基于群落結(jié)構(gòu)及土壤理化性質(zhì)對圍封7年青藏高原東南緣高山草地的綜合評價(jià)

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(1.中國科學(xué)院成都生物研究所,四川 成都 610041；2.中國科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,北京 101408；3.華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海 200241；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101；5.阿壩師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院,四川 阿壩623002)

放牧是人類利用和管理草地的重要方式，在草地生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞等重要作用[1-3]?？v觀人類發(fā)展歷程，放牧不僅給人類的生存發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而且在文化的交流上起到了積極作用[4]。作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，放牧既是牧民經(jīng)濟(jì)收入的來源，同時(shí)也為草地生態(tài)系統(tǒng)提供了一種保護(hù)機(jī)制，避免了集中式飼料養(yǎng)殖引發(fā)的環(huán)境污染及食品安全等問題[5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球牧區(qū)面積約占陸地面積的50%以上，主要分布于美國、澳大利亞、新西蘭等具有溫帶大陸性氣候或熱帶草原氣候的國家和地區(qū)[2]；我國牧區(qū)面積約占國土面積的41%，主要分布于胡煥庸線的左側(cè)，屬于半干旱區(qū)域的脆弱生態(tài)帶[2,6]。放牧作為我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，使廣大人民普遍受益，但它同樣是把“雙刃劍”。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長和人們物質(zhì)需求的逐步提高，過牧現(xiàn)象大面積出現(xiàn)，導(dǎo)致草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成發(fā)生了變化，其功能亦隨之減弱。主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：首先，過度放牧致使植物群落結(jié)構(gòu)的組成明顯改變，牲畜的選擇性采食使物種多樣性單一化，并讓毒害雜草成為優(yōu)勢物種[7-8]；其次，牲畜活動(dòng)導(dǎo)致土壤碳、氮等元素含量降低，其踐踏作用導(dǎo)致土壤容重增加，土壤質(zhì)量逐漸下降[9]；再者，牲畜數(shù)目超過單位面積草地的承載量，打破植被生長的良性循環(huán)，使草地生產(chǎn)力降低，草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其功能遭到嚴(yán)重破壞[10]，因此，應(yīng)積極采取措施防止草地生態(tài)系統(tǒng)繼續(xù)惡化，使其在科學(xué)有效的管理方式下得以修復(fù)，既而可持續(xù)地服務(wù)于人類社會(huì)。

圍欄封育、重建人工草地等是草地修復(fù)的主要措施，在我國不同的草地類型中有著廣泛應(yīng)用。圍欄封育因其投資小，見效快以及方便管理為世界各地采用，其修復(fù)機(jī)制主要是通過排除放牧的干擾，使草地生態(tài)系統(tǒng)憑借自身彈力得以恢復(fù)[11-12]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，圍欄封育的確取得了良好的生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益，但一些研究者也對其實(shí)用性及修復(fù)效果提出了質(zhì)疑，即是否所有退化草地都可以進(jìn)行圍欄封育，以及關(guān)于圍封時(shí)間與草地修復(fù)情況。已有研究表明圍欄封育并不具有普適性，不恰當(dāng)?shù)膰夥绞郊皣鈺r(shí)間帶來的修復(fù)效果并不理想，甚至?xí)铀俨莸赝嘶痆13]，蘇建紅等[14]對高寒草甸的長期圍封實(shí)驗(yàn)表明圍欄內(nèi)的土壤全氮及全磷含量低于圍欄外，僅土壤含水量及容重得到改善。劉建等[15]發(fā)現(xiàn)圍封19年后草地生物多樣性下降，Vickery[16]和Wang等[17]指出圍欄破壞了放牧帶來的牧草超補(bǔ)償生長機(jī)制，而導(dǎo)致草地生產(chǎn)力降低，更有學(xué)者提出圍欄封育不僅沒有改善草地質(zhì)量，還嚴(yán)重地破壞了野生動(dòng)物的遷徙廊道[18-19]。因此，對圍欄封育后的草地質(zhì)量進(jìn)行綜合系統(tǒng)的評估非常必要，有助于明確圍欄封育的修復(fù)機(jī)制及其所帶來的實(shí)際效益。

