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Effects of sward cleavage on soil characteristics and underground biomass in different terrains of alpine meadows-steppe

划破草皮对不同地形高寒草甸草原土壤特征及地下生物量的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015486 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
李小龙,曹文侠,李文,张晓燕,徐长林,韦应莉,师尚礼.划破草皮对不同地形高寒草甸草原土壤特征及地下生物量的影响.草业学报,2016,25(6):
2633.
LIXiaoLong,CAOWenXia,LIWen,ZHANGXiaoYan,XUChangLin,WEIYingLi,SHIShangLi.Effectsofswardcleavageonsoilcharac
teristicsandundergroundbiomassindifferentterrainsofalpinemeadowssteppe.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(6):2633.
划破草皮对不同地形高寒草甸草原
土壤特征及地下生物量的影响
李小龙,曹文侠,李文,张晓燕,徐长林,韦应莉,师尚礼
(甘肃农业大学草业学院,草业生态系统教育部重点实验室,中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州730070)
摘要:在青藏高原东缘东祁连山高寒草甸草原开展平地划破草皮和缓坡地划破草皮试验,研究了划破改良措施对
土壤特征及地下生物量的影响。结果表明,划破干扰对土壤含水量和土壤紧实度的影响主要体现在7-8月,在此
期间划破干扰对平地的改良效果均显著优于缓坡地;划破初期,划破干扰减小了平地与缓坡地划破沟内表层地下
生物量,但经过4个月的生长季,划破改良显著增加了平地表层土壤地下生物量,而缓坡地表层土壤地下生物量反
而较其对照区有所减小;划破处理可以有效增加平地各个土层有机碳含量,而对于缓坡地,反而降低了表层土壤有
机碳含量。研究证实,平地划破草皮措施有利于生产力较低的高寒草甸草原禾草-嵩草草甸的综合改良,但划破
草皮措施对以嵩草为优势种的缓坡地草甸草原需谨慎使用。
关键词:高寒草甸草原;划破草皮;不同地形;土壤特征;地下生物量  
犈犳犳犲犮狋狊狅犳狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狅狀狊狅犻犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犪狀犱狌狀犱犲狉犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋
狋犲狉狉犪犻狀狊狅犳犪犾狆犻狀犲犿犲犪犱狅狑狊狊狋犲狆狆犲
LIXiaoLong,CAOWenXia,LIWen,ZHANGXiaoYan,XUChangLin,WEIYingLi,SHIShangLi
犌狉犪狊狊犾犪狀犱犛犮犻犲狀犮犲犆狅犾犾犲犵犲狅犳犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犌狉犪狊狊犾犪狀犱犈犮狅狊狔狊狋犲犿犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犈犱狌犮犪狋犻狅狀,犛犻
狀狅犝.犛.犚犲狊犲犪狉犮犺犆犲狀狋犲狉狊犳狅狉犛狌狊狋犪犻狀犪犫犾犲犌狉犪狊狊犾犪狀犱犪狀犱犔犻狏犲狊狋狅犮犽犕犪狀犪犵犲犿犲狀狋,犔犪狀狕犺狅狌730070,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theeffectsofswardcleavageonsoilcharacteristicsandundergroundbiomasswereinvestigatedinar
easofflatterrainandgentleslopeterrainlocatedintheeasternalpinemeadowsteppeoftheQinghai-Tibetan
Plateau.Theresultsshowedthattheeffectsofswardcleavageonsoilwatercontentsandsoilcompactionwere
mostsignificantinJulyandAugust,withthetreatment’simprovingeffectsduringthatperiodbeingsignifi
cantlybetterforflatterrainthangentleslopeterrain.Theundergroundbiomassofcutgroovedsurfacesde
creasedinbothflatterrainandgentleslopeterrainsatthebeginningoftreatment.However,theunderground
soilbiomassinflatterrainsoillayershadsignificantlyincreasedaftergrowingforfourmonthswhileithadde
creasedingentleslopeterraincomparedwiththecontrol.Inaddition,soilorganiccarboncontentsinflatter
rainincreasedaftertreatmentbutdecreasedongentleslopes.Ourresearchshowsthatswardcleavageinflat
terrainsignificantlyimprovesthelowproductivityofalpinemeadowsteppegrasses,butthatcautionisadvised
26-33
2016年6月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第25卷 第6期
Vol.25,No.6
收稿日期:20151021;改回日期:20151210
基金项目:国家自然科学基金(31360569),现代农业产业技术体系(CARS35),甘肃省农牧厅“退牧还草科技支撑项目”和“青藏高原打草场建设
项目”资助。
作者简介:李小龙(1989),男,甘肃通渭人,在读硕士。Email:405952804@qq.com
通信作者Correspondingauthor.Email:caowx@gsau.edu.cn
whenusingthistechniqueongentleslopeterrain.
