不同利用方式天然草原土壤涵水能力变化研究.pdf

中国草食动物科学2023 年草原是我国面积最大的陆地生态系统，具有防风固沙、涵养水源、固碳释氧、维护生物多样性等重要生态功能。随着畜牧业的持续发展，草原承载压力不断加大，加之全球气候变暖，人类干扰活动频现，草原退化问题日不同利用方式天然草原土壤涵水能力变化研究秦丽萍，罗天旭，冯兆林，白文丽（武威市草原工作站，武威 733000）摘要：为探明不同利用方式对天然草原土壤涵水能力的影响袁以高寒草甸尧温性草原和温性荒漠草原为研究对象袁分析禁牧尧冷季放牧和常年放牧天然草原土壤的含水量尧容重和孔隙度的变化遥 结果表明袁与冷季放牧和常年放牧相比袁禁牧显著提升了高寒草甸和温性草原 020 cm 土层土壤的含水量渊P0.05冤曰与禁牧相比袁冷季放牧对温性荒漠草原土壤含水量无显著影响渊P0.05冤曰3 种类型天然草原 020 cm 土层土壤含水量均显著低于 2040 cm 土层渊P0.05冤遥 常年放牧高寒草甸 020 cm 土层土壤容重显著高于禁牧渊P0.05冤袁孔隙度则显著低于禁牧渊P0.05冤曰常年放牧温性草原 040 cm 土层土壤容重显著高于禁牧渊P0.05冤袁孔隙度则显著低于禁牧渊P0.05冤曰冷季放牧温性荒漠草原土壤容重显著高于禁牧渊P0.05冤遥 综上说明袁禁牧有利于高寒草甸和温性草原土壤含水量和孔隙度的增加袁容重的降低袁冷季放牧增加了温性荒漠草原的土壤容重遥关键词：禁牧曰冷季放牧曰常年放牧曰天然草原曰容重曰含水量中图分类号：S54文献标志码：A文章编号：2095-3887（2023）05-0066-04QIN Liping，LUO Tianxu，FENG Zhaolin，BAI Wenli（Grassland Workstation ofWuweiCity，Wuwei 733000，China）In order to explore the effects of different utilization methods on soil water capacity in natural grassland,the changes ofsoil water content,bulk density and porosity in natural grassland were analyzed by taking alpine meadow,warm grassland andwarm desert steppe as research objects.The results showed as follows:compared with cold season grazing and perennial grazing,grazing prohibition significantly increased the soil moisture content in 0-20 cm soil layer of alpine meadow and warm steppe（P0.05）；compared with grazing prohibition，cold season grazing had no significant effect on the soil moisture content in warmdesert steppe（P0.05），and the soil moisture content in 0-20 cm soil layer of the three types of natural steppe was significantlylower than that in 20-40 cm soil layer（P0.05）.The bulk density of 0-20 cm soil layer in the perennial grazing alpine meadowwas significantly higher than that in the forbidden grazing（P0.05），while the porosity was significantly lower than that in theforbidden grazing（P0.05）；the soil bulk density in 0-40 cm soil layer of perennial grazing warm steppe was significantly higherthan that of prohibited grazing（P0.05），while the porosity was significantly lower than that of prohibited grazing（P0.05）；thesoil bulk density in cold season grazing warm desert steppe was significantly higher than that of prohibited grazing（P0.05）.Insummary,grazing prohibition was beneficial to the increase of soil