短期休牧对青藏高原东缘高寒草甸区土壤含水量的影响

田久胜，田新会，杜文华

(甘肃农业大学 草业学院，草业生态系统教育部重点实验室；甘肃省草业工程实验室；中-美草地畜牧业可持续发展中心， 兰州 730070)

短期休牧对青藏高原东缘高寒草甸区土壤含水量的影响

田久胜，田新会，杜文华

(甘肃农业大学 草业学院，草业生态系统教育部重点实验室；甘肃省草业工程实验室；中-美草地畜牧业可持续发展中心， 兰州 730070)

2011-2012连续2 a在玛曲县欧拉乡牧户的夏季草场研究短期休牧对不同月份、不同土层土壤含水量的影响。结果表明，短期休牧能显著提高青藏高原东缘高寒草甸区夏季草场0～30 cm土层的土壤含水量，但对30 cm以下土层的土壤含水量无显著影响；随着月份推移，休牧和放牧草地0～20 cm土层的土壤含水量逐渐降低；短期休牧草地的土壤含水量整体高于放牧草地，且随月份的推移，二者的差距逐渐减小，7月份0～10 cm土层的差距最大，10月份20～30 cm土层的差距最小。

短期休牧；土壤含水量；高寒草甸区；青藏高原东缘

土壤含水量通常指存在于土壤非饱和带中的水分含量[1]，是联系土壤-植物-大气连续体的一个关键因子[2]。从传统农业角度看，土壤含水量是控制作物分布与生长的重要因素之一。从生态角度看，土壤含水量为地上植被提供蒸散水分，控制着生态系统的结构、功能与多样性[3]。土壤水分作为联系降水-地表水-地下水的纽带，通过限制植被蒸散与光合作用进而影响水、能量以及地球生物化学循环，对天然草地的影响尤为明显[4]。

高寒草甸广泛分布于青藏高原地区，是地球陆地生态系统中的重要组成部分，在维持全球生态系统平衡中起着十分重要的作用[5-6]；同时，该区也是中国重要的畜牧业生产基地。但由于其特殊的地理位置，高寒草甸生态系统对人类活动和复杂的气候变化十分敏感，且受损的生态系统往往在短时间内很难恢复。近20 a，由于人类对草地资源的不合理利用，青藏高原东缘高寒草甸区的退化草地占可利用草地面积的70%，草地过牧严重，“三化”严重，生物多样性下降，脆弱的草地生态环境日趋严峻，草、畜矛盾日趋尖锐[7-8]。

马素芳等[9]在四川坝上研究发现，草地具有较强的保持土壤水分的能力。曹丽花等[10]在西藏当雄地区研究得出，草地退化对表层土壤含水量有显著影响，且会加速草地退化。周尧治等[11]研究围栏禁牧对呼伦贝尔典型草原退化草地土壤水分的影响。张泉等[12]分析祁连山地区退化高寒草甸的土壤水分空间变异特征。张继强等[13]调查玛曲县“水蚀型”次生裸地植被和土壤水分后发现,次生裸地由于土壤松散、植被覆盖低，其土壤保水效果差。罗亚勇等[14]研究表明，高寒草甸退化导致植被多样性降低，而群落多样性与土壤水分呈正相关。然而，尚未有短期休牧对青藏高原东缘高寒草甸区土壤含水量影响方面的研究报道。本研究通过在青藏高原东缘高寒草甸区甘肃省玛曲县典型家庭牧场的夏季草场设置围笼模拟短期休牧，以研究短期休牧对青藏高原东缘高寒草甸区土壤含水量的影响，为合理利用草地资源提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域自然概况

研究区域位于甘肃省玛曲县欧拉乡(E101°55′，N 33°52′)，海拔3 635 m。高原大陆性气候，年均温1.7 ℃，冬季最低温度达-20.9 ℃，夏季最高温度20.7 ℃，年均降雨量599.7 mm。自然特征为海拔高、辐射量大、温度低、牧草生长季短[15]，年平均日照时数2 594 h。草地类型为高寒草甸，植被覆盖率大于90%，植被以禾本科、莎草科及蓼科植物为主。