犓犲狔狑狅狉犱狊:alpinemeadowsteppe;cleavagetreatment;differentterrain;soilcharacteristics;belowgroundbio
mass
近年来,随着气候变化以及人类不合理利用,我国草地资源逐年退化、草地生境恶化,草地生态系统稳定性遭
受严重破坏[1]。青藏高原东部的高寒草甸草原,由于独特的地理位置,气候寒冷潮湿,枯死根系分解缓慢,加之连
续放牧利用和践踏草地时间过长[2],导致土壤与根系絮结在地表形成坚实的草皮,致使土壤通透性降低、草产量
下降[3]。针对以上问题,前人通过大量实践和研究探寻草地改良措施[45],其中划破草皮作为草地改良的一种有
效措施被广泛使用[6]。划破草皮是指在尽可能减少破坏天然植被的前提下,通过对草皮划缝处理来破除絮结层
以改善土壤通透性,间接地提高土壤养分以达到改良草地的目的[3]。沈景林等[7]认为划破草皮可以增加土壤通
气、透水性,促进土壤有机质分解[8],为植物提供更多营养物质,促进牧草生长、发育。冯忠心等[9]研究也表明,划
破草皮在提高植被高度、总盖度和地上生物量等方面效果显著。
以往的研究主要探讨了划破草皮对生产力、生物多样性等地上植被恢复的效果[9],但就划破干扰对地形的适
应性以及影响其效果的制约因子却鲜有报道。高寒草甸草原生态脆弱,地形复杂多样,盲目地应用划破草皮改良
措施可能收效甚微,甚至加剧草地退化。如何进行草皮划破和草地改良、指导当地牧民使用划破草皮技术,应充
分考虑划破草皮改良措施对地形的适应性和基本要求,在提高草地生产力的同时,维持土壤系统的稳定性。本试
验从土壤理化及地下生物量特性入手,通过探讨平地和缓坡地2种地形在划破干扰下土壤含水量、土壤紧实度、
土壤有机碳含量、土壤容重等土壤特征指标的变化,以期为保护高寒草甸草原生态系统生物多样性和利用草地资
源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
本试验于2014年在青藏高原东部的天祝县金强河地区进行,地理坐标N36°31′-37°55′,E102°07′-103°
46′,平均海拔约2960m。当地气候昼夜温差大、寒冷潮湿、白天日照强、雨热同步。其年平均温度0.8℃,其中1
和7月平均气温为-10.8和12.4℃;≥0℃和≥10℃的年积温分别为158和1026℃;年降水量424.5mm(其中
66%集中在7-9月);年蒸发量1592mm。无绝对无霜期,植物生长期达120~140d。主体土壤类型为高寒草
甸土,草地类型为高寒草甸草原,主要植物种有:垂穗披碱草(犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊)、矮嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犾犻狊)、冷地
早熟禾(犘狅犪犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪)、线叶嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪犮犪狆犻犾犾犻犳狅犾犻犪)、异针茅(犛狋犻狆犪犪犾犻犲狀犪)、球花蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪狊犿犻狋犺
犻犻)、麻花艽(犌犲狀狋犻犪狀犪狊狋狉犪犿犻狀犲犪)等。
1.2 试验设计与取样方法
试验地为当地牧民的冬春草场,生长季(5-10月)休牧,非生长季(10月-次年5月)放牧,放牧率为6.67~
7.22羊/hm2。2014年5月初,地面表层解冻10~15cm。选择基况一致的禾草-嵩草型滩地和缓坡地(坡度介
于10~15°,坡向正北)进行划破试验,2种地形各设置3个300m2 的重复样地。以改造后的小型悬耕机作为划
破草皮机械,将原旋耕机5排刀头间隔取掉第2、4排,并将刀头加工成直立型刀头,平行线作业,划破缝宽1.5
