賀慧丹, 祝景彬, 未亞西, 李紅琴, 楊永勝, 李英年

(1.中國(guó)科學(xué)院 西北高原生物研究所, 西寧 810001; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049;3.中國(guó)科學(xué)院 高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810001)

高寒矮嵩草(Kobresiahumilis)草甸廣布于青藏高原及其周?chē)降?，約占青藏高原可利用草場(chǎng)的25%[1]。由于高寒草甸植物具有“高蛋白、高脂肪、高熱值、低纖維”三高一低的特點(diǎn)，牧草適口性好，是畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著氣候變暖、人口急劇增長(zhǎng)及家畜數(shù)量不斷增加，高寒草甸地區(qū)草地逐步退化、水土流失加劇，導(dǎo)致該區(qū)草地生產(chǎn)力、土壤固碳持水能力不斷下降[2-3]。正因如此，國(guó)務(wù)院劃分不同生態(tài)功能區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)與治理工作。2005年開(kāi)始的《青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)總體規(guī)劃》(生態(tài)治理工程)一期工程，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)施，三江源生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢(shì)得到初步遏制，重點(diǎn)生態(tài)建設(shè)工程區(qū)生態(tài)狀況逐漸好轉(zhuǎn)，但生態(tài)建設(shè)任務(wù)的長(zhǎng)期性、艱巨性凸顯[4]。

三江源生態(tài)治理工程中，封育禁牧是有效恢復(fù)和重建植被的辦法之一。隨封育時(shí)間延長(zhǎng)，植被在正向演替的恢復(fù)過(guò)程中，其固碳持水能力、土壤水貯存量以及物種多樣性均可發(fā)生改變[5-7]。然而，對(duì)于生態(tài)治理工程實(shí)施后生態(tài)環(huán)境的變化，以往的研究多集中在土壤有機(jī)碳、多樣性、生物量[8]等方面。也有一些學(xué)者，如徐翠等[9]提出退化使土壤孔隙度等物理性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響土壤水分涵養(yǎng)能力。周印東等[10]認(rèn)為自然植被的正向演替對(duì)表層土壤有機(jī)質(zhì)含量有明顯的促進(jìn)作用，表層土壤田間持水量、容重、總孔隙度等與土壤持水性能相關(guān)的指標(biāo)都與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著或極顯著相關(guān)。但較少涉及土壤貯水量、持水能力及與環(huán)境因素之間關(guān)系的研究。本研究以三江源瑪沁縣高寒草甸為研究區(qū)域，針對(duì)土壤貯水量對(duì)封育措施響應(yīng)的問(wèn)題，選擇封育和自然放牧地為試驗(yàn)區(qū)，在定期測(cè)定土壤濕度、持水量、容重、孔隙度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析植被恢復(fù)過(guò)程中封育措施下土壤容重、持水能力、貯水量時(shí)空變化特征及環(huán)境影響機(jī)制，以期為生態(tài)治理工程實(shí)施下高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

本研究在青海省果洛州瑪沁縣進(jìn)行，瑪沁地區(qū)位于青海省東南部，是國(guó)家級(jí)“三江源”重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)。瑪沁縣年平均氣溫-0.5℃，氣溫低，日溫差大。年平均降水量514 mm，多集中在6—9月份，屬高原大陸性半濕潤(rùn)氣候，冬半年干燥少雨，夏半年涼爽濕潤(rùn)。植被為高寒草甸類(lèi)型，優(yōu)勢(shì)種有矮嵩草、垂穗披堿草(Elymusnutans)、青藏苔草(CarexsiderostictaHance.)、異針茅(StipaalienaKeng)、高原早熟禾(PoaalpigenaLindm.)。伴生種有鵝絨委陵菜(Potentillaanserina)、異葉米口袋(GueldenstaedtiadiversifoliaMaxim.)、麻花艽(GentianastramineaMaxim.)、美麗風(fēng)毛菊(Saussureasuperba)、黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)、細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)、矮火絨草(Leontopodiumnanum)、高原毛茛(Ranunculaceae)等[11]。植被群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分異不明顯。土壤為高山草甸土，土壤發(fā)育年輕，有機(jī)質(zhì)含量高，粗骨性強(qiáng)。