作為我國四大牧區(qū)之一的青藏高原，具有獨(dú)特的地理?xiàng)l件與氣候因素，對全球變化的響應(yīng)非常敏感，同時(shí)也使得其草地生態(tài)系統(tǒng)脆弱化[20-22]。放牧作為青藏高原長期維持生計(jì)的活動(dòng)方式有著悠久的歷史。但是，近年來不合理的放牧方式使得草地生態(tài)系統(tǒng)岌岌可危，同時(shí)學(xué)者們也開展了相應(yīng)的草地修復(fù)工作。目前，國內(nèi)外對草地修復(fù)機(jī)制及效果方面進(jìn)行了大量研究，但主要局限于獨(dú)立指標(biāo)的研究，如植被高度、生物量、生物多樣性等的研究[23-25]，此外，亦有針對退化草地及其恢復(fù)后土壤理化性質(zhì)的研究[14-15, 26]。然而，針對獨(dú)特的低緯度高海拔退化高山草地圍封后，通過植物-土壤互作界面進(jìn)行系統(tǒng)性的評價(jià)研究則相對較少。基于此背景，本研究選取青藏高原東緣岷江源區(qū)的典型退化高山草地作為研究對象，對比圍封7年后高山草地圍欄內(nèi)外的植物生物量、多樣性及土壤理化性質(zhì)，探究其變化規(guī)律及響應(yīng)程度，進(jìn)而對草地質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)，旨在系統(tǒng)地認(rèn)識退化草地的恢復(fù)過程，并為高山草地修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)，進(jìn)一步闡述其生態(tài)學(xué)內(nèi)涵與意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)地位于四川省松潘縣卡卡山山頂(32.59° N, 103.40° E)，屬于青藏高原東緣的岷山山脈中部，海拔為3850～3950 m，該地區(qū)受西南暖濕氣流和東南季風(fēng)控制，屬于典型山地季風(fēng)氣候。年均氣溫6.7 ℃，1月均溫-4.3 ℃，7月均溫15.6 ℃，年均降水量為756 mm，并呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性分布，超過70%的降水出現(xiàn)在夏季(6-8月)。年均太陽輻射時(shí)數(shù)1827.5 h，≥ 0 ℃年積溫1833.6 ℃，無絕對無霜期。土壤為棕色草氈土，土壤pH 5.61～7.11，有機(jī)質(zhì)29.31～88.28 g·kg-1干土，全氮2.64～7.97 g·kg-1干土，平均土層厚度63 cm，植物根系主要分布于2～20 cm 土層。苔蘚類植物主要有微齒金發(fā)蘚(Polytrichumswartzii)和長蒴蘚(Trematodonacutus)；維管束植物主要有嵩草屬(Kobresia)和薹草屬(Carex)，其他常見物種還有高原毛茛(Ranunculustanguticus)、甘肅馬先蒿(Pediculariskansuensis)、川西小黃菊(Pyrethrumtatsienense)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、盤花垂頭菊(Cremanthodiumdiscoideum)和濱發(fā)草(Deschampsialittoralis)等[27-28]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

2006年9月，在卡卡山山頂選擇一片相對平坦的區(qū)域，用鐵絲網(wǎng)建立60 m×60 m的圍欄，其內(nèi)外分別設(shè)置6個(gè)小區(qū)，大小為10 m×10 m，為避免邊際效應(yīng)，小區(qū)距離圍欄5 m左右，每個(gè)小區(qū)間隔5 m。該區(qū)域放牧?xí)r間大致為9月下旬至次年7月上旬，放牧強(qiáng)度為每hm24～5頭牦牛，草地利用率約為75%，屬于重度放牧。2012年9月在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10個(gè)0.25 m×0.25 m小樣方，剪取并收集地上植物及其凋落物，分類并記錄每個(gè)小區(qū)內(nèi)的物種數(shù)。收集到的植物在105 ℃殺青30 min后置于65 ℃烘干至恒重(48 h)并稱量。圍欄內(nèi)外每個(gè)小區(qū)內(nèi)于0～10 cm層次各挖取土壤樣品5份，剔除根系和雜物，帶回實(shí)驗(yàn)室混勻后用于土壤理化性質(zhì)測定；2012年6月分別于任意3個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置一個(gè)紐扣式溫度計(jì)(iButton-TMEX RTE), 埋置于地表下15 cm處，測量2012年6月至9月的土壤溫度，每小時(shí)測量一次。另外用環(huán)刀在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取土壤樣品2份，分別用于土壤含水量與土壤容重的測定。

