典型草原退化梯度上土壤水溶性鹽分的變化特征

霍光偉，烏云娜，宋彥濤，張鳳杰

(大連民族大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧 大連116605)

草原是中國(guó)最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，各類(lèi)天然草原總面積將近4 億公頃，約占國(guó)土面積的41.7 %，是現(xiàn)有耕地面積的3 倍，草原資源在全世界也是名列前茅［1］。草原退化主要分為三個(gè)方面:草原沙化、草原鹽漬化以及草原污染。土壤鹽漬化主要發(fā)生在干旱、半干旱和半濕潤(rùn)區(qū)［2］。土壤鹽分是土壤特性之一，受氣候、成土母質(zhì)、地形地貌、水資源、人為因素等的影響，具有很大的復(fù)雜性和空間變異性。草原的嚴(yán)重鹽漬化，使草原生物多樣性銳減，生產(chǎn)力下降，生態(tài)系統(tǒng)功能減弱，風(fēng)沙及沙塵暴等災(zāi)害加劇，對(duì)更廣大地區(qū)產(chǎn)生危害［3］。因此，作為草原的“三化”問(wèn)題之一，草原土壤的鹽漬化問(wèn)題亟待解決。防治草原退化，合理開(kāi)發(fā)草原地區(qū)的生物資源、土地資源、水資源，維持草畜平衡，成為保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境的重中之重。

本項(xiàng)研究主要以?xún)?nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內(nèi)典型克氏針茅草原為研究對(duì)象，選取蘭旗廟優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)(輕牧)、蘭旗廟家庭牧場(chǎng)(中牧)、蘭旗廟公共牧場(chǎng)(重牧)三個(gè)不同放牧梯度，研究草原土壤中水溶性離子的變化特征，利用EXCEL、SPSS18.0 等數(shù)據(jù)分析處理軟件，通過(guò)相關(guān)性與描述性分析，得出離子之間相互影響的關(guān)系，從而判斷草原土壤的鹽漬化狀況及其鹽分動(dòng)態(tài)，為草原土地的利用改良提供科學(xué)依據(jù)與理論支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域選在內(nèi)蒙古呼倫貝爾市新巴爾虎右旗境內(nèi)。新巴爾虎右旗(簡(jiǎn)稱(chēng)新右旗)是內(nèi)蒙古自治區(qū)19 個(gè)邊境旗(市)和23 個(gè)牧業(yè)旗之一，位于中國(guó)東北邊陲，呼倫貝爾市西部，中俄蒙三國(guó)交界處。試驗(yàn)區(qū)選擇蘭旗廟優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)(輕牧)、蘭旗廟家庭牧場(chǎng)(中牧)、蘭旗廟公共牧場(chǎng)(重牧)各個(gè)不同放牧梯度的樣地，各樣地地理位置分布見(jiàn)表1。

表1 調(diào)查樣地的基本特征

該區(qū)域?qū)儆谥袦貛Т箨懶约撅L(fēng)干旱氣候，盛行西北風(fēng)，年平均風(fēng)速4.49 m·s-1;年平均降水量在220 ～280 mm，由北向南遞減;年平均氣溫為1.1 °C，冬季嚴(yán)寒、漫長(zhǎng)、干燥，平均氣溫在-21 °C左右，夏季短暫、溫涼，平均氣溫21.6 °C。日照時(shí)間較長(zhǎng)，年平均日照時(shí)數(shù)3 000 h 左右，無(wú)霜期128 d。地帶性植被為克氏針茅(Stipa krylovii)，土壤類(lèi)型以栗鈣土為主。

2 樣品采集及測(cè)定

在輕度放牧區(qū)(輕牧)、中度放牧區(qū)(中牧)、重度放牧區(qū)(重牧)不同放牧梯度的3 個(gè)樣地所設(shè)置的樣線(xiàn)上，每隔5 m 獲得1 ×1 m2樣方，在獲取植物群落學(xué)特征之后，相應(yīng)的采集土壤樣品，標(biāo)號(hào)，封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室，置于冰箱內(nèi)(4℃)保存。實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，根據(jù)土壤可溶性鹽分的測(cè)定原理與方法，對(duì)土壤樣品進(jìn)行預(yù)處理。即將采集好的土壤平鋪，自然風(fēng)干后過(guò)1mm 篩備用。

