蘇天燕，賈碧瑩，胡云龍，楊 秋，毛 偉

（海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，海南 海口 570228）

在地表水缺乏的干旱半干旱區(qū)，地下水不僅是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，也是維持植被生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)[1]，而地下水位不同深度的埋深直接影響與植被生長(zhǎng)關(guān)系密切的土壤水分和土壤養(yǎng)分含量[2]。地下水通過(guò)直接調(diào)控土壤水分而間接影響地表植被的生長(zhǎng)[3]；另外，植物根系在水分和養(yǎng)分吸收等方面發(fā)揮重要作用，是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[4]。而根系生物量(total root biomass，TRB) 的分布能直接反映根系分布的特點(diǎn)，同時(shí)也間接反映出根系、水分和養(yǎng)分之間的關(guān)系[5]。

針對(duì)土壤養(yǎng)分和根系生物量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了較多相關(guān)研究工作[6-9]，諸如水淹–干旱脅迫對(duì)土壤養(yǎng)分和根系特征的影響[10-11]，消落帶土壤養(yǎng)分時(shí)空動(dòng)態(tài)[12]，降水和氮沉降對(duì)根系的影響[13-14]等研究?？傮w上，這些研究證明水分對(duì)土壤養(yǎng)分和根系特征具有重要影響。也有研究證明根系生物量與土壤氮、土壤有機(jī)碳有關(guān)[15-16]，且根系在土層中的垂直分布受土壤養(yǎng)分的影響。郭京衡等[17]研究表明，土壤水分限制植物根系的生長(zhǎng)和發(fā)育，土壤養(yǎng)分對(duì)根系生物量的積累影響不大，但郝丙青等[18]研究證明根系生物量受土壤養(yǎng)分的影響。然而地下水埋深是否影響土壤養(yǎng)分與根系生物量的相關(guān)性？地下水位埋深是否會(huì)驅(qū)動(dòng)不同土層土壤水分的改變并改變根系的垂直分布，進(jìn)而最終影響地下生物量。相關(guān)內(nèi)容的研究少見(jiàn)報(bào)道。

因此，本研究以內(nèi)蒙古科爾沁沙質(zhì)草地為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)置人為控制地下水位埋深(groundwater depth，GLD)深度試驗(yàn)，研究地下水位埋深變化對(duì)土壤環(huán)境因子和不同土層根系生物量的影響。同時(shí)，通過(guò)分析土壤環(huán)境因子與根系生物量的相互作用關(guān)系，來(lái)探討地下水位埋深對(duì)植被地下生產(chǎn)力影響的生態(tài)過(guò)程。本研究在一定程度上可為全球碳氮磷儲(chǔ)量?jī)r(jià)值及全球變化模型提供重要參數(shù)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域位于我國(guó)半干旱草原區(qū)科爾沁沙質(zhì)草地(42.3° – 44.5° N 、113.5° – 123.5° E )，氣候冬寒夏熱，春季季風(fēng)強(qiáng)度大。因氣候變化及人類活動(dòng)的干擾，科爾沁沙地下墊面具有很大的異質(zhì)性，地表陸–氣的水熱交換過(guò)程也很復(fù)雜，是中國(guó)北方典型的半干旱荒漠區(qū)?？茽柷呱迟|(zhì)草地總面積約5.06 ×104km2，海拔180～650 m，年日照時(shí)數(shù)2 900～3 100 h，年 均 氣 溫5.8 ～6.4 ℃，≥ 10 ℃年 積 溫3 000 ℃·d以上，無(wú)霜期約150 d。年均降水量364.6 mm，年際變化大，年內(nèi)分配不均，主要集中在6月 ? 8月，年均蒸發(fā)量1 972.8 mm，年均風(fēng)速3.6～4.1 m·s–1，屬于溫帶大陸性半干旱氣候[19]。土壤類型以風(fēng)沙土為主[20]，植被為典型的沙地疏林草原植被，主要由旱生和沙生植物組成，如差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)和白草(Pennisetum centrasiaticum)等[21]。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

