Hydrologic Impacts of Mechanical Seeding Treatments on Sagebrush Rangelands

Abstract

In and around the Great Basin, United States, restoration of shrub steppe vegetation is needed where rangelands are transitioning to annual grasslands. Mechanical seedbed preparation can aid native species recovery by reducing annual grass competition. This study was designed to investigate the nature and persistence of hydrologic and erosion impacts caused by different mechanical rangeland seeding treatments and to identify interactions between such impacts and related soil and vegetation properties. A cheatgrass (Bromus tectorum L.)–dominated site was burned and seeded with native grasses and shrubs in the fall of the year. An Amazon-drill and a disk-chain seeder were used to provide varying levels of surface soil disturbance. An undisturbed broadcast seeding was used as a control. Simulated rainfall was applied to 6 large (32.5-m2) plots per treatment over 3 growing seasons at a rate of 63.5 mm · h-1. Rainfall was applied for 60 minutes under dry antecedent moisture conditions and for 30 minutes, 24 hours later under wet antecedent moisture conditions. The disk-chain created the largest reduction in infiltration and increase in sediment yield, which lasted for 3 growing seasons posttreatment. The Amazon-drill had a lesser impact, which was insignificant after the second growing season posttreatment. Surface soil properties showed little correlation with treatment-induced hydrologic and erosion impacts. Hydrologic recovery was strongly correlated with litter dynamics. The seeding treatments were unsuccessful at establishing seeded plant species, and the site once again became dominated by cheatgrass. A continuous upward trend in biomass production and surface litter cover was observed for all treatments between the beginning and end of the study because of cheatgrass invasion. Although the initial goal of using mechanical seeding treatments to enhance recovery of native grass species failed, cheatgrass production provided sufficient biomass to rapidly replenish surface litter cover necessary for rapid hydrologic stability of the site. Adentro y alrededor de la Gran Cuenca, Estados Unidos, se necesita la restauración de la vegetación de estepa arbustiva, donde los pastizales son una transición a zacatales anuales. La preparación mecánica de la cama de siembra puede ayudar a la recuperación de las especies nativas al reducir la competencia de zacates anuales. Este estudio se diseño para investigar la naturaleza y persistencia de los impactos hidrológicos y de erosión causados por diferentes tratamientos mecánicos de siembra de pastizales y para identificar interacciones entre tales impactos y las propiedades relacionadas del suelo y vegetación. Un sitio dominado por “Cheatgrass” (Bromus tectorum L.) fue quemado y sembrado con zacates nativos y arbustos en el otoño. Se usaron una sembradora amazona y una de cadena y discos para crear diferentes niveles de disturbio en la superficie del suelo. Una siembra al voleo en un sitio sin disturbio se usó como control. Se aplicó lluvia simulada, a una tasa de 63.5 mm · h-1, en seis parcelas grandes por tratamiento a lo largo de tres estaciones de crecimiento. La lluvia se aplicó por 60 minutos bajo condiciones secas del suelo y por 30 minutos bajo condiciones húmedas del suelo. La sembradora de cadena y disco produjo la mayor reducción en la infiltración y aumentó la producción de sedimentos, efecto que duró las tres estaciones de crecimiento posteriores a la aplicación de los tratamientos. La sembradora amazona tuvo un impacto menor, el cual fue insignificante después de la segunda estación de crecimiento posterior a la aplicación del tratamiento. Las propiedades de la superficie del suelo mostraron una baja correlación con los impactos hidrológicos y de erosión inducidos por los tratamientos. La recuperación hidrológica estuvo altamente correlacionada con la dinámica del mantillo. Los tratamientos de siembra no fueron exitosos para el establecimiento de plantas de las especies usadas, y el sitio fue dominado nuevamente por el “Cheatgrass.” Se observó una tendencia ascendente continua en la producción de biomasas y la cobertura de mantillo de la superficie en todos los tratamientos entre el inicio y fin del estudio, a consecuencia de la invasión del “Cheatgrass.” Mientras que la meta inicial de usar tratamientos de siembra mecánica para mejorar la recuperación de las especies nativas fracasó, la producción del “Cheatgrass” suministró suficiente biomasa para reponer rápidamente la cobertura de mantillo de la superficie del suelo necesaria para una rápida estabilidad hidrológica del sitio.