cm,划破深度(10±2)cm,划破行距25cm,缓坡地划破区沿等高线进行划破作业,对照区不做划破处理。分别
于同年6、7、8、9月,无较大降雨时在每个样地用100cm3 的环刀分层取0~10cm、10~20cm和20~30cm土
样,立即称重,每个样地重复12次。土样于105℃条件下连续烘干6~8h,在干燥器中冷却后称重,测算土壤含
水率,并于9月用同样的方法测算土壤容重。选择土壤紧实度仪(USASC900数显式土壤紧实度仪)测定土壤
紧实度,重复20次。同年6、9月采用土柱法[10]在样地内随机挖取20cm×20cm×30cm土柱,每个样地重复12
次,每个土柱分3层,每层10cm,剔除石块等杂物后用清水冲洗网袋,以得到地下生物量,地下生物量在65℃烘
箱中烘至恒重,并称重、计算。同年9月在各样地内随机布设3条200m样线,等距离选取12个点,用直径3.5
cm的土钻采集0~10cm、10~20cm和20~30cm的土样,剔除根系、石块等杂物后风干,过0.15mm筛,用重
72第25卷第6期 草业学报2016年
铬酸钾-外加热法测定有机碳含量[11]。
1.3 统计分析
本试验采用Excel2007进行数据处理与分析,采用SPSS18.0进行Duncan’s新复极差分析。
2 结果与分析
2.1 不同地形划破干扰对高寒草甸草原地下生物量的影响
由表1可知,高寒草甸草原地下生物量在划破草皮处理影响下发生了明显变化,并且划破初期和划破后期
地下生物量对划破干扰的响应也不相同。
表1 划破草皮条件下不同处理的地下生物量
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犫犲犾狅狑犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犲狉狉犪犻狀狌狀犱犲狉狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋 g/m2
月份
Month
土层深度
Soildepth
(cm)
平地Flatland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
缓坡地 Gentleslopeland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
6月
June
0~10 1680.38±49.11b 1446.70±115.39b 2659.88±206.12a 3507.41±250.33b 4311.06±166.35a 1147.12±152.10c
10~20 820.73±18.37a 472.00±40.08b 463.75±35.41b 1389.69±102.32a 1203.02±115.35a 510.05±117.67b
20~30 297.29±9.97a 138.98±21.28b 168.07±24.62b 706.02±77.56a 597.88±46.05a 218.58±15.51b
9月
September
0~10 2203.13±150.71a2745.83±219.33a 1508.68±86.81b 2906.25±142.86b 3201.39±212.00ab3678.82±138.92a
10~20 616.32±128.44a 529.51±36.13a 429.51±26.60a 750.00±18.04a 752.78±60.22a 453.47±49.89b
20~30 159.72±20.02a 232.63±28.42a 200.00±5.92a 511.11±52.02a 423.96±50.31ab 316.88±21.57b
 注:表中不同字母代表同种地形不同处理间在犘<0.05水平下差异显著,下同。
 Note:Differentlettersindicatesignificantdifferenceat犘<0.05levelbetweenthesameterrain.Thesamebelow.