地下水位埋深增加控制試驗(yàn)樣地布置在中國(guó)科學(xué)院奈曼沙漠化試驗(yàn)站區(qū)長(zhǎng)期圍封樣地內(nèi)一片地勢(shì)較低且較開(kāi)闊平坦的區(qū)域。依據(jù)實(shí)際地下水位埋深深度，選擇科爾沁沙質(zhì)草地關(guān)鍵物種白草為主的植物群落，用挖掘法采回原狀土進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)共填入6 根原狀土柱(長(zhǎng)、寬均為100 cm，高度分別為50、100 和200 cm)，之后進(jìn)行地下水減少模擬試驗(yàn)[22]。依據(jù)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行劃分，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)深度2.5 m，面積2 m × 5 m (圖1)。在挖開(kāi)的試驗(yàn)小區(qū)底部和四周用水泥等工程措施隔絕與周圍土壤之間的水分交換，然后將不同高度(50、100 和200 cm)的原狀土柱垂直放置于其上，土柱之間的縫隙用沙土回填，以降低土柱側(cè)面的溫度和水分蒸發(fā)，之后將一根細(xì)塑料管從最頂部直接給地下輸入水分。由于本試驗(yàn)針對(duì)沙質(zhì)草地的草本植物(白草)進(jìn)行地下水位控制試驗(yàn)，據(jù)報(bào)道其幾乎無(wú)法利用2 m 以下的地下水[23]。因此本試驗(yàn)地下水位埋深深度按倍數(shù)梯度遞增控制為0.5、1.0 和2.0 m。試驗(yàn)共3 個(gè)處理，為降低由于植被選取引起的相同處理內(nèi)的變異，每個(gè)處理設(shè)置9 個(gè)重復(fù)。

圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖(左)和試驗(yàn)小區(qū)實(shí)景圖(右)Figure 1 Schematic diagram of the experimental design (left) and picture of the experimental plot (right)

1.2.2 樣品采集與測(cè)定

試驗(yàn)布設(shè)于2017年6月初(本年8月底采樣)，自2018年起連續(xù)3年(每年7月底采集1 次樣品)用直徑3 cm 的土鉆對(duì)每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)處理組內(nèi)每根原狀進(jìn)行分層土樣采集(2017 – 2019年3 個(gè)不同處理均按照0 ? 10、10 ? 20、20 ? 40 cm 土層采集土壤樣品，2020年在0.5、1.0 和2.0 m 的3 個(gè)不同地下水位埋深處理區(qū)中分別按照以下土層采集土樣，分別是0 ? 10、10 ? 20、20 ? 40 cm，0 ? 20、20 ? 40、40 ?60、60 ? 80 cm 和0 ? 20、20 ? 40、40 ? 80、80 ? 100、100 ? 120 cm)，將新鮮樣品混合均勻后，裝500 g 左右土樣放入無(wú)菌可封口聚乙烯袋中，部分放在室內(nèi)自然風(fēng)干，風(fēng)干樣品過(guò)孔徑0.25 mm 篩后密封保存。其中土壤有機(jī)碳(soil organic carbon，SOC)含量采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測(cè)定[24]，土壤全氮(total nitrogen，TN)和全磷(total phosphorus，TP)含量采用半微量開(kāi)氏法提取，用全自動(dòng)流動(dòng)分析儀測(cè)定(Proxima1022/1/1，愛(ài)利安斯科學(xué)儀器公司，法國(guó))[25]，土壤pH 用酸度計(jì)測(cè)定。于2020年7月底利用直徑10 cm 的根鉆在每塊試驗(yàn)區(qū)處理組內(nèi)打3 個(gè)鉆按照土壤取樣深度進(jìn)行采根，每10 cm 分段裝入信封帶回試驗(yàn)室，立即清洗并用游標(biāo)卡尺區(qū)分細(xì)根(直徑≤ 2.0 mm)和粗根(直徑 > 2.0 mm)，于烘箱中85 ℃烘干48 h 后稱重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

為了研究地下水位變化和半干旱區(qū)典型植物群落土壤環(huán)境因子和根系生物量的相關(guān)性，本研究采用SPSS 21.0 軟件的Spearman 法進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，并對(duì)相關(guān)性進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(雙尾法，α 分別為0.01 和0.05)；采用one-way ANOVA 方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析，并用LSD 法(α = 0.05)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，采用Origin 8.0 軟件進(jìn)行圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地下水位埋深處理下土壤養(yǎng)分的年際變化特征

