殷國梅 ，侯 英 ，張園園 ，薛艷林 ，王海明 ，田彥軍 ，斯 琴

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古武川縣草原工作站，內(nèi)蒙古 武川 011700；3.內(nèi)蒙古鄂托克旗草原工作站，內(nèi)蒙古 鄂托克旗 016200）

荒漠草原主要植物蒸散對土壤含水量的響應(yīng)

殷國梅1，侯 英2，張園園1，薛艷林1，王海明1，田彥軍3，斯 琴3

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古武川縣草原工作站，內(nèi)蒙古 武川 011700；3.內(nèi)蒙古鄂托克旗草原工作站，內(nèi)蒙古 鄂托克旗 016200）

對荒漠草原不同放牧強(qiáng)度下主要植物的日蒸散量及其根部土壤含水量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，短花針茅根部的土壤含水量隨著放牧強(qiáng)度的增加呈增加趨勢；冷蒿、無芒隱子草表層根部的土壤含水量隨放牧強(qiáng)度的增加變化不大。相同放牧條件下，短花針茅個(gè)體日蒸散量相對較大，冷蒿個(gè)體日蒸散量相對較小。土壤含水量同植被日蒸散量具有高度的正相關(guān)關(guān)系。

荒漠草原；放牧強(qiáng)度；日蒸散量；土壤含水量

土壤含水量是限制植物生長發(fā)育的重要生態(tài)因子，植物群落的生長發(fā)育及其適宜生產(chǎn)力是由土壤資源中的土壤水分供給狀況來決定的［1-2］。植物蒸散作為植物群落生長發(fā)育的主要過程，其測定是水分生態(tài)研究中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和內(nèi)容。盡管過去已有很多學(xué)者對草本植物的水分蒸騰蒸散有過研究［3-5］，但對于天然牧草蒸散耗水量的比較研究卻鮮有報(bào)道。該研究在天然放牧草地生態(tài)系統(tǒng)中，針對不同放牧強(qiáng)度下主要牧草的日蒸散量及植物根部土壤含水量進(jìn)行了測定分析，其目的在于通過對不同種類牧草根部土壤含水量及蒸散的對比，揭示放牧強(qiáng)度引起的土壤含水量差異對不同種類植物蒸散的影響，從而為區(qū)域草地合理利用及草原科學(xué)經(jīng)營提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)自然條件概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院烏蘭察布市四子王旗王府一隊(duì)試驗(yàn)基地。地處北緯41°47′17″，東經(jīng) 111°53′46″，海拔為 1 450 m。 試驗(yàn)區(qū)域?qū)儆诘湫偷拇箨懶詺夂?，春季干旱、多風(fēng)，夏季炎熱，月平均溫度最高值在7、8月 （分別為24.0、23.5℃），≥10℃的年積溫為2 200～2 500℃，濕潤度0.15～0.30，年均降雨量250 mm左右，降水主要集中在6—8月，無霜期為175 d左右。試驗(yàn)地的草地類型為短花針茅 （Stipa breviflora）+冷蒿（Artemisia frigida） + 無 芒 隱 子 草 （Cleistogenes songorica）荒漠草原。植物群落由20多種植物組成，植被草層低矮且較稀疏，蓋度為17%～20%，種類組成較貧乏。建群種為短花針茅，優(yōu)勢種為冷蒿、無芒隱子草。土壤為淡栗鈣土。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)小區(qū)共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)小區(qū)面積約為4.4 hm2，分別為重度放牧（HG）、中度放牧（MG）、輕度放牧（LG）和對照不放牧（CK）。 其中，載 畜率 水 平 分 別 為 ：2.71 （HG）、1.82（MG）、0.93（LG）、0（CK）羊單位/（hm2·半年），放牧羊只數(shù)分別為：12、8、4只，各小區(qū) 3次重復(fù)。放牧為每年 6月—12月初，各小區(qū)的管理措施一致。

2.2 測定內(nèi)容與方法

圖1 不同放牧區(qū)植物根部土壤含水量

2.2.1 植物個(gè)體日蒸散量的測定：5—9月采用“微型蒸滲儀法”（整體土柱稱量法）在不同放牧強(qiáng)度的樣地內(nèi)選取短花針茅、無芒隱子草和冷蒿進(jìn)行蒸散測定，同時(shí)選取同樣地內(nèi)空斑作為對照。每月測定一期，每期歷時(shí)5 d，每期重復(fù)3次，如遇雨天將測定時(shí)間順延。微型蒸滲儀為直徑226mm、高250mm、體積10 000 cm3、重量17 kg的圓柱體。

