) influenced herbaceous biomass, whereas pH, K, Na, % sand, and % clay, N, and SOM had a negative relationship with herbaceous biomass (). Herbaceous biomass in the thickets/shrublands was negatively influenced by P, Ca, and Mg and % clay and positively by N and % silt (). Only N and SOM were significant determinants of herbaceous biomass in the woodlands (). The low level of soil nutrients observed in this study reveals the fragility of semiarid soils, indicating the need for sustainable landscape management."> 土地覆盖和土壤性质影响饲料数量在东非在半干旱地区 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果
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应用和环境土壤学
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应用和环境土壤学/2019年/文章

研究文章|开放获取

体积 2019年 |文章的ID 6874268 | https://doi.org/10.1155/2019/6874268

安东尼•Egeru Oliver Wasonga Geofrey Gabiri,拉班MacOpiyo,约翰•Mburu杰克逊吉尔伯特Mwanjalolo Majaliwa, ”土地覆盖和土壤性质影响饲料数量在东非在半干旱地区”,应用和环境土壤学, 卷。2019年, 文章的ID6874268, 15 页面, 2019年。 https://doi.org/10.1155/2019/6874268

土地覆盖和土壤性质影响饲料数量在东非在半干旱地区

安东尼Egeru,1 奥利弗Wasonga,2 Geofrey Gabiri,3 拉班MacOpiyo,2 约翰Mburu,4 和 杰克逊吉尔伯特Mwanjalolo Majaliwa5

1Makerere大学环境管理部门,邮政信箱7062,坎帕拉乌干达

2土地资源管理系和农业技术,内罗毕大学邮政信箱29053 - 00625年,肯尼亚内罗毕

3波恩大学Regina-Pacis-Weg 3, 53113年德国波恩

4内罗毕大学农业经济学,内罗毕,邮政信箱29053 - 00625年,肯尼亚内罗毕

5地理系、Geo-informatics和气候科学、Makerere大学,邮政信箱7062,乌干达首都坎帕拉

学术编辑器:克劳迪奥·Cocozza
收到了 2018年8月15日
修改后的 2018年11月13日
接受 2018年11月25日
发表 08年4月2019年

文摘

土壤特性有助于得到广泛认可的弹性半干旱地区。然而,有限的注意力已提供科学依据的半干旱土壤属性在不同的土地覆盖如何发生,以及他们如何影响饲料量。本研究调查不同土壤特性的影响和土地覆盖类型的草本生物质数量卡拉莫贾地区次区域乌干达。一个完全随机设计三种土地覆盖类型(灌丛,灌丛带,林地和草原)实施。在每一个植被类型,50×40 m情节与嵌套块划定促进草本层的剪切。复合土样在两个深度(0-15厘米,15 - 30厘米)从每个情节了。结果表明,土壤性质不同土地覆盖类型。土壤pH值介于6.9和8.1之间,SOM, N, P, K在所有土地覆盖类型普遍偏低。土壤水力特性揭示了存在的快速快速渗透在灌木丛/灌木地,草地和林地。土壤特性变化百分比(0-15厘米,15 - 30厘米)是最高的P,钙、镁、钠和SOM。 In the grasslands, P positively ( )草本生物量的影响,而pH值,K, Na, %, %粘土,N, SOM与草本生物量(负相关关系 )。草本生物量在灌木丛/灌木地负面影响了P, Ca、Mg和%粘土和N和%淤泥(积极 )。只有N和SOM在林地(草本生物量的重要决定因素 )。低水平的土壤养分在这项研究揭示了脆弱的半干旱土壤,表明可持续景观管理的必要性。

1。介绍

土地中扮演一个重要的角色在提供食物和水安全,构建应对气候变化。它进一步有助于减缓气候变化,通过碳封存和帮助来满足能源需求(1]。然而,土地退化和其表现已成为国际社会面临的严峻挑战。退化危害生计和环境健康,引发连锁效应的流行疾病对植物,动物,和人类。这些影响随后扰乱人类的福利和健康的负面影响粮食生产和可持续发展2- - - - - -4]。联合国防治荒漠化公约》(UNCCD)表示,世界正面临着一个“完美风暴”,与一些巨大的问题集中在土地问题。穷人的生存在很大程度上取决于土地,在这个全球挑战风暴的中心。然而,他们能力有限解决封送“风暴”云(5]。几项研究[3,6- - - - - -9]分析了土地退化的原因与生物物理的升值过程结合人为司机发生在不同时空尺度上。原因通常范围从个人土地使用者的水平,管理实践的可能是破坏性的,剥削,目光短浅或疏忽,政策层面的土地使用和管理跨大(行政)区域治理和可能考虑不周,不公平,歧视性的和/或简单地无效(3,10]。

尽管持续退化话语,土壤特性还有助于得到广泛认可的弹性半干旱牧场,因为他们提供一定的柔韧性,防止任何生态竞争优势的转变11]。例如,高液压导率与半干旱土壤促进快速水动表土和底土,从而减少直接蒸发损失,往往局限于上层50厘米土层(12]。这种模式在半干旱土壤导致高水分利用效率由于降雨事件的加速渗透,快速流动的水除了表层土,和表层土壤的植物迅速吸收水11]。土壤特性是受人类影响的使用和滥用的土壤;这很容易干扰相关的弹性的半干旱土壤退化(13]。在研究苏丹Gadarif北部地区,土地利用/覆盖变化有显著影响土壤物理和化学性质导致土地退化(14]。研究土壤属性由于土地利用/覆盖变化管理理解土地退化过程至关重要,在半干旱地区可持续利用和资源动态。半干旱资源动态,特别是饲料和水,是至关重要的维持田园和agropastoral生计直接影响畜牧业生产,一个关键的粮食安全控股(15]。