1.3 樣品分析

不同層次挖取的每份土壤樣品分別混勻過篩(2 mm)測定理化性質(zhì)。采用氯仿熏蒸法測定土壤微生物生物量碳、氮含量;采用重鉻酸鉀氧化(外加熱)法測定土壤有機(jī)碳含量;采用凱氏法測定土壤全氮含量;采用紫外分光光度法測定硝態(tài)氮及銨態(tài)氮含量;采用釩鉬黃比色法測定土壤全磷含量;采用火焰分光光度法測定全鉀含量;采用乙酸鈉-火焰光度法測定陽離子交換量;采用電導(dǎo)法測定土壤pH值(水土比為2.5∶1.0);采用烘干法測定土壤含水量及容重[29]。

群落多樣性指數(shù)按照下列公式測定[30]：

式中：Pi代表第i個(gè)物種數(shù)量占群落總個(gè)體數(shù)量的比例;S代表樣地內(nèi)的物種數(shù);Hmax是最大香農(nóng)-威納指數(shù)。

1.4 土壤質(zhì)量及草地綜合質(zhì)量評價(jià)

1.4.2草地質(zhì)量綜合評價(jià) 1)評價(jià)指標(biāo)的確定。指標(biāo)的確定通常根據(jù)4個(gè)原則來進(jìn)行，即代表性、敏感性、實(shí)用性、獨(dú)立性。也可使用主成分分析法，首先，選擇主成分特征值大于1的主成分；然后，找出每個(gè)主成分中載荷最高的指標(biāo)，并且選出載荷值在最高載荷90%以上的其余指標(biāo)。若某個(gè)主成分的高載荷值指標(biāo)只有一個(gè)，那么該指標(biāo)被選??；若不止一個(gè)，將對其分別做相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)小于0.7，各指標(biāo)均被選取，若相關(guān)系數(shù)大于0.7，則選取相關(guān)系數(shù)之后最大的指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

對圍欄內(nèi)外的各項(xiàng)土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)、生物量及物種多樣性數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若不符合則進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換使其滿足正態(tài)性，利用Bartlett Test檢驗(yàn)其方差齊性。運(yùn)用單因素方差(One way-ANOVA)分析，對比圍欄與放牧處理下各指標(biāo)造成的差異，所有均值檢驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE)的形式呈現(xiàn)。對土壤理化性質(zhì)、生物量及物種多樣性進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，所有檢驗(yàn)均在α=0.05的置信水平下進(jìn)行；利用主成分分析法對土壤質(zhì)量進(jìn)行評估，并篩選出關(guān)鍵性的綜合評估指標(biāo)。用SPSS 19.0(IBM SPSS Inc., Chicago, USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 8.5(OriginLab, Virginia, USA)和R語言軟件包Corrplot作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 圍欄內(nèi)外高山草地的土壤溫度

圖1顯示隨著試驗(yàn)樣地的積雪逐漸融化殆盡，土壤溫度隨之逐漸提升，6-9月屬于絕大部分植物的最佳生長時(shí)期。從日均溫來看，圍欄內(nèi)外溫度變化趨勢相似，但圍欄外溫度波動(dòng)幅度稍大于圍欄內(nèi)，7月下旬至8月下旬期間尤甚；日最高溫?cái)?shù)據(jù)顯示，土壤溫度在7月下旬至8月中旬這段時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大值，期間圍欄外日最高溫遠(yuǎn)高于圍欄內(nèi)，圍欄內(nèi)外日最高溫分別為18.5和44.5 ℃；圍欄內(nèi)日最低溫為6月初的4.5 ℃，圍欄外的日最低溫在8月初最低為-2 ℃；圍欄內(nèi)土壤每日溫度最大波動(dòng)幅度為7.5 ℃，而圍欄外達(dá)43 ℃。在整個(gè)生長季內(nèi)，圍欄內(nèi)土壤溫度的日極值與日均溫保持一致的變化趨勢，而圍欄外土壤溫度日最大、最小值和日均值變化趨勢并無一致性。