1.2　研究材料與方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)區(qū)設(shè)在瑪沁縣西北5 km處的果洛州氣象局生態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)100°12′E，34°28′N(xiāo)，海拔3 761 m的高寒草甸植被類(lèi)型。封育樣地系生態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)于2003年封育，僅在春季的2—4月進(jìn)行適度放牧，時(shí)長(zhǎng)3個(gè)月。未封育樣地為當(dāng)?shù)啬撩褡匀环拍羺^(qū)，每年10月—翌年5月放牧，時(shí)長(zhǎng)8個(gè)月。放牧強(qiáng)度均約1.3只羊單位/hm2。

觀測(cè)區(qū)設(shè)在封育與未封育樣地，在每個(gè)樣地設(shè)計(jì)10 m×20 m的觀測(cè)區(qū)，以中央點(diǎn)及10 m×20 m的角點(diǎn)附近為觀測(cè)樣點(diǎn)，即每個(gè)試驗(yàn)區(qū)共5個(gè)點(diǎn)(重復(fù))。

1.2.2監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法土壤濕度及貯水量：供試分析的土壤水分監(jiān)測(cè)于2013年5—9月每月8日，18日，28日在設(shè)計(jì)的上述5個(gè)重復(fù)點(diǎn)右側(cè)4 m×4 m的范圍內(nèi)隨機(jī)取樣，每次分別用土鉆收集0—10，10—20，20—30，30—40 cm層次土樣裝入鋁盒，及時(shí)稱(chēng)取鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干至恒重后稱(chēng)干重，并計(jì)算其土壤質(zhì)量含水率(占干土重的百分比)。土壤貯水量是指自然狀況下一定土層厚度的土壤能夠容納的實(shí)際含水量，以土層深度的mm水量表示。有[12]：

W=F×H×SD×/10

(1)

式中：W為土壤貯水量(mm)；F為土壤容重(g/cm3)；H為土壤厚度(cm)；SD為實(shí)測(cè)的土壤質(zhì)量含水率；10代表把水層定為mm水量的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

植被生物量：于2013年8月底在設(shè)計(jì)的上述5個(gè)重復(fù)點(diǎn)左側(cè)1 m處進(jìn)行了50 cm×50 cm樣方的生物量等植被群落特征調(diào)查。觀測(cè)時(shí)先收集枯落物裝袋，其次用剪刀齊地面分種剪下綠色植物裝袋，并收集碎屑物，再用內(nèi)徑8 cm的根鉆分0—10，10—20，20—40 cm層次收集土柱(每個(gè)樣方3個(gè)重復(fù)，并同層次混合)，土柱現(xiàn)場(chǎng)搗碎混合后過(guò)篩，將過(guò)篩后的土壤和帶根系的土壤分別分層裝袋。帶根系的土壤帶回實(shí)驗(yàn)室后分揀石粒、過(guò)篩、清洗等過(guò)程挑揀出包括多年死根在內(nèi)的生物量裝袋。在室內(nèi)將地上生物量(綠體、枯落物)、碎屑、地下根系生物量等一并置入烘箱，在65℃烘溫條件下烘干至恒重稱(chēng)重。

土壤容重、持水量：上述監(jiān)測(cè)生物量的樣方附近挖掘剖面，用內(nèi)徑為5 cm，容積為100 cm3的環(huán)刀分0—10，10—20，20—40 cm層次收集環(huán)刀土壤，取樣后環(huán)刀迅速封蓋并稱(chēng)量鮮重(m1)，用透明膠帶密封后帶回實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)清除膠帶及污垢，揭去上底蓋，僅留帶網(wǎng)眼的下底蓋放入平底容器中，注入水直至高度恰好在環(huán)刀上沿，在水中充分浸透12 h后，蓋上底蓋水平取出稱(chēng)重(m2)；之后，把僅帶有網(wǎng)眼底蓋的環(huán)刀放在鋪有干沙的平底盤(pán)中2 h，蓋上底蓋稱(chēng)重(m3)；接著，把環(huán)刀放在平地盤(pán)上2晝夜，再稱(chēng)重(m4)；最后在實(shí)驗(yàn)室烘箱烘干24 h(至恒重)后用電子天平(0.001 g)稱(chēng)重(m5)。計(jì)算前后差值并取平均值，測(cè)定得到土壤容重(g/cm3)、土壤持水量、毛管孔隙度(%)等。

