不同覆蓋措施對高寒地區(qū)剝離的草皮塊堆放溫濕度及成活的影響

陳學(xué)平， 周 勇， 楊艷剛， 陶雙成， 劉 磊， 劉卓成， 季雙旋

（1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029； 2.西藏自治區(qū)重點(diǎn)公路建設(shè)項(xiàng)目管理中心，西藏拉薩 85000；3.青海省交通科學(xué)研究院，青海西寧 73000）

0 引言

以嵩草草甸為代表的高寒草地分布在海拔約3 000 m 至6 000 m，是世界上最大的高山草地生態(tài)系統(tǒng)，對世界碳匯、畜牧業(yè)生產(chǎn)等有重要意義［1］。嵩草草甸表土呈氈狀的根墊結(jié)構(gòu)，是高寒草甸表層結(jié)構(gòu)形式，可減弱侵蝕［2］，影響土壤凍融過程［3］，對保持坡面穩(wěn)定［4］、保護(hù)凍土［5］有重要作用。高寒區(qū)重大工程建設(shè)中剝離的嵩草草甸草皮層，不僅含有植物，其土壤中還有豐富的動(dòng)物［6］、微生物［7］等，是重要的生物資源，復(fù)植草皮層對恢復(fù)原生生態(tài)系統(tǒng)有重要意義。由于氣候寒冷、干旱，在高寒區(qū)公路、鐵路、礦山等工程建設(shè)擾動(dòng)區(qū)植被恢復(fù)中，僅有垂穗披堿草、老芒麥、冷地早熟禾、星星草等為數(shù)不多的本土植物的種子可供人工播種利用。播種建坪的草種幼苗適應(yīng)性弱，存在植被覆蓋度低、景觀與水保效果不佳等問題［8］。在交通［9］、電力［10］等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，對擾動(dòng)區(qū)草皮層剝離并復(fù)植利用，具有恢復(fù)速度快、物種多樣性高，且均為鄉(xiāng)土植物群落類型的優(yōu)點(diǎn)［11-13］。在交通、礦山等建設(shè)項(xiàng)目規(guī)范中，均明確規(guī)定草皮層應(yīng)予以重點(diǎn)保護(hù)并移植利用。青藏鐵路、G214 共和-玉樹高速公路等高寒區(qū)重大工程建設(shè)中，開展了大規(guī)模的草皮剝離與復(fù)植利用，后續(xù)植被演替調(diào)查結(jié)果顯示，移植草皮塊最后的成活情況并不理想［9，14］。高寒區(qū)工程建設(shè)中，草皮剝離并堆放貯存，在土建工程完工后復(fù)植，歷經(jīng)時(shí)間長，各環(huán)節(jié)均會(huì)影響草皮塊復(fù)植后的成活率。草皮塊堆放過程會(huì)影響土壤水分、養(yǎng)分狀況及草莖、種子庫等繁殖體活力，但當(dāng)前多對復(fù)植后植被恢復(fù)效果開展調(diào)查研究，而堆放過程對草皮活力影響研究較少。如對干旱草地復(fù)植后的恢復(fù)研究結(jié)果表明，物種早期密度逐漸下降，后期部分恢復(fù)，不同物種覆蓋度出現(xiàn)分化［15］；目標(biāo)移植地的積雪覆蓋條件會(huì)影響草本植物成活、恢復(fù)生長及后期群落組成［16］。對表土回覆后的相關(guān)研究主要涉及表土種子庫與營養(yǎng)繁殖體的萌發(fā)情況及表土回覆對群落組成的貢獻(xiàn)［17］，覆土后物種豐富度、覆蓋度及瀕危物種豐富度變化［12，18］，遮陰、澆水等管理對表土中萌發(fā)植物多樣性、密度和相似性的影響［19］。堆放過程研究主要針對表土部分，尤其是對有機(jī)物分解、土壤養(yǎng)分及表土種子庫變化的影響。有研究表明，堆放中豆科凋落物分解速度快于禾本科凋落物，堆放后有機(jī)質(zhì)殘留量較低［20］；堆體缺氧條件下有機(jī)物礦化、硝化作用受抑制、大量銨態(tài)氮積累、可溶性有機(jī)化合物增加，通氣后的硝化、淋溶、反硝化等綜合作用又造成土壤養(yǎng)分損失［21］；堆放時(shí)間延長一般會(huì)導(dǎo)致土壤中植物萌發(fā)率降低［21-22］，但也有研究表明萌發(fā)率反而會(huì)提高［23］，這可能與種子庫休眠及對環(huán)境條件的響應(yīng)有關(guān)［24］?？偟膩砜矗ㄍ寥浪?、通氣、埋深、溫度等堆放環(huán)境條件對土壤養(yǎng)分保持或分解、種子庫休眠、死亡或萌發(fā)等均產(chǎn)生重要影響［21，24-26］。

