四川石渠高原鼠兔对土壤碳氮含量的影响.pdf

四川动物 Sichuan Journal of Zoology 2023，42（4）：407-413四川石渠高原鼠兔对土壤碳氮含量的影响迪力亚尔 莫合塔尔1，余冰2，杨建1，谭雨1，陈晓娟1，单凯歌1，张太红1，杨孔1*（1.西南民族大学青藏高原研究院，成都610041；2.王朗国家级自然保护区管理局，四川绵阳621000）摘要：利用高原鼠兔Ochotona curzoniae有效洞口数差异划分干扰强度，结合重铬酸钾外加热法、酸水解法和凯式法测定不同高原鼠兔干扰强度下土壤碳氮的含量，研究土壤碳氮含量的变化规律。以四川省甘孜藏族自治州石渠县德荣玛乡试验基地的高原鼠兔为研究对象，以有效洞口数将其干扰强度分为 7 个等级：级（2 536 个/hm2）级（5 812个/hm2）；级干扰强度下的土壤碳氮含量分别为49.25 g kg1和2.41 g kg1，级的为76.02 g kg1和4.94 g kg1，土壤碳氮含量与高原鼠兔干扰强度之间存在显著相关性（P0.05）；随高原鼠兔干扰强度的增加，土壤碳氮含量呈先上升后降低的趋势，并在级干扰强度达到峰值。因此，当有效洞口数超过3 744个/hm2时，需对高原鼠兔种群密度进行科学管理。本研究为石渠县高原鼠兔防治工作的开展提供了理论指导。关键词：高原鼠兔；干扰强度；土壤碳氮；防治中图分类号：Q959.8；Q958.1 文献标志码：A 文章编号：1000-7083（2023）04-0407-07Effects of Plateau Pika on Soil Carbon and Nitrogen Content in Shiqu County,SichuanDILIYAER Mohetaer1，YU Bing2，YANG Jian1，TAN Yu1，CHEN Xiaojuan1，SHAN Kaige1，ZHANG Taihong1，YANG Kong1*（1.Institute of QinghaiTibet Plateau，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China；2.Wanglang National Nature Reserve Administration，Mianyang，Sichuan Province 621000，China）Abstract:In this study，the interference intensity of plateau pika（Ochotona curzoniae）on the variation rule of soil carbon and nitrogen contents in Derongma Township（Shiqu County，Sichuan）was determined by using the density of active burrow entrances of plateau pika to differentiate disturbance intensity，combined with the methods of potassium permanganate digestion，acid hydrolysis，and Kjeldahl.The results showed that the disturbance intensities were divided into 7 levels，ranging from level （2 536 active burrow entrances per ha）to level （5 812 active burrow entrances per ha）.At level，the soil carbon and nitrogen contents were 49.25 g kg1 and 2.41 g kg1，respectively，whereas at level，they were 76.02 gkg1 and 4.94 gkg1，respectively.The soil carbon and nitrogen contents were significantly correlated（P0.05）with the disturbance intensity.As the disturbance intensity increased，there was an initial increase and subsequent decrease in the soil carbon and