放牧梯度下内蒙古典型草原土壤微结构变化特征及其与水分运动的关系

Research shows that the main reason for degradation of northern grassland in China is on the over reclamation, over grazing grassland.. Affected by the grazing gradient, the soil system of the origin steppe changes. This change definitely leads to a denser surface microstructure of the steppe soil, which influences the soil water movement. The soil water is the most significant limiting factor of steppe ecosystem. The existing studies about the influences on steppe soil caused by graze mostly focus on the changes of soil physical and chemical properties and soil biological characteristics, but seldom correlate the degraded soil micromorphlogical characteristics with the soil water movement,which can produce positive effects on understanding steppe soil structure and soil water movement law. This paper, with the methodology of soil micromorphology, studies the relation between the soil microstructure change features under different grazing gradient and soil water movement by analyzing the soil micromorphological characteristics of Inner Mongolia typical steppe under grazing gradient, such as the quantity, size, morphology and distribution of soil porosity; and the composition, size,quantity and roughness of soil coarse particles; as well as the soil formation. This study is remarkably important for illustrating the fact that over grazing can result in soil degradation, and also relates to below scientific issues with application value, like typical steppe soil quality and typical steppe sustainable productivity, and provides theoretical foundations for steppe soil degradation mechanism.

研究表明，我国北方草地退化的最主要原因是对草地的过度开垦、过度放牧。受放牧梯度的影响，原有草原——土壤系统发生变化，必然导致草原土壤表层微结构更加紧实，从而影响土壤水分运动，而土壤水分是草原生态系统最重要的限制因子。目前关于放牧对草原土壤的影响研究多集中于土壤理化性质及生物学特征的变化，而对退化草原土壤微形态特征与土壤水分运动结合研究尚不多见，这种结合研究对于认识草原土壤结构与土壤水分迁移规律具有积极作用。本研究拟采用土壤微形态方法，通过分析放牧梯度下内蒙古典型草原土壤孔隙的数量、大小、形态、分布以及土壤粗颗粒的组成、大小、数量及粗糙度和土壤形成物等土壤微形态特征，探索不同牧压下土壤微形态变化特征及其与土壤水分运动的关系问题，对阐明过度放牧导致土壤退化的机理具有重要意义，同时又与典型草原土壤质量、典型草原可持续生产力等具有重要应用价值的科学问题相关，也为进一步揭示草原退化机制提供理论依据。

内蒙古草原作为我国北方生态安全屏障的功能不断下降，过度放牧是主要驱动因素。如何在适当的放牧条件下阻止草原持续退化，提高草原的生态功能，是内蒙古草原地区生态恢复所面临的重要问题，其中草原土壤退化机制尚需进一步研究。本项目以内蒙古锡林郭勒典型草原定居放牧草场为实验样地，利用土壤微形态方法，结合数字图像处理技术，实现了土壤结构的定量化和二维可视化，明确了定居放牧方式下内蒙古典型草原土壤微形态特征，从土壤微结构视角揭示了典型草原土壤退化机理。结果表明，放牧对典型草原土壤微结构的直接影响主要集中在表层0-10cm为主，尤其是0-5cm影响最大，随着土层深度的增加而降低。不同放牧强度（轻度、中度、重度和禁牧）以及相同放牧强度不同季节（春夏秋冬四季）轮牧的典型草原表层土壤微形态特征差异显著。轻度放牧和禁牧草场土壤孔隙度较高，孔隙形状复杂，以复杂堆叠孔隙和孔道为主，大孔隙较多；土壤微垒结以包粒结构为主，粗颗粒周围粘土等胶结物质较多，土壤结构相对稳定。随着放牧强度增加至重度放牧，草场土壤孔隙度显著降低，以复杂堆叠孔隙和孔洞为主，大孔隙减少，小孔隙数量较多；土壤微垒结以桥粒-包粒结构共存，粗颗粒周围粘土等胶结物质较少，这种土壤结构非常脆弱，在缺乏植被覆盖时遭受当地冬春季节强劲西北风吹蚀以及夏季暴雨水蚀，表层土壤细粒物质严重流失，土壤结构进一步恶化。通过对不同放牧强度以及相同放牧强度不同季节轮牧草场土壤微形态、理化性质、酶活性、微生物生物量碳以及植物群落特征的综合分析得出，过度（重度）放牧造成草地土壤结构退化，但是禁牧并不是该区域最好的放牧管理方式，而适度（轻度和中度）放牧基本保持了土壤结构的稳定性，是该区域草原适当的放牧强度。该研究完善了对土壤退化导致的草原退化机制的认识，为内蒙古典型草原生态功能恢复，进一步改进放牧管理方式，促进区域可持续发展提供科学依据。