高寒地區(qū)馬藺地下生物量與土壤緊實(shí)度的關(guān)系

任　靈，袁子茹，董永平，陳建綱，張德罡

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州　730070； 2.農(nóng)業(yè)部全國(guó)畜牧總站，北京　100125)

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高寒地區(qū)馬藺地下生物量與土壤緊實(shí)度的關(guān)系

任靈1，袁子茹1，董永平2，陳建綱1，張德罡1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州730070； 2.農(nóng)業(yè)部全國(guó)畜牧總站，北京100125)

以高寒地區(qū)馬藺為研究對(duì)象，測(cè)定了不同土層內(nèi)馬藺根系的地下生物量與土壤緊實(shí)度的關(guān)系。結(jié)果表明，土壤緊實(shí)度與地下生物量的變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨土層深度的增加，緊實(shí)度逐漸增大，而地下生物量逐漸減少。0～5 cm表層土壤緊實(shí)度最低，地下生物量最高；45～50 cm底層土壤緊實(shí)度最大，植物地下生物量最少。與馬藺根部相同水平距離處不同土層間土壤緊實(shí)度呈顯著的相關(guān)關(guān)系，而同一土層距馬藺根部不同水平距離之間土壤緊實(shí)度地下生物量之間的相關(guān)性不明顯。

馬藺；土壤緊實(shí)度；地下生物量

馬藺(Irislactea),也叫馬蓮、馬蘭花， 鳶尾科鳶尾屬， 多年生草本植物[1]，生長(zhǎng)在海拔50～3 900 m 的溫和或寒溫地帶的鹽土、鹽堿土或鹽漬化土壤的灘地、溝邊或壩上，常成片大面積生長(zhǎng)，組成以馬藺為優(yōu)勢(shì)種的群落，其資源非常豐富[2]。馬藺根系發(fā)達(dá)，須根粗長(zhǎng)，入土深度可達(dá)1 m，須根稠密而發(fā)達(dá)，呈傘狀分布。在惡劣的環(huán)境下，馬藺地上部分會(huì)變得相對(duì)低矮，地上生長(zhǎng)量降低20%，同時(shí)根系更加發(fā)達(dá)，根系量增加10%以上，這有助于其在不良環(huán)境中正常生存。研究表明，馬藺的青鮮狀態(tài)只在春季萌芽后為牛、羊采食，此后，整個(gè)夏季由于含有鳶尾素等有毒成分以及粗纖維韌性過(guò)大，家畜不采食，但秋霜后山羊、綿羊，牛愛(ài)采食，可作為飼用牧草，除飼用價(jià)值外，馬藺花，種子、根均可入藥，也可作為觀賞植物。植物根系在防止表土剝離、土層滑坡、抵抗坡面水流的沖刷侵蝕和重力侵蝕方面有重要作用，須根通過(guò)自身的作用和積累土壤有機(jī)質(zhì),在增加了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量的同時(shí),也通過(guò)改善土壤滲透性能進(jìn)一步提高土壤的抗侵蝕能力[3]。試驗(yàn)證明，植物根系具有疏松土壤，增加土壤孔隙度的作用，對(duì)土壤緊實(shí)度有重要的影響[4]。

土壤緊實(shí)度是指土壤對(duì)機(jī)械應(yīng)力表現(xiàn)出的特性[5],是反映土壤物理性狀的重要指標(biāo)之一。在植物根系的生理活動(dòng)下，不斷有分泌物排出，為土壤微生物提供了有利條件，微生物改善了土壤性狀[6-8]，同時(shí)在根系的作用下，改善了土壤理化性質(zhì)，根系在土壤中生長(zhǎng)繁殖，影響了土壤團(tuán)結(jié)，黏聚，從而對(duì)緊實(shí)度有所改變[9]。因此，土壤緊實(shí)度不僅對(duì)地下生物量存在影響，而且對(duì)地上生物量、株高、營(yíng)養(yǎng)含量等因素也存在影響，這一課題的研究對(duì)了解植物群落生物產(chǎn)量、根系擴(kuò)展影響因素等有重要意義。