nitrogen contents，with a peak at level.Therefore，when the density of active burrow entrances exceeded 3 744 per ha，it was necessary to implement scientific management on plateau pika population.This study provides theoretical guidance for the prevention and control of plateau pika in Shiqu County.DOI：10.11984/j.issn.1000-7083.20220393收稿日期：2022-11-09 接受日期：2023-04-25基金项目：四川省国际科技合作与交流项目（2020YFH0107）；四川省留学归国人员择优资助项目；四川省学术和技术带头人培养基金项目；西南民族大学中央高校基本科研业务费（2019XMJXPY07）作者简介：迪力亚尔 莫合塔尔（1994），男，硕士研究生，研究方向：动物生态学，E-mail：*通信作者Corresponding author，教授，主要从事动物生态与保护生物学研究，E-mail：lx-407四川动物 2023 年 第 42 卷 第 4 期Sichuan Journal of Zoology Vol.42 No.4 2023Keywords:Ochotona curzoniae；disturbance intensity；soil carbon and nitrogen；control青藏高原是“世界第三极”（廖克，1996），是全球碳储最丰富的地区之一，碳储量占全球总碳量的2.4%2.6%（张亚峰等，2018），对生态系统的碳源-碳库的平衡起着重要的调节作用（Tang et al.，2006）。高寒草甸作为青藏高原地区最主要的生态系统之一（李林芝等，2023），其土壤碳氮含量是高寒草甸植物生长发育的主要元素（Wang et al.，2020；Pang et al.，2021）。外界干扰会引起高寒草甸土壤碳氮含量发生改变，进而影响草甸的生产力和植物多样性（庞晓攀等，2015）。作为青藏高原关键物种，高原鼠兔 Ochotona curzoniae 的觅食行为会影响地上植被（Sun et al.，2016），其穴居行为会改变微环境并促进生态系统的物质循环（冯峰，2019）。当高原鼠兔干扰强度适宜时，能够提高高寒草甸生态系统地表植被覆盖度、丰富度，以及地下土壤动物数量和种类，对于增加草地生物多样性具有积极影响（陈莹莹等，2022）。随着高原鼠兔干扰强度增加，植物多样性降低，不可食牧草比例增加（孙飞达等，2010；张兴禄，李广，2015），原有优势种群的生态位宽度变小，且形成裸斑土壤斑块（李捷，2022），使高寒草甸土壤碳氮含量发生变化（贾婷婷等，2014）。当高原鼠兔种群密度超过高寒草甸生态系统承受限度，其干扰则会由“适度”转化为“过度”，从而对草原植被和土壤碳氮含量产生破坏性影响（Gao et al.，2010）。高原鼠兔的不同干扰强度对土壤养分具有积极（刘伟等，2010）或消极（Zhou et al.，2018）影响。因此，干扰强度是判断高原鼠兔对青藏高原高寒草甸影响的重要指标之一。目前大尺度范围有关高原鼠兔干扰是否有利于草地土壤养分含量储存，以及高原鼠兔适宜种群密度和防控范围的研究尚无定论。本研究选择四川省甘孜藏族自治州石渠县作为试验样地，通过分析高原鼠兔不同干扰强度对高寒草甸土壤碳氮含量的影响，以及利用多项式拟合方程分析其变化规律，综合讨论石渠县内高原鼠兔的防控阈值，为高原鼠兔防治工作开展提供理论指导。1研究方法1.1试验样地概况石渠县位于青藏高原东南缘川、青、藏三省区交界处，境内平均海拔4 200 m，属大陆性高原寒温带季风气候，年降水量596 mm，平均气温1.6，具有典型的高寒草甸生态系统（邱成，2008），区域内绝大部分为高山草甸，天然草原面积2.14106 hm2，可利用面积1.91106 hm2，鲜草产量2 857.5 kg hm2（刘丽等，2017）。牧草生长期120 d左右，以禾本科 Poaceae、莎草科 Cyperaceae、毛茛科 Ranunculaceae、豆科 Leguminosae、菊科 Asteraceae、蔷薇科 Rosaceae 和蓼科 Polygonaceae 等为建群种或主要优势种，高山嵩草Kobresia pygmaea、四川嵩草Kobresia setchwanens是主要代表植物，草地土壤层薄、再生能力弱（孙飞达等，2018）。