降水量：采用果洛州氣象局地面氣象觀測(cè)資料。

土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳密度：過(guò)篩后收集的土壤樣品帶回室內(nèi)自然陰干，利用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)的含量。有機(jī)碳密度(SOC，Kg C/m2)采用以下公式[13]：

(2)

式中：Di，Bi，OMi和S分別為土層厚度(cm)、土壤容重(g/cm3)、土壤有機(jī)碳含量(%)和對(duì)應(yīng)面積(cm2)；i代表土壤的分層數(shù)(i=1，2，3)。

1.2.3數(shù)據(jù)分析采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理和作圖，SPSS 19.0軟件的One-Way ANOVA統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及在p=0.05水平上各處理間的差異顯著性。

2　結(jié)果與分析

2.1　土壤容重與土壤持水能力

圖1給出了瑪沁高寒草甸封育與未封育措施下土壤容重變化。由圖1可知，封育與未封育土壤容重均隨著深度增加而增加，最大可達(dá)1.27～1.39 g/cm3。

封育使不同層次的土壤容重均有所下降，與未封育區(qū)相比，0—40 cm整層土壤平均容重降低了11%，其中0—10 cm和10—20 cm差異達(dá)顯著性差異(p<0.05)，而20—40 cm無(wú)顯著差異。

注：圖中字母不同表示兩者達(dá)到0.05顯著水平，字母相同表示兩者未達(dá)到顯著水平。

圖1封育和未封育土壤容重與土層深度的關(guān)系變化

封育11 a后土壤不同層次的最大持水力、毛管持水力、最小持水量均有所增加(表1)，0—40 cm整層分別達(dá)201.96，177.37，156.61 mm，比未封育區(qū)分別高11.34，15.05，15.14 mm，分別增加了6%，9%和11%。封育11 a來(lái)，高寒草甸土壤飽和持水量、毛管持水量和田間持水量分別按1.03，1.37，1.38 mm/a的速率增加，封育11 a后毛管持水量和田間持水量增加速率較高。盡管封育樣地與未封育樣地持水能力差異均未達(dá)到顯著水平(p>0.05)，但封育后3個(gè)指標(biāo)均高于未封育樣地，說(shuō)明封育措施能提高土壤的持水能力。

表1　土壤容重及土壤持水量

2.2　植物生長(zhǎng)期土壤貯水量季節(jié)動(dòng)態(tài)及與封育與非封育環(huán)境因素的關(guān)系

圖2給出了2013年果洛瑪沁高寒草甸封育與未封育措施下0—40 cm土壤層次貯水量以及降水量在植物生長(zhǎng)期的季節(jié)動(dòng)態(tài)。圖2看到，封育與未封育措施下0—40 cm土壤層次貯水量動(dòng)態(tài)變化基本一致，封育區(qū)0—40 cm層次土壤貯水量波動(dòng)程度大于未封育樣地且量值較高。兩者貯水量差距在5月底6月初、8月底以后較為明顯。在植物生長(zhǎng)期的5—9月，封育與未封育措施下5月初到7月中旬土壤貯水量保持較高的水平，7月下旬以后，土壤貯水量下降明顯，進(jìn)入9月略有升高。土壤貯水量的這種變化不僅與降雨具有極大的相關(guān)性，而且與植物生長(zhǎng)對(duì)土壤水的利用消耗有關(guān)。