1.2 样地设置、取样及土壤含水量测定

试验于2011-2012年连续2 a在典型家庭牧场的夏季草场进行，根据草场地形，在家畜转场前(6月中旬)，分别在坡顶、坡中和坡底随机设置2 m×2 m围笼各3个，以模拟短期休牧。分别于7、8、9、10月在围笼内外分别用土钻取土样，分别代表短期休牧和连续放牧的土样。土层设置为0～10、10～20、20～30、30～40和40～60 cm。土壤含水量的测定采用质量分析法，将称量后的鲜土放入烘箱，于(105±5) ℃烘干至质量恒定。

土壤含水量=(鲜土质量-干土质量)/干土质量×100%。

1.3 数据处理

用EXCEL进行数据整理和作图。用SPSS19.0软件中二因素随机区组设计的方差分析法分析放牧模式间、月份间和放牧模式×月份交互作用间不同土层土壤含水量的差异显著性。如果存在显著差异，分别用Duncan’s法进行多重比较。分析不同放牧模式间各土层土壤含水量的差异时，休牧处理的平均含水量为各土层7-10月土壤含水量的平均值，放牧处理的平均土壤含水量为各土层7-10月土壤含水量的平均值。分析月份间土壤含水量的差异时，平均含水量为同一月份放牧和短期休牧含水量的平均值；相关系数由Excel 2013作图并添加趋势线完成。

2 结果与分析

F检验结果表明，0～10、10～20和20～30 cm土层放牧模式间、月份间、放牧模式×月份互作间土壤含水量的差异极显著(P<0.01)，需对放牧模式间、月份间、放牧模式×月份互作效应间进行多重比较。30～40 cm土层放牧模式×月份交互作用的土壤含水量有显著差异，40～60 cm土层土壤含水量较稳定，各因素对其无显著影响(表1)。

表1 放牧模式间、月份间和放牧模式×月份交互作用间土壤含水量的方差分析

注：*表示达到显著水平；**表示达到极显著水平。

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

2.1 0～10 cm土层土壤含水量分析

2.1.1 放牧模式间 短期休牧可显著提高青藏高原高寒草甸区夏季草场0～10 cm土层土壤含水量(P<0.05)，使平均土壤含水量由连续放牧条件下的62.4%提高到77.7%。

2.1.2 月份间 随着月份推移，0～10 cm土层土壤含水量显著降低，由86.6%(7月)下降到60.3%(10月)，且呈显著负相关(R2=0.87)(图1)。

2.1.3 放牧模式×月份交互作用间 由图2看出，短期休牧和正常放牧0～10 cm土层土壤含水量整体均呈下降趋势，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显著高于放牧草地，其中7月份差距最大，为32.1%，其次为10月份(15.9%)和9月份(10.8%)，8月份差距最小，仅为3.9%。

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

图2 放牧模式×月份0～10 cm土层的土壤含水量

2.2 10～20 cm土层土壤含水量分析

2.2.1 放牧模式间 短期休牧可以显著提高高寒草甸夏季牧场10～20 cm土层的土壤含水量(P<0.05)，使土壤平均含水量由连续放牧条件下的51.2%提高到58.7%。

2.2.2 月份间 随着月份推移，10～20 cm土层的土壤含水量显著降低，10月份含水量增高，但仍低于7月(图3)。7月份土壤含水量最高(61.6%)，显著高于其他月份；其次为10月份(55.5%)和8月份(52.7%)；9月份土壤含水量最低(49.9%)。

图3 不同月份10～20 cm土层的土壤含水量

2.2.3 放牧模式×月份交互作用间 由图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%)，没有明显规律。每个月份10～20 cm休牧草地土壤含水量均显著高于放牧草地，8月份差距最大，为11.4%；7月份次之，为8.5%；9月份差别最小，仅3.9%。

图4 放牧模式×月份10～20 cm土层的土壤含水量

2.3 20～30 cm土层土壤含水量分析

2.3.1 放牧模式间 短期休牧可以显著提高高寒草甸夏季牧场20～30 cm土层土壤含水量(P<0.05)，使土壤平均含水量由连续放牧条件下的42.4%提高到49.1%。

2.3.2 月份间 在4个月份中，9月份的土壤含水量(40.2%)显著低于其他月份，7、8、10月的含水量相近，分别为48.1%、48.1%和46.4%(图5)。

图5 不同月份20～30 cm土层的土壤含水量

2.3.3 放牧模式×月份交互作用间 由图6看出，20～30 cm土层土壤含水量7月休牧草地最高(55.5%)，与8月份休牧草地的土壤含水量没有显著差异，与其他处理有显著差异。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显著高于放牧草地，其中，7月差距最大，为14.7%；8月次之，为8.5%；9月最小，为4.5%。10月休牧草地土壤含水量略低于放牧草地，且无显著差异。