像其他牧民在东非和非洲之角,比如博洛南部族的人,就16],远处[17],马赛[18],Orma [19]依赖本地和天然牧场喂养牲畜,Karamojong也不例外。在这些地方,草本植物和木本植物提供大量的饲料对动物(16]。饲料在这些领域的可用性取决于之间的复杂的关系和生态系统之间的交互组件包括:土壤、水、植物、气候、和动物(20.]。全面了解社会、生态和经济的可持续性牧场取决于充分认识这些生态系统条件及其对forage-including草本生产力的影响。牧场草本饲料不同可用性和生产在风景。这本身没有得到明智的调查(21]。与此同时,在田园卡拉莫贾地区,牧场状态被牧民的植物生长考虑三个发展阶段:早期再生发生最初的降雨淋浴后不久,草的成熟和开花阶段,站在干燥的干草(19]。

卡拉莫贾地区牧民了解土壤的重要作用和景观对牲畜放牧和管理施加控制植被动力学。Matheniko的分类,例如,知道“热”与“热”和“冷”土壤土壤被不良晚上牛牛栏。Karamojong也观察到的风景往往是严重擦伤了黑土景观相比差异引起的土地覆盖类型以及草本物种(19]。然而,这些观点只是基于传统生态知识,因此缺乏科学的解释。在其他牧场等领域在贝宁、饲料种类宽容已观察到低土壤肥力。豆类已观察到生长在砂质粘土土壤与土壤介质变形(更好的性能22]。相比之下,(23)确定氮(N)、磷(P),钾(K)和土壤pH值为四个主要组件重要的饲料生产。Karltun et al。24)显示高氮之间的正相关和生物质生产在埃塞俄比亚。此外,果汁等。25]建立丰富,物种组成和养分含量的植被影响阳离子的浓度和土壤养分供应的变化。在三年的研究在森林和流域生态系统在宾夕法尼亚州,Pabian et al。26]建立饲料生物可用性呈正相关土壤pH值、钙和镁。

一些研究人员(17,27]试图牧场状态的详细调查。大量的这些研究都集中在牧场条件,重点对理解“牧场退化”[28,29日]。更少的研究集中在草地生产力;一个著名的例子是(30.)解决原始林区侵占草地生产力的影响。传感器(31日]讨论了气候对牧场饲料生产的作用。放牧和践踏饲料效率的影响也引起了一些关注(32]。此外,其他人则集中在服务员的影响土地利用(33)和相关的实践,比如放牧(34)、火、牧场和栽培对土壤属性(28]。因此,土壤特性的理解有助于得到广泛认可的弹性半干旱牧场一直被忽视(11]。目前迫切需要调查土地管理及其修改如何影响土壤和土壤性质的牧场,肯定人如何“破坏性的代理”的牧场。大多数这些研究的缺失环节一直在半干旱土壤属性的科学依据不同的土地覆盖类型以及它们如何影响半干旱饲料生产。弥合这一知识差距是很重要的,在半干旱的非洲东部地区传统上被认为是“荒地”[35)的居民生活在一个“混乱”状态36),其环境和实践超出开发(37]。因此本研究确定不同土地覆盖类型和土壤属性的影响饲料数量在东非的半干旱地区卡拉莫贾地区。

2。材料和方法

2.1。研究区域

本研究是在卡拉莫贾地区进行次区域位于北乌干达东部(图1)。卡拉莫贾地区次区域Karamojong人占领的卡拉莫贾地区集群的一部分,更大的非洲之角(GHA)。是半干旱地区变量从每年500 - 1000毫米降雨量和差分布。降雨的特征通常是风暴,建立在下午十三至十八的速度在该地区与风暴直径32 km / h和48公里从而产生强烈的降雨高达25毫米/小时(38,39]。降雨这种模式并不奇怪因为高温和相关的土壤水分蒸发蒸腾损失总量平均28°c33°C的最小和最大温度和年度潜在蒸发(PET) 1800 - 2200毫米/年,分别是(18,40,41]。区是由C4草本植物的特点是金合欢/ cymbogon themeda复杂(42]。因此,次区域通常是一个稀树大草原生态系统是由正在,林地和灌丛/灌木地(43]。地质、卡拉莫贾地区由平原和孤立的火山高地包括Moroto山,苏利亚山,山Kadam, Iriiri山,山Labwor和其他一系列的孤山(如Kogwele, Kanamerinjor, Katipus, Morutit, Kapernakori Kotido区和Koromwae Napakgngaran, Turusuk, Nyanga,领主,怒不可遏,Kolung, Nakithilet Kotido-Kaabong山)。条件的土壤来源于前寒武纪基底复杂。卡拉莫贾地区通常由西部碳酸盐岩与深入剖析聚集,凝灰岩和硅不饱和流的熔岩覆盖前寒武纪基底。次区域的平原和山谷的土壤是由深灰色深棕色钙质粘土的引人注目的极端粘性湿和干燥时收缩(倾向于形成大型深裂缝当干)。这些粘土派生存款从风和水(44]。卡拉莫贾地区北部的土壤是铁质热带土壤的一部分自由排水和弱发达石质土。卡拉莫贾地区的土壤一般以黑色开裂粘土粮农组织列为下变性土土壤分类方案(45]。


