部 衛(wèi) 平

(遼寧省建平縣草原工作站, 遼寧 建平 122400)

土壤是陸地生物生活的基質(zhì),是生態(tài)系統(tǒng)中生物部分與無(wú)機(jī)環(huán)境相互作用的產(chǎn)物,是物質(zhì)與能量交換的重要場(chǎng)所,它提供生物生活所必需的礦物質(zhì)和水分.植物根系與土壤之間發(fā)生著頻繁的物質(zhì)交換,彼此受到強(qiáng)烈影響,因此土壤是一個(gè)重要的生態(tài)因子.在一個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境中,植物-動(dòng)物-微生物-土壤作為一個(gè)生態(tài)系,就是地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)極為重要的組成部分.一個(gè)地區(qū)的土壤狀況與構(gòu)成這一地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)因素相互聯(lián)系、相互制約,彼此之間有著調(diào)節(jié)平衡的關(guān)系.土壤的物理性狀與維持土壤肥力有非常重要的關(guān)系,并會(huì)間接影響生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)、初級(jí)生產(chǎn)力以及生態(tài)系統(tǒng)功能[1-2].

草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,我國(guó)現(xiàn)有不同類(lèi)型草地面積約4億公頃,占世界草原總面積的20%以上[3],占我國(guó)陸地總面積的40%以上[4].隨著全球變化研究的深入,科學(xué)工作者在松嫩平原、典型草原等地陸續(xù)開(kāi)展了大量研究工作[5-10].在我國(guó)北方草地分布的主要草原類(lèi)型有草甸草原(CD)、典型草原(DD)和荒漠草原(HD).草甸草原、典型草原、荒漠草原在溫帶地區(qū)從東向西依次分布,所處的地理環(huán)境、地理位置不太相同,各地土壤和氣候條件各不相同,水分、溫度、光照等條件依次產(chǎn)生梯度變化,形成了一條氣候和土壤連續(xù)變化的梯度樣帶.本研究以不同地理位置草地生態(tài)系統(tǒng)作為替代實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以生態(tài)系統(tǒng)中土壤為研究對(duì)象,開(kāi)展我國(guó)北方草地土壤物理性狀的研究,揭示不同生態(tài)系統(tǒng)土壤條件差異及其原因,為我國(guó)草原適應(yīng)全球環(huán)境變化提供更多的理論基礎(chǔ)和依據(jù),為合理利用資源和科學(xué)管理生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣地概況

本實(shí)驗(yàn)分別在吉林省長(zhǎng)嶺縣東北師范大學(xué)草地生態(tài)系統(tǒng)研究站(草甸生態(tài)系統(tǒng))、內(nèi)蒙古太仆寺旗北京師范大學(xué)防沙治沙實(shí)驗(yàn)基地(典型草原生態(tài)系統(tǒng))、內(nèi)蒙古蘇尼特右旗草原(荒漠草原生態(tài)系統(tǒng))進(jìn)行.3個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)地理位置、土壤、30年平均氣候等基本情況見(jiàn)表1.

表1 不同草地生態(tài)系統(tǒng)地理情況Table 1 Geographical situation of three grassland ecosystems

1.2 土壤特性測(cè)定

5月中旬,在各生態(tài)系統(tǒng)土壤表層0～10 cm,利用環(huán)刀法測(cè)定容重、孔隙度,采集一定量表層土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,分析土壤顆粒組成,重復(fù)五次.土壤容量和孔隙率的計(jì)算如下:

式中,W為土壤烘干重/g;M為土壤容量/(g·cm-3);V為環(huán)刀體積/cm3;H為孔隙率/%;ρ為土壤密度/(g·cm-3).

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 10.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析.對(duì)所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差.對(duì)三種類(lèi)型草原的各種土壤指標(biāo)作方差分析.圖表采用EXCEL 2003軟件繪制.

