土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

李引湣

(和田師范?？茖W校綜治辦，新疆 和田 848000)

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土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

李引湣

(和田師范?？茖W校綜治辦，新疆 和田 848000)

位于古爾班通古特大沙漠西南緣的國家級梭梭林甘家湖自然保護區(qū)，屬于森林與沙漠過渡地帶，起廊道作用的同時，也對防風固沙起著非常重要的作用。本文主要的目的是對甘家湖地區(qū)梭梭植被恢復研究提供科學的理論依據(jù)，通過野外觀察和實驗的方法，對比分析生長優(yōu)勢區(qū)梭梭、生長疏林區(qū)梭梭和退化區(qū)梭梭的呼吸率以及相應根部土壤水分的變化對梭梭生長的影響。生長優(yōu)勢區(qū)梭梭12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1之間，一直處于增長狀態(tài)，同時梭梭呼吸速率達到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間，耗水與呼吸率成正比有利于梭梭生長。疏林區(qū)梭梭10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之間，呼吸速率同時間達到一天的最小值，在373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1之間，梭梭在長時間大量消耗水分中使梭梭枯萎。退化區(qū)梭梭林12:00～18:00之間消耗水分處于波動期，而呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間，消耗水分與呼吸速率形成很大反差，對梭梭生長不利，加劇了退化。

土壤呼吸；梭梭林；碳通量；呼吸速率；退化

一、土壤水分變化與梭梭生長的關系

經(jīng)過現(xiàn)場測量，梭梭林退化區(qū)主要分布在荒漠地和鹽堿地，梭梭生長中等區(qū)主要是27-31cm以下的濕潤土，水分多，生長優(yōu)勢區(qū)土壤主要是25-30cm以下的濕潤土，團粒結(jié)構(gòu)，水分多。土壤水分變化與梭梭生長的關系具體狀況如下：

表1 梭梭生長土壤水分狀況

類型名稱高度特征荒漠地和鹽1-5cm干土質(zhì)松軟含沙粒多無水分堿地6-21cm干濕水分較少22-35m以下濕潤土水分多疏梭梭林1-8cm腐殖質(zhì)層土質(zhì)松軟水分極少9-26cm干土質(zhì)硬度較大水分少27-31cm以下濕潤土水分多梭梭密林1-8cm表層土壤干燥龜裂水分極少9-24cm土質(zhì)松軟含沙粒多有水分25-30cm以下濕潤土團粒結(jié)構(gòu)水分多

二、土壤呼吸變化與梭梭生長的關系

甘家湖梭梭林自然保護區(qū),不同點淺層土壤濕度狀況如圖表(1), 淺層土壤濕度影響梭梭林的生長,梭梭生長優(yōu)勢區(qū)不同層次的濕度表明水分含量多,荒漠地和鹽堿地濕度主要集中在下層。梭梭林地土壤濕度介于0.9%～2.0%之間時，梭梭單株樣樹日耗水量隨著林地土壤濕度的降低而升高，梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現(xiàn)線性函數(shù)關系。[1]

通過LI-8100土壤碳通量測定儀對甘家湖保護區(qū)不同土地利用方式土壤呼吸進行測定與分析.結(jié)果表明,不同地區(qū)土地土壤溫度變化趨勢較為一致, 不同地區(qū)呼吸速率最大值出現(xiàn)的時間不同;不同地區(qū)的土壤呼吸速率的日變化幅度較小,[2]但不同梭梭生長區(qū)域土壤呼吸速率差異顯著(P<0.05)。

呼吸速率在12:00～16:00之間達到一天的最大值371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1,梭梭密林區(qū)(梭梭生長優(yōu)勢區(qū))14:00和16:00達到最小值372.20 mg.m-2s-1梭梭生長優(yōu)勢區(qū)土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化，見圖(1)。

圖(1)

梭梭密林區(qū)(梭梭生長優(yōu)勢區(qū))早晨8:00到10:00土壤水分含量最少8.40 g.m-2s-1，12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，一直處于增長狀態(tài)，20:00達到一天中最大值11.98 g.m-2s-1是一天中的最高峰值，見圖(2)。

圖(2)

梭梭扎根于土壤中,從土壤中吸收水分，將水分從土壤中攜帶到1～3米高梭梭樹的樹葉，梭梭的葉片在陽光下利用二氧化碳和水合成碳水化合物，是有機物的合成作用，也是光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能貯藏在碳水化合物的過程。把這種光合作用的產(chǎn)物供給梭梭生長發(fā)育繁衍種群，而水分的輸送不易也最直接地影響梭梭的生長。在梭梭樹木頂端的葉片有嚴重的抽水癥狀，同時，加上12:00～16:00之間梭梭呼吸作用減弱，消耗水分最大，梭梭因蒸騰失水，使梭梭退化。