綜上所述，在表土堆放方面，當(dāng)前研究主要針對堆放透氣性、土壤水分以及堆放過程對土壤養(yǎng)分狀況、種子庫活力及其他生物學(xué)指標(biāo)影響，并少量涉及對其中無性繁殖體的活力影響。草皮塊移植研究主要針對復(fù)植后植物群落演替特征，堆放對草皮活力影響未見研究報(bào)道。因此，本研究結(jié)合青藏高原工程實(shí)踐，開展不同覆蓋措施對剝離的草皮塊堆放土壤溫濕度及堆放后草皮塊復(fù)植成活的影響，以期為草皮剝離與再利用提供科學(xué)參考。

1 草皮塊來源與試驗(yàn)方法

1.1 草皮塊來源

草皮塊來源地為G214共和-玉樹高速公路瑪多段2 標(biāo)草甸草原，位于97°58′55″E，34°30′14″N，海拔4 328 m。植被為小嵩草草甸，伴生種有金露梅（Potentilla fruticoseL.）、矮火絨草［Leontopodium nanum（Hook. f. et Thoms.）Hand.-Ma］、黃耆（Astragalus mongholicusBunge）等，自然植被覆蓋度在90%以上。利用挖掘機(jī)剝離草皮層，下層土壤一同剝離清運(yùn)，總剝離厚度控制在30 cm。

剝離的草皮塊堆放于青海省瑪多縣交通運(yùn)輸部多年凍土觀測試驗(yàn)站內(nèi)，位置坐標(biāo)為98°34′05″E、34°58′28″N，海拔4 301 m?，敹嗫h多年平均降水量為318.5 mm，蒸發(fā)量為1 326.1 mm，氣候寒冷干燥，試驗(yàn)站平均氣溫-3.0 ℃，全年無絕對無霜期。試驗(yàn)站內(nèi)天然凍土上限一般在-2.0～-2.8 m，年平均地溫在-0.5～-1.0 ℃之間，屬高溫多年凍土，且屬飽冰凍土、含土冰層地段。高寒草原是該地區(qū)典型植被類型，自然植被覆蓋度30%～40%之間。試驗(yàn)站優(yōu)勢植被有絲葉風(fēng)毛菊［Saussurea leontodontoides（DC.）Sch. -Bip.］、蚤綴（Arenaria serpyllifoliaL.），伴生種有堿茅［Puccinellia distans（L.）Parl］、矮火絨草、墊狀點(diǎn)地梅（Androsace tapeteMaxim.）、蒿類（Artemisiaspp.）、狗哇花［Heteropappus hispidus（Thunb.）Less.］、紫花針茅（Stipa purpureaGriseb.）、早熟禾（Poa annuaL.）等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 堆放、覆蓋處理及養(yǎng)護(hù)

2015 年8 月10 日開始剝離草皮塊，臨時(shí)堆放6 d 后運(yùn)達(dá)試驗(yàn)站，一部分直接進(jìn)行邊坡復(fù)植綠化，另一部分因溫濕度監(jiān)測設(shè)備未到位，堆放至9 月23日再復(fù)植一部分，其余分層堆放并開始監(jiān)測土壤溫濕度。