隨著地下水位埋深深度和時(shí)間的不同，土壤養(yǎng)分含量均發(fā)生不同程度的改變(表1)?？傮w呈現(xiàn)出pH、TN 和TP 含量增加，SOC 含量減少的變化規(guī)律。與未進(jìn)行地下水位埋深控制試驗(yàn)前(2017年)比較，經(jīng)歷3年地下水位埋深控制試驗(yàn)后(2020年)，地下水位埋深0.5 m 處理下的pH、TN 平均含量分別增加了7.40% 和56.86%，SOC 含量減少了33.75%；地下水位埋深1.0 m 處理中的pH、TN 和TP 平均含量分別增加了7.20%、97.44% 和25.00%，SOC 含量減少了34.96%；地下水位埋深2.0 m 處理?xiàng)l件的土壤pH 和TN 平均含量分別增加了6.92%和73.33%，SOC和TP 含量分別減少了41.40%和17.65%。各土壤養(yǎng)分指標(biāo)中，年際變化較大的是SOC 和TN 含量。

表1 土壤養(yǎng)分含量在0 ? 40 cm 土層中的年際變化差異分析Table 1 Analysis of the difference in the interannual variation of the soil nutrient content in the 0 ? 40 cm soil layer

不同地下水位埋深處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量不同土層年際變化有不同的影響(圖2)。與2017年的基底值相比，地下水位控制第1年pH 和SOC 含量下降，TN 和TP 含量變化不明顯?？刂圃囼?yàn)第2年pH 和SOC 含量回升與基底值相平，TN 含量顯著增加(P<0.05)，TP 含量基本不變。在控制試驗(yàn)的第3年，土壤pH 持續(xù)上升，SOC 和TN 含量顯著下降(P< 0.05)，而TP 含量變化不明顯?？傮w而言，不同地下水埋深處理中不同土壤深度的pH 均呈逐年上升，SOC 和TN 含量呈“N”字形變化，而TP 含量基本不變。

圖2 不同地下水位埋深處理0 – 40 cm 土層土壤養(yǎng)分含量的變化規(guī)律Figure 2 Changes in the soil nutrient content in the 0 – 40 cm soil layer under different groundwater depth treatments *, P < 0.05.

綜上所述，在經(jīng)過(guò)地下水位埋深處理前后的不同年份和不同土層中，土壤養(yǎng)分各指標(biāo)呈現(xiàn)時(shí)高時(shí)低的波動(dòng)性變化，在不同年份間存在顯著差異(P<0.05)。呈持續(xù)增加的指標(biāo)僅有pH ，而SOC 和TN 含量均在2019年增加2020年下降，相反的是TP 含量在2019年下降而在2020年上升。

2.2 不同地下水位埋深下土壤養(yǎng)分和根系生物量的垂直變化規(guī)律

由于前3年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)只是簡(jiǎn)單分析地下水埋深對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，而忽略了很大一部分受水分影響的地下根系與土壤養(yǎng)分之間的聯(lián)系。因此，這里對(duì)2020年不同地下水位埋深處理中土壤養(yǎng)分和根系生物量的垂直分布進(jìn)行分析，以期更好探討土壤養(yǎng)分與根系生物量在不同地下水位埋深干擾下的變化規(guī)律。

土壤養(yǎng)分指標(biāo)中SOC、TN 和TP 含量在土壤中的垂直變化規(guī)律基本一致，而pH 變化規(guī)律呈相反趨勢(shì)(圖3)。隨著地下水位的降低，SOC 含量減少，其中最高水位(GLD 0.5 m)的SOC 含量平均值是最低水位(GLD 2.0 m)的1.05 倍。隨土壤深度的增加，3 個(gè)水位梯度SOC 含量均遞減。隨著地下水位的下降，TN 和TP 含量逐漸減小但無(wú)明顯差異。其中地下水位埋深2.0 m 處理中，SOC、TN 和TP 含量由0 ?10 cm 土層的最高值下降至60 ? 80 cm 土層最低，然后再升高，在100 ? 120 cm 土層中趨于平緩，pH 在各土層間的差異小。

圖3 不同地下水位埋深處理下土壤養(yǎng)分含量的垂直變化特征Figure 3 Vertical variations in the soil nutrient content under different groundwater depth treatments

根系生物量(TRB)在土壤中的垂直分布存在一定的差異性(圖4)。在0 – 40 cm 土層中，TRB 值表現(xiàn)為GLD 0.5 m > GLD 1.0 m > GLD 2.0 m，但差異不顯著(P> 0.05)，60 cm 土層TRB 值趨于平緩；細(xì)根生物量(fine root biomass, FRB)變化趨勢(shì)與TRB 值一致；粗根生物量(coarse root biomass, CRB)僅存在100 cm 以上的土層中。