2.2 圍欄內(nèi)外的草地群落生物量和物種多樣性

凋落物質(zhì)量和地上生物量在圍欄內(nèi)外均有顯著差異(P<0.05，表1)，相對于圍欄外的放牧處理，圍欄內(nèi)的凋落物質(zhì)量和地上生物量分別增加了66.94%、35.77%。苔蘚和維管束植物在圍欄內(nèi)的質(zhì)量均大于圍欄外，分別增加了56.25%和18.31%，但二者差異并不顯著(P>0.05)。Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)及物種數(shù)在圍欄內(nèi)外均無顯著差異(P>0.05)。

圖1 生長季圍欄內(nèi)外土壤溫度的變化Fig.1 The variation of soil temperature between enclosure and grazing during growing season

表1 圍欄內(nèi)外群落生物量及物種多樣性比較Table 1 Comparison of community biomass and biodiversity between enclosure and grazing

2.3 圍欄內(nèi)外土壤理化指標(biāo)的變化

土壤各項(xiàng)指標(biāo)中(表2)，僅硝態(tài)氮含量存在顯著差異(P<0.05)，圍欄內(nèi)的含量約為圍欄外的2倍。相較于圍欄外放牧處理，圍欄內(nèi)的土壤有機(jī)碳含量、全氮含量以及銨態(tài)氮含量和土壤含水量都有略微的提高，分別增加了9.19%、8.86%、7.25%、7.93%，但其差異均不顯著(P>0.05)。土壤微生物生物量碳、氮含量及二者的比值在圍欄內(nèi)外均無顯著差異(P>0.05)，但圍欄內(nèi)存在下降趨勢，分別減少了19.16%、7.22%、11.13%。此外，圍欄內(nèi)的容重降低了6.27%(P>0.05)，其余土壤理化指標(biāo)無明顯變化。

2.4 高山草地土壤理化性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性

對土壤理化性質(zhì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖2)。7年圍封修復(fù)后圍欄內(nèi)外土壤理化性質(zhì)相關(guān)性之間的差異明顯。圍欄內(nèi)TK與ANC, TP與SWC呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，TN與pH、MBN呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，SBD與TP、SWC呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；而圍欄外土壤pH與TN, SBD與NNC, ANC與MBC/MBN均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，CEC與SOC、TN及TP均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05)，而與pH呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，MBC、MBN均分別與TN、TP呈正相關(guān)(P<0.05)，同時(shí)MBN還與NNC及MBC呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表2 圍欄內(nèi)外土壤理化性質(zhì)比較Table 2 Comparison of soil physic-chemical properties at both sides of the fence

圖2 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)間的矩陣相關(guān)性Fig.2 Correlations of matrixes between different soil physic-chemical property indexes 藍(lán)色表示正相關(guān)，顏色越深正相關(guān)性越強(qiáng)；紅色表示負(fù)相關(guān)，顏色越深負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)。Blue and red indicate positive correlation and negative correlation, respectively. The darker color presents the stronger correlation.

2.5 高山草地土壤質(zhì)量評估

2.5.1土壤因子主成分分析 對上述13項(xiàng)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行主成分分析，為了消除不同指標(biāo)間量綱的不同以及數(shù)量級的差異，分析之前先將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(表3)。根據(jù)特征值>1，累計(jì)貢獻(xiàn)率>85%的原則提取5個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)88.86%，即這5個(gè)主成分可表達(dá)出所有土壤指標(biāo)88.86%的信息。因此，采用主成分分析法是有效可靠的。一般認(rèn)為某項(xiàng)指標(biāo)的主成分載荷越高，那么它在該主成分中所占權(quán)重越大。由此可見，第1主成分以SBD、TN、NNC為主要影響因子；第2主成分以TK、MBC、SOC為主要影響因子；第3主成分以MBC/MBN為主要影響因子；第4主成分則以ANC為主要影響因子；第5主成分以SWC為主要影響因子。

表3 土壤因子的主成分值和特征向量Table 3 The principal component and eigenvector of soil factors

注：EV, 特征值; CR, 貢獻(xiàn)率; CCR, 累積貢獻(xiàn)率。

Note：EV, Eigenvalue; CR, Contribution rate; CCR, Cumulative contribution rate.

