退化草地不同功能群生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

王永槐

摘要 選擇未退化、輕度退化、中度退化、重度退化和極重度退化草地上的莎草科、禾本科、雜類草生物量為研究對象，對不同功能群生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，土壤全氮、全鉀含量對各功能群的生物量影響較大，均呈正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到0.01或0.05顯著水平；土壤全磷含量對各功能群生物量的影響不明顯；pH對各功能群生物量的影響較大，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到0.01顯著水平。

關(guān)鍵詞 功能群；退化草地；相關(guān)性

中圖分類號 S812.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）13-03975-03

Abstract The biomass of Cyperaceae， Gramineae， weeds in the undegraded， lightly degraded， mildly degraded， severely degraded and extremely degraded meadow is chosen as the research object， to study the correlation between biomass of different functional groups and soil nutrients. The results show that the influence of soil total nitrogen， total potassium content on biomass of different functional groups is obvious， exhibiting positive correlation， and reaching significant or extremely significant level； the influence of soil total phosphorus content on biomass of different functional groups is not obvious； the influence of pH value on biomass of different functional groups is obvious， exhibiting negative correlation， and reaching extremely significant level.

Key words Functional groups； Degraded grassland； Correlation

自然群落中的物種組成是物種對環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果，是在漫長的演化過程中對生物氣候的綜合反映[1]。土壤是植物生存的基質(zhì)。有機(jī)質(zhì)、氮素等養(yǎng)分物質(zhì)對于植物的生長起著關(guān)鍵性的作用，決定著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力水平。草地生態(tài)系統(tǒng)是分布最廣的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一。草地植被生產(chǎn)力是草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的綜合體現(xiàn)，是植物生物學(xué)特性和外界環(huán)境條件共同作用的產(chǎn)物[2]。有研究表明，高寒草地生產(chǎn)力與土壤有機(jī)碳、全氮含量存在正相關(guān)，土壤溫度是決定不同海拔梯度高寒草甸初級生產(chǎn)力的主要因子[3-4]。高寒草甸隨著退化程度的加大，土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和濕度等因子降低，莎草科和禾草科生物量減少[5]。氣溫、降水量的變化將導(dǎo)致長江源高寒草甸生產(chǎn)力的下降，土壤有機(jī)質(zhì)含量微量減少，生態(tài)系統(tǒng)向空氣中排放的CO2增多，高寒草甸由弱的碳匯轉(zhuǎn)變?yōu)槿醯奶荚碵6]。筆者通過對不同退化草地功能群生物量與土壤養(yǎng)分關(guān)系的研究，為進(jìn)一步研究高寒草地生產(chǎn)力對土壤因子變化響應(yīng)的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

該項(xiàng)研究在青海省玉樹藏族自治州玉樹縣不同退化程度的高寒草甸進(jìn)行。全縣平均海拔4 493.4 m，地貌以高山峽谷和山原地帶為主，間有許多小盆地和湖盆，縣境內(nèi)河流密布，長江水系主要小支流和支溝發(fā)源于玉樹縣的有結(jié)曲河、治河、扎曲、益曲、折涌等，瀾滄江水系主要小支流流經(jīng)或發(fā)源于該縣的有孜曲、蓋曲、草曲等，氣候總的屬于青藏高原氣象系統(tǒng)，只有冷暖季之別，沒有明顯的四季之分，年溫差小，日溫差大，日照長，輻射強(qiáng)，植物生長期短，沒有絕對的無霜期，年平均氣溫為2.9 ℃。

供試土壤為高山草甸土和高山灌叢草甸土，土壤表層和亞表層中的有機(jī)質(zhì)含量豐。該地區(qū)常見的伴生種類有黑褐苔草（Carex alrofusca）、高山嵩草（Kobresia pygmaea）、二柱頭藨草（Scirpus distigmaticus）、垂穗披堿草（Elymus nutans）、早熟禾（Poa spp.）、異針茅（Stipa aliena）、短穗兔耳草（Lagotis brachystachya）、矮火絨草（Leontopodium nanum）、細(xì)葉亞菊（Ajania tenuifolia）、蘭石草（Lancea tibetica）、美麗鳳毛菊（Saussurea superba）、三裂葉堿毛茛（Halerpestes tricuspis）等。

