土壤碳氮與土壤顆粒分布特征的影響，可為荒漠草原區圍封措施的開展及植被的恢復重建提供參考。

　　相關研究發現圍欄封育會對土壤顆粒組成及碳氮儲量產生顯著影響：通過比對不同土壤類型中土壤的顆粒組成、根際與非根際的土壤的養分含量差異，分析荒漠草原不同土壤類型檸條(Caraganakorshinskii)根際土壤養分與土壤顆粒分布特征，揭示土壤類型對植物根際效應的影響。李國旗等[18]通過研究發現封育會導致荒漠草原土壤黏粒含量增加，極細砂礫含量減少;趙盼盼等[22]研究發現封育促使寧夏鹽池荒漠草原地區表層土壤有機碳、全氮含量顯著增加。

　　但以往研究多是對比分析相同土壤條件或相同封育年限圍欄內外的土壤性質差異，而在不同土壤類型條件下，封育年限會對土壤粒徑特征及碳氮儲量產生何種影響還有待深入研究。基于此，本研究以寧夏荒漠草原圍封6、10、15年的灰鈣土樣地及圍封6、15年的風沙土樣地土壤為研究對象，探究不同封育年限對土壤粒徑及碳氮儲量的影響。研究以期為進一步開展荒漠草原地區人類活動影響下的土壤過程演變機制研究奠定理論基礎，為該地區今后開展圍欄封育工作提供科學依據。

　　1材料與方法

　　1.1研究區概況

　　研究區域位于寧夏鹽池縣的荒漠草原區(37°57′23″-37°83′47″N，106°77′99″-107°50′70″E)。研究區年均氣溫8.1℃，屬于中溫帶大陸性氣候，無霜期150d，年均降水量280mm，年均蒸發量2710mm，且降水集中，其中7-9月降水量占全年降水量的60%以上。研究區主要土壤類型為風沙土及灰鈣土，主要植物種類包括豬毛蒿(Artemisiascoparia)、牛枝子(Lespedezapotaninii)、老瓜頭(Cynanchumkomarovii)、草木樨狀黃耆(As-tragalusmelilotoides)、銀灰旋花(Convolvulusammannii)、短花針茅(Stipabreviflora)、綿蓬(Corispermumhyssopifolium)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)和阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)等。

　　1.2樣線設置及土樣采集

　　1.2.1樣線設置

　　在鹽池縣四墩子村、馬兒莊村、皖記溝村選擇植被類型連續、土壤基質相同的3個成對的封育圍欄(封育年限分別為6、10、15年)和放牧圍欄樣地，于2018年8月中旬，以地勢地貌相似為原則，分別在鹽池縣四墩子村、馬兒莊村和皖記溝村3個試驗區各選取一對圍欄，每對圍欄有封育圍欄及與其相鄰的放牧圍欄，放牧圍欄的放牧年限與封育圍欄的圍封年限一致，3個試驗區相距20km以上。其中封育圍欄不放牧，放牧圍欄都屬于適度放牧。皖記溝及四墩子試驗區都有至少一條橫貫封育圍欄與放牧圍欄的灰鈣土帶和風沙土帶，馬兒莊沒有風沙土樣地，僅設置灰鈣土帶。

　　分別在四墩子、馬兒莊、皖記溝3對圍欄內設置3、3和4條100m的樣線。樣線是貫通相鄰的封育圍欄和放牧圍欄，相鄰樣線相距50m以上。每條樣線以共有圍欄為中心，為了克服邊緣效應對觀測結果的影響，在圍欄分界兩側各空出10m，封育圍欄與放牧圍欄各40m，每隔10m設置一個1m×1m的樣方，每條樣線10個樣方，共100個樣方。其中皖記溝圍欄有2條風沙土樣線，四墩子圍欄有1條風沙土樣線，其余為灰鈣土樣線，共10條。

　　1.2.2土樣采集與分析

　　在6、10、15年樣地1m×1m樣方內，呈“品”型選取3個不同的樣點，每個樣點采集0～5cm，5～10cm，10～20cm3層土樣，3個樣點每層土樣裝在同一塑封袋，使其充分混合均勻，帶回實驗室自然干燥15d，干燥后的土樣過2mm篩并研磨。土壤有機碳含量(%)使用島津SSM-500A總有機碳分析儀測定。土壤全碳(%)、全氮(%)使用元素分析儀(意大利DK6，UDK140)測定其百分含量[23]。土壤粒徑組成使用英國馬爾文Mastersizer3000激光衍射粒度分析儀測定，粒徑分級采用美國制土壤標準[18]。

