車輛碾壓對草原地下生物量和土壤養(yǎng)分的影響

烏仁其其格,張德平,王常順,杜艷坤,齊明麗

(1.呼倫貝爾學(xué)院草原生態(tài)研究所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008； 2.呼倫貝爾學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

車輛碾壓對草原地下生物量和土壤養(yǎng)分的影響

烏仁其其格1,2,張德平1,王常順1,杜艷坤2,齊明麗2

(1.呼倫貝爾學(xué)院草原生態(tài)研究所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008； 2.呼倫貝爾學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

通過對車輛碾壓后的呼倫貝爾沙質(zhì)土壤草甸草原的野外調(diào)查和土壤樣品的室內(nèi)分析，對車輛碾壓引起草地植被和土壤的變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，草地地下生物量和土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤速效氮、速效磷隨著碾壓程度增強(qiáng)和車轍深度加大而呈下降趨勢，速效鉀沒有明顯的規(guī)律。車輛碾壓破壞植物群落地上部分與根系，導(dǎo)致群落地下生物量和土壤養(yǎng)分顯著減少，并促進(jìn)風(fēng)蝕導(dǎo)致表層土壤流失?？刂撇菰瓍^(qū)機(jī)動(dòng)車碾壓，保護(hù)草原植被和表層土壤，對于防止車輛碾壓而造成土壤流失形成草原沙漠化極為重要。

沙質(zhì)草甸草原；車輛碾壓；地下生物量；土壤主要營養(yǎng)成分

機(jī)動(dòng)車碾壓破壞地表植被和土壤，是造成草原植被退化和沙漠化的重要原因之一[1-8]。據(jù)調(diào)查，由于各種人為因素造成的草原沙漠化總面積在10%～20%[9]。以往人類對沙漠化影響因子的研究主要集中在翻耕、過牧以及沙區(qū)道路防沙等方面[1-7]。由于對草原生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境特點(diǎn)認(rèn)識不夠，對車輛碾壓引起草原直接和間接沙漠化機(jī)理的系統(tǒng)研究不足，對車輛碾壓造成草原生態(tài)系統(tǒng)破壞的恢復(fù)機(jī)制不明確，加之草原區(qū)道路建設(shè)管理和交通管制法規(guī)不健全、監(jiān)管薄弱，近年來由車輛碾壓引起的草原沙漠化有加速發(fā)展之勢。由于草原區(qū)生產(chǎn)生活方式改變，交通工具數(shù)量和運(yùn)輸量迅猛增長，道路建設(shè)滯后，車輛碾壓引起的沙漠化正在對草原生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成新的日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

呼倫貝爾草原由于車輛碾壓而引起的草原沙漠化類型多樣、分布廣泛，具備開展車輛碾壓引起草原沙漠化機(jī)理研究的緊迫性、典型性和得天獨(dú)厚的優(yōu)越條件[10-11]。因此，研究車輛碾壓對呼倫貝爾沙質(zhì)草甸草原地下生物量和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，分析車輛碾壓對草原土壤的危害，可為恢復(fù)草原生態(tài)系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)，進(jìn)而為切實(shí)保護(hù)呼倫貝爾草原提供科學(xué)的參考依據(jù)，使草原能更好地發(fā)揮畜牧業(yè)基地和生態(tài)屏障的作用。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1研究區(qū)域自然概況 研究區(qū)位于呼倫貝爾沙質(zhì)草原區(qū)北部沙帶與海拉爾河之間的沙質(zhì)草原地帶東部，海拉爾區(qū)西側(cè)。區(qū)內(nèi)分布有海拉爾通往西部地區(qū)的草原自然路干道。地理坐標(biāo)為48°48′-50°12′ N， 118°22′-121°02′ E。具有半濕潤―半干旱的過渡性特點(diǎn)：冬季嚴(yán)寒而漫長、夏季溫和而短暫、春季多風(fēng)而干旱、秋季晴朗而涼爽。地處緯度偏高，年平均氣溫較低，為-2.5～0 ℃，絕對最低氣溫可至-49 ℃，絕對最高氣溫達(dá)40 ℃，無霜期90～100 d。年降水280～400 mm，多集中于夏、秋季節(jié)；年蒸發(fā)量1 400～1 900 mm，干燥度1.2～1.5，相對濕度60%～70%。年大風(fēng)日數(shù) 20～40 d,年平均風(fēng)速3～4 m·s-1；植被類型為貝加爾針茅(Stipabaicalensis)群落，土壤為栗沙土[12]。

