全 文 :*通讯作者,E-mail:zhangdg@gsau.edu.cn
收稿日期:2012-04-29;修回日期:2012-10-11
基金项目:国家自然基金项目(30960264)
作者简介:张生楹(1983- ),男,甘肃省景泰县人,硕士,主要研
究方向为草地资源、生态与环境,E-mail:052zsy@163.com.
文章编号:1673-5021(2013)01-0085-06
高寒牧区醉马草草丛肥岛效应的研究
张生楹1,2,任彦文1,柳小妮1,2,张德罡1,2,*,陈建纲1,2
(1.甘肃农业大学草业学院草业科学系,甘肃 兰州 730070;
2.草业生态系统教育部重点实验室/中美草地畜牧业可持续研究中心,甘肃 兰州 730070)
摘要:对高寒牧区醉马草(Achnatherum inebrians)草丛肥岛效应进行了研究。结果表明:(1)醉马草草丛中心土
壤养分明显高于空地。(2)醉马草草丛对土壤养分富集作用从土壤表层向深层递减,从中心向边缘递减。(3)从草
丛中心到距草丛100cm土壤养分含量变化规律为:有机质在0~20cm土层先减小后不变,在20~30cm土层持续不
变;全氮和速效钾先减小后不变;全磷和速效氮在0~10cm土层先减小后增加,在10~30cm土层先减小后不变;全
钾无明显规律;pH在0~20cm土层先升高后不变,在20~30cm土层先降低、再不变、后升高;速效磷在0~20cm土
层先减小后增加,在20~30cm土层先减小后不变。整体而言,醉马草草丛全氮和速效钾、全磷和速效氮变化规律一
致,其他养分变化规律各异。
关键词:醉马草草丛;肥岛效应;土壤养分
中图分类号:Q948.113 文献标识码:A
醉马草(Achnatherum inebrians)为须根疏丛型
多年生草本植物,属禾本科芨芨草属(Achnatherum),
具有抗高寒、耐干旱、适应性强等优势[1],主要分布
在甘肃、新疆、内蒙古、青海、西藏、宁夏、四川和陕西
等地区[2]。危害面积达到0.3亿hm2 之多,直接影
响草场质量和载畜量[3]。对醉马草的研究主要集中
在其药性和毒性,以及内生菌方面,而对其生长环境
土壤养分研究却很少。
国内外对肥岛效应的研究始于20世纪60
年代,1978年 Barth和 Klemmedson将乔木或灌
木土壤养分限制性聚集在乔木或灌木下的现象
定义为肥岛效应[4],之后许多学者和专家对其内
容和定义不断完善[5]。但对肥岛效应的研究都
集中于木本植物,对草本植物的研究尚未见报
道。
本研究选取祁连山地区醉马草草丛这种在干旱
或荒漠地区特殊环境下形成的草丛肥岛,并对肥岛
定义补充为:荒漠、干旱或半干旱地区由于草丛、灌
木或乔木植物生长以及土壤养分、水分、动物、微生
物和非生物因素相互作用使得其冠幅下限制性土壤
资源显著富集或聚集的现象。通过对草地退化和荒
漠化地区的草丛肥岛现象,以及从草丛中心到空地
不同距离土壤养分变化规律的研究,来揭示醉马草
草丛肥岛土壤养分变化规律,为高寒牧区高效安全
生产、改善草场质量及干旱或荒漠退化草地恢复和
利用提供指导。
1 材料和方法
1.1 样地概况
研究区域位于甘肃省天祝县抓喜秀龙乡乡政府
附近,属于高寒荒漠草原类,海拔2800m,地理位置
为北纬37°00′、东径103°14′,年均气温为8.1℃,极
端最高气温为34.9℃,极端最低温为-24.2℃,年
降水仅250mm,蒸发量为1300mm。区内以紧实的
高山荒漠土为主。优势植物种为扁穗冰草(Agro-
pyron cristatum)、针茅(Stipa capillata)、委陵菜
(Potentilla chinensis)、狼毒(Stellera chamaejas-
me)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)。坡度
<5°,土壤pH值7.35~9.00。
1.2 试验方法
1.2.1 样地选取
本试验于2011年8月在甘肃省天祝县抓喜秀
龙乡乡政府附近进行。根据醉马草草丛发育情况选
取冠幅为32~34cm×32~34cm、草丛高约7cm(指
肥岛堆积的土堆最高处与水平地面的垂直距离)、生
长情况基本一致的5丛醉马草草丛肥岛为研究对
象,对选取的每株草丛从草丛中心到距草丛边缘
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第35卷 第1期
Vol.35 No.1
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
2013年1月
Jan.2013
0cm、20cm、40cm、60cm、100cm,东、南、西、北4个
方向按0~10cm、10~20cm、20~30cm深度采集土
壤样品(取样深度视根系分布情况而定);并将4个
方向同层的土样均匀的混合在一起。分别用Y0(草
丛中心)、Y1(草丛边缘)、Y2(距草丛20cm)、Y3(距
草丛40cm)、Y4(距草丛60cm)、Y5(距草丛100cm)
来表示。然后将土样置于已标记好的塑料袋中,带
回实验室进行土壤pH值与养分的测定。
1.2.2 分析方法
