Effects of rotational grazing on characteristics of the soil seed bank in desert steppe

doi:10.11686/cyxb2025196

Abstract

Abstract:

The soil seed bank is crucial for maintaining the stability， diversity， and genetic integrity of grassland plant communities. Knowledge of the impact of grazing disturbance on the soil seed bank is essential for the scientific management of grasslands. This research focused on two desert grasslands in gravelly sierozem desert steppe and sandy loam sierozem desert steppe. Field rotational grazing experiments and indoor germination tests were conducted to examine the effects of short-term rotational grazing on the soil seed bank. Results indicate that rotational grazing is not significantly altering soil seed bank density in desert grassland of either soil texture； however， it is driving an increase in perennial plant seed proportions， with seeds showing strong concentration within the 0-5 cm soil layer. Compared to grazing exclusion by fencing， the gravelly sierozem desert steppe under rotational grazing showed an increase in the Shannon index and a decrease in the Simpson index. In contrast， the sandy loam sierozem desert steppe had increases in both the Margalef and Simpson indices. However， the Pielou index of the seed bank did not change significantly with rotational grazing in either type of grassland. The similarity between the seed bank species and aboveground vegetation species was low， with the sandy loam sierozem desert steppe showing overall higher similarity than the gravelly sierozem desert steppe. In the gravelly sierozem desert steppe， the seed bank was mainly influenced by soil factors such as available potassium and pH， while in the sandy loam sierozem desert steppe， it was more affected by total phosphorus and ammonium nitrogen. This study suggests that rotational grazing has a significant impact on the species composition and density of the soil seed bank in desert steppe. Soil texture and environmental factors collectively impact soil seed bank dynamics.

Key words: soil seed bank, composition and density, diversity and similarity, short-term rotational grazing, desert steppe

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Figures/Tables 8

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草原类型Grassland type	处理 Treatment	代号 Code mark	小区面积 Plot area （hm²）	小区数 No. of plots	放牧羊只数No. of sheep	放牧频率 Frequency of grazing	轮牧周期 Rotational grazing cycle （d）	放牧日期 The date of grazing	牧草利用率 Pasture utilization ratio （%）
GSDS	FY	LCK	110	1	0	0	0	不放牧No grazing	0.00
GSDS	SG	LLM	110	3	248	3	30	06-20-09-17，90 d	65.23
SLSDS	FY	SCK	180	1	0	0	0	不放牧No grazing	0.00
SLSDS	SG	SLM	180	3	368	3	33	06-24-09-30，99 d	52.10

草原类型Grassland type	处理 Treatment	代号 Code mark	小区面积 Plot area （hm²）	小区数 No. of plots	放牧羊只数No. of sheep	放牧频率 Frequency of grazing	轮牧周期 Rotational grazing cycle （d）	放牧日期 The date of grazing	牧草利用率 Pasture utilization ratio （%）
GSDS	FY	LCK	110	1	0	0	0	不放牧No grazing	0.00
GSDS	SG	LLM	110	3	248	3	30	06-20-09-17，90 d	65.23
SLSDS	FY	SCK	180	1	0	0	0	不放牧No grazing	0.00
SLSDS	SG	SLM	180	3	368	3	33	06-24-09-30，99 d	52.10