土壤Cl-的測(cè)定采用硝酸銀滴定法;Ca2+和Mg2+的測(cè)定采用EDTA 絡(luò)合滴定法;用EDTA 二鈉鹽溶液滴定SO;采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定突然Na+和K+濃度［4］。

3 結(jié)果與分析

3.1 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤中主要離子的影響

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤各離子影響的單因素方差分析見(jiàn)表2。

表2 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤各離子影響的單因素方差分析

由表2 可知，放牧強(qiáng)度對(duì)Cl-、Mg2+沒(méi)有顯著影響，對(duì)土壤SO、Ca2+、K+和Na+具有極顯著的影響。

3.2 不同放牧梯度上土壤陰離子的變化

不同放牧梯度上土壤陰離子的變化如圖1。

圖1 不同放牧梯度上土壤陰離子的變化

3.3 不同放牧梯度上土壤陽(yáng)離子的變化

不同放牧梯度上土壤陽(yáng)離子的變化如圖2。

由圖2(a)可知，隨著放牧強(qiáng)度的增加土壤Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為明顯下降的趨勢(shì)，在中牧梯度上質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，變化趨勢(shì)為:輕牧＞重牧＞中牧。由圖2(b)可知，土壤Mg2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨放牧強(qiáng)度的增加呈明顯線(xiàn)性遞減趨勢(shì)，變化趨勢(shì)為:輕牧＞中牧＞重牧。由圖2(c)可知，土壤K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)為:輕牧＞重牧＞中牧，與土壤Ca2+的變化趨勢(shì)表現(xiàn)出明顯相似性，均為隨著放牧強(qiáng)度的增加而表現(xiàn)為明顯下降的趨勢(shì)，但在中牧梯度上表現(xiàn)為最低。由圖2(d)可知，土壤Na+的變化趨勢(shì)為:中牧＞輕牧＞重牧，隨著放牧強(qiáng)度的增加，土壤Na+的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為先增加后減少。

圖2 不同放牧梯度上土壤陽(yáng)離子的變化

3.4 土壤中不同離子相互影響的關(guān)系

土壤中主要離子的相關(guān)性分析見(jiàn)表3。

表3 土壤中主要離子的相關(guān)性分析

由表3 中可以得出，Cl-與Ca2+、SO和K+呈顯著負(fù)相關(guān)(P ＜0.05)，即若Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，Ca2+、SO和K+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低;與Mg2+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Na+呈正相關(guān)關(guān)系，但不顯著。Ca2+與SO和K+的相關(guān)性關(guān)系表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)(P ＜0. 01)，與Mg2+和Na+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;Mg2+和K+、Na+呈正相關(guān)關(guān)系，與SO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但不顯著。SO和K+呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P ＜0.01)，與Na+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;K+和Na+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在0.05 水平上相關(guān)性不顯著。

4 討 論

4.1 土壤鹽分對(duì)植物的影響

土壤鹽分的變化與這片區(qū)域的降水以及常年的氣溫、每年的四季變化有緊密的關(guān)系，其中，降水與氣溫是影響土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化的重要因素。干旱區(qū)半干旱區(qū)具有強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，這會(huì)讓地下水不斷從潛水面上升到土壤包氣帶，水分的運(yùn)移帶動(dòng)了鹽分在土壤中的移動(dòng)和累積［5］。