初期,划破干扰显著降低了平地0~10cm土层地下生物量(犘<0.05),而10~30cm土层划破沟内地下生
物量显著高于划破沟间与其对照区(犘<0.05)。而对于划破初期缓坡地而言,0~10cm土层划破沟间地下生物
量显著高于划破沟内(犘<0.05),而划破沟内又显著高于其对照区(犘<0.05)。10~30cm土层划破区地下生物
量显著高于其对照区(犘<0.05)。9月,划破干扰显著增加了平地划破区0~10cm土层地下生物量(犘<0.05),
而10~30cm土层中地下生物量变化不显著(犘>0.05)。缓坡地划破沟内0~10cm土层地下生物量低于划破
沟间,差异不显著(犘>0.05),但显著低于其对照区(犘<0.05),而划破沟间与对照区差异不显著(犘>0.05)。
10~30cm土层中,划破区地下生物量显著高于其对照区(犘<0.05),但其中20~30cm土层划破沟间地下生物
量与对照区差异不显著。
2.2 不同地形划破干扰对土壤水分的影响
如表2所示,试验地土壤含水量7月>9月>8月>6月,经过不同地形的划破干扰后,不同时期不同处理间
土壤含水量出现了不同变化。
划破初期(6月),与其对照相比划破干扰显著降低了平地划破沟间0~10cm土层土壤含水量(犘<0.05),缓
坡地10~30cm土层土壤含水量与其对照相比差异不显著(犘>0.05)。7月,划破干扰仅使平地10~20cm土层
划破沟内土壤含水量显著低于其对照区(犘<0.05),其他土层处理间均无显著差异(犘>0.05)。对于缓坡地而
言,0~20cm土层中,划破沟内土壤含水量显著低于其对照区(犘<0.05),划破沟间与对照差异不显著(犘>
0.05)。20~30cm土层中,划破沟内和划破沟间与其对照相比差异不显著(犘>0.05)。8月,与其对照相比划破
干扰显著增加了平地0~30cm土层划破沟内及划破沟间土壤含水量(犘<0.05),而对于缓坡地,划破干扰仅显
著增加了10~20cm土层划破沟间土壤含水量(犘<0.05),其他土层差异均不显著(犘>0.05)。9月,划破干扰
对平地与缓坡地不同土层各处理间均无显著影响(犘>0.05)。
82 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.6
表2 划破草皮条件下不同处理的土壤含水量
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狊狅犻犾狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犲狉狉犪犻狀狌狀犱犲狉狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋 %
月份
Month
土层深度
Soildepth
(cm)
平地Flatland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
缓坡地 Gentleslopeland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
6月June 0~10 22.0±0.004a 18.2±0.005b 21.3±0.008a 11.2±0.004a 11.5±0.004a 13.8±0.013a
10~20 25.1±0.004a 23.2±0.013a 25.9±0.004a 14.2±0.005a 14.2±0.004a 12.4±0.011a
20~30 24.6±0.009a 26.7±0.007a 25.7±0.001a 15.0±0.004a 14.5±0.005a 13.4±0.011a
7月July 0~10 34.3±0.011a 33.8±0.002a 35.0±0.007a 31.0±0.004b 31.6±0.003ab 32.5±0.005a
10~20 25.3±0.021b 29.6±0.002a 30.2±0.002a 23.4±0.003b 23.9±0.001ab 24.6±0.004a
