Evaluation of vegetation-soil synergistic coupling in winter rangeland of the Qilian Mountains under different winter grazing management systems

doi:10.11686/cyxb2024050

Abstract

Abstract:

The degree of synergistic coupling of the vegetation-soil system serves as a comprehensive evaluation index to measure the complementarity and integration of grassland ecosystem components， and is an important tool in implementing the quantitative management of grassland. This study was conducted in Yeniugou Township， Qilian County， Qinghai Province， and three different grazing management systems were compared： all feed from grazing in winter， winter grazing+supplemental feeding， and winter enclosure （no grazing）. We constructed an evaluation system composed of vegetation factors and soil factors， and used the entropy power method to determine the weight of each index， and formulated a model to score the degree of synergistic coupling of the vegetation-soil system. It was found that there were significant differences in the Shannon-Wiener index and Patrick richness index of vegetation communities under the different grazing managements， and the grassland in the grazing+supplementary forage winter feeding system had the highest score， while that where grazed grassland comprised the total feed supply had the lowest score. There were significant differences in the contents of soil total carbon， total nitrogen， total phosphorus， ammonium nitrogen， nitrate nitrogen， available potassium， and available phosphorus with different grazing management， and the highest soil system score was found in the grassland with no winter grazing， and the lowest in the grazed grassland with no feed supplementation. The score for the degree of synergistic coupling under the different grazing management systems ranked： enclosure （0.510）>grazing+supplementary feeding （0.482）>all feed from grazing （0.397）. For the above three winter grazing systems， the grassland ecosystem could be categorized， respectively， as ‘barely coordinated vegetation-soil system lacking development’， ‘bordering on disordered vegetation-soil coordination lacking development’， and ‘mildly disordered vegetation-soil coordination with development recession’. In conclusion， winter enclosure of animals with no grazing by animals of grassland in the Qilian Mountain area was the most conducive to the health and stability of the ecosystem， among the three grazing systems evaluated， but still exhibited a less than optimal level of vegetation-soil coordination.

Key words: Qilian Mountains, grazing management, vegetation-soil system, synergistic coupling effects

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Figures/Tables 7

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目标层 Objective level	子目标层 Subgoal layer	指标层 Index level	权重 Weight
植被-土壤耦合系统 Vegetation-soil coupling system	植被系统 Vegetation system	Shannon-Wiener指数H′	0.058
		Pielou均匀度指数J	0.101
		Simpson多样性指数C	0.086
		Patrick丰富度指数R	0.070
	土壤系统 Soil system	全碳TC	0.114
		全氮TN	0.135
		全磷TP	0.060
		全钾TK	0.049
		铵态氮NH₄⁺-N	0.046
		硝态氮NO₃^--N	0.061
		速效磷AP	0.105
		速效钾AK	0.116

目标层 Objective level	子目标层 Subgoal layer	指标层 Index level	权重 Weight
植被-土壤耦合系统 Vegetation-soil coupling system	植被系统 Vegetation system	Shannon-Wiener指数H′	0.058
		Pielou均匀度指数J	0.101
		Simpson多样性指数C	0.086
		Patrick丰富度指数R	0.070
	土壤系统 Soil system	全碳TC	0.114
		全氮TN	0.135
		全磷TP	0.060
		全钾TK	0.049
		铵态氮NH₄⁺-N	0.046
		硝态氮NO₃^--N	0.061
		速效磷AP	0.105
		速效钾AK	0.116

