短期休牧對青藏高原東緣高寒草甸區(qū)土壤含水量的影響

田久勝，田新會，杜文華

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室；甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗室；中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展中心， 蘭州 730070)

短期休牧對青藏高原東緣高寒草甸區(qū)土壤含水量的影響

田久勝，田新會，杜文華

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室；甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗室；中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展中心， 蘭州 730070)

2011-2012連續(xù)2 a在瑪曲縣歐拉鄉(xiāng)牧戶的夏季草場研究短期休牧對不同月份、不同土層土壤含水量的影響。結(jié)果表明，短期休牧能顯著提高青藏高原東緣高寒草甸區(qū)夏季草場0～30 cm土層的土壤含水量，但對30 cm以下土層的土壤含水量無顯著影響；隨著月份推移，休牧和放牧草地0～20 cm土層的土壤含水量逐漸降低；短期休牧草地的土壤含水量整體高于放牧草地，且隨月份的推移，二者的差距逐漸減小，7月份0～10 cm土層的差距最大，10月份20～30 cm土層的差距最小。

短期休牧；土壤含水量；高寒草甸區(qū)；青藏高原東緣

土壤含水量通常指存在于土壤非飽和帶中的水分含量[1]，是聯(lián)系土壤-植物-大氣連續(xù)體的一個關(guān)鍵因子[2]。從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)角度看，土壤含水量是控制作物分布與生長的重要因素之一。從生態(tài)角度看，土壤含水量為地上植被提供蒸散水分，控制著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與多樣性[3]。土壤水分作為聯(lián)系降水-地表水-地下水的紐帶，通過限制植被蒸散與光合作用進(jìn)而影響水、能量以及地球生物化學(xué)循環(huán)，對天然草地的影響尤為明顯[4]。

高寒草甸廣泛分布于青藏高原地區(qū)，是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在維持全球生態(tài)系統(tǒng)平衡中起著十分重要的作用[5-6]；同時，該區(qū)也是中國重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地。但由于其特殊的地理位置，高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)對人類活動和復(fù)雜的氣候變化十分敏感，且受損的生態(tài)系統(tǒng)往往在短時間內(nèi)很難恢復(fù)。近20 a，由于人類對草地資源的不合理利用，青藏高原東緣高寒草甸區(qū)的退化草地占可利用草地面積的70%，草地過牧嚴(yán)重，“三化”嚴(yán)重，生物多樣性下降，脆弱的草地生態(tài)環(huán)境日趨嚴(yán)峻，草、畜矛盾日趨尖銳[7-8]。

馬素芳等[9]在四川壩上研究發(fā)現(xiàn)，草地具有較強(qiáng)的保持土壤水分的能力。曹麗花等[10]在西藏當(dāng)雄地區(qū)研究得出，草地退化對表層土壤含水量有顯著影響，且會加速草地退化。周堯治等[11]研究圍欄禁牧對呼倫貝爾典型草原退化草地土壤水分的影響。張泉等[12]分析祁連山地區(qū)退化高寒草甸的土壤水分空間變異特征。張繼強(qiáng)等[13]調(diào)查瑪曲縣“水蝕型”次生裸地植被和土壤水分后發(fā)現(xiàn),次生裸地由于土壤松散、植被覆蓋低，其土壤保水效果差。羅亞勇等[14]研究表明，高寒草甸退化導(dǎo)致植被多樣性降低，而群落多樣性與土壤水分呈正相關(guān)。然而，尚未有短期休牧對青藏高原東緣高寒草甸區(qū)土壤含水量影響方面的研究報道。本研究通過在青藏高原東緣高寒草甸區(qū)甘肅省瑪曲縣典型家庭牧場的夏季草場設(shè)置圍籠模擬短期休牧，以研究短期休牧對青藏高原東緣高寒草甸區(qū)土壤含水量的影響，為合理利用草地資源提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

研究區(qū)域位于甘肅省瑪曲縣歐拉鄉(xiāng)(E101°55′，N 33°52′)，海拔3 635 m。高原大陸性氣候，年均溫1.7 ℃，冬季最低溫度達(dá)-20.9 ℃，夏季最高溫度20.7 ℃，年均降雨量599.7 mm。自然特征為海拔高、輻射量大、溫度低、牧草生長季短[15]，年平均日照時數(shù)2 594 h。草地類型為高寒草甸，植被覆蓋率大于90%，植被以禾本科、莎草科及蓼科植物為主。

