1、人为干扰及海拔梯度对武功山山地草甸生物量及土壤养分的影响提纲研究背景目的和意义材料与方法结果与分析结论与讨论草地草地森林森林三大三大“碳库碳库”海洋海洋u草地是我国陆地面积最大的生态系统类型u南方地区草地面积占全国草地总面积的12%,分布零星。（中国数字科技馆）1 研究背景背景背景1 1u江西省山岳型草甸面积广阔江西省其江西省其他土地他土地73%江西省草江西省草地面积地面积27%图图-2草地面积占全省土地面积比草地面积占全省土地面积比南方其他南方其他地区草地地区草地面积面积86%江西省草江西省草地面积地面积14%图图-1江西省草地面积占南方草地面积比江西省草地面积占南方草地面积比山地丘陵草丛草
2、山地丘陵草丛草地地33%疏林草地疏林草地32%山地丘陵灌木草山地丘陵灌木草地地16%低地草甸低地草甸7%零星草地零星草地12%图图-3 江西省草地类型面积占比江西省草地类型面积占比u天然草地植被是地球陆地表面最大的绿色植被层，是陆地生态系统的重要组成部分。u生物量对生态系统功能和机构的形成具有非常重要的作用，是生态系统的功能指标和获取能量能力的集中表现。背景背景2 2u土壤有机质(soil organic matter,SOM)是土壤的重要组成部分，是植物的养分来源养分来源和土壤微生物生命活动的能量来源能量来源。u土壤酸碱度对土壤有机质周转土壤有机质周转有着十分重要的影响。u土壤养分是土壤提供
3、的植物生长所必须的营养元素，土壤速效氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)养分是作物生长发育所必需的三大基本元素直接来源；u海拔高度是影响作物布局及其生长发育的重要生态因素，对土壤中各种养分的含量具有明显的影响。u近些年来，因为人为和自然因素的影响，草地退化十分严重，目前我国草地的90%以上处于不同程度的退化之中。u江西江西武功山位于吉安市安福县和萍乡市武功山位于吉安市安福县和萍乡市境内，介于东经境内，介于东经114 10-114 17 和和北纬北纬27 25-27 35 之间，属罗霄山之间，属罗霄山脉北段，绵延脉北段，绵延120公里，总面积公里，总面积260余余km2，堪称中国一绝，在如
4、此高的海拔，堪称中国一绝，在如此高的海拔，背景背景3 3生长生长着如此大面积的高山草甸，在中国着如此大面积的高山草甸，在中国乃至世界同纬乃至世界同纬度范围内十分罕见。度范围内十分罕见。u发展历史 上世纪90年代至本世纪初，武功山地方农业部门和农户实施了较大规模的山地草场开发，主要发展以牛羊为主的草食性畜牧经济，一度造成大面积天然草甸群落的近毁灭性破坏。2005年成功申报为国家重点风景名胜区。2008年武功山以来每年举办一次国际帐篷节。众多的“驴友”扎营于山地草甸植被之上，对山地草甸造成毁灭性损毁。“干 扰”植被覆盖度不同程度不同无无干扰草甸干扰草甸轻度干扰草甸中度干扰草甸重度干扰草甸草甸2 研
5、究目的和意义 本研究以南方典型山地草甸土为基础，研究武功山不同海拔和干扰因素对草甸生物量、有机质、生物量、有机质、pHpH及速效及速效养分养分的影响，分析彼此间的作用关系，揭示干扰情况下植被生长及土壤养分分布规律，拓展并丰富草地研究的实践内容，为草地土壤退化问题的解决作出理论支撑。3 材料与方法试验设计样品采集分析数据分析发云界发云界试验区试验区九龙山九龙山试验区试验区金金 顶顶试验区试验区300m1600m1900m主风景区CK轻轻中中重重1900m样地样地样地样地游步道区CK1850m样地1800m样地1750m样地1700m样地1650m样地1600m样地样地退化程度处理样地退化程度处理
6、干扰处理植被覆盖度重度退化0-30%中度退化30%-60%轻度退化60%-90%无退化（CK）90%-100%样品采集与测定方法u植物样品：草甸生物量测定方法：在每个样地内随机选取1个1m2区域，在该区域内采集草甸地上植株和地下根系（深度30cm），迅速用用塑料袋装好并编号，拿回实验室进行称重处理，先称量样本初重，称好将样本用牛皮纸包裹好，放入105烘箱，烘干至恒重，然后取出称干重（g），将数据记录在试验记录本。u土壤样品：每个样方内采用沿对角线5点采样，每个采样点的土壤包括两层，深度依次为上层（0-20cm）和下层（20-40cm）的土样，混合均匀后，装入自封袋，带回实验室自然风干处理，拣去
