不同類型草原生態(tài)系統(tǒng)土壤物理性狀

部 衛(wèi) 平

(遼寧省建平縣草原工作站, 遼寧 建平 122400)

土壤是陸地生物生活的基質(zhì),是生態(tài)系統(tǒng)中生物部分與無機(jī)環(huán)境相互作用的產(chǎn)物,是物質(zhì)與能量交換的重要場所,它提供生物生活所必需的礦物質(zhì)和水分.植物根系與土壤之間發(fā)生著頻繁的物質(zhì)交換,彼此受到強(qiáng)烈影響,因此土壤是一個(gè)重要的生態(tài)因子.在一個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境中,植物-動物-微生物-土壤作為一個(gè)生態(tài)系,就是地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)極為重要的組成部分.一個(gè)地區(qū)的土壤狀況與構(gòu)成這一地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)因素相互聯(lián)系、相互制約,彼此之間有著調(diào)節(jié)平衡的關(guān)系.土壤的物理性狀與維持土壤肥力有非常重要的關(guān)系,并會間接影響生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)、初級生產(chǎn)力以及生態(tài)系統(tǒng)功能[1-2].

草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,我國現(xiàn)有不同類型草地面積約4億公頃,占世界草原總面積的20%以上[3],占我國陸地總面積的40%以上[4].隨著全球變化研究的深入,科學(xué)工作者在松嫩平原、典型草原等地陸續(xù)開展了大量研究工作[5-10].在我國北方草地分布的主要草原類型有草甸草原(CD)、典型草原(DD)和荒漠草原(HD).草甸草原、典型草原、荒漠草原在溫帶地區(qū)從東向西依次分布,所處的地理環(huán)境、地理位置不太相同,各地土壤和氣候條件各不相同,水分、溫度、光照等條件依次產(chǎn)生梯度變化,形成了一條氣候和土壤連續(xù)變化的梯度樣帶.本研究以不同地理位置草地生態(tài)系統(tǒng)作為替代實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以生態(tài)系統(tǒng)中土壤為研究對象,開展我國北方草地土壤物理性狀的研究,揭示不同生態(tài)系統(tǒng)土壤條件差異及其原因,為我國草原適應(yīng)全球環(huán)境變化提供更多的理論基礎(chǔ)和依據(jù),為合理利用資源和科學(xué)管理生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣地概況

本實(shí)驗(yàn)分別在吉林省長嶺縣東北師范大學(xué)草地生態(tài)系統(tǒng)研究站(草甸生態(tài)系統(tǒng))、內(nèi)蒙古太仆寺旗北京師范大學(xué)防沙治沙實(shí)驗(yàn)基地(典型草原生態(tài)系統(tǒng))、內(nèi)蒙古蘇尼特右旗草原(荒漠草原生態(tài)系統(tǒng))進(jìn)行.3個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)地理位置、土壤、30年平均氣候等基本情況見表1.

表1 不同草地生態(tài)系統(tǒng)地理情況Table 1 Geographical situation of three grassland ecosystems

1.2 土壤特性測定

5月中旬,在各生態(tài)系統(tǒng)土壤表層0～10 cm,利用環(huán)刀法測定容重、孔隙度,采集一定量表層土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,分析土壤顆粒組成,重復(fù)五次.土壤容量和孔隙率的計(jì)算如下:

式中,W為土壤烘干重/g;M為土壤容量/(g·cm-3);V為環(huán)刀體積/cm3;H為孔隙率/%;ρ為土壤密度/(g·cm-3).

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 10.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析.對所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差.對三種類型草原的各種土壤指標(biāo)作方差分析.圖表采用EXCEL 2003軟件繪制.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容量

土壤容量是指單位容積土壤的質(zhì)量,可以反映土壤的松緊度,進(jìn)而反映土壤的熟化程度和結(jié)構(gòu)性.由表2可見,草甸草原土壤容量最小,小于典型草原土壤容量(0.078 6 g·cm-3),小于荒漠草原土壤容量(0.302 2 g·cm-3).砂土孔隙粗大,但數(shù)目較小,總的孔隙容積較小,土壤容量較大,相反黏土的孔隙容積較大,土壤容量較小.方差分析表明,三種類型草原表層土壤容量之間差異極顯著(F=43.606,P=0.001).

表2 三種類型草原土壤類型及表層土壤容量和孔隙率(M±SD)Table2 Soil type, soil capacity and porosity of three steppess

2.2 土壤孔隙率

土壤孔隙率是指土壤中孔隙的容積占整個(gè)土壤容積的百分比,在一定程度上反映了土壤結(jié)構(gòu)性,對土壤保水、導(dǎo)水、通氣以及土壤肥力有一定影響,也在一定程度上對植物生長產(chǎn)生影響.土壤的孔隙度與容重呈反相關(guān)系,草甸草原土壤孔隙率最大,大于典型草原土壤的孔隙率2.661%,小于荒漠草原土壤孔隙率4.507%.方差分析表明,三種類型草原表層土壤孔隙率之間差異極顯著(F=41.315,P=0.001).