1.2 樣地設(shè)置、取樣及土壤含水量測定

試驗于2011-2012年連續(xù)2 a在典型家庭牧場的夏季草場進(jìn)行，根據(jù)草場地形，在家畜轉(zhuǎn)場前(6月中旬)，分別在坡頂、坡中和坡底隨機(jī)設(shè)置2 m×2 m圍籠各3個，以模擬短期休牧。分別于7、8、9、10月在圍籠內(nèi)外分別用土鉆取土樣，分別代表短期休牧和連續(xù)放牧的土樣。土層設(shè)置為0～10、10～20、20～30、30～40和40～60 cm。土壤含水量的測定采用質(zhì)量分析法，將稱量后的鮮土放入烘箱，于(105±5) ℃烘干至質(zhì)量恒定。

土壤含水量=(鮮土質(zhì)量-干土質(zhì)量)/干土質(zhì)量×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。用SPSS19.0軟件中二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計的方差分析法分析放牧模式間、月份間和放牧模式×月份交互作用間不同土層土壤含水量的差異顯著性。如果存在顯著差異，分別用Duncan’s法進(jìn)行多重比較。分析不同放牧模式間各土層土壤含水量的差異時，休牧處理的平均含水量為各土層7-10月土壤含水量的平均值，放牧處理的平均土壤含水量為各土層7-10月土壤含水量的平均值。分析月份間土壤含水量的差異時，平均含水量為同一月份放牧和短期休牧含水量的平均值；相關(guān)系數(shù)由Excel 2013作圖并添加趨勢線完成。

2 結(jié)果與分析

F檢驗結(jié)果表明，0～10、10～20和20～30 cm土層放牧模式間、月份間、放牧模式×月份互作間土壤含水量的差異極顯著(P<0.01)，需對放牧模式間、月份間、放牧模式×月份互作效應(yīng)間進(jìn)行多重比較。30～40 cm土層放牧模式×月份交互作用的土壤含水量有顯著差異，40～60 cm土層土壤含水量較穩(wěn)定，各因素對其無顯著影響(表1)。

表1 放牧模式間、月份間和放牧模式×月份交互作用間土壤含水量的方差分析

注：*表示達(dá)到顯著水平；**表示達(dá)到極顯著水平。

Note:* significant difference at the 0.05 level; ** extremly significant differencre at 0.01 level.

2.1 0～10 cm土層土壤含水量分析

2.1.1 放牧模式間 短期休牧可顯著提高青藏高原高寒草甸區(qū)夏季草場0～10 cm土層土壤含水量(P<0.05)，使平均土壤含水量由連續(xù)放牧條件下的62.4%提高到77.7%。

2.1.2 月份間 隨著月份推移，0～10 cm土層土壤含水量顯著降低，由86.6%(7月)下降到60.3%(10月)，且呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=0.87)(圖1)。

2.1.3 放牧模式×月份交互作用間 由圖2看出，短期休牧和正常放牧0～10 cm土層土壤含水量整體均呈下降趨勢，7月份休牧草地的土壤含水量最高(102.2%)，10月放牧草地最低(52.3%)。各月份休牧草地的土壤含水量均顯著高于放牧草地，其中7月份差距最大，為32.1%，其次為10月份(15.9%)和9月份(10.8%)，8月份差距最小，僅為3.9%。

y.土壤含水量 Soil moisture content;x.月份 Month；下同 The same as below

圖2 放牧模式×月份0～10 cm土層的土壤含水量

2.2 10～20 cm土層土壤含水量分析

2.2.1 放牧模式間 短期休牧可以顯著提高高寒草甸夏季牧場10～20 cm土層的土壤含水量(P<0.05)，使土壤平均含水量由連續(xù)放牧條件下的51.2%提高到58.7%。

2.2.2 月份間 隨著月份推移，10～20 cm土層的土壤含水量顯著降低，10月份含水量增高，但仍低于7月(圖3)。7月份土壤含水量最高(61.6%)，顯著高于其他月份；其次為10月份(55.5%)和8月份(52.7%)；9月份土壤含水量最低(49.9%)。