土壤呼吸隨著不同季節(jié)土壤溫度的變化相異,8月最高,11月受低溫限制,呼吸作用微弱，同時，土壤水分與土壤呼吸呈負相關，相關顯著性雙側(cè)檢驗為-0.47，土壤含水量(0～10cm)分別與表層土壤CO2 通量呈負相關關系，[3]引起梭梭不能正常生長。在粘土沙障固定沙丘和丘間低地退化梭梭林地，由于粘土沙障和生物等因素的共同作用在表面形成3～7cm 厚的物理粘土結(jié)皮層 , 限制了雨水的下滲[4],導致土壤含水率低于梭梭的土壤凋萎含水量(0.821%),使梭梭脫水枯萎死亡。

土壤碳通量疏梭梭林呼吸速率在10:00～16:00之間達到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1, 疏梭梭林8:00和18:00達到最大值391.39 mg.m-2s-1和357.75 mg.m-2s-1見圖(3)。

圖(3)

土壤碳通量10:00～16:00之間長時間處于高峰期使土壤通氣不良，造成土壤缺氧，二氧化碳濃度過高，短期內(nèi)可使細胞呼吸減弱，影響根壓繼而阻礙吸水；時間較長，就形成無氧呼吸，產(chǎn)生和積累較多的酒精，根系中毒受傷，吸水更少反而表現(xiàn)出缺水現(xiàn)象，也是因為土壤空氣不足影響吸水造成梭梭退化。

疏梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1一直處于增長狀態(tài)，10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1，梭梭長時間大量消耗水分，容易使梭梭枯萎。消耗水分12:00達到一天中最大值9.06 g.m-2s-1是一天最高峰值，此時加上太陽輻射增強不利于梭梭生長,見圖(4)。

圖(4)

土壤碳通量在荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林區(qū)(梭梭生長退化區(qū))

土壤二氧化碳通量(該生態(tài)系統(tǒng)單位時間單位面積上的碳循環(huán)總量)呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1, 荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林8:00和10:00達到最大值382.96 mg.m-2s-1和388.18 mg.m-2s-1見圖(5)。

圖(5)

荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少在5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1之間，一直處于下降狀態(tài)，16:00～18:00之間消耗水分值為7.31 g.m-2s-1～7.12 g.m-2s-1達到一天中最大值，12:00是一天上午最高峰值6.49g.m-2s-1。而水分需求最大時刻在12:00和15:00，二氧化碳土壤含量中午減少，由于梭梭植物呼吸作用耗費能量，見圖(6)。

圖(6)

土壤溶液所含鹽分的高低，直接影響其水勢的大小。根系要從土壤中吸水，根部細胞的水勢必須低于土壤溶液的水勢。在一般情況下，土壤溶液濃度較低，水勢較高，根系吸水；鹽堿土則相反，土壤水分中的鹽分濃度高，水勢很低，梭梭吸水困難。梭梭有較大的蒸騰耗水量，干旱的環(huán)境條件和較為充足的水分供應是梭梭耗水量大的主要原因。[5]特別是沙質(zhì)土，根系吸水困難，產(chǎn)生“燒苗”現(xiàn)象。

三、結(jié)論

甘家湖梭梭林自然保護區(qū)土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長有密切的關系，梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現(xiàn)線性函數(shù)關系。梭梭生長優(yōu)勢區(qū)土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化，12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，處于增長狀態(tài)，梭梭呼吸速率在12:00～16:00之間達到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間。疏林區(qū)梭梭10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之間，梭梭在長時間大量消耗水分中使梭梭枯萎。土壤碳通量呼吸速率在10:00～16:00之間達到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1,土壤碳通量長時間處于高峰期使土壤通氣不良，造成土壤缺氧，二氧化碳濃度過高，影響梭梭根壓繼而阻礙梭梭根部吸水，造成梭梭缺水枯萎死亡。退化區(qū)梭梭林12:00～18:00之間消耗水分處于波動期，12:00～14:00之間處于下降期值為,6.5 g.m-2s-1～5.38 g.m-2s-1之間；14:00～16:00之間處于上升期值為5.38 g.m-2s-1～7.38 g.m-2s-1之間；16:00～18:00之間又處于下降期值為7.38 g.m-2s-1～7.13 g.m-2s-1之間。而呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間，成逐漸減少的趨勢，梭梭消耗水分與呼吸速率形成很大的差別對梭梭生長不利，造成大片梭梭退化。

[1] 常學向，趙文智.荒漠區(qū)固沙植物梭梭耗水特征[J].生態(tài)學報，2007(05)：27-5.

[2] 楊智杰，陳光水.中亞熱帶山區(qū)不同土地利用方式土壤呼吸的日動態(tài)變化[J].亞熱帶資源與環(huán)境學報,2009(02).

[3] 劉源月，江洪.亞熱帶典型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸[J].西南交通大學學報，2009(04).

[4] 馬全林，王繼和.固沙樹種梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征[J].西北植物學報，2003(12)：2120-2126.

[5] 許浩，張希明.塔克拉瑪干沙漠腹地梭梭蒸騰耗水規(guī)律[J].生態(tài)學報,2008(28)：8.

2015-10-21

李引湣(1984-)，男，講師，碩士研究生。研究方向：干旱區(qū)生態(tài)。