7、动植物残体和石块，用木棍粉碎，全部过2mm筛孔供实验测定。样品采集与测定方法 样地内土壤分层(0-20cm和20-40cm)对角线五点采样，将这五个样点取的土壤同层混匀后用四分法取出约500g土壤装袋，带回实验室挑出细根、岩石矿物颗粒及可见土壤动物等，风干、磨碎、过1mm孔径土壤筛制成样品粉末进行标号测验。有机质（OM）、土壤pH、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）等指标采用土壤养分系统研究法（ASI法）测定。数据处理 应用Microsoft Office 2013和SPSS21.0进行数据统计分析，用SigmaPlot12.5进行图形绘制。4.结果与分析 4.1武功山山地草甸土壤
8、养分总体特征 4.2海拔高度对山地草甸生物量及土壤养分含量的影响 4.3干扰程度对山地草甸生物量及土壤养分含量的影响 4.4山地草甸生物量、土壤养分分含量相关性分析4.1武功山山地草甸土壤养分总体特征 表 1 武功山草甸土壤pH、有机质及有效性养分概况 Table.1 Soil pH,Mountain meadow organic matter and nutrient availability指标指标全距全距极小值极小值极大值极大值均值均值标准差标准差变异系数（变异系数（%）pH0.974.055.024.560.153.40%OM/(%)4.511.185.693.111.0433.38%
9、AN/(mg/L)72.316.288.538.9614.2536.59%AP/(mg/L)16.2016.25.013.3967.65%AK/(mg/L)85.418.7104.146.7915.0532.17%武功山草甸土壤武功山草甸土壤pHpH总体呈强酸性；有机质（总体呈强酸性；有机质（OMOM）含量较）含量较丰富丰富，二，二级水平；土壤速效氮（级水平；土壤速效氮（ANAN）含量）含量中等中等；速效磷（；速效磷（APAP）含量）含量较低较低；速效钾（速效钾（AKAK）含量）含量较低较低；pHpH呈呈弱变异性弱变异性，其他养分含量均为中等，其他养分含量均为中等变异程度，总体来看，该区土壤养
10、分含量变异程度，总体来看，该区土壤养分含量相对均一相对均一。4.2海拔高度对山地草甸生物量及土壤养分含量的影响 图1 不同海拔高度山地草甸分布 Fig.1 Mountain meadow biomass of different altitude level 研究结果表明（图1）不同海拔高度对山地草甸地上(F6,14=6.021，P=0.003)、地下（F6,14=3.842，P=0.018)生物量均有显著影响。注：大写字母代表不同海拔同一土层深度土壤养分含量差异；小写字母代表同一海拔高度不同土层深度间土壤养分含量差异性。Note:The capital letters represent d
11、ifferent soil nutrient contents in the same soil layer of difference altitudes;and lowercase letters represent different soil nutrient content in the different soil layers same altitudes.图2 不同海拔及不同土层山地草甸土壤pH含量分布 Fig.2 Variation of pH in different altitudes of mountain meadow soil 海拔 Altitude/m 不同海拔之
12、间土壤pH差异不显著（上层：F6，14=0.877,P=0.536；下层：F6，14=0.506，P=0.749，顺序下同)，从分布情况来看，在海拔1750m时土壤上下层土壤pH值达到最大，除1600m海拔外，不同土层间的pH值无明显差异。注：大写字母代表不同海拔同一土层深度土壤养分含量差异；小写字母代表同一海拔高度不同土层深度间土壤养分含量差异性。Note:The capital letters represent different soil nutrient contents in the same soil layer of difference altitudes;and lower
