荒漠草原植被抗旱保水劑應(yīng)用技術(shù)研究

馬樹彪，許永利，馬文喜

(1.內(nèi)蒙古錫盟烏拉蓋水庫管理局，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

干旱是世界農(nóng)業(yè)所面臨的最嚴(yán)重問題之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界干旱半干旱地區(qū)占陸地面積的1/3，我國干旱半干旱地區(qū)約占國土面積的50%。特別是我國的廣大北方草原地區(qū)[1-3]，由于氣候、地理和社會(huì)因素的綜合影響，降水稀少而且季節(jié)分配不均，植被稀少，蒸散強(qiáng)烈，水分是制約當(dāng)?shù)匕l(fā)展的關(guān)鍵因子[4]。荒漠草原處于我國干旱半干旱區(qū)，該區(qū)地表植被是土壤水分限制型生態(tài)系統(tǒng)，由于干旱長期作用，地表植被退化愈加嚴(yán)重，因此迫切需要對荒漠草原植被保水抗旱技術(shù)進(jìn)行研究，防止植被退化、草原沙漠化。

目前草地上的抗旱保水研究主要集中在生態(tài)學(xué)的研究領(lǐng)域中進(jìn)行，很多學(xué)者研究了植物自身的抗旱生理特性，在水分脅迫作用下的自身滲透調(diào)節(jié)、水分利用效率、蒸騰速率等，基本理論成果很多，但是由于植物自身蒸騰難以控制、土壤水分蒸發(fā)速度快，都沒有真正解決草地植被的節(jié)水抗旱。針對植物保水抗旱技術(shù)，許多學(xué)者在農(nóng)田應(yīng)用了保水劑，效果良好；還有應(yīng)用PAM作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑或穩(wěn)定劑，可以增加土壤表層顆粒間的凝聚力，維持良好的土壤結(jié)構(gòu)，防止土壤結(jié)皮，增加土壤入滲率[5-6]等。筆者于2011年開展了荒漠草原保水劑應(yīng)用技術(shù)研究，通過野外小區(qū)試驗(yàn)，研究了采取不同形式施加保水劑后荒漠草原土壤的持水、保水性能以及植物群落的生物學(xué)特征，為增加荒漠草原地區(qū)土壤蓄水能力、提高植被水分利用效率提供了新的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于水利部草地水土保持生態(tài)試驗(yàn)研究中心試驗(yàn)基地內(nèi)，該試驗(yàn)基地屬于希拉穆仁荒漠草原，地理位置111°20′～111°23′ E，41°12′～42°03′ N，平均海拔高度1 602 m。試驗(yàn)區(qū)氣候?qū)僦袦貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均降水量284 mm，蒸發(fā)量2 305 mm，降雨主要集中在7、8、9月份；草群結(jié)構(gòu)簡單，以克氏針茅(Stipakrylovii)、羊草(Aneurolepidiumchinense)為主，地帶性土壤為沙質(zhì)粟鈣土，質(zhì)地粗糙，土壤平均厚度28 cm。地下水埋藏較深，故地下水補(bǔ)給可忽略。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.1試驗(yàn)小區(qū)設(shè)計(jì)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)在草地坡面中部，自然坡度3.0°～3.8°，坡向坐北朝南，坡面地勢比較平整。試驗(yàn)區(qū)植被以克氏針茅、冷蒿(Artemisiafrigida)為主，長勢均一，植被蓋度28%，有效土層平均厚度40 cm，土壤容重1.56 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為2.62%。試驗(yàn)小區(qū)垂直等高線呈“一”字型排列，每小區(qū)面積5 m×5 m，小區(qū)之間隔帶寬2.5 m，每種措施采取3個(gè)重復(fù)，對照區(qū)1處，共計(jì)建立10個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。

