阿根廷干旱查科地区畜牧环境中的灌木清除措施：对土壤物理化学性质的影响

《Rangeland Ecology & Management》：Shrub Removal Practices in Livestock Environments of the Argentine Arid Chaco: Changes on Soil Physicochemical Properties

查科地区灌木清除（滚筒砍伐和手工清除）对土壤物理性质的影响研究。比较了保留林地和退化草原与清除处理的土壤机械阻力、容重及渗透率，发现清除处理显著增加土壤机械阻力和容重，降低渗透率，而磷含量在退化草原和滚筒砍伐区较高。研究指出长期土壤结构受损风险，提出需平衡植被干预与土壤质量保护。

　　近年来，随着气候变化、过度放牧以及火频减少等因素的影响，灌木覆盖的增加已成为全球性现象，并且正在对阿根廷干旱查科地区的原生森林造成显著影响。这种现象的主要后果之一是原生和非原生草类的生产力下降，而草类是广泛放牧农业的重要饲料资源。为应对这一问题，人们实施了诸如滚筒切割和手工砍伐等灌木清除措施，通常与引入外来草种如*Cenchrus ciliaris*（buffelgrass）相结合。尽管这些措施在区域范围内被广泛应用，但对于其在中长期（5-10年）对土壤特性产生的变化，了解仍然有限。因此，本研究旨在探讨滚筒切割和手工砍伐对土壤物理化学特性的影响，并通过比较不同土地利用历史的样地（包括无灌木清除的样地和有灌木清除的样地）来评估其影响。

在阿根廷的五个放牧农场中，我们观察到与保留森林和退化牧场相比，灌木清除处理下的土壤机械阻力更高，且在手工砍伐样地中最为显著，同时这些样地还表现出最高的容重。值得注意的是，这两种处理中的机械阻力和容重值都随着深度的增加而上升，呈现出与保留森林和退化牧场相反的趋势。此外，我们还发现灌木清除处理下的土壤渗透率较低，这可能对生态系统功能产生重要影响，例如净初级生产力的变化以及水和碳循环的稳定性。本研究的结果为放牧-林业系统的管理提供了关键信息，有助于设计出既能提高草类供应又能保持土壤质量的植被干预措施。

在南美洲的干旱查科地区，灌木覆盖的增加导致了饲料资源的减少，从而促使人们采取诸如滚筒切割和手工清除等措施，以提高放牧效率。滚筒切割通常使用重型圆柱形机器，由拖拉机牵引进行操作，能够同时切割和粉碎植被。此外，滚筒切割可能还会促进外来草种的种子扩散，如*Cenchrus ciliaris*。而手工砍伐则通常涉及更大的木质生物量清除，使用如铁锹、斧头等工具进行操作，一般会清除灌木的根部。尽管这两种方法在不同规模和背景下被应用，但它们都对植被的分布模式产生了显著影响，并可能改变土壤特性，例如减少植被斑块之间的连通性，增加裸露土壤的面积。同时，放牧密度也会影响土壤特性，如通过踩踏增加土壤容重，通过粪便分布改变土壤养分的分布。

土壤特性是评估放牧生产系统长期可持续性的关键生态指标。在这些系统中，由于频繁的干扰，土壤质量通常由物理属性如表层压实度（机械阻力、容重等）决定，这些属性影响着雨水的截留能力，或通过裸露土壤的比例来衡量。此外，土壤质量还受到功能属性的影响，如有机质的动态变化，这对养分循环至关重要。这些因素在放牧生产系统中具有重要意义，因为它们可能降低放牧生产力，并影响生态和经济的可持续性。然而，在干旱查科地区，关于灌木清除措施对土壤质量指标和植被变化的中长期影响的研究仍然较少。

本研究的目标是评估灌木清除措施对干旱查科地区森林土壤物理化学质量的影响。我们假设灌木清除措施会对土壤的物理化学质量产生负面影响，具体表现为土壤压实和养分可用性的降低。在此背景下，我们预期在滚筒切割和手工清除样地中会发现以下土壤变化：a) 更高的机械阻力和容重，以及更低的渗透率；b) 有机质、有机碳、总氮和总磷的浓度较低。我们对这些假设进行了验证，并发现了一些与预期相符的结果，同时也发现了某些差异。

在研究区域，我们主要关注了干旱查科地区的植被覆盖情况，包括灌木、草类和乔木等不同层次。该地区的年均降水量约为424毫米，主要集中在11月至3月之间。尽管该地区拥有一定的植被覆盖，但灌木的增加仍然对草类的生长和放牧活动产生了不利影响。因此，采取灌木清除措施成为提高草类供应的一种常见手段。然而，这种措施的实施可能会对土壤结构和功能产生长期的负面影响，例如增加土壤容重和机械阻力，降低水渗透率，从而影响土壤的通气性和水分保持能力。

此外，我们还发现，尽管灌木清除处理对土壤物理特性产生了显著影响，但对化学特性的影响则相对较小。例如，在大多数土壤养分浓度方面，不同处理之间没有显著差异，但磷的浓度在退化牧场和滚筒切割样地中显著增加。这一现象可能与外来草种的引入有关，因为这些草种在生长初期对养分的需求较高，可能会导致土壤碳和氮浓度的下降。然而，保留一定比例的灌木可能有助于维持“肥力岛”，从而减少径流，促进水分渗透，并减缓水分损失，这可能对生态系统的稳定性具有积极作用。

