全 文 ：　收稿日期:2005-12-27
基金项目:国家重大基础研究前期研究专项(项目编号:2004CCA02800);教育部“春晖计划”项目(项目编号:Z2004-2-65048)
作者简介:王建成(1981-),硕士生 , 从事生态学研究。
通讯作者:王绍明(1963-),男 , 博士 ,教授 , 从事生态学教学研究。
第 24卷　第 3期
2006年 6月
石河子大学学报(自然科学版)
Journal of Shihezi University(Natural Science) Vol.24　No.3Jun.2006
文章编号:1007-7383(2006)03-0274-03
准噶尔盆地羽毛针禾(Stipagrostis pennata)
生境土壤物理特性分析
王建成1 , 王绍明1 , 徐基平1 , 伍伟斌2
(1 石河子大学生命科学学院 ,新疆石河子 832000;2 石河子大学化学化工学院 ,新疆石河子 832000)
摘要:本文对分布于准噶尔盆地的羽毛针禾(Stipagrostis pennata)种群的生境进行了土壤物理特性的对比分析 ,分析
的项目包括土壤颗粒度 、土壤含水量 、土壤容重等。结果显示:羽毛针禾生境的土壤机械组成粘性沙粒比例小 , 其
适生的沙丘中上部含水量也是极低 , 土壤的容重亦较大。对比分析的沙丘中下部和沙丘之间的无羽毛针禾分布的
平地 , 其土壤粘沙比例 、含水量相对较高 ,土壤容重相对较小。这说明了羽毛针禾局域分布的生境土壤物理特性 ,
透气性好 、粘沙比例低的沙丘中上部活化沙地地带是它的适生土壤类型 , 这从一侧面也解释了为什么羽毛针禾是
活化沙地的先锋草本植物。
关键词:羽毛针禾;土壤颗粒度;含水量;容重
中图分类号:P618.130;S791.253　　　　文献标识码:A　　　　
　　羽毛针禾(S .pennata)喜生于流动半流动沙地 ,
在我国 ,它集中分布在新疆北部古尔班通古特沙漠
中 ,它抗旱 、耐风蚀 、耐沙埋 ,是固定流沙地不可多得
的一种固沙植物 。它的固沙特性是与它的生长与发
育有着很强的沙漠适应性相关 ,在野外考察研究中 ,
我们发现羽毛针禾(S .pennata)的局域种群只分布
在沙垄或沙丘的中上部或平地的活化沙地上 , 有些
文献的报道也曾关注过这方面的特性[ 1 ～ 4] 。这是一
个有趣的现象 ,因此 ,我们对羽毛针禾(S .pennata)
的生境土壤的一些物理性质指标进行了对比分析测
试。以期说明其生境的特殊性 。
1　材料与方法
1.1　土壤取样
取样地位于古尔班通古特沙漠南缘 ,石河子市
北的炮台镇农场附近沙丘 ,沙丘上生长有发育状态
良好的羽毛针禾(S .pennata)局域种群 。取样方式
为:分别采取沙丘上 、中部和平地或缓坡上 , 0 ～
20cm和 20 ～ 40cm两个土层的土样。每种土样取三
个点为重复进行混合为一种样。样点处分别是生长
有羽毛针禾(S .pennata)植丛 、无羽毛针禾(S .pen-
nata)生长 、平地上其它植物生长的地方等 ,取样记
录见表 1。
表 1　羽毛针禾(S.pennata)生境土壤物理性质分析取样记录
土样类型 代号 部位 取土深度
取样
重复
羽毛针禾植丛处 SS 沙丘的上部 、中部和平
空地处 NS 地(或缓坡处) 0 ～ 20cm 3
其它植物生长处 OS 平地(或缓坡处) 、20～ 40cm
1.2　土壤分析的方法
在实验室对采取的土样作颗粒度分析 、容重测
定和含水量测定。
1.2.1　颗粒度分析方法[ 3, 5, 6] 　实验室将土壤样品
按常规方法烘干 ,然后依下列步骤分析:1)称取通过
2mm 筛孔的烘干土样品(精确到 0.01g;最后计算时
需预算为烘干重),置于 500mL 三角瓶中 ,加蒸馏水
浸湿土样 。2)样品加入加 0.5moL 六偏磷酸钠
60mL ,以破坏土壤样品的自然团聚结构 。加入分散
剂后 ,再加入蒸馏水约 250mL。并不停地振荡以使
土壤结构破坏。3)制备悬液将充分破坏结构的三角
瓶中的土壤及液体转入1000mL容量瓶中 、其间需要
多次用蒸馏水清洗三角瓶 ,并将清洗液倒入容量瓶
中 、最后用蒸馏水定容为 1000mL。4)测定比重时 ,
用搅拌棒搅拌容量瓶中的悬液上下 30次 ,以使其充
分混合均匀 ,然后开始计时。此时若液面有气泡 ,可
满加异戊酸消泡 。分别在 1min和 2h 时 ,用比重计
读取悬液中小于 0.05mm 粒径的土粒含量和小于
0.005mm粒径土粒的含量。要注意的是:比重计要
在每次规定测定时间前 15秒左右轻轻地放人悬液
中 ,并使其稳定 ,到预定时间 ,立即进行读数 。(5)结
果依下列公式计算:
沙砾所占比例/% =样品重-1分钟读数样品重 ×
100%
粉粒所占比例/ %=1分钟读数-2小时读数样品重 ×
100%
粘粒所占比例/ %=2小时比重计读数样品重 ×100%
1.2.2　含水量测定方法[ 3 ,5, 6] 　1)在分析天平上称