图1
卡拉莫贾地区次区域的地理位置。
2.2。与当地利益相关者协商

从事饲料量化运动之前,一个previsit次区域进行。previsit期间,一个练习来确定饲料监测站点进行了长老,青春,童子军,牧民们在该地区的土地覆盖类型的详细知识。确定了三种土地覆盖类型包括:草原、丛林/灌木地,草原林地。这些土地覆盖是通过协商讨论,确定与植被生长形式土地覆盖类型。当地的利益相关者还发现了三个植被的生长形式。首先是eparat echalichal描述了早期再生后早期和最初的降雨。这是表示发生在2月下旬到4月上旬取决于降雨出现的时机。第二个是akelebat / ekelebat / kelebat它描述了草本植物花和成熟的时期。这是表示发生在几个月的6月和7月之间。三是athakan它描述了站在干燥的干草,表示之间经常发生10月和11月的月。为了证实增长形式和时间由当地的利益相关者,长期每月的归一化植被指数(NDVI)数据被利用。美国国家海洋和大气Administration-Advance高分辨率辐射计(NOAA-AVHRR, 1981 - 2008),中分辨率成像光谱仪(MODIS)归一化植被指数(2000 - 2012)时间序列NDVI数据被用于这一目的。月平均NDVI偏差计算。计算月平均NDVI偏差允许我们识别植被生长周期(图2)。


图2
卡拉莫贾地区月度揭示植被NDVI偏差长期增长模式。
2.3。建立监测站点

在这项研究中,确定的土地覆盖类型(草地、灌木丛和灌木地和林地),物候阶段,时间(季节:湿和干燥)被认为是治疗/独立变量。饲料评估监测网站建立了基于三个标准。这些标准由科学团队联合开发和当地的利益相关者。首先,土地覆盖必须相当稳定的最小放牧效果观察。一个相当稳定的土地覆盖是理想的饲料种类的一个很好的平衡。第二,土地覆盖是相当安全的潜在入侵者,在次区域停了不安全感。第三,土地覆盖必须相当方便,可以步行到达。15公里适宜步行的距离最后一点车辆可以访问被认为是。这是至关重要的,因为一些地区可以体验零星的降雨。此外,武装保安提供的乌干达人民国防军(UPDF)下午6点之前必须回到基地。

2.4。饲料量化和土壤取样

在这项研究中,饲料是指食用草本的植物部分,除了谷物分离,可以为食草动物提供食物和/或可以喂养牲畜的收获46]。为了确定不同土地覆盖类型和土壤属性的影响饲料数量,一个完全随机设计成立于三种土地覆盖类型(草地、林地和灌木丛/灌木地)使用。八块50×40米被划定在每个土地覆盖单元Moroto和Kotido地区。50×40米的阴谋已被推荐当测量地上生物量(47]。50×40米情节,嵌套块建立牧草剪裁。嵌套块5×5 m建立林地,10块5×5 m在灌木丛/灌木地,和20块1×1 m的草原。剪草刚重,0.5公斤混合样品(所有可食用的植物部分)被Makerere大学干物质测定的土壤科学实验室。评估是在三个时期进行的1月/ 2月期间,6月/ 7月和10月/ 11月对植被生长周期与当地利益相关者识别。

土壤理化性质研究包括土壤质地、土壤结构、总氮(TN)、磷(Av。P),可用总钾(TP),镁(毫克),钠(Na),钙(Ca),土壤pH值和土壤有机质(SOM)。综合收集土壤样本使用土钻直径50毫米的土壤质地,SOM, TN, Av。P,土壤pH值,Mg, Na, Ca的决心。原状土样(100厘米3)被饱和导水率,体积密度分析使用一个核心方法驾驶岩心取样器进入土壤所需的深度。所有的土壤样本在土壤深处0-15厘米,15 - 30厘米从同一块饲料在哪里剪。土壤样本在这些深度,因为他们代表活动根带(48]。此外,这些采样深度曾被应用于半干旱地区的蒙古49]。

2.5。饲料和土壤样品处理

通过干物质处理饲料量决定。草本饲料样本送往实验室在60˚C烤箱干,直到恒重。后(50];干物质重量分析地决定是烘干后剩下的残渣。不同采样块的重量分析的结果被土地覆盖类型和平均然后齐心协力获得干物质重量(公斤/公顷)。

本文用分光光度法测定土壤有效磷(Bray-1)。总氮被消化和滴定法确定。可推断出的基地(P和Na),火焰光度法法与自然醋酸铵萃取后使用。钙和镁提取后用原子吸收分光光度法测定土壤与自然的醋酸铵溶液。此外,饱和导水率进行了分析通过一个常数头方法(51]。土壤有机质(SOM)使用Walkley-Black方法决定的。所有这些分析方法的详细描述(52]。土壤结构是由干筛分技术和结果表示为平均重量直径(随钻测量)的总量(53]。土壤样本经过10毫米筛(54),之后通过一窝的同心圆逐步下降筛尺寸:6.36,4.75,2.36,1.18,0.425,和0.212毫米。一个振动筛shaker-FRITSCH analyzette 3 e是振幅5 30分钟在处理土壤总量。最后,可用含水量(风能网)计算后所描述的方法(55]。土壤样本以确定可用的含水量和容重在105°C烘干的至少24小时。

3所示。数据分析

在这项研究中,四个经典统计分析技术利用土壤属性之间的关联和饲料的可用性。描述性统计的土壤特性不同的土地覆盖(林地、草地和灌木丛和灌木地)生成确定他们的模式和趋势。关系之后进行测试土壤属性和饲料数量之间的关系表现在生物质(公斤/公顷)。方差分析(方差分析)进行测试的意义指的是土壤性质差异和土地覆盖在两个降雨季节。方差分析测试前,土壤属性数据受到常态分布测试方法后,56]。显著差异的方差分析测试确定 和土地覆盖和土壤属性意味着比较费雪的保护有显著差异(LSD)测试。此外,主成分分析(PCA)和广义线性模型(GLM)回归获得确定的关系和影响土壤特性在土地覆盖饲料量。同时,每个土地覆盖类型进行了回归分析来识别景观具体的决定因素。经典统计分析进行了使用GenSTAT12便携版(57]。