从更广泛的角度来看，灌木覆盖的增加不仅是生态系统变化的结果，也可能成为影响人类活动的重要因素。在干旱查科地区，由于放牧活动的扩张，植被的改变已经对当地的生态和经济产生了深远影响。因此，研究灌木清除措施对土壤和植被的影响，不仅有助于优化放牧管理，还可能为生态保护和可持续发展提供科学依据。此外，研究还表明，土壤的物理化学特性在不同土地利用方式下存在显著差异，这可能影响到土壤的生态功能和生产力。因此，制定合理的植被干预措施，不仅需要考虑植被的变化，还需要综合考虑土壤质量的保护。

在本研究中，我们通过比较不同处理下的土壤物理化学特性，发现了一些重要的变化趋势。例如，与保留森林和退化牧场相比，灌木清除处理下的土壤机械阻力和容重显著增加，而渗透率则显著降低。这些变化可能对土壤的结构和功能产生长期的负面影响，例如降低土壤的通气性和水分保持能力，从而影响植物的生长和放牧活动。此外，我们还发现，土壤的有机质和有机碳含量在不同处理之间存在显著差异，这可能与放牧密度和土壤管理方式有关。

在干旱查科地区，由于气候条件的限制，植被的生长受到一定影响，因此土壤的物理化学特性成为影响生态系统功能的重要因素。研究还表明，土壤的容重和机械阻力在不同土地利用方式下存在显著差异，这可能影响到土壤的结构和功能。例如，较高的容重和机械阻力可能会降低土壤的通气性和水分保持能力，从而影响植物的生长和放牧活动。因此，研究灌木清除措施对土壤和植被的影响，不仅有助于优化放牧管理，还可能为生态保护和可持续发展提供科学依据。

从更广泛的角度来看，灌木覆盖的增加不仅是生态系统变化的结果，也可能成为影响人类活动的重要因素。在干旱查科地区，由于放牧活动的扩张，植被的改变已经对当地的生态和经济产生了深远影响。因此，研究灌木清除措施对土壤和植被的影响，不仅有助于优化放牧管理，还可能为生态保护和可持续发展提供科学依据。此外，研究还表明，土壤的物理化学特性在不同土地利用方式下存在显著差异，这可能影响到土壤的结构和功能。例如，较高的容重和机械阻力可能会降低土壤的通气性和水分保持能力，从而影响植物的生长和放牧活动。因此，制定合理的植被干预措施，不仅需要考虑植被的变化，还需要综合考虑土壤质量的保护。

研究还表明，土壤的有机质和有机碳含量在不同处理之间存在显著差异，这可能与放牧密度和土壤管理方式有关。例如，频繁的放牧活动可能会导致土壤的压实和养分的重新分布，从而影响土壤的物理化学特性。因此，研究灌木清除措施对土壤和植被的影响，不仅有助于优化放牧管理，还可能为生态保护和可持续发展提供科学依据。此外，研究还表明，土壤的容重和机械阻力在不同土地利用方式下存在显著差异，这可能影响到土壤的结构和功能。例如，较高的容重和机械阻力可能会降低土壤的通气性和水分保持能力，从而影响植物的生长和放牧活动。因此，制定合理的植被干预措施，不仅需要考虑植被的变化，还需要综合考虑土壤质量的保护。

从生态系统的角度来看，土壤的物理化学特性对生态功能和生物多样性具有重要影响。例如，土壤的容重和机械阻力会影响植物的根系发育和水分渗透，从而影响植物的生长和繁殖。此外，土壤的养分浓度和有机质含量也会影响植物的生长和放牧活动，从而影响生态系统的稳定性和生产力。因此，研究灌木清除措施对土壤和植被的影响，不仅有助于优化放牧管理，还可能为生态保护和可持续发展提供科学依据。此外，研究还表明，土壤的物理化学特性在不同土地利用方式下存在显著差异，这可能影响到土壤的结构和功能。例如，较高的容重和机械阻力可能会降低土壤的通气性和水分保持能力，从而影响植物的生长和放牧活动。因此，制定合理的植被干预措施，不仅需要考虑植被的变化，还需要综合考虑土壤质量的保护。

综上所述，本研究揭示了灌木清除措施对干旱查科地区森林土壤物理化学特性的影响，以及这些变化对生态系统功能的潜在影响。通过比较不同土地利用历史的样地，我们发现灌木清除处理在某些方面对土壤产生了显著的负面影响，如增加容重和机械阻力，降低渗透率。然而，在某些化学特性方面，如磷的浓度，灌木清除处理反而表现出一定的积极作用。这些发现为放牧-林业系统的管理提供了关键信息，有助于设计出既能提高草类供应又能保持土壤质量的植被干预措施。同时，研究还强调了土壤质量在生态系统功能和可持续发展中的重要性，因此在实施灌木清除措施时，需要综合考虑土壤和植被的相互作用，以实现生态和经济的双重目标。