圖4 不同地下水位埋深處理下植物根系生物量的變化特征Figure 4 Variations in plant root biomass under different groundwater depth treatments

2.3 土壤養(yǎng)分與根系生物量的相關(guān)性分析

土壤養(yǎng)分與根系生物量存在一定的相關(guān)關(guān)系(圖5)。0.5、1.0 和2.0 m地下水位埋深處理中的SOC 含量和TRB 含量均呈正相關(guān)關(guān)系(R2= 0.31，P=0.01；R2= 0.07，P> 0.05；R2= 0.25，P< 0.01)；TN 含量和TRB 含量均呈正相關(guān)關(guān)系(R2= 0.24，P< 0.05；R2=0.18，P< 0.05；R2= 0.15，P< 0.05)以 及TP 含量和TRB 含量均呈正相關(guān)關(guān)系(R2= 0.18，P< 0.05；R2=0.23，P< 0.05；R2= ?0.02，P> 0.05)，pH 含量和TRB含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2= ?0.06，P> 0.05；R2= 0.07，P> 0.05；R2= 0.04，P> 0.05)。

圖5 土壤養(yǎng)分與根系生物量相關(guān)性分析Figure 5 Correlation analysis of soil nutrient and root biomass

PC1 和PC2 共解釋了白草在地下水位埋深0.5 m處理中根系生物量與土壤養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系的100%，其中PC1 解釋了99.49%的相關(guān)關(guān)系，PC2 解釋了0.51%的相關(guān)關(guān)系(圖6)。而在1.0 m 的地下水位埋深處理中，共解釋了99.98%，其中PC1 解釋了99.66%，PC2解釋了0.32%。TRB 均與SOC、TN 和TP 呈正相關(guān)關(guān)系，與pH 存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，共解釋率為99.93%，PC1和PC2 分別解釋了99.29%和0.64%。

圖6 土壤養(yǎng)分與根系生物量的主成分分析相關(guān)性分析Figure 6 Principal component analysis of soil nutrients and root biomass

3 討論

3.1 不同地下水位埋深處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量年際變化的影響

土壤氮主要來(lái)源于動(dòng)植物殘?bào)w和生物固氮[26]。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中細(xì)小的非生命體形式的天然有機(jī)物的總稱，是腐爛分解的有機(jī)物或其再合成的產(chǎn)物[27]。土壤氮的積累和消耗速率主要取決于土壤有機(jī)質(zhì)的積累和分解，土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化取決于有機(jī)物質(zhì)多少的輸入和輸出量[28]。其中TN 和SOC 分別是土壤氮及有機(jī)質(zhì)的重要組成部分。由于地下水位下降的影響，控制試驗(yàn)第1年最顯而易見(jiàn)的是受土壤水分影響深刻的植被根系被擾動(dòng)，猜測(cè)可能的原因是沙質(zhì)草地原生植被大多數(shù)植物的組織結(jié)構(gòu)和功能缺乏適應(yīng)由穩(wěn)定的地下水位向地下水位升降波動(dòng)影響的生境，在經(jīng)歷地下水位的上升或下降后植被因不適應(yīng)地下生境的變化而開(kāi)始死亡，而新生的植被又不能短期內(nèi)充分補(bǔ)充地下輸入[29]。植被根系生長(zhǎng)的土壤環(huán)境受到擾動(dòng)使得植被發(fā)生變化，進(jìn)一步切斷土壤有機(jī)質(zhì)輸入的主要渠道；而缺乏植被保護(hù)的土壤，其抵御地下水位漲落的能力大幅度下降。由于在控制試驗(yàn)的第1年沒(méi)有測(cè)定根系生物量及植被生理指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)，因此無(wú)法準(zhǔn)確分析土壤養(yǎng)分的變化與植被及根系有相關(guān)關(guān)系。以上因素可能是TN 和SOC 含量在地下水位埋深控制試驗(yàn)第1年中大量流失的主要原因[30]。這與本研究中土壤TN 和SOC 含量隨著地下水位埋深1年后均減少的研究結(jié)果一致。

