不同放牧強(qiáng)度下貝加爾針茅草原枯落物與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系

薄 濤 韓國棟 趙萌莉

摘要在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗貝加爾針茅草甸草原地區(qū)家庭牧場的不同放牧強(qiáng)度階段上,探討了草地枯落物現(xiàn)存量與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果表明,表層土壤容重、0~30cm各層含水率、表面硬度及表面顆粒組成與草地枯落物量有顯著的回歸關(guān)系。

關(guān)鍵詞放牧強(qiáng)度;枯落物;土壤物理性質(zhì)

中圖分類號(hào)Q945.17+4;S151.9+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)08-0180-02

枯落物層是草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組分之一,枯落物層在調(diào)節(jié)植物群落生長環(huán)境、改善土壤理化性質(zhì)及水土保持等方面起著重要作用[1]。適量枯枝落葉積累可使草原環(huán)境向著有利于植物生長的方向發(fā)展,使退化草原得以自然恢復(fù),生產(chǎn)力不斷提高[2]。目前,由于草原的過度利用破壞了枯枝落葉層,造成草原退化,生產(chǎn)力下降。因此,草地枯枝落葉的研究是值得重視的生態(tài)問題[3]。

有關(guān)枯落物的研究,早在1876年德國的Ebermayer就對(duì)其在養(yǎng)分循環(huán)中的作用開始了研究[4]。后來人們的研究向呈多角度、多方位發(fā)展, 逐漸涉獵凋落物對(duì)土壤理化性質(zhì)、種群的類型和數(shù)量、養(yǎng)分循環(huán)的影響及凋落物的防止濺蝕、調(diào)節(jié)土壤及植物水分等水文生態(tài)功能方面[5]。我國于20世紀(jì)70年代末開始這方面的工作,但大部分研究主要集中于森林生態(tài)系統(tǒng),對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的研究相對(duì)較少[6]。本研究主要揭示草地枯落物與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系,為更好地利用凋落物,恢復(fù)退化草地提供科學(xué)依據(jù)。

1自然概況

研究地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗浩勒?qǐng)D高勒鎮(zhèn)。東經(jīng)116°21′~119°5′,北緯43°57′~43°23′,海拔1 200~1 957m之間。氣候?qū)儆谥袦貛О敫珊导撅L(fēng)區(qū),大陸性氣候顯著。冬季嚴(yán)寒而漫長,春季干旱大風(fēng)多,夏季短促而多雷陣雨,秋季涼爽而霜凍早。年平均氣溫1℃,極端最高氣溫37℃,極端最低氣溫-37.5℃,無霜期106d。年平均降水量350mm左右,多集中于7~8月。年平均風(fēng)速4.3m/s,以西、西北風(fēng)為主,大風(fēng)日數(shù)60~90d。

試驗(yàn)地草地植物群落類型為貝加爾針茅(Stipa baical-ensis)、線葉菊( Filifolium sibiricum)草地型。植草地優(yōu)勢種為貝加爾針茅,亞優(yōu)勢種為線葉菊,并伴生有羊草(Leymus ch-inensis)、腳苔草(Carex pediformis)、尖葉胡枝子(Lespedeze hedysaroides)、細(xì)葉沙參(Adenophora stenophylla)、菊葉委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、地榆(Sanguisorba officinalis)等,1m2有26種植物。

2研究方法

選擇以自由放牧方式的家庭牧場,以牧戶為起點(diǎn)向北偏西30°的方向拉一條樣線直到牧場邊界。在樣線上每隔20m做一個(gè)Daubenmire樣方,測植物種類、產(chǎn)量。然后以定性的方法按離居民點(diǎn)的遠(yuǎn)近及植物種類、產(chǎn)量的差異劃分放牧梯度等級(jí)[7],劃分3個(gè)放牧強(qiáng)度區(qū),即重度放牧區(qū)(HG)、中度放牧區(qū)(MG)和輕度放牧區(qū)(LG),另外再選擇受干擾較少的圍封樣地作為對(duì)照區(qū)(CK)。在每個(gè)梯度內(nèi)隨機(jī)做3個(gè)1m×1m的樣方,測地上植被現(xiàn)存量及枯落物量。并且在每個(gè)樣方旁邊做一組土壤的含水率(0~10cm、10~20cm、20~30cm)、容重、表面硬度及表層土壤機(jī)械組成。

3結(jié)果與分析

3.1不同放牧強(qiáng)度下枯落物現(xiàn)存量的變化

由表1可知,放牧不僅顯著減少了地上植物現(xiàn)存量,也使枯落物的量隨著放牧強(qiáng)度的增大而減少,這與郭繼勛等[8]在羊草草原的試驗(yàn)結(jié)果一致,并且HG、LG和CK三者之間有極顯著差異(p<0.001)。

