伊犁河谷東部不同草地類型土壤-植被硒元素特征

馬杰 劉志民 劉翔 陳文娜 宋宏利 尚明 侯毅凱 李蘭海

摘要：硒是環(huán)境中重要的生命元素之一，研究植物和土壤中的硒含量對區(qū)域土地質量和農作物經濟價值均有重要意義。以不同類型草地為研究對象，通過采集、分析、測定不同海拔高度野外樣品，研究土壤、植物樣品的硒含量特征及不同海拔高度下的空間差異。結果表明，不同類型草地土壤中硒含量為0.20～0.43 mg/kg，平均值為 0.32 mg/kg，其中山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。草地地上部硒含量為0.06～0.14 mg/kg之間，平均值為0.08 mg/kg。

關鍵詞：草地類型;海拔高度;土壤硒含量;植被硒含量

中圖分類號：S154.4 ??文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）17-0257-04

土壤是草地的重要組成部分，是一個時空連續(xù)的變異體，具有高度的空間異質性，為植物生長提供了基礎的養(yǎng)分和水分[1-2]。近年來，草地大量元素和微量元素空間異質研究逐漸受到關注。其中，大量元素研究較多，微量元素相對較少。土壤中多數微量元素隨著區(qū)域和土壤類型的不同均表現(xiàn)出不同的差異[3]。在不同尺度上，土壤存在空間異質性，這是土壤重要的屬性之一，在一定程度上影響草地群落的組成。同時，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質基礎，草地土壤養(yǎng)分含量對于草地的生長有著重要的影響，其含量及分布狀況在一定程度上制約著草地生態(tài)系統(tǒng)的演替過程和草地多樣性及對環(huán)境變化的響應。

硒是人和動物所必需的微量營養(yǎng)元素。植物性食材作為人體的主要硒源，其硒含量高低對人體硒營養(yǎng)健康起到關鍵作用[4-5]。硒也是維持生命正常功能所必需的化學微量元素，牲畜缺硒會引起白肌病，如果硒過量會引起中毒[6]。硒與畜牧業(yè)及人類健康關系緊密。目前，植物富硒研究大多集中在水稻、小麥、玉米、油菜、果蔬等作物[7-10]，對于草地的研究相對較少。

伊犁哈薩克自治州鞏乃斯河流域是重要的草原牧區(qū)，草地對牧民生活起重要的作用。在過去的生產實踐中，該流域草地由于過度放牧、人為不當開墾、氣候變化等因素的影響，造成土壤養(yǎng)分大量流失。研究該地區(qū)草地植物和土壤中硒含量的空間異質性及格局分布，對于伊犁哈薩克自治州鞏乃斯河流域草地環(huán)境的生態(tài)監(jiān)測工作具有重要的意義，也對改善和提高當地畜牧產品品質起著重要的作用，能為草地保護和畜牧業(yè)發(fā)展提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)位于新疆伊犁哈薩克自治州新源縣境內的鞏乃斯河流域（43°01′～43°40′ N，82°28′～84°57′ E），海拔在850～3500 m之間，屬大陸性半干旱氣候區(qū)。該地區(qū)屬西風環(huán)流氣候，降雨四季分配不均，無霜期較短。因受西來濕潤氣流的影響，冬暖夏涼，山地氣候特點明顯。全年平均氣溫6.1～9.3 ℃，歷史年降水量270～880 mm之間。位于新疆伊犁河谷上游區(qū)域，發(fā)源于天山山脈的那拉提山、阿吾拉勒山以及依連哈比爾尕山交界處。河流自東向西流，在鞏乃斯種羊場西部與特克斯河匯合后，又與喀什河在雅馬渡匯合后注入伊犁河[11-12]。沿鞏乃斯河流域選取了典型具有代表性的草地類型進行考察，并采集了不同類型草地的土壤和植物樣品。采樣點植被類型分別為荒漠草地（DG）、半荒漠草地（SG）、山地草甸（MM）、高寒草甸（AM）、山地草甸草原（MS）（圖1、表1）。

1.2 研究方法

本研究采用野外樣地調查和室內測定分析相結合的方法。于2014年植物生物量最大時期的7月份，在10 m×10 m的面積內，設置5個1 m×1 m 樣方，利用收獲法采集地上植物樣品，將整個樣方的植物體裝入大的塑料袋內，帶回實驗室后，根據實際體積量分別裝入檔案袋或信封內，80 ℃下烘干（48 h），稱質量（精確到0.01 g）。植物地上樣品粉碎后測定不同指標養(yǎng)分含量和地上植物量。植物地下樣品采集：利用挖坑法采集，待地上部分生物量采集完畢后，進行根系部分的采集，主要采集0～20 cm地下根部分。

土壤硒元素含量的測定：采用原子吸收光譜法進行測定，根據NY 1104—2006《土壤中全硒的測定》測定土壤中的全硒含量[13];采用FOSS全自動定氮儀測定土壤中的全氮含量;采用紫外分光光度計測定土壤中的全磷含量;用火焰光度計法測定土壤中的全鉀含量[14]。

土壤容重的測定：采用環(huán)刀法測定。樣方內用100 cm3（內徑5.047 cm，高5.000 cm）已知質量的環(huán)刀分別取0～20、20～40、40～60 cm不同土壤層次測定環(huán)刀和土壤質量，每個樣品重復3次;在同層采樣處，用鋁盒采樣，帶回實驗室烘干稱質量，測定土壤含水量。