2.5.2特征向量和各主成分方程 主成分的各特征值見表3。根據(jù)特征值和主成分的載荷值得到每個(gè)主成分的特征向量(方法見1.4.1)。再依據(jù)特征向量建立主成分方程。5個(gè)主成分的方程為:F1=-0.298pH+0.326CEC+0.238SOC+0.357TN+0.331TP+0.081TK+0.335NNC+0.193ANC+0.242MBC+0.286MBN-0.083MBC/MBN+0.272SWC-0.365SBD，F(xiàn)2、F3、F4、F5以此類推。

2.5.3主成分得分、綜合得分 各主成分得分及土壤綜合得分見表4，從表中可以看出8號樣的綜合得分最高(1.95)，9號樣最低(-1.26)。圍欄內(nèi)的土壤樣本平均綜合得分高于圍欄外且較為穩(wěn)定，其平均得分為0.1，圍欄外平均得分為-0.02，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)圍欄內(nèi)外得分差異不顯著(P>0.05)。

2.6 綜合評估圍欄措施對高山草地質(zhì)量的影響

草地質(zhì)量分為地上部分與地下部分，地上部分主要是指植被質(zhì)量，地下部分主要指土壤質(zhì)量。根據(jù)指標(biāo)選取的4個(gè)原則(代表性、敏感性、實(shí)用性、獨(dú)立性)，綜合考慮選取的地上部分指標(biāo)為凋落物質(zhì)量、苔蘚生物量及Simpson多樣性指數(shù)。地下指標(biāo)依據(jù)主成分分析結(jié)果選擇(見1.4.2)，第1主成分高因子載荷指標(biāo)有：TN、TP、NNC和SBD；第2主成分高因子載荷指標(biāo)有：TK; 第3主成分高因子載荷指標(biāo)有：MBC/MBN；第4主成分高因子載荷指標(biāo)有：TP、ANC；第5主成分高因子載荷指標(biāo)有：SWC。第4主成分高因子載荷指標(biāo)有2個(gè)，二者相關(guān)系數(shù)低于0.7,因此均被選取，第1主成分的NNC與SBD相關(guān)系數(shù)大于0.7，且SBD的相關(guān)系數(shù)總和較高應(yīng)被選取，但考慮到選取指標(biāo)的敏感性原則,因此NNC也被選取。以上11個(gè)指標(biāo)被選取進(jìn)行草地質(zhì)量綜合評價(jià)，各指標(biāo)的權(quán)重確定根據(jù)相關(guān)系數(shù)法(見1.4.2)，由圍欄內(nèi)外所有樣本數(shù)據(jù)計(jì)算得到。評價(jià)結(jié)果見表5。

表4 樣本的主成分得分及綜合得分Table 4 The principal component value and comprehensive value of principal component of samples

注：1～6號為圍欄內(nèi)土壤樣品，7～12號為圍欄外土壤樣品，F(xiàn)i(i=1,2,3,…)為各主成分得分，F(xiàn)Z為綜合主成分得分。

Note: No.1 to 6 are samples from enclosure, No.7 to 12 are samples from grazing，F(xiàn)i(i=1,2,3,…)are the principal component value respectively，F(xiàn)Zis comprehensive value of principal component.