放牧不僅減少了植物產(chǎn)生枯枝落葉的機(jī)會(huì),回歸方程為Y=0.650 1X-28.021,R2=0.94,而且枯落物在牲畜的踩踏下破碎及分解過程增強(qiáng),使其現(xiàn)存量更少。

3.2枯落物與土壤含水率的關(guān)系

在放牧條件下,對(duì)0~30cm土壤水分的觀測結(jié)果表明(圖1),在草地覆蓋枯落物后,土壤水分含量均相應(yīng)提高?？偟内厔蓦S著枯落物量的增加,土壤含水量逐漸提高,0~10cm和10~20cm的土層與其呈顯著的線性回歸關(guān)系;20~30cm土壤水分與枯落物量呈非線性關(guān)系,其原因可能是在放牧強(qiáng)度較輕的區(qū)域,地表植被生長良好且生物量大,對(duì)根系集中的土層的水分消耗增大[9]。

枯落物層之所以能夠提高土壤水分,一是枯草層具有一定的吸水能力,其吸水量為自身的3~4倍[10],覆蓋在地面上的枯落物層在降雨時(shí)可以保留一定的水分,起到涵養(yǎng)水分的作用;二是可以阻礙地表蒸發(fā),蒸發(fā)量隨著枯落物層厚度的增加而降低[11]。

3.3枯落物與土壤容重的關(guān)系

土壤容重是土壤緊實(shí)度的指標(biāo)之一,它與土壤孔隙度和滲透率密切相關(guān)[12];容重的大小主要受到土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)及放牧家畜踐踏程度的影響。

由圖2可知,土壤容重隨枯落物量的增加而減小,并呈顯著的線性關(guān)系。隨著放牧壓力的減小,地表枯落物的量增加,一方面可以減輕家畜踐踏程度;另一方面枯落物在家畜輕微的踩踏及微生物的作用下,分解過程加快,進(jìn)而增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量[13],使土壤容重降低。

3.4枯落物與土壤表面硬度的關(guān)系

由于土壤是土粒的集合體,因此,土粒與土粒之間的結(jié)合力、凝聚力、土粒壘結(jié)狀態(tài)等的綜合作用使土壤具有某種硬度這種硬度稱為土壤的緊實(shí)度。硬度是土壤緊實(shí)度的指標(biāo)之一。

由圖3可知,土壤表面硬度隨枯落物量的增加而減少,并且呈負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系,所以在地表保留一定量的枯落物可以降低土壤表面硬度。

在放牧條件下,當(dāng)家畜放牧率提高,家畜數(shù)量增大,直接產(chǎn)生壓力,通過面積很小的的蹄面達(dá)到地面,這種壓力隨著動(dòng)物的奔跑或加速行走時(shí)而增大,使土壤表面變得更加緊實(shí);二是由于家畜重牧,過多采食與踐踏損失植被,植被及枯落物覆蓋度降低,不僅使緩沖畜蹄對(duì)地表的壓力的作用減少或消失,也使土壤中的植物根系以及土壤微生物數(shù)量都減少,也會(huì)導(dǎo)致土壤表面變得更加緊實(shí)[14]。

3.5枯落物與土壤表面顆粒組成的關(guān)系

研究表明,土壤的機(jī)械組成與植物類型和植被蓋度有一定的相關(guān)性,植被退化越嚴(yán)重的地區(qū),土壤機(jī)械組成變化越強(qiáng)烈,尤其是表層土壤的粒度變化最明顯[15]。所以本試驗(yàn)只對(duì)土壤表層0~5cm土壤的機(jī)械組成進(jìn)行測定,并采用卡欽斯基將其劃分為3個(gè)粒級(jí)(沙粒、粉粒、粘粒)。結(jié)果表明(圖4),隨著枯落物量的增加,土壤表層沙粒含量降低,粉粒和粘粒的含量增加,有顯著的回歸關(guān)系。

這由于放牧壓力的降低,地表的植被及枯落物增加,一方面保護(hù)地表免受放牧的破壞;另一方面降低風(fēng)速,減少風(fēng)蝕,可保留較多的細(xì)粒物質(zhì)。

4結(jié)論

在不同放牧壓力下,表層土壤容重、表面硬度隨枯落物量的增加而減少,而0~30 cm各層含水率則升高,土壤表層沙粒減少而粉粒和粘粒增加;并且各項(xiàng)物理性質(zhì)與草地枯落物量有顯著的回歸關(guān)系。

地表覆蓋一定量的枯枝落葉,可有效的改善土壤的物理性質(zhì),使草原環(huán)境向著有利于植物生長的方向轉(zhuǎn)化,所以在草原的利用、保護(hù)及恢復(fù)的過程中,要重視草原的枯枝落葉層的作用。

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(下轉(zhuǎn)第185頁)

(上接第181頁)

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