图6 放牧模式×月份对20～30 cm土层的土壤含水量

2.4 30～40 cm土层土壤含水量分析

2.4.1 放牧模式间 短期休牧使青藏高原东缘高寒草甸区夏季牧场30～40 cm土层土壤平均含水量由连续放牧条件下的37.3%提高到39.6%，但无显著差异。

2.4.2 月份间 除8月份的土壤含水量(40.3%)显著高于9月份(35.7%)外，其他月份间30～40 cm土层的土壤含水量均无显著差异(图7)。

图7 不同月份30～40 cm土层的土壤含水量

2.4.3 放牧模式×月份交互作用间 各处理的土壤含水量见图8。7、9月休牧草地的土壤含水量(7月，41.8%；9月，38.9%)显著高于放牧草地(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。

图8 放牧模式×月份30～40 cm土层的土壤含水量

2.5 40～60 cm土层土壤含水量分析

F检验结果(表1)表明，40～60 cm土层休牧间、月份间、休牧×月份互作间土壤含水量的差异均不显著(P>0.05)，在此不进行多重比较。

3 讨 论

黄德青等[16]研究得出，土壤表层含水量随植被盖度的增加而增大。本研究也得出，短期休牧能够显著提高青藏高原东缘高寒草甸区0～30 cm土层的土壤含水量，但对30 cm以下土层的土壤含水量无显著影响。这可能是因为短期休牧能够有效提高地表植被覆盖[16-18]，使土壤蒸发减小，草地保水能力强[19]。

气候因子是影响土壤含水量的主要因素，降水量的时空分配对土壤水分具有重要影响，这种影响受到降水量、降水强度和降水时间的影响[20]。青藏高原东缘高寒草甸区降水呈正态分布，7月份降水达到顶峰，随后逐渐降低[21]。因此测得7月份休牧草地0～10 cm土层的土壤含水量达到100%，随着月份推移，0～20 cm土层的土壤含水量逐渐降低，而20 cm以下土层的土壤含水量月份间变化无明显规律。

短期休牧可以增加地上植被盖度，有效减少表层土壤水分蒸散，保持土壤水分[22]。试验区家畜6月底由冬季牧场转到夏季牧场，放牧对草地的影响逐渐增大，而从8月份开始降雨量逐渐减小，导致土壤水分积累难度加大。草地休牧后植被覆盖度大，土壤保水能力较强。本试验得出，7-10月休牧草地的土壤含水量整体高于放牧草地，土壤表层(0～30 cm)的差异更大(图2，4，6)，但随着月份推移,二者的差距逐渐减小，10月差距最小。另外，2012年7月试验区发生洪涝灾害，土壤含水量偏高。

殷国梅等[19]研究表明，0～10 cm土层土壤含水量受放牧强度的影响最大,其次为10～20和20～30 cm土层。本研究也得出，短期休牧能显著提高青藏高原东缘高寒草甸区夏季草场0～30 cm土层土壤含水量，30～60 cm土层的土壤含水量无显著影响，主要是因为土壤表层土壤水分蒸散较强[22]。另外，青藏高原高寒草甸区的优势植物为莎草科和禾本科牧草，其根系主要分布在0～30 cm土层[18-23]，家畜践踏对0～10 cm土层的影响较大，对降水的响应比较敏感[24-25]。

4 结 论

短期休牧能显著提高青藏高原东缘高寒草甸区夏季草场0～30 cm土层土壤含水量(P<0.05)，但对30 cm以下土层的土壤含水量无显著影响；随着月份推移，休牧和放牧草地0～20 cm土层的土壤含水量逐渐降低；短期休牧草地的土壤含水量整体高于放牧草地，且随月份的推移，二者的差距逐渐减小，7月份0～10 cm土层的差距最大，10月份20～30 cm土层的差距最小。

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(责任编辑：顾玉兰 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

公益性行业(农业)科研专项(201003019)；国家自然科学基金(31360577)；现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-40-09B)。

田久胜，男，硕士研究生，研究方向为草种质资源及育种栽培。E-mail:862985321@qq.com

杜文华，女，博导，教授，研究方向为草种质资源及育种栽培。E-mail: duwh@gsau.edu.cn

日期：2016-12-12

网络出版地址：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).