1.2樣地設(shè)置 在研究區(qū)未碾壓原狀草地及已經(jīng)被機(jī)動(dòng)車不同程度碾壓的位置選取試驗(yàn)樣地。垂直自然路路轍延伸方向橫穿道路設(shè)置剖面線，在剖線上按照碾壓程度由高到低的順序選擇5個(gè)樣地并編號(下同)：對照——未碾壓原狀草地(背景草原是中度退化草原)、0 cm——機(jī)動(dòng)車碾壓正在形成的道路(車轍尚不明顯)、5 cm——被機(jī)動(dòng)車碾壓形成的道路(車轍深度5 cm)、10 cm——被機(jī)動(dòng)車碾壓形成充分的道路(車轍深度10 cm)、廢棄——先前被碾壓形成車轍后廢棄的道路[13]。

采用隨機(jī)取樣的方法用土鉆在0-10、10-20、20-30 cm分層取樣，重復(fù)3次，將土壤樣品存放在布袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自然風(fēng)干，分析土壤化學(xué)成分。同時(shí)，在各樣方取樣點(diǎn)，隨機(jī)向下取3個(gè)體積為(30 cm×30 cm×10 cm)的土層，留做地下生物量的測定。將土樣過0.250 mm篩，篩取草根，并將草根用水沖凈、除雜、晾干后稱鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。

1.3數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)用SAS 9.2軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果和分析

2.1地下生物量 沙質(zhì)草甸草原土壤表層0-10 cm內(nèi)，不同碾壓程度下，0、5、10 cm及廢棄處理均顯著低于對照，且不同碾壓程度之間差異顯著(Plt;0.05)。其中，與對照相比，0 cm下降了56.26%，5 cm下降了61.17%，10 cm下降了63.88%，廢棄區(qū)下降的幅度最大，與對照相比下降了95.41%(圖1)。10-20 cm內(nèi)，不同碾壓程度下，對照和0 cm處理差異不顯著，但都顯著高于其它處理，廢棄處理最低。與對照相比，0 cm下降了56.26%，5 cm下降了61.17%，10 cm下降了63.88%，廢棄區(qū)下降的幅度最大，與對照相比下降了95.41%。20-30 cm土層，不同碾壓程度處理均顯著低于對照(Plt;0.05)，且各碾壓程度處理間差異顯著(Plt;0.05)。

車輛碾壓對植物群落地下生物量的影響首先體現(xiàn)在0-10 cm的土壤表層。由于表層的植物根系最多，所以對車輛碾壓的響應(yīng)也最明顯。由此推測,車輛碾壓對淺根系的物種影響大于深根系物種，對須根系物種的影響大于直根系的物種。

2.2土壤主要營養(yǎng)成分 同一土層不同碾壓程度之間土壤營養(yǎng)成分變化如表1所示。土壤有機(jī)質(zhì)含量在0-10 cm土層，0 cm處理顯著高于其它處理，各處理之間差異顯著；10-20 cm土層，對照和0 cm處理顯著高于其它處理；20-30和30-40 cm土層，各碾壓處理均顯著低于對照(Plt;0.05)。

圖1 不同碾壓程度地下生物量分析Fig.1 Underground biomass changes in accordance to different rolliong impact

注：不同小寫字母表示同一土層內(nèi)不同碾壓程度間差異顯著(Plt;0.05)。

Note:Different lower case letters in the same layers under different rolliong impact indicate significant difference at 0.05 level.