分層堆放。將草皮層切削保留15 cm 厚土壤，分8層疊放成堆。為防止坍塌，堆體上窄下寬，底部1.5 m×1.5 m，逐層收縮，最上層為0.4 m×0.4 m。為利于頂部集雨入滲，頂層草皮塊圍合呈四周高中間低的凹形，共堆放6堆。

覆蓋措施。設(shè)置了遮陽網(wǎng)與穿孔塑料膜兩種覆蓋措施。穿孔膜覆蓋措施采用溫室用塑料膜（厚度0.10 mm）覆蓋，膜上品字形打孔（D=2 cm），膜上覆蓋草毯固定；遮陽網(wǎng)覆蓋措施采用黑色塑料遮陽網(wǎng)覆蓋，遮光率60%，即透光率40%。每種覆蓋措施重復(fù)設(shè)置3個(gè)。試驗(yàn)現(xiàn)場見圖1。

養(yǎng)護(hù)。為模擬工程實(shí)踐，堆放后噴灑越冬水；堆放并采取不同覆蓋措施后通過復(fù)植觀測各處理返青覆蓋度，評估其成活狀況。復(fù)植時(shí)，先在場地下層墊土，上層再分區(qū)鋪植兩種處理的草皮塊，壓實(shí)，使草皮層與下層土壤結(jié)合緊密，均勻?yàn)⑺４杭緦λ袕?fù)植草皮均勻噴灑返青水，間隔7 d 再噴灑一次。為保證噴灑均勻，每次補(bǔ)水按照6 m3灑水車的總量均時(shí)分配噴灑各草皮塊堆體。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集及處理

（1）氣象數(shù)據(jù)及自然土壤、堆體溫濕度

首先，依據(jù)自動(dòng)氣象站監(jiān)測試驗(yàn)場獲得每日2 h、8 h、14 h、20 h 氣溫、降水量、最高與最低氣溫以及5 cm（D5）、10 cm（D10）、15 cm（D15）、20 cm（D20）深度的土壤溫度。

然后，再在堆放當(dāng)年的9 月24 日—次年6 月14日，采用TDR 溫濕度自動(dòng)監(jiān)控儀（產(chǎn)自德國IMKO Micromodultechnik GmbH 公司，TRIME-PICO 64）連續(xù)監(jiān)測草皮塊堆體中心溫濕度。操作方式為：探針插入第4 層草皮塊，數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)長為1 h；次年6 月15 日復(fù)植后，將探針插入復(fù)植后草皮塊，繼續(xù)監(jiān)測至7月16日。

自然地表也插入TDR 溫濕度監(jiān)測探頭，但由于儀器故障僅采集到次年的4月25日—5月29日期間的數(shù)據(jù)。本研究中TDR 所測土壤水分指土壤中未凍水的體積含水量，不包括固態(tài)冰。土壤未凍水含量變幅為末期土壤未凍水含量相對于初始含水量（5日平均值）的增幅。

（2）返青覆蓋度

本試驗(yàn)假定短期堆放（6 d）對草皮塊的復(fù)植成活不構(gòu)成影響，將其返青覆蓋度作為堆放起始時(shí)的原始狀態(tài)。對其他兩個(gè)時(shí)段即9 月24 日（堆放40 d）、次年6月16日（堆放269 d）復(fù)植的草皮塊的返青覆蓋度進(jìn)行測定，評估堆放時(shí)長對其成活影響。同時(shí)，測定兩種覆蓋措施處理后復(fù)植的草皮塊返青覆蓋度，評估覆蓋方式對其成活影響的差異。返青覆蓋度在次年7 月16 日，即堆體草皮復(fù)植后1 個(gè)月測定，用針刺法測定上述草皮塊的返青覆蓋度，每類均選取30個(gè)草皮塊樣點(diǎn)進(jìn)行測量，每個(gè)草皮塊樣點(diǎn)按長×寬簡化形狀并計(jì)算面積，再對各個(gè)草皮塊返青比例按面積加權(quán)平均，作為該類草皮塊的返青覆蓋度（%）。