2.2.2 土壤含水量測定：5—9月與測定植物蒸散同步，在取樣植物根部 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm處分別取土樣，采用烘干稱重法，放入土壤盒后立即稱鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室于烘箱中105℃烘干48 h后，恒定稱干重。土壤含水量單位是以土壤干重為基數(shù)的水分百分?jǐn)?shù)（%）。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物根部的土壤含水量 5—9月對不同放牧強(qiáng)度下主要優(yōu)勢植物根部土壤的含水量進(jìn)行了測定（見圖1）。由圖1可知，不同土層中土壤含水量的變化規(guī)律不十分一致。在CK區(qū)中，0～10 cm土層中，主要植物根部及空斑的土壤含水量無顯著差異（P＞0.05）， 空斑的土壤含水量相對較高；10～20 cm土層中，無芒隱子草根部的土壤含水量較高，與短花針茅無顯著差異（P＞0.05），冷蒿較低，與短花針茅和無芒隱子草存在顯著差異 （P＜0.05）；20～30 cm土層中，無芒隱子草與短花針茅、冷蒿及空斑具有顯著差異（P＜0.05），短花針茅與冷蒿之間無顯著差異（P＞0.05）。

LG區(qū)中，0～10 cm土層中，短花針茅、冷蒿、無芒隱子草根部及空斑土壤含水量依次升高，各植物根部土壤含水量之間差異顯著（P＜0.05），其中無芒隱子草和冷蒿根部土壤含水量相對較高；10～20 cm土層中，無芒隱子草和短花針茅根部土壤含水量相對較高，但無顯著差異（P＞0.05），而與冷蒿根部土壤含水量卻具有顯著差異（P＜0.05），空斑與植物根部土壤含水量具有顯著差異（P＜0.05）；20～30 cm 土層中，短花針茅根部土壤含水量較高，與冷蒿、空斑具有顯著差異（P＜0.05），但與無芒隱子草無顯著差異（P＞0.05）。

MG區(qū)中，0～10 cm土層中，空斑含水量最高，無芒隱子草根部土壤含水量最低，各植物根部土壤含水量與空斑之間無顯著性差異 （P＞0.05）；10～20 cm土層中，短花針茅根部土壤含水量相對較高，與其他植物根部及空斑土壤含水量存在顯著差異（P＜0.05），但冷蒿、無芒隱子草和空斑三者之間無顯著差異（P＞0.05）；20～30 cm 土層中，各植物根部土壤含水量與空斑土壤含水量之間均存在顯著性差異（P＜0.05）。

HG區(qū)中，0～10 cm土層中，植物根部與空斑土壤含水量均存在顯著差異（P＜0.05），其中無芒隱子草根部土壤含水量相對較高，冷蒿相對較低，3種植物之間無顯著差異 （P＞0.05）；10～20 cm 土層中，短花針茅和冷蒿根部土壤含水量無顯著差異（P＞0.05），與無芒隱子草與空斑的土壤含水量存在顯著差異（P＜0.05）；20～30 cm 土層中，僅無芒隱子草根部土壤含水量與空斑土壤含水量之間無顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 不同放牧強(qiáng)度植物個(gè)體日蒸散量

3.2 不同放牧利用條件下植物個(gè)體日蒸散量 不同放牧狀態(tài)下不同月份的不同植物種類表現(xiàn)形式不一（見圖2）。由圖2可知，植物生長季中植物個(gè)體日蒸散量的大小依次排序?yàn)?月>5月>8月>9月>6月。整體來看，CK區(qū)5月短花針茅個(gè)體日蒸散量最大；6月無芒隱子草和短花針茅個(gè)體日蒸散量相對較大；7月為短花針茅、無芒隱子草個(gè)體日蒸散量較大；8月空斑日蒸散量比植物個(gè)體日蒸散量大；9月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，其次為冷蒿、空斑和無芒隱子草。

LG區(qū)5月為空斑日蒸散量最高，植物中短花針茅個(gè)體日蒸散量較高，其次為無芒隱子草，冷蒿個(gè)體日蒸散量最低；6月為冷蒿與無芒隱子草個(gè)體日蒸散量較高，其次為短花針茅，空斑日蒸散量最低；7月為短花針茅與無芒隱子草個(gè)體日蒸散量較高，其次為冷蒿，空斑日蒸散量最低；8月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，空斑與無芒隱子草次之，冷蒿個(gè)體日蒸散量最低；9月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，冷蒿與無芒隱子草次之，空斑最低。