土壤全氮含量在0-10 cm土層，0 cm處理顯著高于其它處理；10-20和30-40 cm土層，對照和0 cm處理顯著高于其它處理；20-30 cm和土層，各碾壓處理顯著低于對照(Plt;0.05)。

土壤速效氮含量在0-10 cm土層，對照和0 cm處理顯著高于其它處理；10-20 cm土層，10和0 cm處理顯著高于其它處理；20-30和30-40 cm土層，0 cm處理顯著高于其它各處理(Plt;0.05)。

土壤速效磷含量在0-10 cm土層，0和10 cm處理顯著高于其它處理，且其它各處理之間差異顯著；10-20,20-30 cm土層，10 cm處理顯著高于其它處理,且各處理間差異顯著(Plt;0.05)；30-40 cm土層,5和10 cm處理顯著高于其他處理。

土壤速效鉀含量在0-10 cm土層， 0 cm處理顯著高于其它處理；10-20、20-30和30-40 cm土層，廢棄處理顯著高于其它處理(Plt;0.05)。

3 討論與結(jié)論

在氣候條件相同的情況下，土壤的養(yǎng)分狀況主要取決于兩方面的因素，即土壤母質(zhì)和生物因素。本研究中，土壤母質(zhì)是相同的，因此，導(dǎo)致其養(yǎng)分含量不同的因素主要是生物因素。當(dāng)植被狀況不同時(shí)，它們向土壤中進(jìn)行的養(yǎng)分輸出也會有明顯不同。

表1 不同碾壓程度土壤主要營養(yǎng)成分分析Table 1 Soil nutrition in accordance to different rolliong impact

注：不同小寫字母表示同一土層不同碾壓程度間差異顯著(Plt;0.05)。

Note:Different lower case letters within the same layer indicate significant difference among different rolling impacts at 0.05 level.

車輛碾壓導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分元素含量降低的主要原因有:一方面，土壤中養(yǎng)分元素的輸入量減少。土壤中化學(xué)元素的一個(gè)主要來源是枯落物及根系的分解以及生物固氮作用，機(jī)動(dòng)車碾壓會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)地下生物量及枯落物積累量的降低，從而導(dǎo)致養(yǎng)分輸入量的降低。另一方面，伴隨車輛碾壓破壞植被而來的土壤風(fēng)蝕導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分的損失[14]。由于車輛頻繁碾壓和道路不斷遷移，草地退化面積逐漸擴(kuò)大，使沙質(zhì)草原區(qū)沙漠化發(fā)生并不斷發(fā)展[15]。

車輛碾壓對地下生物量有明顯影響，而且隨著車轍深度的加深，地下生物量逐漸減少。不同碾壓程度下同層之間，均比對照減少；同一碾壓程度下不同層之間，隨著深度的增加，地下生物量也在逐漸減少。原因是，表層土壤養(yǎng)分含量較高，而深層土壤則較低。風(fēng)蝕產(chǎn)生時(shí)，被吹蝕的為表層土壤。因此，風(fēng)蝕后，土壤的養(yǎng)分含量會明顯降低[8]。

本研究表明，車輛碾壓對土壤的養(yǎng)分狀況有明顯的影響。車輛碾壓導(dǎo)致植物群落地上部分損失殆盡，從而使土壤表層土壤流失(流失0、5、10 cm或更多)，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分減少。土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、速效氮隨土壤深度的增加呈下降的趨勢，說明車輛碾壓對土壤表層影響較大，使表層土壤的營養(yǎng)成分大量流失。土壤速效鉀、速效磷含量隨土壤深度的增加逐漸降低，表層的速效鉀和速效磷的變化較為顯著，深層土壤的變化相對不明顯，說明車輛碾壓對土壤表層中的速效鉀和速效磷影響較大，對深層土壤的速效鉀和有效磷的影響較小。

綜上所述，在沙質(zhì)草原區(qū)，車輛碾壓破壞植被和土壤已經(jīng)成為引起草原沙漠化發(fā)生發(fā)展的重要因素。

[1] 周國英,陳桂琛,趙以蓮，等.施肥和圍欄封育對青海湖地區(qū)高寒草原影響的比較研究Ⅱ——地上生物量季節(jié)動(dòng)態(tài)[J].草業(yè)科學(xué),2005,22(1):59-61.

[2] 宋愷.草原保護(hù)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社,1997.