從季節(jié)動(dòng)態(tài)來(lái)看，5月到6月初，受低溫環(huán)境影響，植物生長(zhǎng)緩慢，葉面積較小，蒸騰作用不強(qiáng)，土壤蒸發(fā)也受到溫度影響較弱，底層土壤(一般在40 cm層次以下)仍維持凍結(jié)狀態(tài)，凍結(jié)層在融化過(guò)程中不斷產(chǎn)生融凍水來(lái)補(bǔ)給土壤上層，同時(shí)凍結(jié)層的依然存在阻止了水分下滲，加之自然降水產(chǎn)生，促使了土壤貯水量增加。6月中旬到7月下旬，降水明顯增多，但植被生長(zhǎng)達(dá)到一定高度，葉面積處在增加階段，有降水補(bǔ)給但也有較高的蒸散，二者共同作用下土壤貯水量也較高。其中，7月底封育區(qū)降水量具有最高值，但屬于雨熱同期，蒸發(fā)強(qiáng)烈，溫度的升高和降雨的增加，植被快速生長(zhǎng)，植被生長(zhǎng)旺盛消耗大，這也是這一時(shí)期降水量大，但貯水量最高值卻小于5月底的原因之一。也說(shuō)明水分蒸散是高寒草甸地區(qū)降水損失的重要因素，蒸散降低相應(yīng)的土壤貯水量就提高。2013年8月與多年平均降水量相比是偏少較多的一年，整個(gè)8月降水量?jī)H為46.8 mm，是多年平均降水量的9.1%，降水偏少明顯，加之植被蒸散在相對(duì)較高的溫度環(huán)境下蒸散加大，導(dǎo)致8月土壤水散失嚴(yán)重，貯水量下降明顯。進(jìn)入9月后，隨溫度下降，日最低氣溫常處在0℃以下，植被生長(zhǎng)減緩，葉面積處在下降階段，植物進(jìn)入枯黃期，地表面形成一定的枯落物，植物對(duì)其下面的地表產(chǎn)生最大的郁閉度，植被蒸騰受植物基本停止生長(zhǎng)影響下降明顯，土壤蒸發(fā)受較高的郁閉度影響而降低，土壤水分散失減少，加之溫度低，土壤表面日消夜凍，使土壤水分容易積聚，緩慢提高了土壤貯水量。形成了土壤貯水量5月到6月初的融凍集聚期、6月中旬至9月初的波動(dòng)消耗期和9月以后的蓄積期。

圖2封育和未封育樣地土壤貯水量及時(shí)段降水量的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，5—9月封育與未封育措施下0—40 cm層次土壤平均貯水量在73.38～173.23 mm范圍波動(dòng)，平均分別為112.58，96.26 mm。封育11 a后，土壤貯水量比未封育試驗(yàn)區(qū)高16.32 mm，平均按1.25 mm/a的速率增加。所表現(xiàn)的貯水量變化說(shuō)明封育措施能有效提高土壤貯水量，利于土壤水源涵養(yǎng)。

分析生長(zhǎng)期5—9月0—40 cm層次土壤平均貯水量與環(huán)境要素關(guān)系發(fā)現(xiàn)(表2，圖3)，5—9月平均土壤貯水量與土壤容重具有極顯著負(fù)相關(guān)(圖3A)，與地下生物量、地上生物量和有機(jī)碳密度分別呈極顯著正相關(guān)(圖3B)、顯著正相關(guān)(圖3C)和無(wú)相關(guān)關(guān)系(圖3D)。與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明隨著土壤容重增加，土壤結(jié)實(shí)，孔隙度降低，大部分水分在地表被蒸發(fā)，土壤水分滲水率降低，土壤貯水率下降[14]。與地下生物量呈極顯著正相關(guān)反映了植被雖然因植被生長(zhǎng)好的狀況下蒸騰提高，但較高的根系量是水分貯存的重要物質(zhì)條件[15]，同時(shí)，高寒草甸區(qū)的植被大多根系位于0—20 cm，尤其根系死后被分解留有的空隙，增加了土壤顆粒之間的孔隙度，水分下滲較多，貯水量高。地上生物量大，雖然對(duì)地面的覆蓋可以減少土壤蒸發(fā)，但植被本身蒸騰作用較強(qiáng)，耗水明顯，進(jìn)而降低了土壤貯水量，由于地上生物量高低與植被覆蓋度關(guān)系較大，綠體植物覆蓋度增加可減少土壤水的蒸發(fā)，也可減少降水對(duì)土壤水的補(bǔ)給，但可增加植被的蒸騰，故實(shí)際上土壤貯水量與地上生物量的關(guān)系顯得復(fù)雜了[16]。草地生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)碳主要儲(chǔ)存于土壤中，其中土壤有機(jī)碳密度的大小取決于土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土層厚度，容重增加，有機(jī)碳密度降低。封育樣地未被啃食，枯落物較多，地面蒸發(fā)降低，而分解能使土壤有機(jī)質(zhì)增加，提高有機(jī)碳密度，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于土壤持水，貯水量增加。