（3）數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 與Excel 軟件分析處理并作圖，采用配對樣本t檢驗(yàn)分析堆放處理間溫度以及與地表各層溫度變化的相關(guān)性，采用單樣本方差方法分析不同覆蓋措施處理后復(fù)植的草皮塊返青覆蓋度差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤凍融過程分析

凍融狀態(tài)如何判定，過程如何界定，科研人員提出了多種方法和理論。針對高寒地區(qū)工程實(shí)踐，可忽略土壤鹽分含量和土壤顆粒表面能對土壤凍結(jié)溫度降低的影響，只以地溫為判斷依據(jù)。如果某一深度的土壤溫度在一日之內(nèi)既有正溫又有負(fù)溫，表明土壤發(fā)生了日凍融循環(huán)。根據(jù)地表土壤的日最高地溫（Tmax）和日最低地溫（Tmin），可以將淺層土壤劃分為三個(gè)狀態(tài)：凍融循環(huán)期，Tmax＞0 ℃，Tmin＜0 ℃；完全融化期，Tmax＞Tmin＞0 ℃；完全凍結(jié)期，Tmin＜Tmax＜0 ℃［27］。但由于土壤凍結(jié)本身也會(huì)不穩(wěn)定，故有學(xué)者認(rèn)為活動(dòng)層起始融化時(shí)間和起始凍結(jié)時(shí)間宜分別以地表以下5 cm 深度處日平均溫度連續(xù)5 日大于0 ℃和小于0 ℃為判斷標(biāo)準(zhǔn)［28］。以日平均溫度小于0 ℃判斷凍結(jié)日期時(shí)，可能土壤仍然處于日凍融循環(huán)期。為此，本研究結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)特征，綜合兩種判斷方法，以Tmax連續(xù)5 日冬季＜0 ℃至春季＞0 ℃之前確定為完全凍結(jié)期，對兩種覆蓋措施下的堆體凍融過程階段劃分結(jié)果見表1。

從表1可以看出，在遮陽網(wǎng)覆蓋措施下，草皮塊堆體內(nèi)土壤完全凍結(jié)期208 d，較穿孔膜覆蓋措施完全凍結(jié)期長55 d；日凍融循環(huán)37次，較后者多19次；春季完全融化日期較后者推遲51 d。其中，在地表TDR 有效監(jiān)測的4 月25 日—5 月29 日期間，遮陽網(wǎng)覆蓋堆體與穿孔膜覆蓋堆體的日凍融循環(huán)分別較自然地表（33次）少5次與33次。

與同期地表日均溫相比，穿孔膜覆蓋措施的堆體土壤與各層地溫的凍結(jié)時(shí)期相差均在10 d 以內(nèi)，且起止日期也較為接近，而遮陽網(wǎng)覆蓋措施較自然地表各深度層延長凍結(jié)期51～64 d。

2.2 堆放期對土壤溫度的影響

遮陽網(wǎng)覆蓋堆體堆放期的日均土壤溫度為-6.8 ℃，顯著低于自然地表不同深度層的地溫，與自然地表5～20 cm 層地溫差值在-2.6～-4.3 ℃之間；穿孔膜覆蓋堆體日均土壤溫度為-2.6 ℃，與5～20 cm 深度的溫差值在1.5～-1.7 ℃之間。進(jìn)一步分為早冬、深冬、初春等3 個(gè)時(shí)期，采用箱形圖［29］表達(dá)兩種覆蓋日均土壤溫度與自然地表地溫?cái)?shù)值分布，包括最大值、上四分位數(shù)（25%）、中位數(shù)（50%）、下四分位數(shù)（75%）與最小值等特征數(shù)值，見圖2。

圖2 兩種覆蓋措施下堆體的日均土壤溫度及自然地溫分期箱形圖Fig.2 Box diagram of the daily average soil temperature and natural ground temperature of the pile under two mulching measures：early winter（a），late winter（b），early spring（c）