目前，以馬藺為對(duì)象的研究大多圍繞特性特征，化學(xué)成分展開(kāi)[10]，此次研究以馬藺地下生物量為材料,測(cè)定了不同土層及以主根為中心的不同范圍的生物量特征，探討了根系生物量與土壤緊實(shí)度的關(guān)系,以期為研究馬藺根系的生長(zhǎng)特性并充分利用這一植物資源提供基礎(chǔ)參數(shù)。

1　材料和方法

1.1樣地概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省天祝金強(qiáng)河河谷。河谷南北寬為5～15 km，東西長(zhǎng)約30 km，海拔2 710～3 080 m。年均溫-0.1℃，1月均溫-18.3℃，7月均溫12.7℃，>0℃年積溫1 380℃；水熱同期，年日照時(shí)間為2 600 h；年降水量為416 mm，多為地形雨，集中于7～9月；年蒸發(fā)量為1 592 mm，是降水量的3.8倍。無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，僅分冷熱兩季。區(qū)內(nèi)土層較薄，厚40～80 cm，土壤pH 7.0～8.2，有機(jī)質(zhì)含量為10%～16%[11]。植物生長(zhǎng)季為120～140 d，10月底至次年4月為降雪時(shí)稱冰雪覆蓋期[12]。

1.2樣地設(shè)置及土樣地下生物量采集

試驗(yàn)于2012年7月金強(qiáng)河地區(qū)高寒草地上進(jìn)行，該樣地主要優(yōu)勢(shì)種馬藺、針茅(Stipaspp.)、醉馬草(Achnatheruminebrians)，由于馬藺地下根系較為發(fā)達(dá)，在土層中分布較為明顯，以馬藺根系為中心，以0、5、10、15、17.5、20、22.5、25 cm為半徑不同方向，在圓周上取點(diǎn)，同時(shí)采取0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50 cm土層進(jìn)行土壤緊實(shí)度的測(cè)定，并用土鉆采取1/4樣方內(nèi)地下生物量，以1個(gè)馬藺斑塊的相同圓周直徑上做5個(gè)點(diǎn)，做3次重復(fù)(圖2)。

圖1　馬藺根系取樣示意圖Fig.1　Schematic diagram of sampling root sites

1.3指標(biāo)測(cè)定及方法

土壤緊實(shí)度采用土壤緊實(shí)度儀測(cè)定[13]。地下生物量，將采集的馬藺根系洗凈、烘干，稱重。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析使用Excel 2007和SPSS 20.0軟件對(duì)馬藺地下生物與土壤緊實(shí)度進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤緊實(shí)度與地下生物量變化

通過(guò)對(duì)不同土層不同半徑范圍的馬藺地下生物量及土壤緊實(shí)度的測(cè)定發(fā)現(xiàn)馬藺地下生物量隨土層深度的增加呈減少趨勢(shì)，但從相同土層之間來(lái)看，馬藺根部0 cm處地下生物量高于2.5 cm處，但0～5 cm層距馬藺根部2.5～10 cm處的地下生物量呈上升趨勢(shì)，10～22.5 cm處土壤緊實(shí)度隨呈下降趨勢(shì)，在5～15 cm兩層土壤中距馬藺根部5～12.5 cm處地下生物量逐漸增加且在12.5 cm處達(dá)最大，隨后逐漸降低；在20～50 cm 5層土壤中距馬藺根系2.5～15 cm處地下生物量逐漸增加，但變化不明顯，隨后逐漸下降，但不同土層的地下生物量在25 cm處略微增加。結(jié)果表明，在距根部0 cm處，地下生物量最大，為43.04 g，22.5 cm處地下生物量最小，為1.23 g(圖1)。

土壤緊實(shí)度隨土層深度的增加而增大，距離馬藺根部0 cm土壤緊實(shí)度較大，為4 304.20 Kpa，2.5 cm處減小，0～15 cm緊實(shí)度大體呈上升趨勢(shì)，但變化不明顯，15～45 cm緊實(shí)度變化較明顯，從距離根部2.5～12.5 cm處逐漸增大，之后呈下降趨勢(shì)，而45～50 cm土層中土壤緊實(shí)度在距離馬藺根部2.5～10 cm處逐漸增大，隨后逐漸減小，但在25 cm處略微增大(圖3)。