[3] 王天河.古浪縣北部荒漠草場改良過程中植被變化動(dòng)態(tài)的研究[J].草業(yè)科學(xué),2005,22(8):14-16.

[4] 閆志堅(jiān),楊持.退化羊草草地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的研究[J].中國草地,2005,27(5):1-5.

[5] 阿德力·麥地.天山南坡高寒退化草地人工治理技術(shù)的初步研究[J].中國草地，2003，25(3):77-79.

[6] 陳敏，寶音陶格濤.典型草原地區(qū)退化草原的改良及提高生產(chǎn)力途徑的研究[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào),1989,13(4):380-387.

[7] 姚驊，陸建華，蔡立群，等.瑪曲退化草地主要植被特征對不同施肥處理的響應(yīng)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，44(2):12-15.

[8] 熊毅，李慶速.中國土壤[M].第二版.北京:科學(xué)出版社，1987：502-516.

[9] 張德平,馮宗煒.呼倫貝爾草原沙漠化現(xiàn)狀、潛在危險(xiǎn)及對策[J].北方經(jīng)濟(jì),2006(8):23-24.

[10] 張德平,王效科,孫宏偉,等.呼倫貝爾沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑研究(Ⅳ):人類活動(dòng)的影響[J].中國沙漠,2007，27(2):214-220.

[11] 張德平,馮宗煒,王效科,等.呼倫貝爾沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑的初步研究[J].自然科學(xué)進(jìn)展,2006，10(10):1341-1345.

[12] 潘學(xué)清.中國呼倫貝爾草地[M].長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992：106-108.

[13] 張德平，德力，趙家明，等.車輛碾壓引起草原沙漠化研究進(jìn)展[J].呼倫貝爾學(xué)報(bào),2011(3):82-85.

[14] 聶浩剛,岳樂平,楊文,等.呼倫貝爾草原沙漠化現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢與成因分析[J].中國沙漠,2005，25(5):635-639.

[15] 張錦華,張新全,劉淑珍,等.公路碾壓干擾下群落植物多樣性——以藏北矮嵩草草甸為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006，26(9):2957-2963.

Vehiclesrollingimpactonthesoilmainnutritionalcomponentsandtheundergroundbiomassofthesandymeadowgrassland

URAN Tse-tseg1,2, ZHANG A MunkhDalai1, WANG Chang-shun1, DU Yan-kun2, QI Ming-li2

(1.Academy of Grassland Ecology, Hulunbuir University, Hulunbuir 021008, China; 2.Life Science and Chemistry School, Hulunbuir University, Hulunbuir 021008, China)

Through field investigation of Hulunbeier sandy meadow grassland which was roller compacted by vehicle and relevant samples by laboratory analysis, the research was made on grassland vegetation and soil changes caused by the vehicles rolling.The results showed that the grassland underground biomass, soil organic matter, soil total nitrogen, soil available nitrogen and phosphorus significantly decreased with increased of the roller compacted extent which resulted in depth rut(Plt;0.05), available K increased firstly and then decreased. Vehicle rolling destructed above-ground plant communities and roots, significantly reduced in below-ground biomass and soil nutrients, and promoted wind erosion which led to the loss of topsoil. Therefore, control of the vehicle rolling and protection of grassland vegetation and topsoil are extremely important to prevent soil erosion break formation caused by vehicle rolling and to combat grassland desertification.

sandy meadow grassland; vehicle rolling; under-ground biomass; soil main nutritions

ZHANG De-ping E-mail：chaganchulu@126.com

S812.2

A

1001-0629(2013)10-1513-04

2013-01-25 接受日期：2013-05-07

國家自然基金項(xiàng)目(40961010)；內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目(NJ-2013-25)作者簡介:烏仁其其格(1963-)，女(蒙古族)，內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗人，教授，博士，主要從事生態(tài)學(xué)教學(xué)和研究工作。E-mail：wuren2004@163.com

張德平(1962-)，男(蒙古族)，內(nèi)蒙古科爾沁右翼前旗人，副教授，博士，主要從事國土資源管理與生態(tài)保護(hù)研究。E-mail：chaganchulu@126.com