2.3 土壤顆粒組成

土壤的固體部分為土粒,由于土粒大小不一、粗細(xì)不同,國際上將土粒大小分為4級來具體分析土壤物理組成和顆粒組成.砂礫是風(fēng)化的碎石,形狀不一,無可塑性和黏合力,其粒徑較大,與外界接觸面小,有效養(yǎng)料貧乏,但粒間空隙大,容易透水,通氣良好.相反,黏粒細(xì)小,表面吸附性強(qiáng),粒間空隙小,本身含養(yǎng)料豐富,而且能吸附養(yǎng)料.粉粒是介于砂粒與黏粒之間的顆粒,是土壤養(yǎng)料的潛在供應(yīng)體.對土壤顆粒的分析可以更好的理解土壤因子對植物生長的影響.由圖1可知,荒漠草原土壤砂粒含量最大,大于典型草原土壤(0.755%),大于草甸草原土壤(8.749%).草甸草原土壤黏粒含量最大,是荒漠草原和典型草原的2.444倍和3.242倍.而對于粉粒來說,典型草原土壤粉粒含量最大,荒漠草原最小.方差分析表明,三種類型草原0～15 cm土壤黏粒含量之間差異極顯著(F=71.646,P=0.001),土壤粗砂粒、細(xì)沙粒、粉粒之間差異均不顯著(F=2.538,P=0.159;F=0.675,P=0.544;F=1.782,P=0.247).

圖1 三種類型草原土壤顆粒組成Fig.1 Soil grain composition of three steppes

3 結(jié) 論

中國草原區(qū)域是歐亞大草原的重要組成部分,連續(xù)分布在東北松嫩平原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原以及青藏高原的南緣,溫帶草原是中國草原的主體類型.從東南向西北依次出現(xiàn)草甸草原、典型草原、荒漠草原及青藏高原的高寒草原等幾類植被類型.本實(shí)驗(yàn)主要在我國東北的草甸草原、典型草原、荒漠草原開展.三種類型草原從東向西依次分布,所處的地理環(huán)境、地理位置不盡相同,導(dǎo)致當(dāng)?shù)貧夂驐l件各不相同.在長期不同氣候條件影響下,各個(gè)草原分別發(fā)育出不同類型、不同特性的土壤,并且三種類型草原土壤容重、土壤孔隙度、土壤黏粒含量均產(chǎn)生顯著或極顯著差異,形成各自適合的土壤類型.

參考文獻(xiàn):

[ 1 ]H?ttenschwiler S, Bretscher D. Isopod Effects on Decomposition of Litter Produced under Elevated CO2, N Deposition and Different Soil Types[J]. Global Change Biology, 2001,7(5):565-579.

[ 2 ]Moore J C, Berlow E L, Coleman D C, et al. Detritus, Trophic Dynamics and Biodiversity[J]. Ecology Letters, 2004,7(7):584-600.

[ 3 ]Scurlock J M O, Hall D O. The Global Carbon Sink: A Grassland Perspective[J]. Global Change Biology, 1998,4(2):229-233.

[ 4 ]徐柱. 面向21世紀(jì)的中國草地資源[J]. 中國草地, 1998(5):1-8.

(Xu Zhu. Go Forward the 21st Century’s Chinese Grassland Resources[J]. Grassland of China, 1998(5):1-8.)

[ 5 ]Piao S, Fang J, Ciais P, et al. The Carbon Balance of Terrestrial Ecosystems in China[J]. Nature, 2009,458(7241):1009-1013.

[ 6 ]Liu P, Huang J, Han X, et al. Differential Responses of Litter Decomposition to Increased Soil Nutrients and Water between Two Contrasting Grassland Plant Species of Inner Mongolia, China[J]. Applied Soil Ecology, 2006,34(2):266-275.

[ 7 ]祝廷成. 羊草生物生態(tài)學(xué)[M]. 長春: 吉林科學(xué)技術(shù)出版社, 2004:539-542.

(Zhu Tingcheng. The Biological Ecology ofLeymuschinensis[M]. Changchun: Jilin Science and Technology Press, 2004:539-542.)

[ 8 ]周道瑋,周以良. 羊草草甸草原火燒地凋落物的分解與積累速率變化[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 1993,2(4):51-54.

(Zhou Daowei, Zhou Yiliang. Fire Effects on Decomposition and Accumulation of Litter inAneurolepidiumchinenseSteppe[J]. Acta Prataculturae Sinica, 1993,2(4):51-54.)

[ 9 ]衛(wèi)智軍,烏日圖,達(dá)布希拉圖,等. 荒漠草原不同放牧制度對土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 中國草地, 2005,27(5):6-10.

(Wei Zhijun, Wu Ritu, Dabu Xilatu, et al. The Influence of Different Grazing Systems on Soil Physical and Chemical Properties in Desert Steppe[J]. Grassland of China, 2005,27(5):6-10.)

[10]王娓,郭繼勛. 松嫩草原堿茅群落環(huán)境因素與凋落物分解季節(jié)動態(tài)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2001,12(6):841-844.

(Wang Wei, Guo Jixun. Seasonal Dynamics of Environmental Factors and Decomposition Rate of Litter in Puccinellia tenuiflora Community of Songnen Grassland of China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2001,12(6):841-844.)