圖2（a）、2（b）到2（c）的三個(gè)時(shí)期總體呈現(xiàn)出高－低－高的變化趨勢，相比穿孔膜覆蓋堆體，遮陽網(wǎng)覆蓋堆體各時(shí)期的日均土壤溫度中位數(shù)值比自然地表的更低，兩種覆蓋措施下堆體的日均土壤溫度均位于自然地表地溫波動(dòng)區(qū)間內(nèi)；與自然地表相比，各時(shí)期遮陽網(wǎng)覆蓋顯著降低了日均土壤溫度，中位數(shù)值與D5 差值在-1.5～-4.3 ℃之間，深冬差異?。?1.5 ℃），早冬與早春最小值均略低于D5，深冬極為接近。穿孔膜覆蓋顯著提升了各時(shí)期日均土壤溫度，與D5差值在0.3～2.4 ℃之間，早春差異小。

兩種覆蓋措施的堆體土壤溫度與氣溫均呈極顯著正相關(guān)，但就氣溫相關(guān)系數(shù)值而言，遮陽網(wǎng)較穿孔膜的更大，曲線斜率略低，隨氣溫升高前者上升更緩慢，見圖3（a）。自然地表下地溫與大氣日均溫則表現(xiàn)出隨自然地表土壤深度增加，曲線斜率漸緩，地溫受氣溫影響漸弱，見圖3（b）。

圖3 不同覆蓋措施下堆體的土壤溫度、自然地表地溫與大氣日均溫關(guān)系Fig.3 The relationship between the average daily atmospheric temperature and the soil temperature of the pile under different covering measures（a），as well as the relationship with the natural surface temperature（b）

遮陽網(wǎng)覆蓋堆體日均土壤溫度與氣溫的擬合曲線R2值、縱軸截距在-15 ℃左右，與自然地表D5地溫相關(guān)性強(qiáng)，且其受氣溫影響變幅更緩，擬合直線斜率最接近D10 地溫變化特征；穿孔膜覆蓋堆體日均土壤溫度與自然地表D20 地溫最接近，擬合直線受氣溫影響變幅最接近自然地表D10 地溫變幅。當(dāng)年9 月24 日至次年6 月14 日期間氣溫日較差平均達(dá)16.6 ℃，而遮陽網(wǎng)與穿孔膜覆蓋下堆體土壤溫度日較差則分別為2.4 ℃與2.3 ℃，說明草皮塊堆放中土壤日內(nèi)變化對氣溫日內(nèi)變化不大敏感，與自然地表較深層土壤溫度日較差變化規(guī)律相似。

2.3 堆放期土壤含水量的變化

整個(gè)堆放期土壤未凍水含量變幅呈“V”字形，但兩種覆蓋措施下土壤凍結(jié)前后未凍水含量變幅有所差異，見圖4（a）與圖4（b）。結(jié)合日均土壤溫度可知，遮陽網(wǎng)覆蓋堆體的土壤凍結(jié)前與融化后差異顯著（P＜0.01），土壤未凍水含量變幅達(dá)到-36.2%；穿孔膜覆蓋堆體的土壤未凍水含量變幅不明顯，僅為4.0%。在4 月25 日—5 月29 日期間的土壤融化期，兩種覆蓋措施之間，以及與同期自然地表之間的土壤水分變幅曲線有較大不同，見圖4（c）。

圖4 兩種覆蓋措施堆放全過程及春季土壤完全融化期堆體中心土壤未凍水含量變幅曲線Fig.4 Variation curve of unfrozen water content in the center of the pile during the whole stacking process of the two mulching measures and the complete thawing of the soil in spring：the whole process under the shading net（a），the whole process under the perforated film（b），the unfrozen water content of the pile and the natural surface during the complete thawing of the soil（c）