研究表明，地下水位埋深越淺，根系主要分布在土壤含水量較高的表層土壤中；地下水位埋深越深，根系則向深層土壤生長(zhǎng)和發(fā)育[31]。地下水位的變化會(huì)影響土壤水分和土壤養(yǎng)分，進(jìn)而影響植被生長(zhǎng)和根系分布，終使得地下生態(tài)系統(tǒng)的土壤養(yǎng)分和根系等系統(tǒng)發(fā)生趨異或趨同變化。在酸性條件下，土壤磷的釋放量比在中性或堿性條件下的釋放量大，而磷的吸附或固持則相反[32]。pH 是土壤最重要的化學(xué)性質(zhì)，其與土壤微生物的活性，各種養(yǎng)分的合成和分解、轉(zhuǎn)化和釋放及有效性，以及土壤養(yǎng)分維持的能力有關(guān)[10]。本研究土壤處于堿性環(huán)境中，且pH 含量隨著年際變化逐漸上升，由弱堿性變成堿性土壤，使得土壤TP 含量無(wú)明顯變化趨勢(shì)。

3.2 不同地下水位埋深對(duì)土壤養(yǎng)分和根系生物量垂直變化的影響

有研究指出，土壤養(yǎng)分在土壤表層富集[33]。其原因可能與植被凋落物、根系殘?bào)w和土壤微生物等主要集聚在土壤上層有關(guān)[28]。這與本研究中的土壤養(yǎng)分表層含量大于深層含量(隨土層加深而下降)的研究結(jié)果一致(圖3)。

本研究結(jié)果證明，SOC 含量隨著地下水位下降而顯著下降。眾所周知，水是干旱區(qū)植物生長(zhǎng)等過(guò)程的關(guān)鍵因子，地下水位的升高會(huì)提高沙質(zhì)草地SOC 的積累速率。當(dāng)土壤過(guò)濕時(shí)，進(jìn)入土壤的氧氣減少，土壤缺氧，起分解作用的好氧微生物活動(dòng)減弱或停止，所以有機(jī)質(zhì)分解率低，未分解的有機(jī)質(zhì)得到積累[34]。反之，土壤含水量下降和通氣量的增加會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的分解加速。因此地下水位是影響SOC 含量的關(guān)鍵因素。在不同地下水位埋深處理下的科爾沁沙質(zhì)草地土壤TN 和TP 含量隨著地下水位的降低而下降，可能是由于95%的TN 和40% ～ 60%的TP 均來(lái)源于有機(jī)質(zhì)，而SOC 含量下降，對(duì)TN 和TP 含量產(chǎn)生影響[35]。因此，TN 和TP含量的變化直接受土壤有機(jī)質(zhì)礦化作用的影響，使得二者與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)一致。本研究中3 個(gè)不同地下水位埋深深度的土壤養(yǎng)分均隨土層深度的增加而逐漸降低，pH 隨土壤深度加深而上升。這與貢璐等[36]在草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)地下水位與土壤有機(jī)碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的結(jié)果相一致。

在本研究中，經(jīng)歷地下水位埋深3年前與后相比，0 ? 10 cm 土層中的土壤部分化學(xué)指標(biāo)的含量高于10 ? 20 和20 ? 40 cm 土層，且差異顯著，與上述理論相符。到60 ? 80 cm 土層后各指標(biāo)含量在土層間的差異不顯著，一般來(lái)說(shuō)，土層越深，有機(jī)質(zhì)含量越少。但在60 ? 80 cm 土層中，地下水位埋深1.0 m處理中的SOC 和TP 含量均高于2.0 m 的地下水位埋深處理。這表明地下水位埋深深度的加深會(huì)使得土壤養(yǎng)分流失加快，同時(shí)，隨著地下水位埋深年份的增加，土壤養(yǎng)分含量在土層間的差異也會(huì)逐年縮小。這可能與地下水位埋深控制試驗(yàn)后富含有機(jī)質(zhì)的疏松表層土壤不斷喪失有關(guān)。

根系生物量(TRB)在土壤中的垂直分布存在一定的差異性，細(xì)根生物量和粗根生物量在不同的地下水位埋深深度處理中均由表層向深層土壤遞減。這與高成杰等[11]對(duì)干旱脅迫下不同種源云南松幼苗根系生物量的研究結(jié)果類似。在干旱環(huán)境中，植物幼苗通常以較低的莖生物量來(lái)調(diào)整生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，使更多的有機(jī)物分配到根系來(lái)提高獲取土壤水分的能力，從而達(dá)到投資收益率最大化[37]，這是植物在干旱逆境脅迫下的一個(gè)生長(zhǎng)策略。研究證明根系生物量與土壤全氮、全磷和有機(jī)碳是呈正相關(guān)關(guān)系[38]，為了驗(yàn)證根系生物量與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系，在2020年采集樣品后對(duì)根系生物量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明在地下水位埋深條件下，土壤養(yǎng)分的變化受根系生物量的影響。在植被生命活動(dòng)周期中，地下水、土壤養(yǎng)分和植物根系是相互作用、相互影響的一個(gè)整體，地下水埋深的不同，不僅影響植被根系對(duì)地下水的利用，還影響土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移和植物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，最終使植被根系利用水分的效率受到抑制。因此，當(dāng)受地下水位埋深影響時(shí)，反映根系活力狀態(tài)的根系生物量與土壤養(yǎng)分之間密切相關(guān)。在垂直變化上，土壤養(yǎng)分受根系生物量的影響，隨著土層深度的加深，根系生物量下降，土壤養(yǎng)分降低。

