灌丛化对黄土高原封育草地降雨截蓄能力的影响

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近年来,我国北方干旱半干旱区草地普遍出现灌丛化现象。灌丛化显著改变草地植物群落组成、枯落物量与土壤理化性质,影响草地生态系统对降雨的截蓄功能。本研究以黄土高原长期封育的未灌丛化草地和灌丛化草地(包括禾草斑块、半灌木斑块和灌木斑块)为研究对象,通过观测植被截留量、枯落物持水量、土壤饱和蓄水量,系统研究了灌丛化草地植物群落特征、枯落物量与土壤理化性质变化对降雨截蓄功能的影响。获得以下主要结论:(1)灌丛化增加了草地植被降雨截留量,降低了草地植被截留率。半灌木斑块和灌木斑块植被截留量较未灌丛化草地分别提高了68.4%和179.0%。与未灌丛化草地相较,禾草斑块、半灌木斑块和灌木斑块的植被截留率分别降低了30.2%、31.7%和22.5%。灌丛化通过增加地上生物量,特别是植物茎生物量提高植被截留量,植物丰富度降低是植被截留率降低的主要原因。(2)枯落物持水量与枯落物储量、枯落物分解程度相关。枯落物持水量与枯落物储量和厚度呈显著正相关。与未灌丛化草地相比,灌木斑块的枯落物总储量降低了64.9g·m-2,主要是由半分解层枯落物储量的降低造成的。灌木斑块的枯落物持水量和持水率较未灌丛化草地分别降低了0.5 mm和20.8%。枯落物持水率与其分解程度有着密切关系。灌木斑块未分解层枯落物持水率较未灌丛化草地降低了14.7%,半分解层枯落物持水率降低了21.0%。(3)灌丛化改善了灌木斑块的土壤理化性质,提高了灌木斑块土壤蓄水能力。灌木斑块较未灌丛化草地0-20 cm土层的土壤容重降低了6.7%,总孔隙度提高了3.8%,0.25-2 mm团聚体含量增加了12.5%,团聚体粒径分布的均匀性提高,有机质提高了22.2%。灌木斑块的土壤饱和蓄水量较未灌丛化草地增加了5.3 mm。与未灌丛化草地相较,半灌木斑块土壤总孔隙度降低了2.8%,土壤蓄水量降低了3.3 mm。(4)土壤潜在蓄水量占降雨截蓄总量的98.9-99.4%,是草地生态系统降雨截蓄的主体。灌木/半灌木斑块降雨截留效应不同。在43.3-48.5%的灌丛盖度下,禾草斑块总截蓄量较未灌丛化草地减少了3.6 mm;半灌木斑块总截蓄减少了3.2 mm;灌木斑块总截蓄量增加了5.1 mm。虽然灌丛化促进了草地植被对降雨的截留,但半灌木和灌木扩张对草地枯落物持水和土壤蓄水能力的影响显著不同,半灌木扩张导致土壤蓄水能力下降,灌木扩张削弱枯落物持水能力,却提升土壤蓄水能力。因此,应该区别半灌木和灌木的扩张,以准确评价灌丛化对草地生态降雨截蓄能力影响作用。
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