圖3 不同月份10～20 cm土層的土壤含水量

2.2.3 放牧模式×月份交互作用間 由圖4可知，7月份休牧草地土壤含水量最高(65.9%)，8月份放牧草地含水量最低(46.9%)，沒有明顯規(guī)律。每個月份10～20 cm休牧草地土壤含水量均顯著高于放牧草地，8月份差距最大，為11.4%；7月份次之，為8.5%；9月份差別最小，僅3.9%。

圖4 放牧模式×月份10～20 cm土層的土壤含水量

2.3 20～30 cm土層土壤含水量分析

2.3.1 放牧模式間 短期休牧可以顯著提高高寒草甸夏季牧場20～30 cm土層土壤含水量(P<0.05)，使土壤平均含水量由連續(xù)放牧條件下的42.4%提高到49.1%。

2.3.2 月份間 在4個月份中，9月份的土壤含水量(40.2%)顯著低于其他月份，7、8、10月的含水量相近，分別為48.1%、48.1%和46.4%(圖5)。

圖5 不同月份20～30 cm土層的土壤含水量

2.3.3 放牧模式×月份交互作用間 由圖6看出，20～30 cm土層土壤含水量7月休牧草地最高(55.5%)，與8月份休牧草地的土壤含水量沒有顯著差異，與其他處理有顯著差異。9月份休牧草地的土壤含水量最低(37.9%)。7、8、9月休牧草地的土壤含水量均顯著高于放牧草地，其中，7月差距最大，為14.7%；8月次之，為8.5%；9月最小，為4.5%。10月休牧草地土壤含水量略低于放牧草地，且無顯著差異。

圖6 放牧模式×月份對20～30 cm土層的土壤含水量

2.4 30～40 cm土層土壤含水量分析

2.4.1 放牧模式間 短期休牧使青藏高原東緣高寒草甸區(qū)夏季牧場30～40 cm土層土壤平均含水量由連續(xù)放牧條件下的37.3%提高到39.6%，但無顯著差異。

2.4.2 月份間 除8月份的土壤含水量(40.3%)顯著高于9月份(35.7%)外，其他月份間30～40 cm土層的土壤含水量均無顯著差異(圖7)。

圖7 不同月份30～40 cm土層的土壤含水量

2.4.3 放牧模式×月份交互作用間 各處理的土壤含水量見圖8。7、9月休牧草地的土壤含水量(7月，41.8%；9月，38.9%)顯著高于放牧草地(7月，35.0%；9月，32.5%)，8、10月休牧草地的土壤含水量略低于放牧草地。

圖8 放牧模式×月份30～40 cm土層的土壤含水量

2.5 40～60 cm土層土壤含水量分析

F檢驗結(jié)果(表1)表明，40～60 cm土層休牧間、月份間、休牧×月份互作間土壤含水量的差異均不顯著(P>0.05)，在此不進(jìn)行多重比較。

3 討 論

黃德青等[16]研究得出，土壤表層含水量隨植被蓋度的增加而增大。本研究也得出，短期休牧能夠顯著提高青藏高原東緣高寒草甸區(qū)0～30 cm土層的土壤含水量，但對30 cm以下土層的土壤含水量無顯著影響。這可能是因為短期休牧能夠有效提高地表植被覆蓋[16-18]，使土壤蒸發(fā)減小，草地保水能力強(qiáng)[19]。

氣候因子是影響土壤含水量的主要因素，降水量的時空分配對土壤水分具有重要影響，這種影響受到降水量、降水強(qiáng)度和降水時間的影響[20]。青藏高原東緣高寒草甸區(qū)降水呈正態(tài)分布，7月份降水達(dá)到頂峰，隨后逐漸降低[21]。因此測得7月份休牧草地0～10 cm土層的土壤含水量達(dá)到100%，隨著月份推移，0～20 cm土層的土壤含水量逐漸降低，而20 cm以下土層的土壤含水量月份間變化無明顯規(guī)律。