类型 Type	协同耦合度 Synergetic coupling degree （S_c ）	等级 Level	植被-土壤系统综合对比关系Comprehensive correlation of vegetation-soil system （SEy/VEx）	协同耦合模型 Cooperative coupling model
失调型 Disordered type	0<S_c ≤0.1	极度失调Extreme disorder
	0.1<S_c ≤0.2	严重失调Severe disorder	0<SEy/VEx<0.8	植被滞后型Vegetation lag type
	0.2<S_c ≤0.3	中度失调Moderate disorder	0.8≤SEy/VEx≤1.2	同步衰退型Synchronous decay pattern
	0.3<S_c ≤0.4	轻度失调Mild disorder	SEy/VEx>1.2	土壤滞后型Soil lag type
	0.4<S_c ≤0.5	濒临失调Borderline disorder
协调型 Coordinated type	0.5<S_c ≤0.6	勉强协调Forced coordination
	0.6<S_c ≤0.7	初级协调Primary coordination	0<SEy/VEx<0.8	植被滞后型Vegetation lag type
	0.7<S_c ≤0.8	中级协调Moderate coordination	0.8≤SEy/VEx≤1.2	同步发展型Synchronous development pattern
	0.8<S_c ≤0.9	良好协调Good coordination	SEy/VEx>1.2	土壤滞后型Soil lag type
	0.9<S_c ≤1.0	优质协调Quality coordination

类型 Type	协同耦合度 Synergetic coupling degree （S_c ）	等级 Level	植被-土壤系统综合对比关系Comprehensive correlation of vegetation-soil system （SEy/VEx）	协同耦合模型 Cooperative coupling model
失调型 Disordered type	0<S_c ≤0.1	极度失调Extreme disorder
	0.1<S_c ≤0.2	严重失调Severe disorder	0<SEy/VEx<0.8	植被滞后型Vegetation lag type
	0.2<S_c ≤0.3	中度失调Moderate disorder	0.8≤SEy/VEx≤1.2	同步衰退型Synchronous decay pattern
	0.3<S_c ≤0.4	轻度失调Mild disorder	SEy/VEx>1.2	土壤滞后型Soil lag type
	0.4<S_c ≤0.5	濒临失调Borderline disorder
协调型 Coordinated type	0.5<S_c ≤0.6	勉强协调Forced coordination
	0.6<S_c ≤0.7	初级协调Primary coordination	0<SEy/VEx<0.8	植被滞后型Vegetation lag type
	0.7<S_c ≤0.8	中级协调Moderate coordination	0.8≤SEy/VEx≤1.2	同步发展型Synchronous development pattern
	0.8<S_c ≤0.9	良好协调Good coordination	SEy/VEx>1.2	土壤滞后型Soil lag type
	0.9<S_c ≤1.0	优质协调Quality coordination

项目Item	GM₁	GM₂	GM₃	项目Item	GM₁	GM₂	GM₃
甘肃羊茅F. kansuensis	0.1201	0.3249	0.3565	火绒草Leontopodium leontopodioides	0.0384	0.1013	0.0298
高山嵩草C. parvula	0.3975	0.1514	0.1983	肉果草L. tibetica	0.0014	-	0.0230
干生薹草Carex aridula	0.0056	0.0858	0.0250	白花棘豆Oxytropis coerulea	0.0032	0.0037	0.0234
斜茎黄芪A. laxmannii	0.0201	0.0062	0.0046	狗娃花Aster hispidus	-	0.0134	-
鸡冠茶S. bifurca	0.1179	0.0427	0.0622	洽草Koeleria macrantha	-	0.0377	-
多茎委陵菜Potentilla multicaulis	0.0257	0.0346	0.0694	赖草Leymus secalinus	-	0.0529	0.0767
翻白草Potentilla discolor	0.0269	0.0431	0.0306	早熟禾Poa annua	-	0.0084	-
蒲公英Taraxacum mongolicum	0.0466	0.0057	0.0148	臭蒿Artemisia hedinii	-	0.0037	-
毛莓草S. adpressa	0.0111	0.0023	0.0059	藜Chenopodium album	-	-	0.0151
秦艽Gentiana macrophylla	0.0199	0.0106	-	西藏大戟Euphorbia tibetica	-	-	0.0145
珠芽蓼B. vivipara	0.1225	0.0716	0.0416	多刺绿绒蒿Meconopsis horridula	-	-	0.0080