20~30 27.2±0.014a 28.9±0.005a 28.2±0.005a 19.0±0.003a 20.1±0.008a 20.1±0.011a
8月
August
0~10 25.7±0.009a 25.4±0.005a 18.1±0.005b 22.0±0.025a 21.9±0.033a 19.1±0.009a
10~20 24.0±0.012a 24.9±0.002a 17.6±0.001b 17.4±0.005b 18.6±0.002a 17.4±0.002b
20~30 25.1±0.003a 24.6±0.003a 18.0±0.001b 17.1±0.006a 23.5±0.058a 15.9±0.003a
9月
September
0~10 29.3±0.024a 31.0±0.020a 30.9±0.003a 29.0±0.005a 29.6±0.004a 28.2±0.012a
10~20 25.5±0.005a 24.7±0.009a 25.8±0.006a 22.2±0.019a 22.4±0.014a 20.1±0.005a
20~30 22.5±0.002a 21.7±0.014a 23.8±0.009a 18.8±0.009a 17.8±0.005a 16.5±0.002a
2.3 不同地形划破干扰对土壤紧实度及土壤容重的影响
由表3可见,土壤紧实度在划破干扰后不同时期出现了相应变化。在划破初期,也就是同年6月,平地0~
30cm土层划破沟间土壤紧实度均大于其对照区,但划破干扰显著减小了平地划破沟内0~30cm土层土壤紧实
度(犘<0.05)。对于缓坡地而言,划破干扰显著减小了划破沟内0~30cm土层土壤紧实度(犘<0.05),而划破沟
间0~30cm土层土壤紧实度与其对照区相比,差异不显著(犘>0.05)。7月,经过一段时间的恢复,平地划破沟
间的土壤紧实度有所改良,其中0~10cm土层、20~30cm土层土壤紧实度显著降低(犘<0.05),而划破沟内0~
30cm土层土壤紧实度仍显著小于其对照区(犘<0.05),但划破干扰对缓坡地的影响仍仅限于划破沟内,对划破
沟间影响不显著(犘>0.05)。8月,划破干扰显著降低了平地0~20cm土层划破沟内及划破沟间土壤紧实度
(犘<0.05),显著降低了平地20~30cm土层划破沟内土壤紧实度(犘<0.05),而对于缓坡地,反而显著增大了
0~10cm土层划破沟间土壤紧实度(犘<0.05),划破干扰对缓坡地其他土层各处理间的影响均与平地相似。而
到了划破后期(9月),划破干扰对平地及缓坡地的影响就仅限于划破沟内,而沟间与其对照相比差异均不显著
(犘>0.05)。
如图1所示,高寒草甸草原经过不同地形的划破干扰后土壤容重发生了不同程度的变化。划破草皮处理对
于土壤容重有明显改良作用,对于平地而言,0~10cm土层中划破沟内土壤容重显著低于划破沟间与其对照区
(犘<0.05),10~20cm与20~30cm土层中土壤容重差异不显著(犘>0.05);而对于缓坡地而言,0~10cm土层
划破沟内与划破沟间土壤容重均显著低于其对照区(犘<0.05),10~20cm土层划破沟间土壤容重显著低于划
破沟内与其对照区(犘<0.05),20~30cm土层划破沟内土壤容重显著低于划破沟间与其对照区(犘<0.05)。
2.4 不同地形划破干扰对高寒草甸草原土壤有机碳的影响
如图2所示,高寒草甸草原土壤有机碳含量经过划破干扰发生了明显变化,并且不同地形的高寒草甸草原土
壤有机碳含量对划破干扰的响应也截然不同。对于平地而言,在0~10cm土层中划破沟内与划破沟间土壤有机
碳含量均高于其对照区,但差异不显著(犘>0.05),10~20cm土层中,划破沟内土壤有机碳含量显著高于其对
照区(犘<0.05),但划破沟间土壤有机碳含量与对照区相比,差异不显著(犘>0.05),而20~30cm土层中,划破
区土壤有机碳含量显著高于其对照区(犘<0.05);缓坡地0~10cm土层中划破沟内土壤有机碳含量显著低于划
破沟间及其对照区(犘<0.05),而在10~30cm土层中,划破干扰与对照差异不显著(犘>0.05)。
92第25卷第6期 草业学报2016年
表3 划破草皮条件下不同处理的土壤紧实度