MG區(qū)5月為短花針茅個(gè)體日蒸散量相對較高，其次為冷蒿、無芒隱子草，空斑日蒸散量最低；6月為無芒隱子草個(gè)體日蒸散量較高，其次為短花針茅與冷蒿，空斑日蒸散量最低；7月為短花針茅與無芒隱子草的個(gè)體日蒸散量較高，冷蒿相對較低，空斑日蒸散量最低；8月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，無芒隱子草次之，空斑與冷蒿的日蒸散量最低；9月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，冷蒿次之，空斑與無芒隱子草最低。

HG區(qū)5月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，其次為無芒隱子草、冷蒿，空斑日蒸散量最低；6月為無芒隱子草個(gè)體日蒸散量較高，其次為短花針茅與冷蒿，空斑日蒸散量最低；7月為短花針茅與冷蒿個(gè)體日蒸散量較高，其次為空斑，無芒隱子草較低；8月為短花針茅、空斑與無芒隱子草日蒸散量較高，冷蒿較低；9月為短花針茅個(gè)體日蒸散量最高，空斑與無芒隱子草次之，冷蒿最低。

3.3 植物個(gè)體日蒸散量與土壤含水量的關(guān)系 植物個(gè)體日蒸散量與土壤含水量的分析結(jié)果見圖3。由圖3可以看出：不同放牧強(qiáng)度下土壤含水量與植物個(gè)體日蒸散量的變化趨勢有所不同。CK區(qū)中，土壤含水量的高低排序?yàn)?月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物個(gè)體日蒸散量的高低排序?yàn)?月＞5月＞8月＞9月＞6月；LG區(qū)中，土壤含水量的高低排序?yàn)?月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物個(gè)體日蒸散量的高低排序?yàn)?月＞5月＞8月＞9月＞6月；MG區(qū)中，土壤含水量的高低排序?yàn)?月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物個(gè)體日蒸散量的高低排序?yàn)?月＞5月＞9月＞6月＞8月；HG區(qū)中，土壤含水量的高低排序?yàn)?月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物個(gè)體日蒸散量的高低排序?yàn)?月＞5月＞8月＞9月＞6月。雖然土壤含水量與植物個(gè)體日蒸散量的高低排序不十分一致，但兩者的變化趨勢基本相同，這說明土壤含水量與植物個(gè)體日蒸散量的關(guān)系十分密切，具有高度的正相關(guān)關(guān)系。

圖3 植物個(gè)體日蒸散量與土壤含水量

4 結(jié)論與討論

4.1 土壤含水量 研究結(jié)果表明，放牧強(qiáng)度對土壤表層的土壤含水量影響較大。短花針茅根部的土壤含水量隨著放牧強(qiáng)度的增加呈增加趨勢；冷蒿、無芒隱子草表層根部的土壤含水量隨放牧強(qiáng)度的增加變化不大；隨著放牧強(qiáng)度的增加，空斑的土壤含水量逐漸降低，充分說明放牧強(qiáng)度導(dǎo)致的裸露地表土壤含水量明顯下降。在一定立地條件下，土壤水分條件越好，植物群落密度愈大，植物個(gè)體生物量越大，單位面積生產(chǎn)力愈高，這充分說明輕度放牧區(qū)植物生物量較高與土壤含水量較高的結(jié)果相符。在植物群落中，生長健壯的植物個(gè)體其生物量也相對較大，這就為該植物個(gè)體進(jìn)一步生長發(fā)育創(chuàng)造了條件；而生長較差的植物個(gè)體生物量較小，對光、水等資源的競爭處于劣勢［6］。

4.2 植物個(gè)體日蒸散量 放牧強(qiáng)度不同導(dǎo)致了同種植物在不同放牧區(qū)內(nèi)的個(gè)體日蒸散量不盡相同。從植物個(gè)體日蒸散量的結(jié)果可以看出，短花針茅作為荒漠草原的優(yōu)勢植物，生物量相對較大，枝條相對較多，在各放牧處理區(qū)其個(gè)體日蒸散量均相對較高。無芒隱子草的個(gè)體日蒸散量只有在中度放牧區(qū)中表現(xiàn)為較高；冷蒿個(gè)體日蒸散量在各處理區(qū)中均表現(xiàn)為較低，但高于空斑日蒸散量。中度和重度放牧區(qū)中的空斑作為裸露的地表，無任何植物遮擋，土壤表層板結(jié)且土壤含水量較低，影響水分蒸發(fā)，蒸散量較小，相比之下，不放牧區(qū)和輕度放牧區(qū)的空斑盡管沒有植物生長，土層內(nèi)植物根系的交叉覆蓋致使其具有較高的蒸散量。