　　1.3數據分析

　　本研究采用基于Windows10系統的MicrosoftExcel2010及SPSS22.0對數據進行統計分析與制圖。采用獨立樣本T檢驗(independentsamplest-test)計算不同樣點不同土層土壤的粒徑分布及碳氮含量的差異顯著性。以P<0.05為差異顯著性。

　　2結果與分析

　　2.1土壤顆粒組成

　　對寧夏鹽池縣荒漠草原不同封育年限圍欄內外土壤粒徑進行分析發現，在灰鈣土樣帶，圍封6年的圍欄內外土壤顆粒組成存在一定差異：較圍欄外相比，圍欄內0～5cm土層差異顯著(P<0.05)，黏粒、粉粒分別增加6.267%、4.837%，砂粒減少11.111%;5～10cm土層，砂粒顯著減少4.088%;10～20cm黏粒顯著增加5.243%，砂粒顯著減少6.204%。圍封10年，除5～10cm、10～20cm土層圍欄內土壤粉粒分別顯著減少0.526%、2.001%外，其余土層無顯著變化。

　　圍封15年，0～20cm土層黏粒含量表現為圍欄內低于圍欄外，平均減少3.476%;粉粒、砂粒含量表現為圍欄內高于圍欄外，粉粒、砂粒平均增加2.712%、0.774%。通過對比圍欄內外土壤顆粒的變化量來看，在灰鈣土樣地，圍封6年土壤細顆粒增加量最多，粗顆粒有效減少。而在圍封15年樣地，圍欄內的黏粒減少，砂粒增加。

　　風沙土樣帶，圍封6年0～5cm土層圍欄內外土壤顆粒差異不顯著(P>0.05);5～10cm、10～20cm土層表現為圍欄內土壤黏粒含量顯著低于圍欄外(P<0.05)，平均減少0.478%;粉粒含量低于圍欄外，平均減少4.701%;砂粒含量顯著高于圍欄外(P<0.05)，平均增加5.181%;在圍封15年樣地，0～20cm土層土壤黏粒、粉粒含量表現為圍欄內土壤高于圍欄外，黏粒、粉粒平均增加1.612%、1.015%;砂粒含量平均減少2.623%。總體來看，圍封6年風沙土5～20cm土層圍欄內土壤細顆粒顯著減少(P<0.05)，而圍封15年樣地0～10cm圍欄內粉粒顯著增加，砂粒顯著減少(P<0.05)。

　　2.2土壤碳

　　對寧夏荒漠草原兩種典型土壤不同圍封年限圍欄內外土壤有機碳進行分析，發現在灰鈣土及風沙土圍欄內外土壤有機碳含量差異均不顯著(P>0.05)。對比不同年限圍欄內外變化量，發現灰鈣土樣地圍封6、10、15年0～5cm土層圍欄內外(圍欄內減圍欄外)土壤有機碳含量平均差值分別為0.114%、0.145%、-0.055%，封育6、10、15年5～10cm土層有機碳含量差值分別為0.145%、0.068%、-0.138%，封育6、10、15年10～20cm土層有機碳含量平均差值分別為0.155%、-0.014%、0.010%。對比風沙土圍封6、15年土壤，0～5cm土層圍欄內外土壤有機碳含量平均差值分別為0.088%、0.209%，5～10cm土壤有機碳含量平均差值分別為-0.078%、0.064%，10～20cm土壤有機碳含量平均差值分別為0.056%、-0.098%。可以發現，在灰鈣土樣地，0～5cm土層土壤有機碳含量平均差值在封育10年時達到最大，而5～20cm土層土壤有機碳含量平均差值在封育6年時達到最大。

　　風沙土0～10cm土層土壤有機碳含量平均差值表現為封育15年>封育6年，而10～20cm土壤則表現為封育6年>封育15年。對各樣地土壤全碳含量進行分析，發現在灰鈣土圍封6年樣地中，0～20cm土層均表現為圍欄內土壤全碳含量高于圍欄外土壤，且10～20cm土層差異顯著(P<0.05);圍封10年樣地中，5～10cm土層圍欄內土壤全碳較圍欄外增加顯著(P<0.05)。