石渠县是草原鼠害的重要发生区，主要种类有高原鼠兔、旱獭Marmota himalayana和青海田鼠Neodon fuscus，危害最严重的是高原鼠兔，危害面积可达1.26106 hm2。据石渠县农林局估计，石渠县草场约有15亿只高原鼠兔，有效洞口数高达1 500个/hm2（张绪校等，2019）。1.2实验方法干扰样地选择以现场同时发现高原鼠兔洞口和高原鼠兔出没为标准（金少红等，2017），2021年7月在石渠县德荣玛乡试验基地共设置 19个圆形样地（半径为28 m），使用堵洞盗洞法确定样地有效洞口数，按照有效洞口密度将干扰强度划分为7个等级：级（密度分别为 2 536 个/hm2、3 168个/hm2、3 528个/hm2、3 744个/hm2、4 044个/hm2、5 036个/hm2、5 812个/hm2）。每个干扰强度设置3组平行重复，共计21个标准样地。每个标准样地408迪力亚尔 莫合塔尔等：四川石渠高原鼠兔对土壤碳氮含量的影响采用“W”形布设5个采样点，用土钻取020 cm土样，共收集土样105份。土样去除根系、石块等杂物，在室温下自然风干，研磨后过0.25 mm的尼龙筛。土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）采用重铬酸钾外加热法测定（南京农学院，1980）；全碳（total carbon，TC）使用有机元素分析仪（Elementar，德国）测定；全氮（total nitrogen，TN）采用凯式法测定（张晓霞，吕书记，2018）。酸水解有机碳（acid hydrolyzable organic carbon，AOC）和酸不水解有机碳（recalcitrant carbon pool，RCP）采用 H2SO4酸水解法测定（陈小云等，2011）。通过酸水解法测得的AOC被认为是占SOC 含量 20%左右的活性 SOC，具有很高的灵敏度，可在TC变化之前反映土壤的微小变化，有助于分析碳的转化和动态变化，其在高原鼠兔不同干扰下具有稳定性，因此在指示土壤碳库的有效性和质量方面具有重要意义（赵林林等，2011）。1.3统计分析在SPSS 17.0中利用单因素方差分析法（One-Way ANOVA）分析高原鼠兔干扰对土壤碳氮含量的影响，多项式拟合方程分析不同干扰强度对土壤碳氮含量的影响。图片制作使用 Origin 2021。显著性水平设置为=0.05。2结果2.1不同高原鼠兔干扰强度下的土壤碳氮含量根据土样分析结果，级干扰强度下的 TC、TN、SOC、AOC 和 RCP 的含量分别为 49.25 g kg1、2.41 g kg1、38.82 g kg1、9.73 g kg1和29.09 g kg1；级干扰强度下的各指标均达到峰值（图1）。2.2不同高原鼠兔干扰强度下的土壤碳氮含量变化规律多项式拟合方程发现，不同高原鼠兔干扰强度与土壤碳氮含量之间具有显著相关性：随着干扰强度的增加，土壤的TC、TN、SOC、AOC和RCP含量呈先增加后减少的变化趋势，在级干扰强度下均达到峰值（图2）。拟合干扰极值结果显示，土壤的 TC、TN 和SOC含量的拟合干扰极值出现在级干扰强度，RCP和AOC含量的拟合极大值出现在级干扰强度，而前者的拟合极小值出现在级，后者的出现在级。在级和级干扰强度下，土壤的AOC、RCP 含量分别占 SOC 含量的 25.06%、74.94%和21.68%、78.32%（图3）。3讨论3.1高原鼠兔对土壤干扰强度的等级划分石渠县的高原鼠兔危害面积达1.26106 hm2，鼠荒地面积为7.63105 hm2，是高原鼠兔灾害发生的重点区域（张绪校等，2019）。根呷羊批等（2022）在若尔盖县依据高原鼠兔有效洞口数差异进行干扰强度等级划分，划分为4个等级。本研究根据石渠县鼠害问题的严重性，将干扰强度划分为7级，通过精细划分高原鼠兔种群密度跨度，扩大鼠害研究范围。3.2不同高原鼠兔干扰强度对土壤碳氮含量的影响本研究中高原鼠兔干扰显著影响土壤的TC、TN和SOC含量。高原鼠兔通过增加未食食物和植物凋落物的沉积速率（Zhang et al.，2016；Pang et al.，2020），以及排泄尿液和粪便来增加土壤碳氮的输入（Yu et al.，2017；Liu et al.，2019），这与高原鼠兔洞口密度对高山嵩草草甸土壤主要养分含量的影响研究结果趋势相似（张雯娜等，2018）。通过酸水解法获得的残余物被认为是土壤中化学稳定的、周转较慢的碳库（Huo et al.，2022）。