表2　土壤貯水量與容重、地下生物量、地上生物量以及有機(jī)碳密度的相關(guān)性檢驗(yàn)

注：*表示顯著相關(guān)性檢驗(yàn)p<0.05；**表示極顯著相關(guān)性檢驗(yàn)p<0.01。

2.3　土壤貯水量的垂直分布

圖4給出了封育與自然放牧的未封育樣地0—40 cm層次土壤貯水量的垂直變化?？梢钥闯觯庥臀捶庥寥蕾A水量在植物返青期(5月18日)和地上生物量達(dá)最大時(shí)期(8月18日)的上層0—10 cm和深層30—40 cm相反，而在強(qiáng)度生長(zhǎng)期的7月18日和植物枯黃初期(9月18日)，0—40 cm均表現(xiàn)為封育大于未封育。

圖4A看到，在植物生長(zhǎng)初期的5月18日，封育和未封育措施下，土壤20—30 cm深度土層貯水量均高于上層和下層，這與上層地面裸露，土壤已融化，底層仍有強(qiáng)度不大的土壤凍結(jié)有關(guān)。植物生長(zhǎng)初期地表蒸發(fā)和較小的植被蒸騰導(dǎo)致上層土壤水散失相對(duì)較高而導(dǎo)致土壤貯水量低，而下層土壤仍維持一定的凍結(jié)層，其土壤水由凍結(jié)水和非凍結(jié)水組成，極大多非凍結(jié)水已通過(guò)土壤層次的溫度梯度的作用補(bǔ)充到上一層次，在提高上層土壤貯水量的同時(shí)降低了下層土壤貯水量。

圖3 封育與未封育樣地5-9月平均土壤貯水量與土壤容重、地下生物量、地上生物量以及有機(jī)碳密度的關(guān)系

圖4　封育與未封育樣地土壤貯水量的垂直變化

植物進(jìn)入強(qiáng)度生長(zhǎng)期的7月18日(圖4B)，土壤貯水量在垂直方向上表現(xiàn)為隨土層深度增加而降低。封育與未封育試驗(yàn)區(qū)垂直變化一致，在任何層次均表現(xiàn)為封育區(qū)明顯高于未封育試驗(yàn)區(qū)，且因前期較高降水的影響，垂直變化上均表現(xiàn)出土壤表層高而深層低。7月是年內(nèi)雨量最為豐沛時(shí)期，約達(dá)155.5 mm，占植被生長(zhǎng)期5—9月降水量409.1 mm的38%，7月9日到7月18日期間，階段降水量仍達(dá)40 mm。7月也是年內(nèi)溫度最高時(shí)期，降水量的增加及良好的熱量條件下，植被加快生長(zhǎng)，雖然植被蒸騰強(qiáng)，但不及降水的補(bǔ)給大，導(dǎo)致土壤上層土壤貯水量較高。由于植被根系大多分布在較淺，一定程度上阻止降水入滲土壤后的重力水下滲，使大部分水分集中于土壤上層，相對(duì)保持了深層土壤貯水量較低。

8月是植被地上生物量達(dá)最大時(shí)期，8月9日到8月18日(圖4C)期間降水最少，僅為2.3 mm，而降水量的多少是影響土壤水分的主要因素[17]。這一時(shí)期溫度較高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，植被蒸騰和土壤蒸散強(qiáng)烈，豐富的地上生物量對(duì)降水有截流作用，使原本很少的降水很難滲入土壤，土壤水分散失量大，導(dǎo)致土壤上層貯水量達(dá)年內(nèi)最低，而深層水由于重力作用得以保存，所以深層土壤貯水量高于上層土壤貯水量。