4所示。结果

4.1。土壤属性的可变性在土地覆盖类型

观察到的土壤特性的变化提出了在研究区土地覆盖类型表1。据美国农业部土壤质地分类(58),所有在草地和灌丛土壤/灌丛带主要是砂质粘壤土,林地有砂质壤土。然而,土壤通常描述可变性在土地覆盖类型。土壤有机质变化从1.23到1.84%的土地覆盖类型。平均SOM值在土地覆盖类型低于3.0%的临界值。土壤pH值在土地覆盖类型是碱性中性。意味着土壤pH值为7.7的土壤深处在土地覆盖类型。最小和最大土壤pH值分别为6.9和8.4,分别。土壤pH值观察有助于植物生长。意味着N和Av。P值在土地覆盖类型对土壤深度低于各自的临界值(分别为0.2%和15 ppm)。在选择土壤特性分析,可用P(88%)和增加最大跌幅(283%)从表层土壤(0-15厘米)底土(15 - 30厘米)在所有的土地覆盖类型。 Furthermore, grassland land cover type had the largest depletion and increment of available 。结果进行方差分析测试时,土壤特性的观测的平均差异显著( )不同的土地覆盖类型,除总氮、土壤有机质、水分含量,钾(在15 - 30厘米深度)(表1)。
财产 深度(cm) 草原 灌丛,灌丛带 林地
pH值 0-15 7.89一个 8.18一个 6.89b 0.001
15 - 30 8.38一个 7.99一个 6.91b 0.001
Avg。 8.14 8.08 6.9
N (%) 0-15 0.13 0.12 0.12 ns
15 - 30 0.12 0.11 0.12 ns
Avg。 0.125 0.115 0.12
SOM (%) 0-15 1.84 1.33 1.37 ns
15 - 30 1.61 1.23 1.38 ns
Avg。 1.725 1.28 1.375
Av。P (ppm) 0-15 2.75一个 0.06b 26.91c 0.027
15 - 30 0.33一个 0.23一个 45.23b 0.03
Avg。 1.54 0.145 36.07
K 0-15 0.84一个 0.34b 0.22公元前 0.023
15 - 30 0.63 0.48 0.51 ns
Avg。 0.735 0.41 0.365
风能网(cm3/厘米3) 0-15 0.112 0.102 0.106 ns
15 - 30 0.104 0.106 0.106 ns
Avg。 0.108 0.104 0.106
粘土(%) 0-15 29.26一个 33.68一个 13.11b 0.001
15 - 30 28.36一个 29.88一个 10.61b 0.001
Avg。 28.81 31.78 11.86
砂(%) 0-15 54.79一个 54.01一个 68.88b 0.032
15 - 30 58.11一个 54.57一个 77.06b 0.001
Avg。 56.45 54.29 72.97
结构类 0-15 sci sci SL
15 - 30 sci sci SL
表1
总结土壤化学和物理属性特征。

土壤物理性质而言,Ksat和容重变化之间的内部和土地覆盖类型。草原有Ksat平均17.5±10.1(毫米/小时),灌木丛/灌木地17.4±11.1(毫米/小时),和林地39.4±25.5(毫米/小时)。体积密度显示整体平均1.3±0.1 (g / cm3)所有土地覆盖和土地覆盖类型之间的最小变化。1.38 (g / cm3),从林地的体积密度的分布存在显著差异,在草地和灌丛,灌丛带。尽管凋萎点有差异,田间持水量和可用的含水量(风能网)不同的土地覆盖类型(图3),这些差异是不重要的。


图3
显示凋萎点(WP),田间持水量(FC)和可用的含水量(风能网)在卡拉莫贾地区不同土地覆盖类型。

5。土壤属性和生物量之间的关系

个别土壤特性和生物量之间的相关系数是反映在表2- - - - - -4。一些土壤属性和生物量表明积极的和消极的依赖在5%的显著性水平。然而,有几个与生物量密切相关的土壤属性在10%显著性水平(表2- - - - - -4)。
生物质(公斤/公顷) N 耶鲁大学管理学院 K P (ppm) Na 毫克 pH值 %粘土 %的沙子
生物质(公斤/公顷) 1
N −0.486 1
耶鲁大学管理学院 −0.375 0.509 1
K −0.603 0.241 0.442 1
P (ppm) 0.077 0.5 0.112 −0.219 1
Na −0.204 0.233 0.49 −0.005 0.07 1
毫克 0.536 −0.571 −0.205 −0.158 −0.265 0.14 1
pH值 −0.134 0.106 0.009 −0.014 −0.466 0.055 0.146 1
%粘土 −0.263 −0.038 −0.403 0.32 −0.337 0.032 −0.135 −0.085 1
%的沙子 0.158 0.064 0.438 −0.173 0.431 0.039 0.208 −0.095 −0.938 1
表2
在草原土壤属性和饲料数量之间的关系。
% N %粘土 耶鲁大学管理学院 %的沙子 %淤泥 生物质(公斤/公顷) Ca K 毫克 Na P (ppm) pH值
% N 1
%粘土 0.132 1
耶鲁大学管理学院 0.632 −0.395 1
%的沙子 −0.368 −0.763 0 1
%淤泥 0.5 −0.763 0.789 0.289 1
生物质(公斤/公顷) −0.564 −0.667 −0.154 0.359 0.308 1
Ca 0.289 −0.553 0.026 0.553 0.526 0.205 1
K 0.921 0.289 0.553 −0.289 0.263 −0.821 0.158 1
毫克 0.289 −0.553 0.026 0.553 0.526 0.205 1 0.158 1
Na −0.308 0.564 −0.872 −0.41 −0.667 0.1 −0.051 −0.359 −0.051 1
P (ppm) 0.289 0.684 −0.237 −0.921 −0.289 −0.154 −0.289 0.132 −0.289 0.667 1
pH值 0.975 0.205 0.667 −0.359 0.41 −0.7 0.154 0.975 0.154 −0.4 0.205 1
表3
在灌丛土壤特性和饲料数量之间的关系/灌木地。
生物质(公斤/公顷) %粘土 % N 耶鲁大学管理学院 %的沙子 %淤泥 Ca K 毫克 Na P (ppm) pH值
生物质(公斤/公顷) 1
%粘土 0.51 1
N −0.425 −0.053 1
耶鲁大学管理学院 0.222 0.423 0.47 1
%的沙子 −0.341 −0.812 −0.04 −0.64 1
%淤泥 0.152 0.333 0.074 0.276 −0.41 1
Ca 0.49 0.682 −0.232 0.09 −0.626 0.52 1
K −0.286 0.393 0.529 0.703 −0.634 0.336 0.057 1
毫克 0.499 0.693 −0.25 0.068 −0.644 0.439 0.982 0.068 1
Na 0.324 0.902 −0.004 0.295 −0.698 0.249 0.65 0.308 0.661 1
P (ppm) −0.455 −0.35 0.645 0.41 −0.09 0.095 −0.332 0.449 −0.31 −0.251 1
pH值 0.46 0.797 −0.089 0.314 −0.741 0.369 0.532 0.419 0.532 0.646 −0.237 1
表4
在林地土壤特性和饲料数量之间的关系。
5.1。土壤属性之间的关系、土地覆盖和季节