出干燥而洁净的铝盒重量(w)。2)在铝盒中放人的
5g 新鲜士样 ,合上盒盖 ,称重(w1)3)将铝盒开盖放
人烘箱在 105℃下连续烘干 6 ～ 8h。4)取出铝盒迅
速放人干燥器中 ,使之冷却至室温(约半小时)。5)
从干燥器中取出铝盒上即放上天平称重(w2)。6)再
放人烘箱 、烘干 3 ～ 5h。7)重复(4)～ (5)步。检验是
否恒重 ,若两次称重差别不越过 3mg 。即可进行计
算。8)结果依下式计算:土壤吸湿水含量/ %=(w1
-w2)/(w2-w)×100
1.2.3　容重的测定方法[ 3, 5, 6] 　1)修整土壤剖面:
选定取样点的深度位置 ,修整土壤剖面(注意同一剖
面不同深度处土壤 、容重差别较大)。2)将已知体积
(V)的环刀压人土壤中取土 。既不能压实 、也不能
留空。应尽量保持土壤的原状结构 ,修平环刀两侧
的土面。3)将环刀内土壤取出烘干称重(W)。4)计
算土壤的容重 ,γ=W/V(g/cm3)。
2　结果
2.1　颗粒度
表2是颗粒度分析的结果 ,由结果可以看出 ,羽
毛针禾(S .pennata)生境的土壤机械组成有显著特
点 ,在其生长的生境中土壤粘沙比例小。在沙丘之
间的平地上 ,土壤沙化程度低 ,粘沙比例大 ,保水能
力强 ,透气性差于沙丘中上部 。在此地带 ,基本不能
见到羽毛针禾(S .pennata)的分布。
表 2　羽毛针禾(S.pennata)生境的土壤机械组成 %
颗粒
类型
土样位置
沙丘顶部 沙丘中部 沙丘底部
各粒级
百分含
量/ %
沙砾
粉沙
粘沙
SS NS SS NS NS
0.64 0.17 1.95 1.9 62.43
86.3 92.7 69.3 73.2 54.7
13.1 7.1 28.7 25.2 35.9
2.2　含水量
表 3是对所取土样进行的含水量测定的结果 ,
不同土壤的颗粒度性质 ,显示其保水能力有差异 ,粘
沙所点比例越大其含水量也大。我们测定的结果与
前章所引述的他人分析结果是一致的 。羽毛针禾
(S .pennata)适生的沙丘中上部含水量是极低的。
表 3　沙丘不同部位沙层平均含水率 %
取样日期 沙丘顶部 沙丘中部 沙丘底部
2004-5-1 0～ 20cm 20～ 40cm 0～ 20cm 20～ 40cm 0～ 20cm 20～ 40cm
0.93% 3.02% 1.47% 3.68% 2.77% 5.14%
2.3　容重
容重是在野外条件下 ,土样的干重与其整个容
积的比(土壤水分容积)。它可间接用于估计土壤结
构和孔隙度在自然或人为影响下的差异。容积和孔
隙度的测定常与根的穿透性或种子在表土结壳上发
芽的适合性有关 。容重与有效水分 、含水量和空气
量的关系密切。
由表 4知 ,不同种类土样容重值的差异与前述
其它指标反映的事实是一致的 ,沙化程度高的土壤
容重大 ,而粘性的低平地的土样容重相对小 。同样
可以看出 ,羽毛针禾(S .pennata)适生的沙丘中上
部土壤的容重较大 。
表 4　沙丘不同部位沙土容重
取样日期 沙丘顶部 沙丘中部 沙丘底部
2004-5-1 0～ 20cm 20～ 40cm 0～ 20cm 20～ 40cm 0～ 20cm 20～ 40cm
1.49 1.51 1.42 1.47 1.38 1.40
3　讨论
土壤固相颗粒是组成土壤的物质基础 ,它约占
土壤全部重量的 50%以上 ,是土壤组成的骨干。土
壤中的固 、液 、气三相中 ,液 、气两相都受固相颗粒的
组成 、特性及其排列状态的影响 。土壤颗粒的组成 、
性质及排列方式又决定着土壤的物理 、化学和生物
特性 ,与植物生长发育所需要得水分 、空气 、热量及
养分的关系十分密切[ 3 ,4] 。
沙漠中最大的限制因子就是水分 。缺少水分会
使种子萌发缓慢或受阻 ,因为水分能使种皮软化 ,氧
气易透入 ,使呼吸加强;同时 ,水分能使种子凝胶状
275第 3 期　　　　　　　　王建成 , 等:准噶尔盆地羽毛针禾(Stipagrostis pennata)生境土壤物理特性分析　　　　　　　　
态的原生质向溶胶状态转变 ,使生理活动增强 ,促使
种子萌发 。荒漠中冬春气温低 、蒸发弱 ,故春季干旱
相对不明显 ,沙丘各部位普遍有厚度不等的悬湿沙
层 ,植物的水分供应主要依靠此部位。荒漠中春季
土壤水分的时空分布对荒漠化的控制和受损荒漠生
态系统的恢复 、重建尤为重要 。许多研究表明 ,准噶
尔盆地的古尔班通古特沙漠南缘沙丘土壤的含水量
变化特点突出[ 1 ,3 , 4] 。在春季和夏季早期 ,以融雪水
和一定降水补为水分来源 ,水在沙土中以重力下降 ,
随着时间向夏季干旱发展 ,表层土壤水分消散 ,但在
一定深度上有一个悬湿沙层存在 ,相当的含水量可
以维持至秋季[ 1 ,7] 。这是许多多年生植物赖以生长
和发育的生命基础。
我们进行的土壤分析结果充分说明羽毛针禾