　　圍封15年樣地，圍欄內外各土層無顯著變化。在風沙土樣地中，除圍封15年10～20cm土層外，圍封6、15年樣地圍欄內外各土層均無顯著性變化(P>0.05)。對比不同封育年限圍欄內外土壤全碳含量差值，發現在灰鈣土封育6、10、15年樣地中，0～5cm土層圍欄內外土壤全碳差值分別為0.176%、-0.084%、-0.039%，在5～10cm土層分別為0.152%、0.275%、-0.300%，10～20cm土層分別為0.367%、-0.203%、-0.328%;在風沙土封育6、15年樣地，0～5cm土層圍欄內外土壤全碳差值分別為0.036%、0.208%，在5～10cm土層分別為0.038%、-0.023%，10～20cm土層分別為0.178%、0.080%。可見在封育6年時，灰鈣土圍欄內土壤全碳含量增高量最大，隨著封育年限的提升，封育對土壤全碳的提升作用降低。

　　2.3土壤全氮

　　對研究區不同類型的土壤全氮含量進行分析，發現在灰鈣土樣地中，圍封6、10、15年樣地各土層樣地土壤全氮均無顯著性變化。從整體來看圍封未對土壤全氮產生顯著影響(P>0.05)，灰鈣土土壤全氮含量變化值范圍為0.045%～0.066%。在風沙土樣地，圍封6年，0～5cm土層圍欄內外全氮無顯著性變化，5～10cm、10～20cm圍欄內全氮含量顯著高于圍欄外，圍封15年，0～5cm土層圍欄內土壤全氮含量較圍欄外增加顯著(P>0.05)。對比圍欄內外土壤全氮差值，在灰鈣土封育6、10、15年樣地，0～5cm土層圍欄內外土壤全氮含量差值分別為0.003%、0.004%、0.005%，5～10cm土層分別為0.005%、0.001%、0.001%，10～20cm土層分別為0.013%、0、0.003%。在風沙土封育6、15年樣地中，0～5cm土層圍欄內外土壤全氮差值分別為0、0.018%，5～10cm土層分別為0.008%、0.003%，10～20cm土層分別0.020%、0.004%。

　　可見，在灰鈣土0～5cm樣地圍欄內土壤全氮增加量隨著封育年限的增加而增加，而5～10cm、10～20cm土層圍欄內外土壤全氮差值在封育6年樣地達到最大。而在風沙土樣地0～5cm土層，封育15年圍欄內外土壤全氮差值顯著高于封育6年樣地。3討論與結論本研究通過對比不同質地土壤粒徑組成對不同封育年限的響應，發現封育年限會對不同質地的土壤粒徑產生不同的影響，從圍封對灰鈣土土壤粒徑結構改善的效果來看，圍欄內細顆粒增幅為圍封6年>10年>15年。

　　而風沙土土壤顆粒呈現與灰鈣土不同的變化趨勢，土壤細顆粒增幅為圍封15年>6年。在生態系統上灰鈣土與風沙土相比，植物種類多，生態環境較穩定，土壤結皮形成較好，且植被在圍封后高度、蓋度提高[24]，大氣中的粉塵在降塵、降水等過程中更易儲存下來，而風沙土土質疏松，土壤結皮形成緩慢，土壤肥力弱，植被生長緩慢，風蝕作用大，水土易流失。所以在圍封6年中，灰鈣土細顆粒較風沙土積累效果顯著，而風沙土細顆粒含量不僅未有顯著增加，反而低于圍欄外，很可能是偶然性的樣線選擇造成的。圍封15年的灰鈣土圍欄內植被覆蓋度和枯落物的積蓄量都顯著高于圍欄外[25]。

　　在本次研究樣地中，灰鈣土粒徑細化隨著封育年限增加的效果并不顯著。這很可能是灰鈣土隨著封育年限的增加，羊只踩踏減少，土壤結構緊實和固結，風積的黏粉粒進入土壤的量增加不顯著的原因。相似的結論如，張翼等[26]對比分析30年封育草地和放牧草地深層土壤粒徑發現，封育30年的草地土壤中粉粒顯著低于放牧草地。而風沙土隨著圍封年限的增加，植被群落得以恢復，風積等進入風沙土的黏粉粒比風蝕失去的黏粉粒量大，土質得到有效的改善，土壤表層養分增加，土壤顆粒細化，砂粒減少[27]，這與譚明亮等[28]的研究結果一致。綜合結果來看，無論在灰鈣土還是在風沙土上，圍封可以有效使土壤顆粒細化，但不同土質對封育年限的響應不同，圍封的時間尺度應考慮土壤退化狀況和土壤質地的差異性。

　　草原方向論文投稿刊物：《內蒙古草業》創刊于1987年,是由內蒙古自治區草原勘察設計院主辦,內蒙古自治區草原學會協辦的國內外公開發行的綜合性農業學術期刊,是反映內蒙古自治區草原建設和治理開發的刊物之一。