2.2材料與方法試驗(yàn)所用保水劑為AQUASORB系列(法國產(chǎn))，型號(hào)MP3005KB，成分為鉀-聚丙烯酸脂-聚丙烯酞服共聚體，規(guī)格0.3～0.8 mm，吸水倍率200～400倍，白色顆粒狀固體，吸水膨大后呈無色凝膠狀。稱取一定質(zhì)量保水劑后和對應(yīng)質(zhì)量的干土攪拌均勻后，采用不同方式施加在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，以不作任何處理作為對照(CK)。試驗(yàn)施加保水劑采取3種方式，分別為條撒、面撒覆土、打孔。條撒：將保水劑與干土混合后，人工播撒在壟溝里，壟溝垂直坡面方向，壟溝深5～8 cm，壟距10 cm，保水劑用量10 g/m2；面撒覆土：在試驗(yàn)小區(qū)地表上面撒拌和后的保水劑，然后再均勻鋪設(shè)一薄層沙土，保水劑用量10 g/m2；打孔：在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)打地孔，孔直徑為2.2 cm，孔深10 cm，然后在孔內(nèi)施加保水劑后灌滿沙土，保水劑用量10 g/m2。

2.3指標(biāo)測定實(shí)施保水劑后，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)監(jiān)測土壤含水量及植被狀況，監(jiān)測如下指標(biāo)。土壤含水量：小區(qū)中心安置時(shí)域反射儀(Time Domain Refletrometry，TDR)分層(10 cm一層)對土壤水分進(jìn)行定位觀測。植被調(diào)查：于植物生長旺季做1 m×1 m樣方記錄植被蓋度、建群種高度、物種組成及多度、各物種地上生物量干重，并計(jì)算各物種的重要值=(相對重量+相對多度+相對蓋度)/3[7-8]。

3 結(jié)果與分析

3.1保水劑對土壤水分的影響由于研究區(qū)域土壤有效厚度最大僅有45 cm，絕大部分地區(qū)土壤厚度在25～30 cm，因此土壤水分觀測土層深度限于0～30 cm即可。表1給出了希拉穆仁荒漠草原植物生長期施加保水劑后不同深度土層土壤含水量。

表1 生長期不同深度土壤含水量

由表1可以看出，施加保水劑改變了土壤的含水量，在植被整個(gè)生長期內(nèi)，土層的含水量基本高于對照；在條撒、打孔和面撒覆土3種方式中，0～10 cm土層條撒方式保水效果明顯；10～20 cm土層打孔和面撒覆土方式保水效果顯著；4、5月份由于降雨偏少，在無灌溉條件下，保水劑不能發(fā)揮保水效果；6月份開始有降雨，施加保水劑后土壤水分平均高出對照23%，此期正值該區(qū)旱季，降雨次數(shù)少，蒸發(fā)量大，土壤水分重度虧缺，而保水劑處理有效維持了土壤水分、減緩蒸發(fā)，從而在一定程度上緩解了植物生長中出現(xiàn)的水分供需矛盾；7～9月，施加保水劑的土壤含水率仍然平均高出對照8.2%，但增高幅度較前期小，主要由于降雨次數(shù)增多，土壤水分含量高，保水劑保水效果對比性不明顯。

3.2保水劑對植物生長的影響土壤水分是植物生長發(fā)育的重要限制因素，水分含量及其空間分布直接影響草場的恢復(fù)過程，施加保水劑后，由于其保水作用，植被生長狀況發(fā)生變化，在8月中下旬進(jìn)行了植被樣方調(diào)查，結(jié)果見表2。

表2 各樣地群落數(shù)量特征(平均值±95%置信區(qū)間)

由表2可以看出，荒漠草原施加保水劑改善了草群結(jié)構(gòu)，增加了草群蓋度、高度和生物量。施加保水劑后植被高度較對照平均增加了9.5 cm，種類數(shù)平均增加了1.2個(gè)，蓋度平均增加了9.3%，群落生物量平均增加了65.9 g/m2。

4 結(jié)論

荒漠草原生長期內(nèi)，施加保水劑明顯提高了0～20 cm層土壤的含水率，在條撒、面撒覆土和打孔3種方式中，打孔及面撒覆土方式保水效果最為顯著。10～30層土壤含水量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)規(guī)律，不同方式施加保水劑對深層土壤水分沒有顯著影響。

荒漠草原施加保水劑改善了草群結(jié)構(gòu)，增加了草群蓋度、高度和生物量。3種不同方式保水劑處理均不同程度改善了植物生長狀況，其中施加保水劑后覆土處理改善效果最為明顯。

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