犜犪犫犾犲3 犜犺犲狊狅犻犾犮狅犿狆犪犮狋犻狅狀犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犲狉狉犪犻狀狌狀犱犲狉狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋 kPa
月份
Month
土层深度
Soildepth
(cm)
平地Flatland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
缓坡地 Gentleslopeland
沟内
Furrows
沟间
Betweenfurrows
对照
Controlarea
6月June 0~10 454.64±153.60b 1658.28±323.19a 1339.40±119.23a 870.12±200.11b 2035.50±366.31a 2191.80±257.93a
10~20 1292.25±91.88c 2517.03±21.40a 1643.23±62.20b 1980.70±86.09b 2401.15±55.44a 2266.88±45.05a
20~30 1713.25±38.77b 2693.68±90.71a 1908.30±50.05b 2428.30±33.99b 3145.50±150.93a 2979.63±53.25a
7月July 0~10 486.26±163.00b 1060.38±306.60ab1202.54±140.76a 467.96±132.53b 1531.14±283.19a 1287.22±277.43a
10~20 1301.28±47.54b 1743.28±70.94a 1757.20±162.11a1123.10±55.59b 1583.08±34.40a 1731.45±109.17a
20~30 1518.53±26.10c 2187.88±41.83b 2694.33±144.74a1735.78±206.49b 2184.30±212.58b 2839.83±125.87a
8月
August
0~10 822.56±146.31b 1073.18±157.47b 1389.98±130.99a 940.69±182.70b 1683.94±142.94a 1287.50±156.40ab
10~20 1511.05±60.69b 1705.40±123.61b 1826.28±62.83a 1448.30±53.52b 1690.45±32.31b 2334.15±199.33a
20~30 1862.20±50.78b 2141.98±14.02a 2000.40±8.22a 2028.20±102.10b 2783.58±149.99a 2940.55±150.46a
9月
September
0~10 1009.88±169.70b 1620.08±120.81a 1507.48±95.73a 772.70±142.63b 1427.06±183.33a 1690.50±217.02a
10~20 1761.93±28.77b 2311.48±102.25a 2075.23±97.89a 1498.95±46.19b 1951.60±76.29a 2050.50±84.74a
20~30 2036.50±89.11b 2864.48±70.73a 2639.03±44.97a 2257.25±192.72b 2897.08±196.51a 2516.43±94.21ab
图1 划破草皮条件下不同地形的土壤容重
犉犻犵.1 犜犺犲狊狅犻犾犫狌犾犽犱犲狀狊犻狋狔犮狅狀狋犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犲狉狉犪犻狀狌狀犱犲狉狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋
 不同字母表示在犘<0.05水平下差异显著,下同。Differentlettersindicatesignificantdifferenceat犘<0.05level.Thesamebelow.