科名 Family name	物种 Species	生活型 Life form	砾质灰钙土荒漠草原GSDS		沙壤灰钙土荒漠草原SLSDS
科名 Family name	物种 Species	生活型 Life form	LCK	LLM	SCK	SLM
禾本科 Poaceae	狗尾草Setaria viridis	A	-	-	340±206a	233±46a
	短花针茅S. breviflora	P	367±170a	150±50a	480±117a	364±31a
	糙隐子草C. squarrosa	P	-	-	-	267±125
豆科 Leguminosae	苦豆子Sophora alopecuroides	P	-	-	160±80a	133±45a
豆科 Leguminosae	猫头刺Oxytropis aciphylla	S	133±47	-	-	167±47
苋科 Amaranthaceae	猪毛菜Salsola collina	A	-	-	667±249a	194±100a
	刺沙蓬Salsola tragus	A	-	-	-	110±70
	虫实Corispermum hyssopifolium	A	-	-	725±497a	300±100a
菊科 Asteraceae	中华苦荬菜Ixeris chinensis	P	-	130±56	-	-
菊科 Asteraceae	猪毛蒿A. scoparia	P	4200±2083a	2000±374a	340±250a	306±67a
旋花科Convolvulaceae	银灰旋花Convolvulus ammannii	P	-	-	-	133±40
石蒜科Amaryllidaceae	细叶韭Allium tenuissimum	P	400±82	-	-	-
紫草科Boraginaceae	鹤虱Lappula myosotis	A	-	-	320±264	-
车前科Plantaginaceae	细叶车前Plantago minuta	A	-	-	217±24	-
蔷薇科Rosaceae	二裂委陵菜Potentilla bifurca	P	-	-	-	400±82
唇形科Lamiaceae	冬青叶兔唇花Lagochilus ilicifolius	P	-	-	-	117±62
蒺藜科Zygophyllaceae	蒺藜Tribulus terrestris	A	-	118±49	-	-
总计Total			5218±2431a	2280±480a	3249±1687a	2724±815a

科名 Family name	物种 Species	生活型 Life form	砾质灰钙土荒漠草原GSDS		沙壤灰钙土荒漠草原SLSDS
科名 Family name	物种 Species	生活型 Life form	LCK	LLM	SCK	SLM
禾本科 Poaceae	狗尾草Setaria viridis	A	-	-	340±206a	233±46a
	短花针茅S. breviflora	P	367±170a	150±50a	480±117a	364±31a
	糙隐子草C. squarrosa	P	-	-	-	267±125
豆科 Leguminosae	苦豆子Sophora alopecuroides	P	-	-	160±80a	133±45a
豆科 Leguminosae	猫头刺Oxytropis aciphylla	S	133±47	-	-	167±47
苋科 Amaranthaceae	猪毛菜Salsola collina	A	-	-	667±249a	194±100a
	刺沙蓬Salsola tragus	A	-	-	-	110±70
	虫实Corispermum hyssopifolium	A	-	-	725±497a	300±100a
菊科 Asteraceae	中华苦荬菜Ixeris chinensis	P	-	130±56	-	-
菊科 Asteraceae	猪毛蒿A. scoparia	P	4200±2083a	2000±374a	340±250a	306±67a
旋花科Convolvulaceae	银灰旋花Convolvulus ammannii	P	-	-	-	133±40
石蒜科Amaryllidaceae	细叶韭Allium tenuissimum	P	400±82	-	-	-
紫草科Boraginaceae	鹤虱Lappula myosotis	A	-	-	320±264	-
车前科Plantaginaceae	细叶车前Plantago minuta	A	-	-	217±24	-
蔷薇科Rosaceae	二裂委陵菜Potentilla bifurca	P	-	-	-	400±82
唇形科Lamiaceae	冬青叶兔唇花Lagochilus ilicifolius	P	-	-	-	117±62
蒺藜科Zygophyllaceae	蒺藜Tribulus terrestris	A	-	118±49	-	-
总计Total			5218±2431a	2280±480a	3249±1687a	2724±815a

处理 Treatment	地上植被物种数Species number of aboveground vegetation	种子库物种数Species number of seed bank	共有物种数Number of species by both	地上植被优势种 Dominant species of aboveground vegetation	种子库优势种 Seed bank dominant species	相似性指数 Similarity index
LCK	17	4	3	短花针茅S.breviflora	猪毛蒿A. scoparia	0.29
LLM	13	4	1	短花针茅S.breviflora	猪毛蒿A.scoparia	0.12
SCK	11	7	4	猪毛菜S.collina、冰草A.cristatum	短花针茅S.breviflora、虫实C.hyssopifolium	0.44
SLM	20	15	6	猪毛菜S.collina	短花针茅S.breviflora、猪毛蒿A.scoparia	0.34