遮陽網(wǎng)覆蓋措施下土壤融化期土壤未凍水含量增幅呈淺“V”形，先期土壤含水量不斷下降，后期隨降水增多土壤未凍水含量逐漸轉(zhuǎn)為升高，降水對土壤水分補(bǔ)充具有明顯的滯后效應(yīng)；穿孔膜覆蓋措施下土壤與大氣水汽交換弱，土壤含水量變幅不明顯。期間，兩種覆蓋措施下的土壤未凍水含量變化不大，而自然地表土壤未凍水含量波動(dòng)較大，且在降水作用下提升快，觀測期隨降水出現(xiàn)了12.2%的增幅，且地表絕對含水量已分別達(dá)到遮陽網(wǎng)與穿孔膜覆蓋措施的4.1 倍與1.9 倍，可見堆放中土壤水分損失極大，且自然降水對堆放土壤的補(bǔ)給效應(yīng)弱。

2.4 復(fù)植后土壤溫濕度變化

草皮塊復(fù)植后，其土壤溫度受同期氣溫影響逐漸下降，兩種覆蓋措施處理的草皮塊土壤溫度變化趨勢接近，見圖5。遮陽網(wǎng)與穿孔膜覆蓋的草皮塊溫度差值為-0.26 ℃，差異達(dá)到極顯著水平（配對樣本t檢驗(yàn)，P＜0.01），表明不同堆放覆蓋措施處理對草皮塊土壤的保溫性能也產(chǎn)生了顯著影響。

圖5 兩種覆蓋措施下堆放的草皮塊鋪植后土壤溫度隨時(shí)間變化線性擬合Fig.5 Linear fitting of soil temperature with time after two treatments：mulch of shading net（a），mulch of perforated film（b）

在6月17日—7月17日期間，經(jīng)兩種覆蓋措施堆放處理后復(fù)植的草皮塊，土壤未凍水含量變化趨勢較一致，但隨水分補(bǔ)給其變化幅度卻有較明顯差異，遮陽網(wǎng)覆蓋處理的草皮塊土壤未凍水含量在降水時(shí)增幅較快，使得兩種覆蓋處理后土壤未凍水含量線性擬合曲線隨時(shí)間變化逐漸分離，至后期大幅分開（圖6）。以7月6日降雨為例，經(jīng)遮陽網(wǎng)覆蓋處理后，草皮塊土壤的未凍水含量較降雨前增加12.3%，而穿孔膜僅增加7.2%。表明經(jīng)穿孔膜覆蓋處理后，草皮塊的土壤吸水與保水性能比遮陽網(wǎng)措施低。

圖6 兩種覆蓋措施處理的草皮塊復(fù)植后土壤未凍水含量變化與降水周期線性擬合Fig.6 Linear fitting of soil unfrozen water content with water period after two mulching measures treated turf replantation

3 討論

3.1 堆放溫度及對草皮塊成活的影響

本研究中兩種堆放覆蓋措施溫濕度變化因素與其他因素綜合作用下，對草皮塊成活產(chǎn)生了不同影響。草皮剝離后堆放于地表，與外界熱量交換強(qiáng)烈且持續(xù)時(shí)間長，可能會(huì)使植物受到一定程度的凍害；遮陽網(wǎng)覆蓋堆體冬季溫度變幅為-20.4～-4.1 ℃，較自然地表淺層（5 cm）地溫變幅-20.8～-0.1 ℃的變幅小，最小溫度值更高，說明堆放中遭受的低溫影響小于其原生環(huán)境。同時(shí)，與更保溫的穿孔膜覆蓋措施相比，更低溫度下堆放效應(yīng)更佳。此外，從春季草皮塊復(fù)植后與自然地溫銜接來看，遮陽網(wǎng)覆蓋措施銜接性較好，而穿孔膜覆蓋措施從堆放期轉(zhuǎn)到復(fù)植期的大幅溫度變化，對植物形成的脅迫也更劇烈。剝離6 d 內(nèi)的草皮塊僅有個(gè)別草皮塊莖葉黃化，幾乎無死亡現(xiàn)象，返青覆蓋度為78.8%。臨時(shí)堆放40 d 后，草皮塊地上莖葉多呈黑褐色腐爛狀，在分層堆放時(shí)已難以辨識成活狀態(tài)，復(fù)植后返青植株主要由地下根莖重新萌發(fā)而成，返青覆蓋度為59.9%。