3.3 土壤養(yǎng)分及pH 對(duì)根系生物量的影響

在不同地下水位埋深深度處理中，選取2020年的土壤養(yǎng)分和根系生物量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分與根系生物量之間存在一定的相關(guān)關(guān)系(圖5)。除了SOC 和TRB 以及TP 和TRB 分別在1.0 和2.0 m的地下水位埋深處理中存在不顯著的正相關(guān)關(guān)系之外，SOC 和TRB、TN 和TRB 以及TP 和TRB 之間在不同地下水位埋深處理中均表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系。這表明在不同地下水位埋深深度的影響下，土壤養(yǎng)分對(duì)植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育有一定的影響，其中也有研究表明植物生物量與土壤有機(jī)碳的含量顯著相關(guān)[16,39]。而pH 和TRB 在3 個(gè)地下水位埋深不同深度處理下均存在不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，植物根系對(duì)土壤酸堿性的微弱變化表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，說(shuō)明酸堿變化可能是制約根系生長(zhǎng)發(fā)育的一個(gè)因素。由于研究缺乏對(duì)植被生理指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)的分析測(cè)定，只根據(jù)植被根系生物量與土壤酸堿度的相關(guān)關(guān)系是無(wú)法準(zhǔn)確分析二者之間存在的聯(lián)系。但可由根系生物量側(cè)面反映白草植物的生長(zhǎng)受土壤酸堿度的影響。

根系生物量的分布特征會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生影響，同時(shí)根系的生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)特征也會(huì)隨土壤生態(tài)因子(如土壤水分、土壤養(yǎng)分等)的變化而變化[40]。相關(guān)研究證明，根系的生產(chǎn)受土壤養(yǎng)分控制[41]。本研究在進(jìn)行根系生物量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分與根系生物量(粗根和細(xì)根)具有不同程度相關(guān)性。這說(shuō)明為了滿足植物對(duì)養(yǎng)分的需求，根系具有趨肥性，即根系的分布會(huì)受到土壤養(yǎng)分因子的影響，會(huì)隨著土壤養(yǎng)分的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，這也是植物在長(zhǎng)期自然選擇過(guò)程中適應(yīng)外界環(huán)境的一種有效生存策略[42]。因此，在研究根系特征分布時(shí)，要盡可能挖掘土壤環(huán)境因子信息，最大限度地掌握根系垂直分布狀況和土壤因子的互作關(guān)系，以便更詳盡地了解根系的分布規(guī)律及其與土壤的互作機(jī)制，從而為保護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)，提高草地土壤生產(chǎn)力提供科學(xué)保障。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)不同地下水位埋深處理的土壤TN、TP 和pH 總體上均隨年際變化呈上升趨勢(shì)，而SOC 含量呈下降趨勢(shì)?？茽柷呱迟|(zhì)草地SOC、TN 和TP 含量隨著地下水位的下降在土層深度的加深中逐漸減小。地下水位越高，SOC、TN 和TP 含量越大。證明科爾沁沙質(zhì)草地在地下水位上升時(shí)利于SOC、TN和TP 的積累，而地下水位下降是草地SOC、TN 和TP 喪失的重要原因。土壤酸堿程度不隨著地下水位的下降而發(fā)生變化，但隨著土壤深度的加深而上升。根系生物量(TRB、FRB 和CRB)均隨地下水位的下降而上升。相關(guān)性結(jié)果證明，經(jīng)過(guò)不同地下水位埋深處理的土壤養(yǎng)分與TRB 存在正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明土壤養(yǎng)分含量的增加可以一定程度上增加根的吸收水分及養(yǎng)分的能力，而根吸收能力的增強(qiáng)又可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分，更加有利于植物對(duì)養(yǎng)分的吸收。