土壤中可溶性鹽類(lèi)過(guò)多，滲透勢(shì)就會(huì)增高，土壤水勢(shì)降低。根據(jù)水從高水勢(shì)向低水勢(shì)流動(dòng)的原理，根細(xì)胞的水勢(shì)必須低于周?chē)橘|(zhì)的水勢(shì)才能吸水，所以土壤鹽分愈多根吸水愈困難，甚至體內(nèi)水分有外滲的危險(xiǎn)。鹽分過(guò)多可抑制葉綠素合成與光合器中各種酶的發(fā)生，尤其是影響葉綠-蛋白的形成，生長(zhǎng)在鹽分過(guò)多的土壤中的作物，一般凈光合率低于淡土的植物。鹽分過(guò)多時(shí)，多數(shù)情況下呼吸作用降低，但也有些植物增加鹽分有提高呼吸的效應(yīng)。鹽分過(guò)多對(duì)植物的光合與呼吸的影響盡管并不一致，但總的趨向是呼吸消耗多，凈光合生產(chǎn)率低，不利于生長(zhǎng)［6］。

本研究表明，過(guò)度放牧對(duì)土壤的鹽堿化也有很大的影響。過(guò)度放牧使得草場(chǎng)植被減少，土壤中過(guò)多的可溶性鹽類(lèi)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響是通過(guò)復(fù)雜的、綜合的關(guān)系而表現(xiàn)出來(lái)的。鹽類(lèi)的性質(zhì)及其含量、土壤狀況、氣候等條件不同對(duì)植物的影響是不同的。植物的種類(lèi)、品種、生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期、年齡和生長(zhǎng)狀況等內(nèi)在因子不同，植物的抗鹽性也不同。在其他條件均相同時(shí)，土壤含鹽量和含水量也會(huì)組成復(fù)雜的關(guān)系來(lái)影響植物的生長(zhǎng)。

4.2 放牧強(qiáng)度對(duì)土壤鹽分的影響

放牧強(qiáng)度對(duì)土壤Cl-、Mg2+沒(méi)有顯著影響，對(duì)土壤SO、Ca2+、K+和Na+具有極顯著的影響。不同放牧梯度上土壤SO含量的變化隨著放牧強(qiáng)度的增加表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。中牧梯度上SO明顯低于重牧和輕牧，說(shuō)明在放牧強(qiáng)度最低的輕牧上，土壤SO含量最高，其變化趨勢(shì)表現(xiàn)為輕牧＞重牧＞中牧。

土壤Cl-變化趨勢(shì)為中牧明顯高于輕牧和重牧，重牧高于輕牧，但差異不顯著。土壤Ca2+含量的變化趨勢(shì)為輕牧＞重牧＞中牧，隨著放牧強(qiáng)度的增加土壤Ca2+含量表現(xiàn)為明顯下降的趨勢(shì)，在中牧梯度上表現(xiàn)為含量最低;土壤Mg2+的變化趨勢(shì)為輕牧＞中牧＞重牧，且明顯呈線(xiàn)性遞減趨勢(shì)。因此，隨放牧強(qiáng)度的不斷增加，土壤Ca2+和Mg2+均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)。

土壤K+變化趨勢(shì)為輕牧＞重牧＞中牧，與土壤Ca2+的變化趨勢(shì)表現(xiàn)出明顯相似性，均隨放牧強(qiáng)度的增加而表現(xiàn)為明顯下降的趨勢(shì)，但在中牧梯度上表現(xiàn)為最低;土壤Na+的變化趨勢(shì)為中牧＞輕牧＞重牧，隨放牧強(qiáng)度的增加，土壤Na+的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為先增加后減少。

5 結(jié) 論

［1］唐海萍，陳姣，房飛.世界各國(guó)草地資源管理體制及其對(duì)我國(guó)的啟示［J］.國(guó)土資源情報(bào)，2014，10:17 -23.

［2］丁建麗，姚遠(yuǎn)，王飛.干旱區(qū)土壤鹽漬化特征空間建模［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34(16):4620 -4631.

［3］孫鴻烈. 中國(guó)生態(tài)問(wèn)題與對(duì)策［M］. 北京:科學(xué)出版社，2011:147 -172.

［4］隋方功，李俊良.土壤農(nóng)化分析［M］. 山東:萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系，2004:21 -24.

［5］CHEN C，THOMAS D M，GREEN R E. Two -domain estimation of hydraulic properties in macropore soils［J］.Soil Sci. Soc.Am.，1993，57:680 -686.

［6］李博. 中國(guó)北方草地退化及其防治對(duì)策［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1997，30(6):1 -9.