13、case letters represent different soil nutrient content in the different soil layers same altitudes.图3 不同海拔及不同土层山地草甸土壤OM含量分布 Fig.3 Variation of OM in different altitudes of mountain meadow soil nutrients海拔 Altitude/m 土壤OM含量是评价土壤肥力的一项重要指标，不同海拔高度土壤表层OM含量高于深土层土，总体来看，海拔高度对土壤OM含量有极显著影响（F6，14=4.842,P=0.007
14、，F6，14=7.155,P=0.001），随海拔升高土壤OM含量增加，最高含量出现在1750m，而不同土层深度的OM含量差异不显著。图4 不同海拔及不同土层山地草甸土壤AN含量分布 Fig.4 Variation of AN in different altitudes of mountain meadow soil nutrients海拔 Altitude/m 不同海拔间上层土壤AN具有极显著差异（F6，14=3.152,P=0.036），海拔对下层土壤AN含量也具有一定的影响（F6，14=2.176，P=0.108），除最高海拔处（1900m）和最低海拔处（1600m）外，其他海拔AN含
15、量分布趋势为先升高，到1800m达到最高值，而后降低，1850m和1650m，AN含量无显著差异，而不同土层AN含量差异明显。海拔 Altitude/m 图5 不同海拔及不同土层山地草甸土壤AP含量分布 Fig.5 Variation of AP in different altitudes of mountain meadow soil nutrients 不同海拔高度对上层土壤AP的含量也具有一定的影响（F6，14=2.076,P=0.122），对下层土壤AP含量作用更明显（F6，14=4.072，P=0.014），主要的差异出现在1650m和1800m,从图中可以看出，分布趋势和AN相似
16、，不同土层之间的AP含量无明显差异。海拔 Altitude/m 图6 不同海拔及不同土层山地草甸土壤AK含量分布 Fig.6 Variation of AK in different altitudes of mountain meadow soil nutrients AK的含量依旧随海拔升高呈现先增高然后减低的趋势，不同海拔含量差异极显著（F6，14=5.232,P=0.005，F6，14=8.949，P=0.000），不同土层土壤AK含量差异明显。小结 总体而言，生物量总体趋势随着海拔升高而降低，说明海拔差异引起的水热条件是影响地上生物量的关键因子。武功山山地草甸土壤速效养分在不同海拔高
17、度的含量具有相似的分布趋势，总体上呈现“W”型分布，如果除去最高海拔点和最低海拔点外，其他海拔的速效养分含量呈现倒“U”型的分布特征，这与王恩武（2013）、德科加（2013）、胡宗达（2012）等针对不同山体不同海拔的养分指标分布特征相近。u 武功山也有其自身的特殊性，在草甸分布的最高点和最低点，是游人的集中汇集区域，游人多在此驻足，或在此搭帐篷住宿，可能带来大量外部物质，因此养分含量多。u 中海拔地区养分含量较高的原因，一方面可能是相对于低海拔区域，随着海拔升高，有机质分解减缓，有利于养分积累；另一方面，相对于高海拔区域，中海拔区域作为高海拔地区在降雨作用下的水土流失缓存区，水分条件更好，
18、养分积累因而也更多。4.3不同干扰程度对山地草甸土壤养分含量的影响 图7 不同干扰程度山地草甸生物量分布特征 Fig.7 Mountain meadow biomass of different disturbance level 不同干扰程度下山地草甸地上生物量分布为CK（116.53g/m2）SLD（111.16g/m2）MD（74.17g/m2），随着干扰程度的加重，地上生物量逐步减少。不同干扰程度草甸地下总生物量的变化趋势同地上总生物量的变化趋势相反，随着干扰程度的加重，地下生物量反而有所增加，MD（220.16g/m2）SLD（185.69g/m2）CK（184.01g/m2。注：大