土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾分别采用
酸度计(电位法)、重铬酸钾容量法—外加热法测定、
凯氏蒸馏法、硫酸—高氯酸消煮钼锑抗比色法、
NaOH熔融-火焰光度法;土壤有效氮(N)、有效钾
(K2O)、有效磷(P)分别采用碱解扩散法、NH4OAc
浸提-火焰光度法[6]和高锰酸钾氧化-葡萄糖还原
钼锑抗比色法[7]测定。
1.3 数据分析
采用Excel2007和SPSS17.0软件进行数据的
统计分析。
2 结果与分析
2.1 有机质含量变化规律
从图1看出,在0~10cm和10~20cm土层,从
草丛中心到距草丛20cm 有机质含量分别下降了
5.99g/kg和2.04g/kg,差异显著(P<0.05);从距
草丛20cm到距草丛100cm,含量变化不大。20~
30cm土层含量变化不明显。有机质含量各土层差
异显著。
2.2 全氮含量变化规律
由图2看出,在0~10cm土层,从草丛中心到
草丛边缘,全氮含量变化不明显;从草丛边缘到距草
丛20cm含量从7.78g/kg下降到5.60g/kg,下降了
28.20%;之后随着距草丛中心距离增加,含量变化
不明显。在10~20cm土层,从草丛中心到距草丛
20cm距离含量从6.52g/kg下降到4.60g/kg,降低了
29.45%;之后随着距草丛中心距离增加含量变化不
明显。在20~30cm土层,从草丛中心到草丛边缘
含 量 从 4.74g/kg 下 降 到 3.53g/kg,下 降 了
25.52%;之后随着距草丛中心距离增加含量变化不
明显。全氮含量各土层差异显著。在0~10cm和
10~20cm土层,全氮含量草丛中心和边缘与其他各
样地差异显著;在20~30cm土层,全氮含量草丛中
心与其他样点差异显著。
不同小写字母和不同大写字母分别为同一土层和不同土层中
LSR 0.05水平上差异显著,下同
Different smal or capital letters mean significant difference at
0.05or 0.01level,respectively,the same as below
图1 醉马草草丛内外土壤有机质含量变化
Fig.1 Soil organic content of Achnatherum inebrians tussock
图2 醉马草草丛内外土壤全氮变化
Fig.2 Soil total N content of Achnatherum inebrians tussock
2.3 全磷含量变化规律
由图3看出,在0~10cm土层,从草丛边缘到
距草丛边缘20cm的土壤,全磷含量变化速率非常
大;从草丛边缘含量0.96g/kg下降到0.74g/kg,
下降了22.92%。在距草丛中心40cm出现最小值
0.71g/kg,以后随着离草丛距离增加含量有所增
加。在10~20cm土层,从草丛中心到距草丛边
缘20cm处,全磷含量变化显著,之后随着距草丛
中心距离增加变化不明显。在20~30cm土层,
含量变化不明显。在0~10cm 和10~20cm 土
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中国草地学报 2013年 第35卷 第1期
层,全磷含量草丛中心与其他样点差异显著;在
20~30cm土层,各样点差异不显著。
图3 醉马草草丛土壤全磷含量变化
Fig.3 Soil total P content of Achnatherum inebrians tussock
2.4 全钾含量变化规律
从图4看出,在0~10cm土层,从草丛中心到
草丛边缘全钾含量缓慢下降,在距草丛边缘到距草
丛40cm上升较快,从距草丛40cm到距草丛100cm
缓慢下降。10~20cm土层,从草丛中心到草丛边缘
缓慢上升,从草丛边缘到距丛20cm有所下降,随后
变化不明显。在20~30cm土层,从草丛中心到距
草丛20cm 含量上升;从距草丛20cm 到距草丛
40cm含量缓慢下降,从距草丛40cm 到距草丛
100cm含量变化不明显。在各土层,全钾含量草丛
中心与其他样地差异不显著。
2.5 pH变化规律
从图5看出,在0~10cm土层,从草丛中心到
草丛边缘土壤pH 值呈明显上升趋势,从草丛边缘
到距草丛20cm缓慢上升,以后变化不明显;在10~
20cm土层,从草丛中心到距草丛20cm缓慢上升,
以后变化不明显,且在距草丛100cm处与0~10cm
的pH相等;在20~30cm土层,从草丛中心到草丛边
缘快速下降,从草丛边缘到距草丛40cm变化不明显,
从距草丛40cm到距草丛100cm有明显的上升趋势。
2.6 速效氮含量变化规律
由图6得出,在0~10cm土层,从草丛中心到
距草丛20cm速效氮含量下降,随后含量缓慢上升。
在10~20cm和20~30cm土层,从草丛中心到距草
丛40cm缓慢下降,随后含量变化不明显。各土层
速效氮含量差异显著。在0~10cm土层,速效氮
含量草丛中心与各样点差异显著;在10~20cm土
图4 醉马草草丛土壤全钾变化
Fig.4 Soil total K content of Achnatherum inebrians tussock