表5 高山草地質(zhì)量綜合評價(jià)Table 5 The comprehensive assessment of alpine meadow quality

3 討論

實(shí)施圍欄管理是修復(fù)和防止草地退化的重要手段之一，在全球范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用[23,34]。與大多數(shù)研究結(jié)果類似，本研究發(fā)現(xiàn)退化高山草地圍欄7年后，圍欄內(nèi)土壤性質(zhì)得到一定程度的改善[24,26]。首先，土壤溫度方面，生長季盛期的圍欄內(nèi)外土壤日均溫波動(dòng)均較大，主要是強(qiáng)烈的太陽輻射以及超過70%的年降水均發(fā)生在此階段。長期放牧導(dǎo)致圍欄外其日最高、最低溫波動(dòng)幅度較圍欄內(nèi)大，主要是因?yàn)樵趪鷻趦?nèi)的植被長勢較好，下墊面對溫度變化起到一定的緩沖作用。而圍欄外存在一些非生物因素(主要為放牧)的干擾，導(dǎo)致植被的豐富度及均勻度降低，地表土壤直接接受了更多的太陽輻射，同時(shí)圍欄外土壤含水量較低且土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，導(dǎo)致其反照率及土壤熱傳導(dǎo)率較高，夜間熱量散失較快[35-36]。另外，7年的圍封使得圍欄內(nèi)土壤腐殖層的厚度增加，其對溫度的隔絕性也較高，因此圍欄內(nèi)土壤溫度日極值變化較小。對土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，圍欄的修復(fù)過程給土壤介質(zhì)各理化指標(biāo)及其相關(guān)性影響很大。首先，土壤物理性質(zhì)方面，圍欄的設(shè)置有效地減少了牲畜對表層土壤的踐踏，使土壤在無外界干擾的情況下逐漸自我修復(fù)。土壤孔隙度增加并疏松化，圍欄內(nèi)土壤含水量及容重指標(biāo)得到優(yōu)化。同時(shí)，圍欄也有效地防止了牲畜對植被的破壞，植物群落的生長有利于土壤團(tuán)聚體的形成，促進(jìn)土壤物理性質(zhì)的改善[37]；土壤化學(xué)性質(zhì)方面，圍欄內(nèi)的土壤有機(jī)碳、全氮及銨態(tài)氮的含量均有小幅度增加趨勢，主要是因?yàn)橥寥兰爸脖坏玫搅藝鷻诘挠行ПＷo(hù)，凋落物質(zhì)量顯著提高，可能促使有機(jī)質(zhì)分解作用增加，促進(jìn)了微生境內(nèi)的生物地化循環(huán)[38]。7年的圍欄修復(fù)后，圍欄內(nèi)外的土壤硝態(tài)氮含量存在顯著的差異?？赡苡?個(gè)原因：1)硝態(tài)氮主要來源于銨態(tài)氮的硝化作用，圍欄內(nèi)的銨態(tài)氮含量相較于持續(xù)放牧處理提高了7.25%，硝化作用底物積累更有利于硝化產(chǎn)物的增加；2)相關(guān)分析表明土壤硝態(tài)氮含量與土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，圍欄內(nèi)的土壤含水量提高了7.93%(表2)，也許更利于硝態(tài)氮離子形態(tài)的積累；3)圍欄內(nèi)土壤容重得到改善，土壤孔隙度提高、空氣含量增加促進(jìn)硝化作用，亦使得硝態(tài)氮含量升高。微生物生物量碳、氮含量也許與放牧區(qū)牲畜的活動(dòng)有關(guān)，其排泄物對土壤表層的營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)造成一定影響。從總體來看，圍欄對土壤理化性質(zhì)的改善具有積極作用，但也有研究發(fā)現(xiàn)圍欄也存在負(fù)影響機(jī)制，例如由于圍封草地凋落物過多導(dǎo)致其分解速率下降，不利于物質(zhì)循環(huán)過程[13]。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要充分考慮圍欄對于退化草地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)作用的局限性以及時(shí)空特異性。