19、写字母代表不同干扰程度同一土层深度土壤养分含量差异性，小写字母代表同一干扰程度不同土层深度土壤养分含量差异性。Note:The capital letters represent different soil nutrient contents in the same soil layer of difference disturbance levels;and lowercase letters represent different soil nutrient content in the different soil layers same disturbance levels.4.3不
20、同干扰程度对山地草甸土壤养分含量的影响 图8 不同干扰程度不同土层草甸土壤对pH的影响 Fig.8 Effect of pH in different degree of interference and meadow soil干扰程度 Disturbance level 不同干扰程度对山地草甸上、下层土壤pH具有极显著影响（F3，8=10.967，P=0.003；F3，8=8.666，P=0.007），同一干扰水平不同土层间土壤pH无显著性差异；随着干扰程度的加重，土壤酸性逐步增强。注：大写字母代表不同干扰程度同一土层深度土壤养分含量差异性，小写字母代表同一干扰程度不同土层深度土壤养分含量差
21、异性。Note:The capital letters represent different soil nutrient contents in the same soil layer of difference disturbance levels;and lowercase letters represent different soil nutrient content in the different soil layers same disturbance levels.图9 不同干扰程度不同土层草甸土壤OM的影响 Fig.9 Effect of OM in different d
22、egree of interference of meadow soil干扰程度 Disturbance level 干扰对表层土壤OM有一定的影响，但不显著，对下层土壤则没有明显的影响（F3，8=0.2.145，P=0.142；F3，8=0.707，P=0.574），不同土层间OM含量初始存在差异，随着干扰程度的增强，上下层土壤OM含量差异减小。从具体数值来看，轻度的干扰会使表层土壤OM含量降低，随着干扰的增强，OM含量有所增加，而下层土壤的OM含量因干扰而减少。图10 不同干扰程度不同土层草甸土壤AN的影响 Fig.10 Effect of AN in different degree o
23、f interference of meadow soil干扰程度 Disturbance level 不同干扰对上、下层土壤AN含量也没有明显的影响（F3，8=0.785，P=0.535，F3，8=0.150，P=0.927）；图11不同干扰程度不同土层草甸土壤的AP的影响 Fig.11 Effect of AP in different degree of interference of meadow soil干扰程度 Disturbance level 对上层土壤AP含量有相对显著的影响（F3，8=3.563，P=0.067），对下层土壤AP含量影响则不显著（F3，8=0.312，P=0
24、.816）；从具体各处理的数据分布来看，AN、AP对干扰有着相同的响应，轻度干扰下含量迅速降低，随干扰增强，含量逐渐曾加。图12 不同干扰程度不同土层草甸土壤AK的影响 Fig.12 Effect of AK in different degree of interference of meadow soil干扰程度 Disturbance level 不同干扰间相同土层的AK含量无统计差异（F3，8=0.193，P=0.898，F3，8=0.519，P=0.681），不同土层在CK区域草甸土壤AK含量有差异，随着干扰的增强，不同土层差异减小。小结 从草甸地上与地下生物量的差异性也可以看出，在