9月18日(圖4D)植被基本進(jìn)入枯落期，變化規(guī)律與7月18日相似，封育區(qū)與未封育區(qū)土壤表層貯水量分別為27.2，25.8 mm，相互之間差異很小，但受8月15日前后稍大降水量的影響，土壤水分的滯后效應(yīng)下0—10 cm土層貯水量有所提高，且封育地大于未封育區(qū)。30—40 cm層次土壤貯水量差異逐漸減小。這時(shí)期植被生長(zhǎng)逐漸停止，植被蒸散作用減弱，地表由于被枯落物和腐殖質(zhì)覆蓋蒸散作用也較弱，對(duì)降水的截流以及攔蓄使水分多集中于地表，這一時(shí)期地下生物量較高，能很好的涵養(yǎng)水分，故土壤淺層0—10 cm貯水量高于10—40 cm的深層貯水量。

3　討論與結(jié)論

3.1　土壤容重與持水能力

張社奇等[18]的研究表明土壤容重會(huì)隨著深度增加而增加，這與本研究的結(jié)論一致。土壤容重的大小主要受土壤孔隙度的影響，土壤疏松多孔，則容重越小，毛管吸水力越大，最大持水能力越大。通常來(lái)講，土壤的最大持水能力越強(qiáng)，貯水能力越強(qiáng)，對(duì)水源的涵養(yǎng)功能越高。植物也通過(guò)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量改變土壤的結(jié)構(gòu)，使土壤容重降低，并且使毛管孔隙度增大，有利于土壤的持水性[19-20]。本研究中放牧遭受家畜踩踏嚴(yán)重，土壤板結(jié)，土壤孔隙度減小，容重增加。而土壤持水能力與容重關(guān)系密切[21]，放牧使土壤容重增加，滲透阻力加大，土壤的保水和持水能力下降。禁牧避免了家畜的影響，使土質(zhì)變得松軟，表層受到雨水、凍融、根系等作用的影響變得疏松，水分入滲能力加強(qiáng)，土壤顆粒之間疏松，容重降低，同時(shí)，封育區(qū)植被生長(zhǎng)良好，植被高度、蓋度、地上和地下生物量均提高明顯，物種豐富度和多樣性也較高[22]，土壤結(jié)構(gòu)改善，也利于土壤容重的下降，水分更易下滲，提高土壤持水能力[23-24]。這表明封育不僅影響土壤容重提高植被生物生產(chǎn)力，同時(shí)，對(duì)生物固碳和土壤持水能力的提高有利。

3.2　土壤貯水量影響因素

土壤貯水量受土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)、生物量等多種因素的影響，而土壤表層更易受到溫度等的影響。趙中秋等[25]認(rèn)為不同土地利用類(lèi)型土壤的自然含水量、持水性能、供水性能和滲透性能均有顯著差異。本研究表明封育區(qū)長(zhǎng)期禁牧，地面枯落物和腐殖質(zhì)較多，特別是植物生長(zhǎng)初期的5月、6月，以及植物生長(zhǎng)末期以后枯落物和腐殖質(zhì)均較多，對(duì)地面覆蓋度大，郁蔽環(huán)境和大量的枯草堆積減少了蒸散，進(jìn)而使土壤貯水量增加。未封育區(qū)由于自然放牧，受家畜啃食踐踏影響，土壤孔隙分布的空間格局發(fā)生變化，土壤總孔隙減少，滲透阻力加大[26]，影響土壤重力水分的下滲，植被生物量和對(duì)地面的覆蓋度都較封育低[27]，所產(chǎn)生的郁蔽環(huán)境較輕，植物的蒸騰和土壤蒸發(fā)增強(qiáng)，故封育區(qū)土壤貯水量高于未封育區(qū)。封育還提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增加，穩(wěn)定性團(tuán)聚體增加，提高了土壤顆粒間的總孔度，利于提高貯水能力。這也與郭濼等[28]關(guān)于森林土壤蓄水能力受森林類(lèi)型枯落物的厚度、孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量、溫度、土溫、容重等多方面因素的影響，不同森林類(lèi)型條件下土壤蓄水能力差異明顯的結(jié)果相一致。說(shuō)明不同利用方式下土壤水分特性與土壤的其他性質(zhì)如土壤有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度、結(jié)構(gòu)團(tuán)聚體穩(wěn)定性、容重等有直接或間接的密切關(guān)系。土壤的貯水能力在某種程度上還與降水量呈顯著相關(guān)，一個(gè)地區(qū)一定時(shí)段內(nèi)降水量增加，貯水量也增加[29]，但是所有變量的增加或減少都不是單一因素作用的結(jié)果。貯水量受降水量影響，又與植物生物量、有機(jī)物質(zhì)和土壤質(zhì)地有關(guān)[30]。同樣，不同時(shí)期封育與未封育措施下，土壤貯水量隨深度加深其變化規(guī)律不盡相同，相互差異各有不同。整體看，高寒草甸的封育措施對(duì)土壤上層的影響較深。