植物的蒸散量是植物蒸騰量和植物間土壤蒸發(fā)量共同作用的結(jié)果，它是一個(gè)生理過程和物理過程的耦合系統(tǒng)［7］，因此對它的研究是十分復(fù)雜的。筆者對于植物蒸散的研究主要注重于植物個(gè)體水分的蒸散數(shù)量，并沒有考慮與生態(tài)系統(tǒng)其他的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)系。

4.3 植物個(gè)體日蒸散量與土壤含水量 天然植物的生長除與植物的生物量有關(guān)外，與土壤水分的關(guān)系也非常密切。表層土壤的水分含量波動(dòng)劇烈，主要受大氣降水的影響，對降水反應(yīng)迅速，0～30 cm表層土壤水分含量的波動(dòng)除受大氣降水的影響以外，還與植物的生長發(fā)育節(jié)律與根系吸水有密切關(guān)系。隨著放牧強(qiáng)度的增加，放牧家畜對草地植物的采食增加，地面植被覆蓋的減少使土壤水分蒸發(fā)增加，土壤保水能力下降，同時(shí)放牧使草地牧草根系向表層土壤集中，增加了植物根系對水分的吸收利用。該研究中土壤含水量同植物個(gè)體日蒸散量具有高度的正相關(guān)關(guān)系，這與熊偉等［8］利用盆栽試驗(yàn)比較的寧夏南部地區(qū)苜蓿、芨芨草和長芒草的蒸散量中草本植物的蒸散量與土壤含水量呈高度相關(guān)的研究結(jié)果十分一致。

［1］李紹良.草原土壤水分狀況與植物生物量關(guān)系的初步研究［C］//草原生態(tài)系統(tǒng)研究（第 1集）.北京：科學(xué)出版社，1985：195-202.

［2］李紹良.栗鈣土水分狀況與牧草生長［C］//草原生態(tài)系統(tǒng)研究（第 2 集）.北京：科學(xué)出版社，1988：10-14.

［3］程積民.黃土丘陵半干旱區(qū)幾種牧草蒸騰作用的研究［J］.干旱區(qū)研究，1989（2）：62-65.

［4］宋炳煜.草原區(qū)不同植物群落蒸發(fā)蒸騰的研究［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1995，19（4）：319-328.

［5］宋克超，康爾泗，金博文，等.黑河流域山區(qū)植被帶草地蒸散發(fā)試驗(yàn)研究［J］.冰川凍土，2004，26（3）：349-356.

［6］楊文治，邵明安.黃土高原土壤水分研究［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

［7］王幼奇，樊軍，邵明安，等.黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)三種植被蒸散特征［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（10）：5386-5394.

［8］熊偉，王彥輝，程積民，等.三種草本植物蒸散量的對比試驗(yàn)研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，17（1）：170-172.

Responses of Evapotranspiration of Dominant Plants to Soil Moisture in Desert Steppe

YIN Guo-mei1，HOU Ying2，ZHANG Yuan-yuan1，XUE Yan-lin1，WANG Hai-ming1，TIAN Yan-jun3，Siqin3
（1.Inner Mongolia Academy of Agricultural&Animal Husbandry Sciences，Hohhot 010031，China；2.Wuchuan Grassland Workstation of Inner Mongolia,Wuchuan County 011700，China；3.Etuoke Banner Grassland Station of Inner Mongolia,Etuoke Banner 016200，China）

The daily evapotranspiration of dominant plants and soil moisture around their roots under different conditions of grazing intensity in desert steppe were studied.The results show that soil moisture around roots of Stipa breviflora increased with the increase of grazing intensity;soil moisture in the surface soil around roots of Artemisia frigida and Cleistogenes songorica did not change obviously with the increase of grazing intensity.Under the same condition of grazing intensity,the daily evapotranspiration of S.breviflora was relatively larger,while the daily evapotranspiration of A.frigida was relatively smaller.The daily evapotranspiration of vegetation had highly positive correlation with soil moisture.

desert steppe；grazing intensity；daily evapotransporation；soil moisture

S154.4；S812

A文章順序編號1672-5190（2016）11-0018-04

2016－10－24

項(xiàng)目來源：內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院青年基金（2014QNJJM04）；國家牧草產(chǎn)業(yè)體系（CARS-35-27）；國家公益性行業(yè)科技專項(xiàng)資助（201303059）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFC0500604）。

殷國梅（1973—），女，研究員，博士，主要從事草地生態(tài)與管理研究工作。

（責(zé)任編輯：慕宗杰）