溫度是影響植物休眠與生長物候的重要因子［30-31］，不同物候期對環(huán)境脅迫表現(xiàn)有差異［32-33］。在春季土壤融化后長達(dá)2 個(gè)多月的堆存條件下，穿孔膜覆蓋措施下植物過早恢復(fù)生理活動(dòng)，疊加土壤缺氧、缺光環(huán)境，促進(jìn)植物無氧呼吸而產(chǎn)生毒害等變化，從而對草皮塊成活產(chǎn)生不利影響；遮陽網(wǎng)覆蓋措施下植物休眠期延長，有助于其度過逆境脅迫期。自然環(huán)境中植物物候與區(qū)域氣溫、降水等緊密相關(guān)，但具體影響因素當(dāng)前研究并未達(dá)成共識［30-31，34］，且只針對氣溫指標(biāo)形成了物候分類方法與指標(biāo)。其中，活動(dòng)積溫的生態(tài)學(xué)意義得到了廣泛重視，一般認(rèn)為日平均氣溫值＞10 ℃對絕大多數(shù)植物生命過程較有意義［35］，該值也是中國四季劃分方法中入春與入冬判斷的基準(zhǔn)溫度值［36］。但對青藏高原植物而言，這樣的活動(dòng)積溫下限值不大適用于物候判別，依托青藏高原東緣植物研究也證明種子最低可在0 ℃開始萌發(fā)［37］，為此有學(xué)者提出了適于青藏高原農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的新的四季劃分方法［34］。從本研究觀測數(shù)據(jù)來看，遮陽網(wǎng)覆蓋堆體最高日均土壤溫度僅4.3 ℃，仍造成堆放后返青覆蓋度較大下降，這也初步證明在0～5 ℃區(qū)間內(nèi)植物并非完全進(jìn)入休眠。鑒于此，分別采用日均土壤溫度＞0 ℃的日數(shù)、物候四季劃分方法的“4 ℃-12 ℃-10 ℃-1 ℃”（秋季＜1 ℃入冬，冬末＞4 ℃入春）［34］兩種物候溫度方法的基準(zhǔn)溫度值，線性擬合植物返青覆蓋度與對應(yīng)活動(dòng)溫度日數(shù)堆放時(shí)長的變化趨勢，可以看出，大于0 ℃堆放日數(shù)與植被返青覆蓋度線性關(guān)系更好（圖7）。

圖7 兩種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)擬合方法下堆放草皮塊返青覆蓋度隨堆放時(shí)長的下降趨勢Fig.7 Decreasing trend of green coverage of stacked turf blocks with stacking time under two data statistical fitting methods：above 0 ℃（a），phenology four seasons division method（b）

按＞0 ℃日數(shù)計(jì)，越冬期返青覆蓋度下降速率為每30 d 下降10.2%。而在草皮塊剝離當(dāng)年8 月前期堆放時(shí)，其下降幅度為每30 d 下降14.1%?？芍?，返青覆蓋度降幅在溫度更高的春夏季還將進(jìn)一步增大。植物生長季長期堆放死亡率高，這可能也是高寒地區(qū)青藏鐵路等工程建設(shè)中草皮鋪植技術(shù)應(yīng)用效果不佳的重要原因之一。