moisture content and porosity,and the decrease of soil bulkdensity in alpine meadow and warm steppe.Grazing in cold season increased soil bulk density in warm desert steppe.grazing prohibition；cold season grazing；perennial grazing；natural grassland；bulk density；water contentdoi：10.3969/j.issn.2095-3887.2023.05.013收稿日期：2023-05-09基金项目：甘肃省省级林业和草原自列科技项目（2020kj012）作者简介：秦丽萍（1989-），女，畜牧师，硕士，研究方向为草原建设与保护通信作者：白文丽（1982-），畜牧师，本科，研究方向为草原建设与保护66第 43 卷第 5 期益突出，草原的涵水固土能力也明显下降。与自由放牧相比，禁牧和季节性放牧是较为常见的草原保护措施，主要通过封育长期禁止放牧利用或按季节划分放牧草地进行轮流放牧。不同利用方式直接影响草地植被生长状况，改变地表覆盖度，进而对土壤涵水能力造成一定的影响。针对不同利用方式对天然草原土壤涵水能力的影响，大量学者开展了研究，但结果不尽一致。李亚娟等咱1暂和李红琴等咱2暂的研究结果表明，封育在一定程度上提高了土壤的水源涵养能力；贾树海等咱3暂的研究结果则表明，在有机质含量较低的沙质土壤中，超载过牧反而使得土壤容重降低。不同天然草原因土壤原始特性、放牧压力和气候等因素的变化，其涵水能力变化也不尽相同。本研究的试验区在甘肃省武威市。武威市地处甘肃省中部、河西走廊东端，南依祁连山区，北接腾格里和巴丹吉林沙漠，处于青藏高原生态屏障和北方防沙带的中心地带，生态位突出。天然草原总面积 76.83 万 hm2，由于草原大部分处于干旱、半干旱地区，风大沙多、植被稀疏，草原“三化”现状严峻。为了保护和修复退化草原，遏制草原退化态势，武威市自 2009 年开始探索实施围栏封育、划区轮牧、季节性放牧等草原保护建设工程，也有相关学者针对性地开展了禁牧、轮牧等方面的试验，但多集中于对地上植被特征变化的研究，目前尚未有对草原土壤涵水能力影响方面的报道。基于此，本研究以高寒草甸、温性草原和温性荒漠草原 3 种典型天然草原为研究对象，调查分析禁牧、冷季放牧和常年放牧对土壤涵水能力的影响，以期为天然草原土壤质量评价和利用改良提供理论支撑。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区均位于武威市境内，禁牧、冷季放牧和常年放牧高寒草甸设置在天祝县抓喜秀龙镇八支沟，海拔2 900 m 左右，禁牧、冷季放牧和常年放牧温性草原设置在天祝县松山镇芨芨滩，海拔 2 800 m 左右，禁牧和冷季放牧温性荒漠草原设置在古浪县新堡乡黄蟒塘村，海拔2 100 m 左右（鉴于本地草原生态保护的要求，温性荒漠草原未设置常年放牧样地）。1.2 土壤样品的采集及指标的测定用环刀法测定土壤容重，烘干法测定土壤含水量。具体方法为：2021 年 89 月，用容积为 100 cm3的土壤环刀分层收集 020 cm 和 2040 cm 的土壤样品，3 次重复，取样后迅速密封，带回室内立即称重，再将土样放入105烘箱烘至恒重，计算土壤容重和含水量。计算土壤孔隙度时采用平均密度值 2.65g/cm3。1.3 数据处理利用 Excel 2020 进行基础数据的统计和处理，用SPASS 24.0 对数据进行单因子方差（One-way Anova）分析、Duncan 多重比较和成对样本 t 检验。2 结果与分析2.1 不同利用方式天然草原土壤含水量的变化由表 1 可以看出，高寒草甸土壤含水量最高，变化范围为 27.57%38.37%，温性草原土壤含水量变化范围为6.04%11.75%，温性荒漠草原土壤含水量较低，变化范围为 6.42%8.63%。禁牧的高寒草甸土壤含水量显著高于冷季放牧和常年放牧（P0.05）。冷季放牧与常年放牧对高寒草甸和温性草原 020 cm 土层土壤含水量的影响差异不显著（P0.05）。常年放牧对高寒草甸 2040 cm土壤含水量的影响显著低于冷季放牧（P0.05），对温性草原土壤含水量的影响则不明显（P0.05）。土壤禁牧与冷季放牧对温性荒漠草原土壤含水量的影响差异不显著（P0.05）。3 种类型天然草原 020 cm 土层土壤含水量均显著低于2040cm土层（P0.05）。表 1 土壤含水量的变化利用方式禁牧冷季放牧常年放牧高寒草甸土壤020 cm2040 cm33.34依2.01a28.61依0.75b27.57依1.02b38.37依1.21a*34.62依1.10b*30.97依0.88c*温性草原土壤020cm2040 cm7.82依0.56a6.58依0.36b6.04依0.52b11.75依1.01*11.02依0.63*10.91依0.95*温性荒漠草原土壤020cm2040cm7.07依0.426.42依0.718.63依0.72*8.33依1.08*%注：同列数据肩标不同字母表示不同利用方式之间差异显著（P0.05），*表示同种天然草原不同土层之间差异显著（P0.05）2.2 不同利用方式天然草原土壤容重的变化由图 1 可知，受土壤表层植物生长及风雨侵蚀淋溶等综合作用的影响，总体上，天然草原 020cm 土层土壤容重略低于 2040 cm 土层土壤。