草原土壤理化性质,灌木丛和灌木林地的季节如表所示5和6土壤深度0-15厘米,15 - 30厘米,分别。表层土壤(0-15厘米)属性除了泥沙含量百分比,SOM, TN, Av, P、K, Mg显著不同( )在土地覆盖。跨季节、土壤属性(TN、Ca、Mg)显示显著差异( )。尽管没有显著差异在土地覆盖SOM,据统计,草原上有更高的SOM(1.84%在旱季和雨季的1.45%),尽管这低于临界值(3.0%)。
季节 土地覆盖类型 沙子 粘土 淤泥 耶鲁大学管理学院 T N Av P。 K Ca 毫克 Na pH值
% ppm Cmol /公斤
干 草原 54.8 29.2 16 1.84 0.1 7.4 0.8 4所示。2 1。2 0.9 7.9
灌木丛/灌木地 54 33.7 14.3 1。3 0.1 0.5 0.7 4所示。7 1。3 1。6 8.2
林地 68.9 13.1 13.8 1.37 0.1 5。4 0.6 11.6 0.4 0.2 6.9
湿 草原 53.2 31.9 15.1 1.45 0.1 0.75 0.7 24.0 4所示。1 0.9 7.9
灌木丛/灌木地 50.8 34 16.7 1。2 0.1 0.32 0.6 27.3 4所示。0 1。4 8.1
林地 57.6 26 22.9 1。3 0.1 3.06 0.6 9.6 3所示。3 0.4 7.0
土地覆盖( ) 0.03 <措施 Ns Ns Ns Ns Ns <措施 Ns <措施 <措施
季节( ) Ns 0.047 0.049 Ns 0.02 Ns Ns <措施 <措施 Ns Ns
表5
土地覆盖类型对土壤物理和化学属性在0-15厘米深度。
季节 土地利用类型 沙子 粘土 淤泥 耶鲁大学管理学院 TN Exch。K Ca 毫克 Na pH值
% ppm Cmol /公斤
干 草原 58.3 28.0 15.8 1。8 0.2 1。2 0.7 4所示。6 1。1 1。4 8.3
灌丛和灌木 54.6 29.9 15.4 1。3 0.1 2。1 0.5 3所示。9 1。0 1。4 8.0
林地 76.4 16.1 13.8 1。4 0.1 4所示。7 0.5 1。5 0.3 0.2 6.9
湿 草原 56.9 29.7 15.8 1。1 0.1 0.6 0.7 30.8 4所示。3 1。0 7.9
灌丛和灌木 56.0 28.5 18.0 0.9 0.1 1。0 0.5 20.7 3所示。6 1。5 8.0
林地 56.9 27.0 20.4 1。2 0.1 2。3 0.6 17.9 2。9 1。3 7.3
土地覆盖( ) 0.004 0.02 Ns 0.042 Ns 0.03 0.05 0.049 0.048 Ns 0.003
季节( ) 0.02 Ns Ns 0.002 0.003 Ns Ns <措施 <措施 Ns Ns
表6
土地覆盖类型对土壤物理和化学性质,15 - 30厘米深。

同样,土壤特性的深度(15 - 30厘米)除了TN,淤泥百分比和Na显著不同( )在土地覆盖。比较各个季节的土壤特性、土壤属性除了百分比粘土和淤泥,可交换的K, Av。P, Na,土壤pH值明显不同( )。SOM在草原上高得多(1.8%)在雨季旱季,林地登记SOM略高。像在表层土壤,意味着SOM值在下面的土地覆盖关键值(3.0%)。