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容量

土壤容量是指單位容積土壤的質(zhì)量,可以反映土壤的松緊度,進(jìn)而反映土壤的熟化程度和結(jié)構(gòu)性.由表2可見(jiàn),草甸草原土壤容量最小,小于典型草原土壤容量(0.078 6 g·cm-3),小于荒漠草原土壤容量(0.302 2 g·cm-3).砂土孔隙粗大,但數(shù)目較小,總的孔隙容積較小,土壤容量較大,相反黏土的孔隙容積較大,土壤容量較小.方差分析表明,三種類(lèi)型草原表層土壤容量之間差異極顯著(F=43.606,P=0.001).

表2 三種類(lèi)型草原土壤類(lèi)型及表層土壤容量和孔隙率(M±SD)Table2 Soil type, soil capacity and porosity of three steppess

2.2 土壤孔隙率

土壤孔隙率是指土壤中孔隙的容積占整個(gè)土壤容積的百分比,在一定程度上反映了土壤結(jié)構(gòu)性,對(duì)土壤保水、導(dǎo)水、通氣以及土壤肥力有一定影響,也在一定程度上對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響.土壤的孔隙度與容重呈反相關(guān)系,草甸草原土壤孔隙率最大,大于典型草原土壤的孔隙率2.661%,小于荒漠草原土壤孔隙率4.507%.方差分析表明,三種類(lèi)型草原表層土壤孔隙率之間差異極顯著(F=41.315,P=0.001).

2.3 土壤顆粒組成

土壤的固體部分為土粒,由于土粒大小不一、粗細(xì)不同,國(guó)際上將土粒大小分為4級(jí)來(lái)具體分析土壤物理組成和顆粒組成.砂礫是風(fēng)化的碎石,形狀不一,無(wú)可塑性和黏合力,其粒徑較大,與外界接觸面小,有效養(yǎng)料貧乏,但粒間空隙大,容易透水,通氣良好.相反,黏粒細(xì)小,表面吸附性強(qiáng),粒間空隙小,本身含養(yǎng)料豐富,而且能吸附養(yǎng)料.粉粒是介于砂粒與黏粒之間的顆粒,是土壤養(yǎng)料的潛在供應(yīng)體.對(duì)土壤顆粒的分析可以更好的理解土壤因子對(duì)植物生長(zhǎng)的影響.由圖1可知,荒漠草原土壤砂粒含量最大,大于典型草原土壤(0.755%),大于草甸草原土壤(8.749%).草甸草原土壤黏粒含量最大,是荒漠草原和典型草原的2.444倍和3.242倍.而對(duì)于粉粒來(lái)說(shuō),典型草原土壤粉粒含量最大,荒漠草原最小.方差分析表明,三種類(lèi)型草原0～15 cm土壤黏粒含量之間差異極顯著(F=71.646,P=0.001),土壤粗砂粒、細(xì)沙粒、粉粒之間差異均不顯著(F=2.538,P=0.159;F=0.675,P=0.544;F=1.782,P=0.247).

圖1 三種類(lèi)型草原土壤顆粒組成Fig.1 Soil grain composition of three steppes

3 結(jié) 論

中國(guó)草原區(qū)域是歐亞大草原的重要組成部分,連續(xù)分布在東北松嫩平原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原以及青藏高原的南緣,溫帶草原是中國(guó)草原的主體類(lèi)型.從東南向西北依次出現(xiàn)草甸草原、典型草原、荒漠草原及青藏高原的高寒草原等幾類(lèi)植被類(lèi)型.本實(shí)驗(yàn)主要在我國(guó)東北的草甸草原、典型草原、荒漠草原開(kāi)展.三種類(lèi)型草原從東向西依次分布,所處的地理環(huán)境、地理位置不盡相同,導(dǎo)致當(dāng)?shù)貧夂驐l件各不相同.在長(zhǎng)期不同氣候條件影響下,各個(gè)草原分別發(fā)育出不同類(lèi)型、不同特性的土壤,并且三種類(lèi)型草原土壤容重、土壤孔隙度、土壤黏粒含量均產(chǎn)生顯著或極顯著差異,形成各自適合的土壤類(lèi)型.

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