土壤碳汇可以分成2个：第1个碳汇为AOC，主要包括来自植物或微生物的非纤维素多糖和来自植物的纤维素；第2个碳汇为RCP，主要指不能被酸水解的物质，这些物质很难被土壤微生物降解，包括脂肪、蜡质、软木脂、树脂和木质素（Oades et al.，1970）。本研究中高原鼠兔干扰显著影响土壤的AOC与RCP的含量，说明适宜的高原鼠兔扰动可以提高土壤的SOC含量。409四川动物 2023 年 第 42 卷 第 4 期Sichuan Journal of Zoology Vol.42 No.4 2023图1不同高原鼠兔干扰强度下的土壤碳氮含量Fig.1Soil carbon and nitrogen contents under different disturbance intensities of plateau pika不同字母表示组间差异显著（P0.05）Different letters indicate there is a significant difference between groups（P0.05）410迪力亚尔 莫合塔尔等：四川石渠高原鼠兔对土壤碳氮含量的影响3.3不同高原鼠兔干扰强度下的土壤碳氮含量变化规律多项式拟合发现，随着高原鼠兔干扰强度的增加，土壤碳氮含量均呈先上升后下降的趋势，土壤碳氮含量的峰值与拟合干扰极值出现在级，这一趋势与Guo等（2012）的研究结果一致，但是峰值存在差异，青海省玛沁县内高原鼠兔种群密度为 160864个/hm2，随高原鼠兔干扰强度增加，土壤碳氮含量呈先上升后下降趋势，峰值出现在544个/hm2。岳方正等（2022）在草原有害生物防治指标制定中提到，高原鼠兔防治指标为有效洞口数 180个/hm2。由此说明防治指标的制定需要因地制宜，当高原鼠兔干扰增加土壤碳氮含量，是否超过峰值再进行防治，是未来需要考虑因地而异图2高原鼠兔不同干扰强度下土壤碳氮含量的多项式拟合分析Fig.2Soil carbon and nitrogen contents under different disturbance intensities of plateau pikabased on polynomial fitting analysis411四川动物 2023 年 第 42 卷 第 4 期Sichuan Journal of Zoology Vol.42 No.4 2023进行高原鼠兔精准防治工作的重点。本研究发现，高原鼠兔干扰会改变SOC，但未对 AOC 与 RCP 的碳占比产生显著影响。赵天启（2022）的研究结果表明，随着放牧强度增加，AOC占比减少，而RCP占比增加，这是因为家畜的践踏行为会增加土壤容重，导致RCP被封闭在土壤中，而AOC因易分解和转化而被消耗。本研究发现，高原鼠兔对土壤的SOC占比没有显著影响，推测高原鼠兔对SOC影响是整体含量的变化，不消耗土壤的SOC组分，从而对SOC占比无显著影响。4结论本研究通过划分7个等级的干扰强度，分析石渠县高原鼠兔不同干扰强度对土壤碳氮含量的影响以及变化规律，结果表明高原鼠兔干扰强度达到级（有效洞口数3 744个/hm2）时需进行鼠兔防治，必要时可进行化学药物防治。可以将AOC和RCP作为高原鼠兔干扰对 SOC影响的指标，监测土壤质量。本研究的结果是以高原鼠兔有效洞口数为基准，后续研究中需考虑，在不同气候条件和植被类型时，增加相似的高原鼠兔密度干扰对土壤碳氮的影响。参考文献:陈小云，郭菊花，刘满强，等.2011.施肥对红壤性水稻土有机碳活性和难降解性组分的影响 J.土壤学报，48（1）：125-131.陈莹莹，李捷，周俗，等.2022.高原鼠兔影响高寒草甸生态系统服务价值的评价方法 J.草业科学，39（1）：187-201.冯峰.2019.高原鼠兔种群密度与植被及土壤的关系 D.南京：南京大学.根呷羊批，周俗，杨孔，等.2022.若尔盖县不同退化程度草地植物群落特征及土壤理化性质 J.西南民族大学学报（自然科学版），48（4）：369-378.贾婷婷，毛亮，郭正刚.2014.高原鼠兔有效洞穴密度对青藏高原高寒草甸群落植物生态位的影响 J.生态学报，34（4）：869-877.金少红，刘彤，庞晓攀，等.2017.高原鼠兔干扰对青海湖流域高山嵩草草甸植物多样性及地上生物量的影响J.草业学报，26（5）：29-39.李捷.2022.高寒草甸植物多样性对高原鼠兔干扰的响应 D.兰州：兰州大学.李林芝，马源，张小燕，等.2023.不同退化程度高寒草甸土壤团聚体及其有机碳分布特征 J.草地学报，31（1）：210-219.廖克.1996.青藏高原地图集“世界第三极”地球信息科学的高度结晶 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