3.2 堆放對土壤吸持水性能及其他因子的影響

土壤吸持水性能影響因素復(fù)雜，覆蓋對溫度、凍融循環(huán)產(chǎn)生影響，從而對各種微生物活動(dòng)也產(chǎn)生影響，繼而改變土壤有機(jī)質(zhì)含量，造成土壤理化性質(zhì)的巨大變化。堆放中溫濕度的變化使得土壤酶活性降低、土壤生物（動(dòng)物和微生物）區(qū)系改變、土壤有機(jī)質(zhì)分解、氮礦化損失［38-39］。凍融循環(huán)有利于維持土壤水分，在季節(jié)轉(zhuǎn)換，生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)中具有重要作用［40］，凍融循環(huán)下土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量更高［41］。原生表層土壤凍融循環(huán)日數(shù)多［27］，草皮塊堆放中溫度變幅較小，使得其歷經(jīng)的凍融循環(huán)次數(shù)較自然地表更少，穿孔膜覆蓋下凍融循環(huán)次數(shù)更是大幅減少，對土壤微生物活動(dòng)可能也構(gòu)成了嚴(yán)重影響，這些又可進(jìn)一步影響土壤有機(jī)質(zhì)含量，造成土壤理化性質(zhì)變化，并將在草皮塊復(fù)植后繼續(xù)對其成活產(chǎn)生不利影響。

剝離、堆放的強(qiáng)烈擾動(dòng)影響溫度、水分，加上其他逆境脅迫，對植物造成的生理傷害遠(yuǎn)非自然環(huán)境脅迫可比。草皮剝離基層土壤后，冬季干燥高原風(fēng)的作用導(dǎo)致土壤失水快，堆放中草皮塊相互埋壓，阻隔光照，使植物無法進(jìn)行光合作用，氣體擴(kuò)散受限，葉片細(xì)胞膜脂過氧化加劇，保護(hù)酶系統(tǒng)受損，葉綠素降解，丙二醛積累［42］；堆體內(nèi)部缺氧造成低氧傷害［43］。堆體中植物缺氧脅迫、干旱脅迫及各種生理脅迫疊加，導(dǎo)致植物根莖等無性繁殖體死亡，表現(xiàn)為返青覆蓋度持續(xù)降低。

植物進(jìn)入生理休眠有利于其在堆放中保存活力。本研究中穿孔膜覆蓋措施下土壤較早融化及較高溫濕度，可能會(huì)造成植物過早、過旺、時(shí)間過久地恢復(fù)生理生化活動(dòng)，難以適應(yīng)堆放中嚴(yán)酷的環(huán)境脅迫而大量死亡；遮陽網(wǎng)覆蓋堆體溫度低，尤其在冬末春初草皮塊土壤長時(shí)間呈凍結(jié)狀態(tài)，植物生理與土壤微生物活動(dòng)等保持惰性，堆放脅迫影響小，死亡率也低。但如何控制土壤水分含量才能使得堆放中既能保證植物不受干旱脅迫，又可使植物生理活動(dòng)保持惰性，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）在高寒地區(qū)，剝離草皮塊的堆放對草皮土壤溫濕度、凍融循環(huán)、吸持水性能等有顯著影響。堆放體的土壤溫度變幅較自然地表表層（5 cm）地溫變幅??；堆放造成土壤凍融循環(huán)次數(shù)減少，土壤吸持水性能降低。

（2）兩種覆蓋措施對草皮土壤影響效應(yīng)有明顯差異。穿孔膜覆蓋措施堆體土壤凍結(jié)期更短，凍融循環(huán)次數(shù)少，凍融前后土壤未凍水含量變化小，堆放后土壤吸持水能力降低更明顯。

（3）兩種覆蓋措施處理對復(fù)植草皮塊返青覆蓋度影響差異明顯。遮陽網(wǎng)覆蓋措施的草皮塊返青覆蓋度顯著高于穿孔膜；草皮塊返青覆蓋度隨堆放時(shí)長衰減快，堆放期日平均土壤溫度＞0 ℃的堆放日數(shù)與草皮塊返青覆蓋度線性擬合較好。

（4）草皮塊堆放中面臨著多種環(huán)境脅迫，采用透水透氣類覆蓋材料，增加越冬期土壤的冷量積聚，延長土壤凍結(jié)與植物休眠期，同時(shí)，加強(qiáng)工程施工組織調(diào)配，縮短草皮塊堆放時(shí)間，有助于提高草皮塊的成活率。