高寒草甸土壤容重较低，040 cm 土层土壤容重基本在 0.80.9 g/cm3之间，温性草原土壤容重在 1.01.2 g/cm3之间，温性荒漠草原土研究简报67中国草食动物科学2023 年壤容重在 1.1 g/cm3左右。受家畜采食行为的影响，放牧利用高寒草甸 020 cm 土层土壤容重显著高于禁牧（P0.05），随着放牧程度的加大，土壤容重逐渐增加；高寒草甸 2040 cm 土层不同利用方式之间土壤容重差异不显著（P0.05）。温性草原 040cm 土层土壤容重常年放牧显著高于禁牧和冷季放牧（P0.05），禁牧与冷季放牧之间差异不显著（P0.05）。冷季放牧温性荒漠草原040 cm 土层土壤容重显著高于禁牧（P0.05）。图 1 不同利用方式天然草原土壤容重变化2.3 不同利用方式天然草原土壤孔隙度的变化由图 2 可知，与土壤容重变化呈相反趋势，高寒草甸土壤孔隙度较高，变化范围在 65%70%之间。高寒草甸020 cm 土层土壤孔隙度禁牧显著高于常年放牧（P0.05），2040 cm 土层土壤孔隙度 3 种利用方式间均差异不显著（P0.05）。与禁牧相比较，常年放牧温性草原040 cm 土层土壤孔隙度显著降低（P0.05），020 cm土层土壤孔隙度约下降了 6%，2040 cm 土层土壤约下降了 7%。禁牧温性荒漠草原 2040cm 土层土壤孔隙度显著高于冷季放牧（P0.05）。不同土层之间的孔隙度变化无一致规律。图 2 不同利用方式天然草原土壤孔隙度变化3 讨论3.1 土壤含水量水分是土壤的重要组成部分，积极参与土壤中物质的转化过程，主要受气候环境、利用方式和外界干扰等因素的影响咱4-5暂。本试验选取的不同类型天然草原基本在同一区域，降水量等环境因素造成土壤含水量的差异基注：柱状图上不同小写字母表示同种类型天然草原同一土层之间差异显著（P0.05），相同字母表示差异不显著（P0.05）。下同1.41.21.00.80.60.40.20cbaaa abbab babbaa020cm2040cm2040cm2040cm020cm020cm温性荒漠草原高寒草甸温性草原禁牧冷季放牧常年放牧80.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000.00020cm2040cm2040cm2040cm020cm020cm温性荒漠草原高寒草甸温性草原禁牧冷季放牧常年放牧aabbaaaaabaabaaba68第 43 卷第 5 期本可以忽略，影响土壤含水量的主要因素是利用方式。一般而言，禁牧能够改善草地的覆盖度，降低地表风蚀和径流的搬运能力，从而使土壤含水量得到提高咱6暂。同时，放牧利用后，牲畜啃食与践踏强度加大，草地表层土壤覆盖度减小，土壤蒸发也可能相应增大，因而导致土壤持水能力下降，最终使土壤含水量降低。本研究也证实，与禁牧相比较，放牧利用显著降低了高寒草甸和温性草原土壤的含水量。另外，由于温性荒漠草原试验地植被稀疏，禁牧封育对植被覆盖度的影响有限，从而未引起土壤水分含量的变化，使得禁牧与冷季放牧温性荒漠草原样地之间的含水量差异很小。受表层淋溶、根系分布及地表蒸发作用的影响，020 cm 土层土壤含水量均低于 2040 cm 土层，这与樊才睿等咱7暂报道的随土层深度的增加，土壤含水量有增大的趋势一致。3.2 土壤容重与孔隙度土壤容重与孔隙度是土壤物理性质的重要参数，能直接反映土壤紧实程度，影响土壤水源涵养量的高低咱8暂，其主要受土壤有机质含量、土壤质地及放牧家畜践踏程度的影响咱9暂。一方面，放牧利用使得草地枯落物减少，植被根系的穿透能力降低，减小了土壤的孔隙度，另外，家畜践踏作用造成土壤非毛管孔隙减少，通气性、渗透性和蓄水能力受到影响，从而改变了土壤容重咱10暂。另一方面，禁牧封育草地枯落物分解后与土壤形成团粒结构，改善了土壤通气及透水性能，引起土壤孔隙度增加咱11暂。一般而言，放牧会造成土壤容重增加，土壤孔隙度降低。本研究发现，由于高寒草甸植被覆盖度高，植物分布较密，根系分布较为发达，高寒草甸土壤的容重较低，孔隙度相对较高。放牧对高寒草甸土壤容重和孔隙度的影响主要集中在 020 cm 土层，而 2040 cm 土层土壤容重和孔隙度则变化不明显，这可能与高寒草甸植被根系在土壤表层分布更旺盛有关。同时，与禁牧相比较，温性草原则整体呈现出常年放牧对土壤容重和孔隙度的影响更明显，冷季放牧对土壤孔隙度的影响不显著。温性荒漠草原由于植被本身较为稀疏，土壤有机质含量较低，土壤稳定性团聚体较少，冷季放牧对土壤容重和孔隙度造成了显著影响。4 结论禁牧封育有利于天然草原土壤涵水能力的提升，使得高寒草甸和温性草原土壤含水量和孔隙度增加，容重降低。冷季放牧尽管对温性荒漠草原土壤含水量影响不大，但也增加了土壤容重，降低了土壤孔隙度，温性荒漠草原应当持续实施禁牧。参考文献1 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