3.3　影響土壤持水能力的其他因素

植被截流的因素不可忽略。候瓊等[31]指出，隨著覆蓋度的增加，植被截留量增多，頻繁而量小的降水過(guò)程增加了植被截留的幾率，使累積截流量占降水量的比例增大。本文表明，封育樣地長(zhǎng)時(shí)間禁牧，植被逐漸得到恢復(fù)，地上和地下生物量都有提高，地面覆蓋度增加，對(duì)降水的截流和攔蓄作用明顯。土壤持水力還與植被根系有關(guān)系[32]，因?yàn)橹参锏母抵苯又谕寥览铮酝寥浪趾康亩嗌僦苯佑绊懙街参锔档陌l(fā)育，反過(guò)來(lái)，植被根系也會(huì)影響土壤的持水能力。本文試驗(yàn)樣地處于高寒地區(qū)，晝夜溫差大，氣候干旱，植被類(lèi)型主要為矮嵩草等具有大量地下根系的高寒草甸，能保護(hù)土壤表層減少水力和風(fēng)力及凍融作用的侵蝕作用，同時(shí)，植被根系的存在能增加土壤孔隙度，尤其死亡的根系經(jīng)過(guò)分解，留下的孔隙使土壤變得更松軟，從而使表層容重降低。這也與隨著土層深度增加，土壤容重增加，飽和持水量、毛管持水量和毛管孔隙度降低的結(jié)果相一致。

3.4　結(jié) 論

(1) 經(jīng)11 a封育后高寒草甸0—40 cm各土壤層次容重在1.08～1.27 g/cm3，比未封育的自然放牧區(qū)平均降低11%，并達(dá)顯著性差異(p<0.05)，地表0—10 cm層次最為明顯。

(2) 與未封育相比，封育11 a后土壤飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均有所提高，0—40 cm整層分別增加了6%，9%和11%，封育11 a來(lái)分別按1.03，1.37，1.38 mm/a的速率增加。

(3) 封育與未封育條件下土壤貯水量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化與降水量基本一致，受季節(jié)等不同因素影響可分為融凍集聚期、波動(dòng)消耗期和蓄積期。貯水量在5月底和7月中下旬達(dá)到最大值，其中封育和未封育土壤平均貯水量分別為112.58 mm和96.26 mm，表現(xiàn)為封育>未封育。說(shuō)明封育能促使土壤貯水量增加，利于土壤涵養(yǎng)水分，放牧使土壤貯水量減少。

(4) 土壤貯水量與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)，分別與地下生物量、地下生物量呈極顯著、顯著的正相關(guān)，與有機(jī)碳密度無(wú)相關(guān)。

(5) 土壤貯水量在垂直方向上隨著土層深度增加呈下降趨勢(shì)，受降水量影響較大。7月土壤貯水量達(dá)到最大值，尤以0—10 cm最為顯著，遠(yuǎn)大于30—40 cm土壤層次。說(shuō)明不同樣地類(lèi)型土壤貯水量不僅在時(shí)間尺度上動(dòng)態(tài)變化，在垂直方向上也存在變化，且在表層和深層封育大于未封育地區(qū)。

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