表7介绍了土壤性质对饲料量的影响在整个土地利用覆盖类型和季节。结果表明,在潮湿和干燥的季节,林地有相对较高的干物质为42.3公斤/公顷,31.7公斤/公顷,分别。其次是42.6公斤/公顷和10.7公斤/公顷草原在潮湿和干燥的季节,分别。另一方面,灌木丛和灌木地土地覆盖了26.8公斤/公顷和9.6公斤/公顷的生物量在潮湿和干燥的季节,因此。然而,这种模式在变迁的季节变化与灌丛,灌丛带相对较高的干物质22.9±9.6公斤/公顷,其次是草地和林地。在变迁的季节森林生物量产量很低,因为一些情节被干扰的部分燃烧的(火用)。
土地覆盖单元 草原 灌丛,灌丛带 林地
土壤性质 估计 价值 估计 价值 估计 价值
拦截 29.532 0.001 13.836 0.001 −0.039 0.977
pH值 −1.261 0.001 −0.618 0.001 0.254 0.013
含氮量(%) 10.915 0.005 42.896 0.001 −15.313 0.001
SOM (%) −0.724 0.003 −0.806 0.001 0.926 0.001
磷(ppm) −0.019 0.001 3.771 0.001 −0.014 0.661
钾(cmol /公斤) −3.14 0.001 −10.46 0.001 1.146 0.332
Ca −0.008 0.644 −0.16 0.001 0.048 0.001
毫克 0.514 0.001 1.402 0.001 0.001 0.001
Na 0.905 0.023 0.225 0.086 −0.682 0.306
砂(%) −0.173 0.001 −0.026 0.512 0.031 0.006
粘土(%) −0.225 0.001 −0.184 0.001 −0.016 0.408
淤泥(%) 0.01 0.991 0.074 0.045 −0.036 0.019
N: P比值 0.08 0.004 0.04
R2 0.899 0.844 0.617
表7
土壤特性的影响在土地覆盖的饲料量的单位。
5.2。土壤性质对饲料质量的影响

主成分分析(PCA)显示很强的相关性的6个土壤特性与饲料数量(图4)。广义线性回归模型的结果显示不同的水平和模式的影响土壤性质对饲料数量(表7)。土壤pH值、钾和钠,沙子,百分比和粘土被观察到的百分比呈负相关显著( )在草原上。这表明这些土壤属性下降可能触发草原的饲料量的增加。类似的模式在SOM和磷。与此同时,镁(Mg)和氮对饲料有积极的显著影响草原的数量。


图4
主成分分析的饲料量和土壤属性之间的关系。

灌丛,灌丛带、磷、钙、镁、和粘土百分比有显著但逆影响饲料量为3.8%,分别为0.2%、1.4和0.2%。这表明这些土壤属性的下降将导致在灌丛生物量的增加数量/灌木地土地覆盖类型。这一趋势也观察到在pH值和SOM生物质逆影响利率0.6%和0.8%,分别。值得注意的是,氮是观察到有一个相对较高的积极意义( )影响饲料数量在灌木丛/灌木地42.9%,表明单位增加氮在灌木丛/灌木地会导致饲料数量增加了42.9%。与此同时,一个低N: P比(0.004)开门的灌木丛/灌丛带;这表明,磷是限制土壤养分在灌木丛/灌木地。氮被发现消极的( )影响饲料在林地(表数量7)。这表明在林地减少氮会导致饲料数量增加土地覆盖。然而,钙、pH值和百分比砂显示积极影响生物质在10%的水平。低N: P比(0.04)的林地被揭示磷限制。

6。讨论

6.1。土壤特性在不同土地覆盖类型

土壤pH值是一个重要的健康植物生长土壤化学性质。这是因为它控制的可用性营养物质尤其是磷(59]。平均pH值7.7,卡拉莫贾地区的土壤可以分为中度酸性强碱性类所描述的(60]。除了高,pH值变量在三种土地覆盖类型以及深度。观察到的高pH值在卡拉莫贾地区可归因于高钙沉积在次区域内。的开采富含钙的岩石(石灰岩和大理石)在次区域Moroto和Amudat区提供了证据的岩石沉积钙区域。此外,深井井包括次区域的特征与硬质水迹象的高钙化合物存款(61年]。根据佩里(62年),土壤在半干旱和干旱地区通常以中性高pH值(7.0 - -8.7)。Arshadullah et al。63年)记录的高碱性pH值在巴基斯坦的半干旱生态系统。高pH值在半干旱环境中是由于土壤的发展在这些环境中倾向于保留碱土和碱阳离子在很大程度上。因此,这些阳离子形成的氢氧化物,导致碱性pH值(64年]。此外,这项研究显示显著差异不同土地覆盖类型的pH值。这种土壤pH值的变化可以归因于土壤类型(65年),父母材料(66年),和土地利用活动(67年]。

氮水平观察在次区域以及各自的土地覆盖(草地、灌丛/灌木地和林地)通常是低于临界水平(52]。然而,他们相对高于在半干旱Mulga澳大利亚土地(68年]。半干旱地区已报告氮水平较低(69年]。尽管这种模式的一个例外是以前的研究中发现的(70年],显示5到8%的相对较高的含氮量在半干旱塞内加尔。低N在不同的土地覆盖可以归因于存在有限的豆科植物的土地覆盖能够支持N固定。尽管在不同的土地覆盖、低氮Venkanna et al。71年]显示氮变化对土地利用/覆盖类型的草原上通常有相对较高的氮与农田相比。

平均土壤有机质(SOM)在这项研究中低于建议的限值Pradini et al。72年]。也远低于最低水平表示史密斯和艾略特(73年]以及记录的Arshadullah et al。63年在半干旱Pabbi],巴基斯坦。这些低水平的SOM显示在该地区土壤肥力较低。然而,SOM是土壤质量的重要指标之一74年]。根据(65年半干旱地区是典型的SOM浓度相对较低。这通常是明显低3%至0.5不等,一般不到1% (72年,73年]。这存在低SOM在半干旱地区归因于输入由植物的有机物质,受微生物的降解过程和有机矿质交互(75年]。进一步说,这是由于较低的初级生产力和快速SOM矿化,往往正是半干旱地区(65年]。卡拉莫贾地区次区域这些模式也不例外。这是因为量化生物量的这项研究的结果低于大多数放牧系统相同的雨情。例如,陈等人。76年)草本生物量等数量的证据显示518公斤/公顷到8075公斤/公顷在爱达荷州的草原牧场。这是在建立次区域草本生物量量化。同样重要的是要注意,在卡拉莫贾地区,频繁使用火作为一个管理工具导致有限的地面垃圾覆盖范围可能会分解为耶鲁大学管理学院。

