草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,由于其广泛的分布和巨大的固碳潜力,在促进国民经济发展和调节全球气候变化等方面发挥着重要的作用。土壤健康是草地生态系统健康的基础,同时也是影响生态系统功能稳定的主要因素。但是,由于土壤健康评价指标的多样性,以及各指标之间存在着协同与权衡关系,迄今为止,对于草地生态系统而言尚未形成一套系统的土壤健康评价体系。本研究基于1949年在加拿大阿尔伯塔省糙羊茅草原(Rough Fescue Prairie)建立并维持至今的牛放牧实验平台(包括无牧区对照(CK,0 Animal unit month hm-2:AUM hm-2),轻度放牧(LG,1.2AUM hm-2),重度放牧(HG,2.4AUM hm-2),极度放牧(VHG,4.8 AUM hm-2),重度和极度放牧50年后封育,共6个实验处理),系统分析了放牧和封育对不同坡位土壤物理、化学、生物及群落性质共27个指标的影响。并参照《康奈尔土壤健康评价手册》对土壤健康进行综合评价。取得的主要研究结果如下:1.极度放牧土壤粘粒和粉粒含量显著低于轻度放牧,土壤总孔隙度、容气能力、饱和含水量表现出相同的趋势:而沙粒含量、表层土壤硬度和容重的变化趋势与之相反,同时这些指标在轻度和极度放牧处理间的差异在坡顶部位置大于底部;放牧在不同坡位土均改变了土壤水分特征曲线的形状,轻度放牧比重度和极度放牧具有更大的率;放牧降低了土壤饱和导水率和S-指数,但是坡位及其与放牧的交互作用对二者并无显著影响。2.极度放牧显著增加了土壤pH,且pH的增加在坡顶部位置强于底部;有效磷含量仅在坡底位置随着放牧强度的增强而增加,顶部位置四个处理间没有显著差异;坡底部位置,轻度放牧土壤有机碳、全氮和铵态氮含量显著高于重度和极度放牧,而在坡顶部位置三个放牧梯度间并无显著差异(除土壤全氮外)且均显著低于对照处理;土壤有机碳和全氮含量在同一年内不同的取样时间(五月和九月)并无显著差异,而铵态氮含量在五月份显著高于九月份。3.坡底位置,重度和极度放牧土壤活性碳、蛋白质和水溶性氮含量显著低于轻度放牧,在坡顶部位置,三个放牧梯度均显著低于对照处理;极度放牧仅在坡顶部位置显著增加了土壤微生物呼吸碳,底部位置三个处理间无显著差异;与铵态氮相类似,活性碳、水溶性有机碳和氮的含量在五月份显著高于九月份。4.与放牧区相比,封育显著降低了土壤表层和亚表层的硬度和土壤容重,增加了土壤总孔隙度、粘粒和粉粒含量。受到入侵物种的影响,大多数土壤水文指标在围栏内外没有显著差异。土壤化学和生物性质在封育区也得到显著改善,围栏内的土壤有机碳、全氮、活性碳(仅在极度放牧封育区内)、潜在可矿化氮、蛋白质、水溶性有机碳、水溶性氮(仅在重度放牧封育内)均显著高于对应的放牧区。坡位在土壤恢复的过程中也发挥着重要的作用。5.放牧显著降低了群落凋落物和总生物量,同时导致本地优势种盖度降低,而入侵种盖度增加,特别是在坡底部位置。与放牧区相比,封育显著提高了群落净初级生产力、凋落物和总生物量,重度和极度放牧生物量在封育5年和10年后总分别达到稳定状态。随着封育时间延长,入侵种盖度不断增加且显著高于对应的放牧区;本地优势物种盖度在两个围栏内仅略有增加;封育及其对应的放牧区物种多样性随着时间的推移表现出降低的趋势,虽然在不同的坡位波动有所不同。6.不同草地利用方式下平均土壤健康综合指数由高到低的排序结果为:对照区>重度放牧50年后封育>极度放牧50年后封育>轻度放牧>重度放牧>极度放牧;轻度放牧、重度放牧50年后封育样地坡底部位置土壤健康综合指数高于顶部位置;极度放牧坡中部位置高于底部和顶部位置;重度放牧和极度放牧50年后封育样地三个坡位间差异较小。