圖2　不同土層、不同范圍地下生物量Fig.2　The underground biomass of different soil layer and scope

0～5 cm表層土壤緊實(shí)度最低，地下生物量最高；45～50 cm底層土壤緊實(shí)度最大，植物地下生物量最少。土壤緊實(shí)度與地下生物量的變化趨勢(shì)總體呈反比，隨土層的增加，緊實(shí)度逐漸增大，而地下生物量逐漸減少，相同土層土壤緊實(shí)度、地下生物量差異不顯著(圖2，3)。

圖3　不同土層、不同范圍土壤緊實(shí)度Fig.3　The soil compaction of different soil layer and scope注：采用單因素方差分析，小寫字母代表0.05顯著水平，相同字母表示相同土層間差異不顯著

2.2不同土層、距馬藺根部不同距離土壤緊實(shí)度與地下生物量相關(guān)分析

不同土層間距馬藺根部地下生物量與土壤緊實(shí)度存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；相同土層距馬藺根部不同距離之間土壤緊實(shí)度地下生物量呈參數(shù)之間相關(guān)性不明顯。而10～40 cm土層中，土壤緊實(shí)度與馬藺地下生物量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)或顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而在40～45 cm土層中馬藺地下生物量與土壤緊實(shí)度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，隨土層增加，土壤緊實(shí)度增大，地下生物量逐漸減少(表1，2)。

表1　不同土層與馬藺根部相同距離范圍內(nèi)土壤緊實(shí)度與地下生物量相關(guān)分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

表2　相同土層與馬藺根部不同距離范圍內(nèi)土壤緊實(shí)度與地下生物量相關(guān)分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

3　討論

甘肅省天祝縣金強(qiáng)河屬高寒草甸草原，地形以山地為主，地形復(fù)雜，受高海拔的影響，河谷內(nèi)氣溫、降水量差異較大，氣候變化明顯[14]，對(duì)植物生長(zhǎng)條件影響較大。草原植物的地下生物量是草原生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要組成部分。地下根系具有固定支持植物軀體、調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育、儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和供給地上部分水分需求等基本功能[15]。馬藺具有耐旱、耐鹽的特點(diǎn)，根部對(duì)土壤緊實(shí)度有相應(yīng)影響。土壤緊實(shí)度過(guò)大或過(guò)小都不利于馬藺根系的生長(zhǎng)，且土壤緊實(shí)度越大，土壤硬度也越大，對(duì)植物根系生長(zhǎng)阻力越大，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢，地下生物量減少，大量研究表明土壤緊實(shí)度對(duì)植物生長(zhǎng)和農(nóng)作物產(chǎn)量的影響是極為受關(guān)注的問(wèn)題，但Goodman[16]報(bào)道，土壤緊實(shí)度高的土壤對(duì)植物地下部分影響不明顯，但試驗(yàn)以天然草地為試驗(yàn)對(duì)象，不同土層土壤緊實(shí)度對(duì)馬藺根系的生長(zhǎng)影響較大，Masle J.Growth[17]報(bào)道，在分層試驗(yàn)中自然土壤緊實(shí)度對(duì)根的影響差別較大。Rosolem等[18]認(rèn)為，土壤強(qiáng)度大2.5 MPa時(shí)，根的生長(zhǎng)受到抑制。植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于氣候等條件的影響，而且受到土壤阻力的影響，根系生長(zhǎng)不均勻，土壤緊實(shí)度較大，隨土層增加，土壤阻力較大，土壤硬度增加，根系穿入土壤能力逐漸減弱，根系分布較少，地下生物量減少。

4　結(jié)論

本研究顯示，相同土層距馬藺根部不同范圍內(nèi)土壤緊實(shí)度大體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但變化不明顯，在0～5 cm層土壤硬度較大，說(shuō)明在地表處根系分布較少，在相同土層中馬藺根系生長(zhǎng)、分泌激素分布較均勻，受土壤阻力影響不大，在距根部0 cm處，地下生物量最大，為43.04 g，22.5 cm處地下生物量最低，為1.23 g。不同土層間距馬藺根部地下生物量與土壤緊實(shí)度存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；相同土層距馬藺根部不同距離之間土壤緊實(shí)度地下生物量呈參數(shù)之間相關(guān)性不明顯。而10～40 cm土層中，土壤緊實(shí)度與馬藺地下生物量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)或顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而在40～45 cm土層中馬藺地下生物量與土壤緊實(shí)度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

[1]張德魁.馬藺的特性研究進(jìn)展與開(kāi)發(fā)利用[J].草原與草坪,2006(3):7-10.