磷在土地覆盖表示平均3.4±6.8毫克/公斤,0.4至5.7毫克/公斤。灌木丛/灌木地表示平均磷含量最低。这些磷水平揭示严重不足,因为他们是远低于临界限制(15毫克/公斤−1)。但是,磷(P)被观察到的是第二个最限制植物生长的微量营养素后n .这是因为P占植物干重的0.2%,是一个组件的关键分子。充足的植物生长依赖于可靠的磷供应(77年]。因此,P限制在次区域可以很好有助于解释获得的低数量的饲料每公顷不同土地覆盖。此外,观察P在卡拉莫贾地区低于观察在加纳北部半干旱78年)以及在半干旱阿根廷(79年]。P水平较高的情况下,被这两个研究可能是一个例外在半干旱地区,几项研究已经表明P缺陷在半干旱地区。然而,这项研究没有分析磷对家畜生殖和生长性能的影响,显然低水平提供见解可能牲畜状态性能。

这一研究获得的K含量略高于通过Chikuvire et al。80年在半干旱津巴布韦。然而我们的结果显示低K水平相比的结果(81年)获得在以色列内盖夫沙漠。这可能是由于不同的土地覆盖类型以及两个地方的地质。土壤中钾的可用性通常归因于K-bearing矿物的类型,土壤风化程度和强度形成过程(82年]。此外,Paliwa和Sundaravalli83年)观察到燃烧的半干旱生态系统马杜赖积极影响钾的可用性。鉴于燃烧是一种管理策略,应用每年在卡拉莫贾地区次区域,很可能除了父母有关的因素,这也导致在该地区相对较高的K的可用性。这是一个问题,需要进一步调查。

体积密度,在这项研究中观察到不同的土地覆盖类型在耕地土壤的最佳值。它也揭示了土地覆盖类型有最低级别的土壤压实。基于监控网站的识别标准,这一结果证实网站选择标准的可靠性。此外,它表明价值整合传统生态知识进行牧场时监测研究。在早期的研究中,Alderfer et al。84年)建立nongrazed,轻轻擦过风景,土壤容重介于1.09和1.51毫克/米之间3,这个研究的结果在这个范围内。进一步说,他们已经表明,对于严重擦伤了站点,土壤颗粒密度范围从1.54至1.91毫克/米3,表明相对较高的压实。同样,Ayoubi et al。85年在半干旱伊朗西部的一项研究表明,在牧场,土壤容重显著较低(1.30 g·厘米−3),这与我们的研究结果一致。考虑到本研究的结果显示最小压实的土地覆盖类型、退化监测网站是有限的。

根据(19]在卡拉莫贾地区一个人种学的研究中,Moroto区Matheniko牧民的土地覆盖特征作为最低限度使用适度。这可能会进一步解释本研究中观察到的有利的体积密度值。它还表明,很少有放牧的牲畜践踏土地覆盖。这项研究的结果进一步强化了早些时候的发现提供了生物物理证据从次区域内的牧场了。然而,在Oba的发现,景观较差状态是那些定居点附近和安全机构。同样,在领域的过程中,我们观察到相当大的梯度效应存在的、在水塘和保护牛栏放牧和践踏强度高、失去土地,紧凑的土壤颗粒在其他侵蚀以及存在的迹象。

低体积密度与最小压实中观察到这个研究可能提供可信的解释相对较高的饱和导水率(Ksat)也观察到在这个研究。然而,相比,饱和导水率结果报道在半干旱概要文件在突尼斯(4.84±3.33公斤·s·m−3)和塞内加尔3.93±2.24公斤·s·m−3(86年),我们的结果略高,但低于报道在澳大利亚的半干旱Maireana灌木87年]。重要的是要注意,有相当大的Ksat值在不同的土地覆盖的变化值最高的单位在林地,灌丛/灌木地在相当范围内。因此,土地覆盖类型后来发现对Ksat产生重大影响。这种现象并不罕见,因为它并不罕见获得Ksat取决于深度的变化和使用的方法88年),土壤类型,例如,桑迪和粘质土壤(86年),土地利用实践(89年)、植被类型、地形(90年]。

6.2。土地覆盖和季节性对土壤性质的影响

一个重要土地覆盖对土壤特性的影响在本研究中被发现。然而,它随土壤深度(0-15厘米和15 - 30厘米)。土地覆盖类型对砂百分比有显著影响,粘土百分比、钙含量和钠和土壤pH值在0-15厘米深度。深度在15 - 30厘米,影响的范围扩大到包括百分比砂、粘土百分比,SOM,磷、钾、钙、钠、镁和土壤博士和淤泥百分比不受土地覆盖类型在这个土壤深度的影响。此外,土地覆盖了体积密度和饱和导水率产生重大影响(Ksat)。土地覆盖变化会影响体积密度和Ksat后从一种形式转换到另一为例,从森林到nonforested-exposed土地(91年]。同样的,(14,92年)发现了一个重大影响的土地覆盖类型土壤物理和化学性质。

土地覆盖变化导致苏丹Gadarif地区的土地退化。土壤属性等有机物,可互换的K, P显示可用Trans-Mexican火山系统退化趋势。因此,林地转化为草原可能会引起类似的模式中观察到的先前的研究。土地覆盖变化已经观察到是发生在次区域以前所未有的速度与草原、丛林/灌木地和林地耕地的威胁(42]。此外,土地覆盖类型不同生根特性;例如,森林和灌丛带已发现根更深更好的直径、色散和草本植物的生物量比加油系统(草原)的特征或种植作物(93年]。我们的研究结果也显示,原生植被下土壤往往低体积密度和高饱和导水率。这个观点与早些时候发现的94年]。然而,在侯赛因的结果(95年]和李和邵[96年),土壤暴露在人类影响往往剥夺了有机上视野丰富,导致更高的BD和减渗率值。