退化草地圍封7年后其植被得到修復(fù)，其中凋落物質(zhì)量和地上生物量有顯著的提高，苔蘚和維管束植物生物量也趨于增加，這主要是由于圍欄有效地防止了牲畜采食，同時(shí)一定程度上土壤理化性質(zhì)的改善與植物的生長有著良性互饋。此外，圍欄內(nèi)外的物種多樣性及物種數(shù)變化并不顯著，這與前人的一些研究結(jié)果類似[11,39]，可能與圍封時(shí)間、土壤質(zhì)量、群落結(jié)構(gòu)以及特殊的地理位置等相關(guān)。以往的研究結(jié)果表明，圍欄對物種多樣性造成的變化趨勢不盡相同。一些研究者認(rèn)為，圍欄的保護(hù)機(jī)制讓草地植物規(guī)避了人為干擾因素，物種多樣性得以恢復(fù)，但恢復(fù)效果與圍欄時(shí)間之間并非簡單的線性關(guān)系[40-41]；而另一些研究者認(rèn)為，圍欄恢復(fù)具有強(qiáng)競爭力物種的生長壓力后，資源限制區(qū)域內(nèi)競爭力較弱的物種開始消失，從而導(dǎo)致物種多樣性逐步降低[39,42-43]。綜上，對于群落結(jié)構(gòu)相對簡單的高山草地系統(tǒng)來說，維持穩(wěn)定的草地生物量產(chǎn)量、保護(hù)物種生物多樣性對其可持續(xù)發(fā)展與利用具有重要意義。

高山草地土壤質(zhì)量狀況數(shù)值化的綜合評價(jià)，能更直觀地以質(zhì)量綜合得分為依據(jù)來判斷草地保護(hù)及資源使用的情況[44]。本研究土壤質(zhì)量綜合得分最高(1.95)和最低(-1.26)的土壤樣品均來自放牧區(qū)(均值為-0.02)，其平均值略低于圍欄內(nèi)(0.1)。盡管二者的方差分析結(jié)果表明二者無顯著差異，但是放牧區(qū)綜合得分比圍欄內(nèi)的波動(dòng)大，即表明7年內(nèi)圍欄較穩(wěn)定地改善了土壤質(zhì)量，而圍欄外的草地土壤質(zhì)量呈現(xiàn)斑塊化的分布，這可能是由牲畜選擇性采食造成的。圍欄內(nèi)草地綜合質(zhì)量亦有小幅度的提高(相對得分0.209)，草地綜合質(zhì)量中土壤質(zhì)量占了較大的比重(78%)，其中土壤含水量、容重及硝態(tài)氮含量的權(quán)重較高，直接與土壤的水肥氣熱相關(guān)。因此，草地保護(hù)過程中既要注意土壤質(zhì)量的修復(fù)情況，同時(shí)也要考慮地表植被的恢復(fù)狀況。此外，可視其退化程度輔以開展松土或提高相應(yīng)肥力的措施，并且有必要開展定期的草地恢復(fù)監(jiān)測工作，并可進(jìn)行圍欄修復(fù)的時(shí)序性研究便于對其時(shí)效性做出正確判斷。草地生態(tài)系統(tǒng)彈力恢復(fù)后可進(jìn)行人工刈割及低強(qiáng)度放牧活動(dòng)，在放牧策略上也可選擇季節(jié)性放牧或輪牧方式以避免圍欄帶來的負(fù)面影響。

4 結(jié)論

圍欄是管理草地的一種人為措施，其目的在于科學(xué)地平衡生產(chǎn)與利用之間的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重退化的高山草地在經(jīng)過7年的圍欄封育后，圍欄內(nèi)大部分土壤理化性質(zhì)相較于持續(xù)放牧處理有所改善，以硝態(tài)氮含量變化最為顯著。地上部分凋落物質(zhì)量和地上生物量顯著增加，物種多樣性方面尚無顯著性變化。草地綜合質(zhì)量評價(jià)表明，土壤質(zhì)量有小幅度的提高，土壤含水量、土壤容重以及氮、磷元素是草地恢復(fù)中的重要指標(biāo)，土壤質(zhì)量的優(yōu)劣對于草地質(zhì)量的提高非常重要。采取草地質(zhì)量綜合評估法探討高山草地的修復(fù)效果，旨在為草地修復(fù)情況的判定提供一種科學(xué)有效的手段，在一定程度上對高山草地的修復(fù)工作具有科學(xué)的指導(dǎo)意義，而在其他區(qū)域或更大時(shí)空尺度的適用性尚待進(jìn)一步探討。