[2]徐鑫鑫，秦民堅(jiān).馬藺根的化學(xué)成分研究[J].藥學(xué)與臨床研究,2010,8(3):260-264.

[3]吳彥,劉世全,王金錫.植物根系對(duì)土壤抗侵蝕能力的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),1997,2(3):119-124.

[4]吳亞維,馬鋒旺,鄒養(yǎng)軍.土壤緊實(shí)度對(duì)揪子幼苗根系生長(zhǎng)及活動(dòng)的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009,37(3):118-120.

[5]李篤文,高緒科,汪德水.土壤緊實(shí)度對(duì)作物根系生長(zhǎng)的影響[J].土壤通報(bào),1982,6(30):20-22.

[6]劉晚茍,山侖,鄧西平.植物對(duì)土壤緊實(shí)度的反應(yīng)[J].植物生理學(xué)通訊,2001,37(3):254-260.

[7]鄧明榮,王振林.土壤緊實(shí)度變化對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(4):649-650.

[8]南志標(biāo),趙紅洋,聶斌.黃土高原土壤緊實(shí)度對(duì)蠶豆生長(zhǎng)的影響[J],應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(8):935-938.

[9]喬娜,余芹芹,胡夏嵩,等.植物對(duì)土壤加強(qiáng)作用及其生態(tài)護(hù)坡研究綜述[J].人民黃河,2011,33(7):106-109.

[10]原海燕，黃鋼，佟海英,等.Cd 脅迫下馬藺根和葉中非蛋白巰基肽含量的變化[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2013,22(7):1214-1219.

[11]趙云,陳偉,李春鳴,等.東祁連山不同退化程度高寒草甸土壤有機(jī)質(zhì)含量及其主要養(yǎng)分的關(guān)系[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(5):20-25.

[12]宋希娟,楊成德,陳秀榮,等.東祁連山高寒草地生態(tài)系統(tǒng)N、P養(yǎng)分含量研究[J].草原與草坪,2008(6):46-49.

[13]劉晚茍,山侖,鄧西平.植物對(duì)土壤緊實(shí)度的反應(yīng)[J].植物生理學(xué)報(bào),2001,37(3):254-260.

[14]黨國(guó)鋒.天祝高寒草原生態(tài)信息系統(tǒng)(THGEIS)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究[J].西北師大學(xué)報(bào),2004,5(1):7-10.

[15]鄢燕，張建國(guó)，張錦華，等．西藏那曲地區(qū)高寒草地地下生物量[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25(11)：2818-2823.

[16]Goodman A M,Ennos A R.The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sun flower and maize[J].Ann Bot,1999,83:293-302.

[17]Masle J.Growth and stomatal responses of wheat seedlings to spatial and temporal variations in soil strength of bi-layered soils[J].J Exp Bot,1998,324:1245-1257.

[18]Rosolem C A,Schiochet M A,Souza L S,etal.Root growth and cot ton nutrition as affect d by liming and soil compaction[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1998,29(1，2):169-177.

Relationship between underground biomass of Iris lactea and soil compaction in alpine area

REN Ling1,YUAN Zi-ru1,DONG Yong-ping2,CHEN Jian-gang1,ZHANG De-gang1

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China； 2.NationalAnimalHusbandryStationofMOA,Beijing100125,China)

The paper studied the relationship between underground biomass ofIrislacteain different soil depth with soil compaction in alpine region.The results showed that there was a negtive correlation between soil compaction with underground biomass ofIrislactea.With the soil depth increasing,the soil compaction was increasing and the underground biomass was decreasing.The soil compaction in 0～5 cm was lowest while the undergound biomass was highest.The soil compaction in 45～50 cm was highest while the underground biomass was lowest.

Irislactea；soil compaction；underground biomass

2015-09-16；

2016-04-14

農(nóng)業(yè)部全國(guó)畜牧總站“草原固碳與水土保持能力測(cè)算方法研究”項(xiàng)目資助

任靈(1990-)，女，山東萊州人，在讀碩士研究生。

E-mail：384110778@qq.com

S 682.19

A

1009-5500(2016)04-0087-05

張德罡為通訊作者。