季节性影响养分有效性。我们的研究结果表明,季节对pH值有显著的影响,体积密度、饱和导水率,土壤有机质和氮。这个观点与发现的几个研究人员(97年,98年]报道的影响在不同季节土壤属性(SOM、总氮、土壤pH值,磷,和可交换阳离子)。此外,本研究报告了一个重要的赛季对饱和导水率和体积密度的影响也显著不同在不同土地覆盖类型。此外,确定了土地覆盖类型影响饱和导水率,这因季节而异(99年),在这项研究中观测到的。

6.3。土壤性质对饲料质量的影响

本研究观察到氮之间的积极关系和饲料数量在灌木丛/灌木地和草原与其他科学家的研究结果相似24,One hundred.- - - - - -102年),建立了一个积极增加氮和地上觅食量之间的关系在非洲各地如Laikipia在肯尼亚和北开普,南非。在草本生物量氮的影响来自N施肥,常常会导致增加净初级生产(拍摄生物质)和厚站(8,9,103年]。这个观点同样被这个研究(表所示7)。然而,在林地,逆氮对饲料质量的影响被观察到。这可能归因于这样一个事实:在伍迪土地覆盖类型,通常会有强烈的负面依赖伍迪覆盖对土壤氮的可用性(104年]。然而这个结果是与其他研究者的结果(105年- - - - - -107年)表明,增加氮的条件下,生物质产量和干物质一般高。在目前的研究中,观察到的结果是归因于这样一个事实,不是一个限制在林地养分氮结果显示磷限制。磷限制草增长已经被观察到在半干旱Laikipia [108年]。

钾(K)是一个重要的常量营养元素对植物生长正常。有限,它限制了作物/牧草生物量积累产生的锡作物发育不良/牧场以及低收益率(109年- - - - - -111年]。在这项研究中,钾表现出逆关系饲料数量在所有的土地覆盖类型(表7)。这与的结果(110年,112年)认为,钾增量影响植物生物量积累。逆关系观察到在这个研究可以归因于相对钾水平升高(0-15厘米(0.7±0.2 cmol /公斤),15 - 30厘米(0.6±0.2 cmol /公斤)土壤深度。这是更高的高于临界土壤钾(0.19 cmol /公斤)实现90%最高产量所需在高粱和玉米等农作物113年]。高粱和玉米更接近草本草量化在这项研究。我们属性相对较高的K浓度在这项研究中,火山灰积累持续燃烧,发生在次区域。常规燃烧作为管理工具来促进牧草再生。生物质燃烧和连续牲畜放牧以前被发现导致相对高钾含量浓度在肯尼亚的草原热带稀树草原114年]。

SOM被发现与饲料数量呈负相关在灌木丛/灌木地和草地土地覆盖了林地虽然饲料数量增加。这个结果是特别有趣,因为SOM通常是将有积极的协会与地上生物量生产(115年]。然而,观察到的模式也可以表明,更大的SOM可能与粘土含量较高,本身可能是一个活跃的多年生植物生长的负面因素。进一步,我们以为,这一结果可能是由有限的土壤水分在草地和灌丛灌木地。这将导致有限的垃圾的分解;因此,可用的SOM不能被转移为植物的生长提供养分。重要的是要注意,这个结果对比的结果116年)报道,地上总生物量是谁受土壤有机质的影响。由于复杂的自然土壤质量和/或土壤健康的影响,我们的格言“相关性不是因果关系”对这项研究的发现。

7所示。结论

这项研究表明,卡拉莫贾地区土壤养分水平通常较低的确认在半干旱地区低养分有效性的概念。然而,高于平均水平的实例土壤钾营养水平等情况,其价值高于临界水平确定在必要时达到90%的收益率在高粱等作物被观察到。其次,氮、磷限制在不同的土地覆盖类型多样。氮是观察到的限制营养在灌丛草原而磷是限制营养/灌木地和林地。因此,任何改善牧场生产以及作物生产(特别是高粱,通常生长在该地区)在这些土地覆盖应该解决这些养分的限制。第三,季节性和土地覆盖影响饲料量的差异;这加强了异质性的证据,一个关键属性,长期促进地方(土地覆盖类型)地区水平(景观级别)投机取巧的牲畜群管理牧民和agropastoralists次区域。除了季节性和土地覆盖类型影响饲料数量、土壤物理性质(体积密度和饱和导水率)和化学(N, P, K, SOM)有重大的影响在次区域饲料量。我们推荐的长期监测土壤属性和饲料在不同放牧制度在卡拉莫贾地区次区域。进一步,它是至关重要的,确定土壤养分影响饲料数量在次区域进行验证。

数据可用性

其中包含主要数据在这项研究中,结果是可用的,可以请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

安东尼Egeru参与研究概念化,帐面价值的开发、数据收集、和手稿。Oliver诉Wasonga研究设计提供了技术支撑和手稿在研究开发和质量保证过程。Geofrey Gabiri在数据收集和数据分析提供支持。拉班a MacOpiyo扮演了一个角色在研究设计、数据收集监督和现场监测质量保证。约翰Mburu支持手稿编辑组件的开发过程。吉尔伯特杰克逊Mwanjalolo Majaliwa数据分析提供了技术支撑,结构的解释结果,手稿。

确认

这项研究的部分资金由卡耐基通过Makerere大学和纽约地区农业大学论坛能力建设。资助机构没有参加这项研究的设计无论是在收集、分析和解释数据的主要本文。

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