(S .pennata)局域分布的生境土壤物理特性 ,透气性
好 、粘沙比例低的沙丘中上部活化沙地地带是它的
适生土壤类型。Danin(1996)[ 8 , 9]在他的研究中形象
地描述了该属植物在中东地区沙漠中适应性生存的
情形:“划分该属多年生植物的三个形态生态型最重
要的环境因素是:沙漠堆积 。生长在这种紧密堆积
沙丘中的种类是先锋种 ,它已适应了这种生境 。通
过垂直生长的气生茎 ,它们已适应了这种沙埋环境 。
沿着茎杆分布的腋芽更有利于其从沙埋中产生节
根。每一个具有`(S .pennata)型 特征的种类在大
范围的流动沙丘区内 ,都可作为优势种或伴生种” 。
由此 ,我们可以推断 ,羽毛针禾(S .pennata)根
系形态特征 、发育方式 ,植株的分蘖分式 ,繁育特点
等等各方面生态学特性和生物学特性是完全适应于
活化沙地生境的。它只能做为具有特别土壤物理性
质的活化沙地土壤的适生种 ,所以它也是沙丘上的
先锋物种。
这一侧面的研究结果也说明了羽毛针禾(S .
pennata)的优良固沙特性
参考文献:
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研究[ J] .干旱区地理 , 2003 , 26(2):154-158.
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[ J] .干旱区研究 , 1990 ,(2):52-56.
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干旱区研究 , 1997 , 14(3):41-47.
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[ J] .Journal of Arid Environments , 1996 , 34:297-311.
[ 9] Danin , A.Plants of Desert Dunes.(Cloudsley-Thompson , J.L.
[ ed.] , Adaptations of Desert Organisms).Springer , Berlin and
Heidelberg , 1996.
Analysis on the Physical Characteristics of the Soil in the Habitats of
Stipagrostis pennata in Junger Basin
WANG Jian-chen , WANG Shao-ming , WU Wei-bin
(1 College of Life Science , Shihezi University , Xinjiang BINTUAN Key Laboratory of Oasis Eco-Agriculture , Shihezi , Xinjiang 832003 , China)
Abstract:The paper is based on the analysis of the physical characteristics of the soil in the habitats of Stipagrostis pen-
nata , including three analysis items:soil particle degree , soil water content and soil bulk density.The results showed that
the plant prefers to the habitat which is of low propottion of sticky-sand , low water content in the middle-upper part of the
desert dune and high soil bulk density rather than the one that is of the opposite characteristics of the former one.It indi-
cates the physical characteristics of the soil in the habitats of S .pennata mentioned above ,which can also explain why the
grass plays as the pionner plant in improving the soil in the desert.
Key words:Sipagrostis pennata ;soil particle degree;water content;soil bulk density
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