1.2 樣地選擇

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的未退化草地（圍欄封育5年以上）、輕度退化、中度退化、重度退化和極重度退化草地，選擇5個(gè)樣地。

1.3 群落調(diào)查

采用樣方取樣的方法進(jìn)行調(diào)查，在不同退化草地小生境內(nèi)設(shè)置2條50 m樣帶，樣帶上每隔5 m調(diào)查1 m×1 m樣方。試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)盡量全面地覆蓋該試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的矮嵩草草甸群落類型，每個(gè)樣帶上的10個(gè)樣方計(jì)算平均值作為該試驗(yàn)點(diǎn)的樣方數(shù)據(jù)，記錄樣方內(nèi)植物種類組成、種蓋度、植物高度及群落總蓋度等，然后每隔1個(gè)樣方在第2個(gè)樣方的中心位置做25 cm×25 cm小樣方，記錄矮嵩草分蘗數(shù)等指標(biāo)，完備后齊地面剪下，并按矮嵩草、莎草科、禾本科和雜類草進(jìn)行分類，帶回實(shí)驗(yàn)室在70 ℃的恒溫箱中烘干至恒重，稱重，進(jìn)行有關(guān)分析。

1.4 土壤數(shù)據(jù)采集方法

在進(jìn)行群落調(diào)查的同時(shí)，每隔1個(gè)樣方采集土樣，在1 m×1 m樣方的四角和中部，用土鉆分別采集0～10、10～20、20～30 cm的土樣。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 莎草科功能群生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

由圖1可知，莎草科功能群的生物量與土壤的全氮、全磷、全鉀、pH均呈二次函數(shù)形式變化，即生物量隨土壤的全氮、全磷、全鉀及pH的增加呈先增大后減小或先減小后增大的趨勢，生物量與土壤的全氮和全鉀含量呈0.01水平顯著正相關(guān)關(guān)系，說明土壤全氮、全鉀含量對莎草科功能群的生物量影響較大，在一定閾值范圍內(nèi)隨著土壤全氮和全鉀含量的增加，莎草科功能群的生物量逐漸增大，如果超出閾值點(diǎn)，那么隨著土壤的全氮和全鉀含量的增加，生物量逐漸減小。由表1可知，生物量與pH呈0.01水平顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明土壤pH對莎草科功能群的生物量影響較大，在一定閾值范圍內(nèi)隨著pH的增大莎草科功能群生物量逐漸減小，如果超出閾值點(diǎn)，隨著pH的增大，莎草科功能群的生物量逐漸增大。

3 討論

水熱因子的變化將直接影響土壤養(yǎng)分等因子的變化。有研究表明，濕度越大，土壤中的氮素越易積累；溫度越高，土壤有機(jī)質(zhì)分解加速，氮素越難積累[2]。土壤溫度、濕度是影響土壤氮素礦化的最重要的原因[7]。該研究表明，土壤全氮、全鉀含量對各功能群生物量的影響比較大，均呈正相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到0.01或0.05顯著水平；土壤全磷含量對各功能群生物量的影響不明顯；pH對各功能群生物量的影響較大，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且達(dá)到0.01顯著水平。白永飛等[8]認(rèn)為，水熱因子不僅是影響草原群落植物多樣性和生產(chǎn)力的主要因素，而且是影響植物功能型和功能群組成的主要生態(tài)因子。研究中，隨著草地退化程度的加劇，草地優(yōu)勢種逐漸發(fā)生變化，從禾本科功能群到莎草科功能群再到雜類草功能群。這主要是由于隨著草地退化程度的加劇，全氮、全鉀含量逐漸減小，而pH逐漸增大，同時(shí)隨著草地退化程度的加劇，群落小環(huán)境的濕度、溫度均逐漸降低。

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