内蒙古荒漠草原地表风沙活动对放牧强度的响应

doi:10.11686/cyxb2022310

摘要/Abstract

摘要：

研究放牧强度对草地风沙活动的影响对深入理解风沙动力过程、准确评估和防治风沙灾害具有重要意义。本研究依托中国科学院乌拉特荒漠草原研究站，以内蒙古荒漠草原为研究区，设置两种草地类型（以草本为主的针茅草地和以灌木为主的灌丛草地）和3种放牧强度（禁牧为对照、中度和重度放牧强度），开展了近地表风速廓线、粒径分布、风沙流结构等相关参数的测量和研究。结果表明：1）放牧强度对不同草地类型地表的空气动力学粗糙度有显著影响，且对草本区的影响大于对灌木区的影响。2）草地类型和放牧强度对地表土壤可蚀性颗粒含量的影响均达到显著水平（P<0.05），且随着放牧强度的增加，草本区地表可蚀性颗粒含量逐渐减少，土壤质地逐渐粗化。3）放牧区的风沙流拟合函数均为幂函数，R²为0.78~0.97。草本中度（6.468 g·m^-1·d^-1）和重度放牧区（9.294 g·m^-1·d^-1）的水平通量分别是草本对照区（0.907 g·m^-1·d^-1）的7.13和10.25倍。灌木区的输沙高度和放牧强度对输沙率的影响均小于草本区。以上研究结果表明：草本区风沙活动受放牧扰动的影响远大于灌木区，即使是中度放牧强度的水平输沙通量也远远大于禁牧区。因此，仅仅依据载畜量制定的放牧策略尚存在严重不足，为了防止草地退化，促进牧业的持续发展，在制定放牧策略时应将地表风沙活动强度作为重要指标进行综合考虑。

关键词: 放牧强度, 荒漠草原, 风沙活动, 粒度特征, 风沙流结构

Abstract:

In this research we studied the effect of grazing intensity on aeolian sand movement in order to develop greater understanding the aeolian dynamic process and techniques for more accurately evaluating and preventing wind-blown sand disasters. The research was conducted at the Urat Desert-Grassland Research Station of the Chinese Academy of Sciences and the desert grassland of Inner Mongolia was the subject of our investigation. Two grassland types were studied： Shrub dominated grassland （SDG） and grass dominated grassland （GDG） and there were three grazing intensities： Prohibiting grazing as control （CK）， moderate grazing intensity （MG） and heavy grazing intensity （HG）. The near-surface wind speed profile， particle size distribution， wind-sand flow structure and other related parameters were measured and analyzed. It was found that： 1） The surface aerodynamic roughness length of the two grassland types was significantly influenced by grazing intensity and the effect of grazing intensity on the aerodynamic roughness length of GDG was greater than that on SDG. 2） Grassland type and grazing intensity had significant effects on soil erodible particle content （P<0.05）. With increase in grazing intensity， the content of soil erodible particles progressively decreased and the soil texture became coarser. 3） The aeolian sand flow functions in grazing areas all followed power functions， and the correlation coefficients ranged from 0.78 to 0.97. The horizontal sand fluxes in MG plots （6.468 g·m^-1·d^-1） and HG plots （9.294 g·m^-1·d^-1） were 7.13 and 10.25 times higher than those in CK plots （0.907 g·m^-1·d^-1）， respectively. The impacts of sand transport height and grazing intensity on sediment transport rate in SDG were less than in GDG. The above results showed that the influence of grazing disturbance on aeolian sand activity in GDG was much greater than that in SDG， and the horizontal sediment flux under grazing was much more than that of CK， even for MG. Therefore， decisions on grazing strategy based solely on vegetation carrying capacity are still seriously inadequate. In order to maintain the sustainable development of animal husbandry， the intensity of surface aeolian sand activity should be considered as an important index when developing grazing strategy.

Key words: grazing intensity, desert steppe, aeolian activity, soil particle size, aeolian sand structure

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图/表 8

图1 乌拉特荒漠草原研究站放牧样地布设a：灌木草地放牧区Grazing plots in shrub dominated grassland （SDG）；b：草本草地放牧区Grazing plots in grass dominated grassland （GDG）；c：灌木样地的阶梯式集沙仪Multistep omni- directional sand traps in SDG；d：草本样地的阶梯式集沙仪Multistep omni- directional sand traps in GDG. CK表示对照样地，禁牧区；MG表示中度放牧区；HG表示重度放牧区。下同。CK： Prohibiting grazing as the control； MG： Moderate grazing； HG： Heavy grazing. The same below.

Fig.1 Grazing experiments plots and sand trap setting

表1 不同放牧样地植被基本特征

Table 1 Basic characteristics of vegetation in different grazing plots

项目	草本区Grass dominated grassland （GDG）			灌木区Shrub dominated grassland （SDG）
Item	对照区 Control area （CK）	中度放牧区 Moderate grazing area （MG）	重度放牧区 Heavy grazing area （HG）	对照区 Control area （CK）	中度放牧区 Moderate grazing area （MG）	重度放牧区 Heavy grazing area （HG）
植被盖度Vegetation cover （%）	56.56	31.44	25.89	49.20	33.40	30.20
植被密度Vegetation density （plant·m^-2）	26.980	25.264	25.534	104.300	75.810	64.390
地上生物量Aboveground biomass （g·m^-2）	85.192	33.152	24.774	130.616	80.112	75.128

表2 放牧样地风速廓线拟合结果

Table 2 Fitting results of wind profile in sample plots

草地类型 Grassland type	放牧强度 Grazing intensity	拟合系数b Fitting coefficient b	拟合系数a Fitting coefficient a	决定系数R² Decision coefficient R²	摩阻风速u_* Friction velocity u_* （m·s^-1）	空气动力学粗糙度z₀ Aerodynamic roughness length z₀ （m）
草本区Grass dominated grassland （GDG）	对照区Control area （CK）	9.602	3.231	0.974	1.293	0.051
	中度放牧区Moderate grazing area （MG）	8.226	2.682	0.991	1.073	0.046
	重度放牧区Heavy grazing area （HG）	6.303	1.363	0.874	0.545	0.010
灌木区Shrub dominated grassland （SDG）	中度放牧区Moderate grazing area （MG）	5.422	1.681	0.995	0.672	0.040
灌木区Shrub dominated grassland （SDG）	重度放牧区Heavy grazing area （HG）	6.128	1.694	0.984	0.678	0.027

图2 不同放牧强度下的草本区和灌木区地表土壤和集沙仪内不同高度风沙沉积物粒径分布曲线

Fig.2 Particle size frequency curves of aeolian sediment at different heights and surface particle in GDG and SDG under different grazing intensities

图3 不同放牧强度下草本区和灌木区地表土壤和风沙沉积物中值粒径随高度的分布

Fig.3 Distribution of median particle size of surface soil and aeolian sediment with height in GDG and SDG under different grazing intensities

表3 草地类型和放牧强度对地表土壤可蚀性颗粒含量影响的多因素方差分析

Table 3 Two-way ANOVA analysis of the effects of grassland type and grazing intensity on the content of erodible particles in surface soil

主要影响Main effect	P值P value
草地类型Grassland type	<0.001
放牧强度Grazing intensity	<0.001
草地类型×放牧强度Grassland type×grazing intensity	0.135

图4 不同草地类型下不同放牧强度的地表可蚀性颗粒（60~200 μm）含量

Fig.4 Percent contents of erodibility soil particles （60-200 μm） on different grazing treatment plots

图5 不同放牧强度下的风沙流结构

Fig.5 Sand flow structure under different grazing intensities

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