 
图2 划破草皮条件下不同处理的土壤有机碳含量
犉犻犵.2 犜犺犲狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犲狉狉犪犻狀狌狀犱犲狉狊狑犪狉犱犮犾犲犪狏犪犵犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋
03 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.6
3 讨论
近年来,高寒草甸草原因为长期过度放牧[12]以及鼠害[13]、人为干扰[1415]等各种因素影响导致部分草地退化
严重,进而改变了草地-土壤环境[16]。草地退化包括植被退化和土壤退化,是由于植被、土壤系统耦合关系丧失
和系统相悖所致[17]。植被退化可以导致土壤退化,而土壤退化也能引起植被退化,二者互为因果关系[18]。土壤
是维持植物生长的基础[19],所以草地改良措施应充分考虑对土壤的改良效果,改良过程中,土壤的形成发育和质
量状况,以及土壤与植物之间的相互促进作用和协调关系决定了退化生态系统植被恢复与改良的效果[2021]。划
破草皮作为草地改良的一种有效措施,其机理是通过对草皮划缝处理,改善草地土壤通透性,促进土壤内外热交
换,提高水、气含量,增强微生物活性,加快有机质分解和矿化,提高土壤养分,进而达到改良草地的最终目的。胡
建国[3]研究表明,划破草皮是改良退化草地的一项十分有效地措施,其增产效果通常为30%~50%,高者可达2
至4倍。万秀莲和张卫国[6]认为,划破草皮能够显著优化草地经济性状。所以,划破草皮作为一种人为物理干扰
已被广泛应用于现有的草地改良措施中。但是,划破干扰对平地和缓坡地的影响有较大差异。
土壤含水量与植物生长有密切关系[22]。本试验中,在划破初期处于低水分时期,由于植被还未恢复且蒸发
量大,划破干扰仅降低了平地0~10cm土层划破沟间土壤含水量且对缓坡地无显著影响。植被经过一段时间的
生长恢复,平地土壤保水能力大幅增加,7-8月划破干扰对平地的改良效果显著大于缓坡地。但随着植被和根
系的生长逐渐达到植物生长最旺盛时期,划破草皮的作用逐渐被抵消,划破处理的改良作用达到最低限度,所以
划破干扰对平地与缓坡地不同土层各处理间均无显著影响。综合划破处理4个月来对土壤含水量的影响,划破
干扰对平地的改良效果明显大于缓坡地。土壤紧实度对土壤养分的转化、利用及植物根系的生长和发育都有重
要作用[23],在划破处理后的3个月里,划破干扰对土壤紧实度的改良均或多或少呈现出平地优于坡地的效果,但
到划破末期,植物生长发育逐渐达到鼎盛时期,随着植物根系的生长速度加快,对划破处理的作用逐渐抵消,致使
划破干扰对平地及缓坡地的影响均仅限于划破沟内。有效的改良措施可以使土壤容重显著减小[24]。划破处理
对平地及缓坡地土壤容重均有明显改良作用。制约草地生态系统稳定性的因素多种多样,其中牧草地下生物量
大小至关重要[10,25],在探讨草地生态系统结构与功能的过程中,植被地下部分根系研究是不可缺少的一部分[26],
并且土壤理化性质对高寒草甸生物量的积累具有重要的作用[27]。划破初期可能由于前期的机械损伤等人为因
素干扰,划破干扰均降低了平地与缓坡地划破沟内表层地下生物量,但经过4个月的生长与恢复,划破处理对平
地地下生物量改良效果变得更为显著。草地改良能够对土壤有机碳含量产生重要影响。草地改良通过提高植被
盖度,减少土壤侵蚀模数,增加归还土壤生物量,同时降低土壤温度和增加土壤含水量来改善土壤生态条件,促进
土壤有机碳合成,减缓土壤有机质矿化过程,进而显著增加土壤有机碳含量[28]。而人为干扰对不同层次土壤有
机碳含量影响又存在不同差异[29]。划破草皮处理后,平地各个土层中有机碳含量都有所增加。而划破处理反而
降低了缓坡地表层土壤有机碳含量,而缓坡地深层土壤对划破处理的响应不明显。所以,划破处理可以有效增加
平地各个土层有机碳含量,对于缓坡地而言,反而降低了表层土壤有机碳含量,没有达到改良目的。
土壤性质变化会反作用于植被,导致植物生长受抑制,又可能诱发土壤侵蚀,进而使高寒草地生态系统持续
退化。所以它是判断改良措施效果的一项重要指标[25]。综合本试验中不同地形划破干扰对土壤各种性质的影
响比较得出结论:高寒草甸草原上划破草皮处理有利于平地生产力较低的禾草-嵩草草甸改良,但对以嵩草为优
势种的缓坡地草甸草原需谨慎使用划破草皮这种改良措施。所以在使用划破草皮技术改良草地时应因地制宜,
充分考虑制约条件才能真正达到改良草地的目的。
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