土壤容重計算公式如下：

土壤容重=環(huán)刀內濕土質量×100（100+土壤含水質量）×環(huán)刀體積。

2 結果與分析

2.1 不同草地群落土壤養(yǎng)分基本特征及理化性質

不同草地群落類型的表層土壤養(yǎng)分含量不同。由表2可知，山地草甸的總磷、有機碳含量最高，荒漠草地和半荒漠草地的總氮、總磷、有機碳含量最低，5個樣點總氮、總磷、有機碳含量平均值分別為2.76、1.37、45.2 g/kg。

由表3可知，高寒草甸土壤含水量最高，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地的土壤含水量較低，平均值為9.77%;高寒草甸的容重最小，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地容重較高，平均值為0.96 g/cm3。

2.2 不同草地群落不同部位硒含量的變化規(guī)律

從圖2可知，土壤硒含量為山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。平均值為0.32 mg/kg，其中山地草甸土壤硒含量最大，荒漠草地最小，分別為0.43、0.20 mg/kg。植物地上部硒含量從大到小依次為半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。平均值為0.08 mg/kg，其中半荒漠地土壤硒的含量最大，為0.14 mg/kg，屬于中硒植物（表4）;山地草甸土壤硒含量最小，約為0.06 mg/kg，屬于低硒和中硒之間的植物。不同草地類型根、硒含量從大到小依次為半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。半荒漠草地的根系中硒含量最大，為0.250 mg/kg，屬于中硒植物。荒漠草地根系中硒含量最小，為0.055 mg/kg，屬于中硒植物和低硒植物之間。

2.3 隨海拔變化的土壤養(yǎng)分元素含量空間分布特征

從圖3可以看出，不同海拔高度下，研究區(qū)不同類型草地植物群落土壤硒含量為0.20～0.47 mg/kg，平均值為0.36 mg/kg，土壤硒含量隨海拔高度呈先增加后減少的趨勢，可能是因為受環(huán)境因素的影響。植物地上部硒含量為0.03～0.14 mg/kg，平均值為0.07 mg/kg。根硒含量為0.06～0.25 mg/kg，平均值為0.14 mg/kg。植物地上部硒含量和根硒含量隨海拔高度變化呈先減少后增加的趨勢，這種變化趨勢與土壤硒含量的變化趨勢相反。

2.4 草地植物硒含量與土壤養(yǎng)分元素的相關性分析

由表5可以看出，土壤硒含量與土壤有機質、總氮含量極顯著正相關（P<0.01），相關系數分別為0.902 8、0.928 4。土壤硒含量與土壤總鉀含量、全磷含量、植物地上部硒含量及植物根部硒含量相關性不顯著;植物地上部硒含量與土壤硒含量、有機質、總碳含量、總磷含量相關性不顯著。植物根部硒含量與其他養(yǎng)分元素相關性不大，為以后區(qū)域草地硒含量研究提供了基礎數據。

3 結論與討論

不同草地類型的土壤和植物硒含量有差異。自然界的土壤硒含量在0.1～2.0 mg/kg之間，一般硒含量為0.5 mg/kg或0.3 mg/kg，平均值為 0.25 mg/kg，缺硒地區(qū)的土壤硒含量小于或等于 0.1 mg/kg[17]。本研究不同類型草地植物群落中山地草甸土壤中硒含量最大，為0.43 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小為0.2 mg/kg，本研究區(qū)的土壤硒含量在正常范圍。土壤硒的有效性受到土壤pH值、土壤氧化還原狀況和土壤質地及土壤有機質含量的影響[18]。未來在草地管理中，應該科學合理地保護草地。

半荒漠草地中植物地上部分硒含量最大，為0.14 mg/kg;山地草甸的硒含量最小值為 0.06 mg/kg。半荒漠草地中根硒含量最大，為 0.25 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小，為 0.055 mg/kg。可以看出，該地區(qū)土壤硒含量充足，植物屬于中度硒水平，土壤屬于中度及以上，研究區(qū)土壤和植物不缺硒，目前人工施用硒肥可以不考慮。在實際生產中，應該繼續(xù)保護草地。

隨海拔高度的升高，土壤中硒含量先增加后減少。這一研究結果與楊玉雪等的研究結果[17]一致。山地草甸土壤的硒含量最高，山地草甸>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地的土壤硒含量，從海拔空間梯度看，1 200～2 500 m土壤的硒含量最高;植物地上部和根中硒含量呈先減少后增加的趨勢，這與土壤硒含量的變化趨勢相反。不同草地類型地上部硒含量依次為半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。不同類型草地，其根硒含量依次為半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。土壤和植物中硒養(yǎng)分元素的統(tǒng)計分析，可以有效評價該地區(qū)植被的生長條件。

硒元素與土壤不同養(yǎng)分元素的相關性分析結果表明，土壤硒含量與土壤有機質、總氮含量極顯著正相關（P<0.01），這與楊蘭芳的研究結果[18]一致?？梢钥闯?，植物根部硒含量與其他養(yǎng)分元素相關性不大，為以后區(qū)域草地硒研究提供了基礎數據。

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