25、高海拔处，地上生物量总体小于地下根系生物量，且随着干扰程度的加重，地上与地下生物量的差异明显加大。天然草甸地下与地上生物量比值(根冠比)反映了分配给地下部的光合产物比例，是群落或生态系统的重要参数之一。不同干扰程度草地根冠比差异较大，依次为MD(2.97)(1.67)CK(1.58)。u总体来看，在干扰初期养分含量响应最大，表现为数值比CK区域减小，随着干扰程度的增强，在重度干扰区域内，植被覆盖度很低，土壤几乎失去了养分归还的直接植被来源，但是土壤各养分含量均逐渐增加；u说明草甸土壤各养分指标对干扰有响应，干扰初期破坏了植被生长的正常环境，因而使土壤养分含量减低；随着干扰程度的加重，游人带来的
26、外界物质增多，因此增加了土壤养分含量。表表3山地草甸生物量与土壤养分的相关系数山地草甸生物量与土壤养分的相关系数Table 3 Coefficients between plant biomass and soil nutrients 生物量pHOMANAPAK生物量1 pH-.0211 OM.007-.1481 AN.079-.174.561*1 AP.019-.361*.605*.720*1AK-.327*.256*.395*.617*.517*1*表示差异达到显著水平表示差异达到显著水平(P0.05),*表示差异为极显著水平表示差异为极显著水平(P0.01)。*Correlation i
27、s significant at the P0.05 level(2-tailed)；*Correlation is significant at the P0.05 level(2-tailed).4.4 山地草甸生物量与土壤养分的关系分析 植被生物量对土壤有机质、速效氮、速效磷具有正效应，而对土壤pH及土壤速效钾具有负效应，但是总体的相关性不强，这可能是因为该区域土壤质量均相对较好，养分较为充足，所以相关性不是特别显著。但草甸生物量与速效钾显著负相关。经过线性回归分析，得出生物量与速效钾的回归模型Y=279.484-2.134X，R2=0.07，回归系数的显著性水平Sig.=0.029，速
28、效钾含量对生物量有一定程度的影响。5.结论与讨论 随着随着干扰程度的加重，地上生物量逐步减少，地下总生物干扰程度的加重，地上生物量逐步减少，地下总生物量的变化趋势同地上总生物量的变化趋势相反，反而有所量的变化趋势同地上总生物量的变化趋势相反，反而有所增加。增加。这主要源于在人为干扰条件下，地上植被生物量收到抑制，而大量游客的到来会带来很多有机质与不同的养分元素，在干扰效应的作用及养分供给双重作用下，植被地下根系反而更加的粗壮。海拔高度海拔高度是影响草甸生物量的关键因子。是影响草甸生物量的关键因子。但是总体来看，对地上生物量的作用更明显，随着海拔升高，草甸单位面积生物量总体呈降低趋势；地下生物量
29、则可能与地形因素有较大的关系。在武功山草甸分布区，土壤呈酸性或强酸性在武功山草甸分布区，土壤呈酸性或强酸性。不同区域pH值呈弱变异，OM、AN、AP、AK等呈中度变异，其中AP含量的变异系数较大。海拔是影响土壤速效养分指标的重要海拔是影响土壤速效养分指标的重要因素因素。特别对OM、AN、AP的关系更为显著，各养分含量随海拔升高总体呈“W”型分布，这可能是游人在草甸分布起点及高海拔区域的集中行为及不同海拔的温度状况，结合水流的冲汇等因素共同作用的结果。干扰对不同养分指标有一定程度的影响，与干扰对不同养分指标有一定程度的影响，与pHpH、AKAK的关系的关系更为更为显著显著。随着外界人员对山地草甸
30、干扰程度的增强，人们带来的外界物质弥补土壤养分本身的流失，使土壤速效养分含量随干扰程度的加重而增多。草甸生物量与土壤有机质、速效氮、速效磷具有正相关性，草甸生物量与土壤有机质、速效氮、速效磷具有正相关性，与土壤与土壤pHpH负相关，而与速效钾显著负相关。负相关，而与速效钾显著负相关。说明钾元素可能是影响草甸区域的关键因子，在进行山地草甸植被恢复过程中可以作为一项调控手段。不同速效养分不同速效养分ANAN、APAP、AKAK间呈正相关关系，间呈正相关关系，说明养分元素对外界环境具有相似的响应规律。u武功山地区作为中国南方地区规模较大的连续型亚热带山地草甸分布区域，如何能够在满足人们旅游、观赏及区域内居民生活需要的同时，实现草甸生态环境的良性循环，达到可持续发展的状态则是接下来要解决的关键问题。