短期休牧可以增加地上植被蓋度，有效減少表層土壤水分蒸散，保持土壤水分[22]。試驗區(qū)家畜6月底由冬季牧場轉(zhuǎn)到夏季牧場，放牧對草地的影響逐漸增大，而從8月份開始降雨量逐漸減小，導(dǎo)致土壤水分積累難度加大。草地休牧后植被覆蓋度大，土壤保水能力較強(qiáng)。本試驗得出，7-10月休牧草地的土壤含水量整體高于放牧草地，土壤表層(0～30 cm)的差異更大(圖2，4，6)，但隨著月份推移,二者的差距逐漸減小，10月差距最小。另外，2012年7月試驗區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害，土壤含水量偏高。

殷國梅等[19]研究表明，0～10 cm土層土壤含水量受放牧強(qiáng)度的影響最大,其次為10～20和20～30 cm土層。本研究也得出，短期休牧能顯著提高青藏高原東緣高寒草甸區(qū)夏季草場0～30 cm土層土壤含水量，30～60 cm土層的土壤含水量無顯著影響，主要是因為土壤表層土壤水分蒸散較強(qiáng)[22]。另外，青藏高原高寒草甸區(qū)的優(yōu)勢植物為莎草科和禾本科牧草，其根系主要分布在0～30 cm土層[18-23]，家畜踐踏對0～10 cm土層的影響較大，對降水的響應(yīng)比較敏感[24-25]。

4 結(jié) 論

短期休牧能顯著提高青藏高原東緣高寒草甸區(qū)夏季草場0～30 cm土層土壤含水量(P<0.05)，但對30 cm以下土層的土壤含水量無顯著影響；隨著月份推移，休牧和放牧草地0～20 cm土層的土壤含水量逐漸降低；短期休牧草地的土壤含水量整體高于放牧草地，且隨月份的推移，二者的差距逐漸減小，7月份0～10 cm土層的差距最大，10月份20～30 cm土層的差距最小。

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(責(zé)任編輯：顧玉蘭 Responsible editor:GU Yulan)

Effects of Short-term Rest Grazing on Soil Moisture Content in Eastern Alpine Meadow of Qinghai-Tibet Plateau

TIAN Jiusheng, TIAN Xinhui and DU Wenhua

(Key Laboratory of Grassland Ecosystem of Ministry of Education,Gansu Agricultural University ;Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province / Sino-U.S.Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability, College of Pratacultural Science Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

The effects of the short-term rest grazing on soil moisture content in different months of summer pasture of the typical farmer in Maqu county from 2011 to 2012 and soil layers was studied in eastern alpine meadow of Qinghai-Tibet plateau.The results showed that the short-term rest grazing could increase soil moisture content in layer 0-30 cm significantly, but it had no significant effect on soil moisture below 30 cm;from July to October, the soil moisture content for the grazing and rest pasture decreased gradually;the overall soil moisture content for the short-term rest grazing was higher than that of the grazing pasture, but the gaps were shorten gradually from July to October.The biggest gap was found in July at the depth of 0-10 cm and the smallest gap was in October at the depth of 20-30 cm.

Short-term rest grazing ; Soil moisture content; Alpine meadow; East Qinghai-Tibet plateau

TIAN Jiusheng, male, master student.Research area: the germplasm, breeding and cultivation of grasses.E-mail:862985321@qq.com

DU Wenhua,female, doctoral supervisor, professor.Research area: the germplasm, breeding and cultivation of grasses.E-mail: duwh@gsau.edu.cn

2016-01-19

2016-04-15

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201003019)；國家自然科學(xué)基金(31360577)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS-40-09B)。

田久勝，男，碩士研究生，研究方向為草種質(zhì)資源及育種栽培。E-mail:862985321@qq.com

杜文華，女，博導(dǎo)，教授，研究方向為草種質(zhì)資源及育種栽培。E-mail: duwh@gsau.edu.cn

日期：2016-12-12

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161212.1114.008.html

S812

A

1004-1389(2016)12-1768-07

Received 2016-01-19 Returned 2016-04-15

Foundation item The National Department Public Benefit Research Fund (No.201003019); National Natural Science Foundation of China (No.31360577); Special Fund for the Construction of Modern Agricultural Industry Technology System (No.CARS-40-09B).