图5 醉马草草丛土壤pH含量变化
Fig.5 Soil pH value of Achnatherum inebrians tussock
层和20~30cm土层,各样地速效氮含量草丛中心
与草丛边缘差异不显著,与其他各样点差异显著。
2.7 速效磷含量变化规律
由图7看出,在0~10cm土层,从草丛中心到
距草丛边缘40cm速效磷含量一直下降,并在距草
丛40cm时速效磷含量最低;以后慢慢回升,但是含
量还是未能达到草丛边缘的水平。在10~20cm土
层,从草丛中心到距草丛20cm缓慢下降,从距草丛
20cm到距草丛60cm缓慢上升,以后无明显变化。
在20~30cm土层,从草丛中心到草丛边缘含量下
降,从距草丛边缘到距草丛边缘100cm,含量变化不
明显。各土层速效磷含量差异显著,且草丛中心与其
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张生楹 任彦文 柳小妮 张德罡 陈建纲 高寒牧区醉马草草丛肥岛效应的研究
图6 醉马草草丛土壤速效氮变化
Fig.6 Soil available N content of Achnatherum inebrians tussock
图7 醉马草草丛土壤速效磷含量变化
Fig.7 Soil available P content of Achnatherum inebrians tussock
他样点差异显著。
2.8 速效钾含量变化规律
从图8看出,在0~10cm土层,从草丛中心到
草丛边缘速效钾含量呈明显下降趋势,含量从
394.71mg/kg 下 降 到 293.98mg/kg,下 降 了
25.52%。从草丛边缘到距草丛20cm,含量缓慢下
降了12.24%,随后含量变化不明显。在10~20cm
土层,从草丛中心到草丛边缘速效钾 含 量 从
314.21mg/kg 下 降 到 249.49mg/kg,下 降 了
20.60%。从草丛边缘到距草丛20cm呈明显下降
趋势,含量从249.49mg/kg下降到150.28mg/kg,
下降了39.77%。在20~30cm 土层,含量变化不
大。速效钾含量各土层差异显著,且草丛中心与其
他样点差异显著。
图8 醉马草草丛土壤速效钾变化
Fig.8 Soil available K content of Achnatherum inebrians tussock
3 讨论与结论
土壤中养分含量在草丛中心明显高于空地,这
说明草丛对周围养分有明显的富集作用。土壤的
pH草丛中心小于草丛边缘,且随土层深度增加pH
增加,这与植物生长分泌有机酸[8]或者土壤有机质
中的胡敏酸等有关[9]。土壤中全钾含量无明显变
化,这与西北土壤中全钾含量较高[10]而干旱环境土
壤中微生物和酶对其分解缓慢有关[11]。在0~
30cm土层,全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效钾各
养分总含量与有机质总含量变化基本一致,这是因
为有机质是土壤中较稳定的指标,对其他土壤养分
起决定作用[12]。
从草丛中心到距草丛100cm,醉马草草丛土壤
养分含量变化规律为:在0~20cm土层,有机质含
量先减小后不变;在20~30cm 土层,含量持续不
变。全氮含量,先减小后不变。全磷含量在0~
10cm土层,先减小后增加;在10~20cm土层,先减
小后不变;在20~30cm土层,含量持续不变。全钾
含量在0~10cm土层,先下降、再上升、最后下降;
在10~30cm土层,先上升、再下降、最后不变。pH
在0~20cm土层,先升高后不变;在20~30cm土
层,先降低、再不变、最后升高。速效氮含量在0~
10cm土层先减小后增加;在10~30cm土层先减小
后不变。速效磷含量在0~20cm土层先减小后增
加;在20~30cm土层先减小后不变。速效钾含量
先减小后不变。
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中国草地学报 2013年 第35卷 第1期
总体而言,醉马草草丛肥岛对养分富集从土壤
表层向深层递减,从中心向边缘递减,且草丛的各种
土壤养分变化规律不完全一致。
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张生楹 任彦文 柳小妮 张德罡 陈建纲 高寒牧区醉马草草丛肥岛效应的研究
Studies on Effect of Fertile Island
of Achnatherum inebrians Tussock in Alpine Pastoral
ZHANG Sheng-ying1,2,REN Yan-wen1,LIU Xiao-ni 1,2,ZHANG De-gang1,2,CHEN Jian-gang1,2
(1.College of Pratacultural Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou730070,China;
2.Key Laboratory of Grassland Ecosystem,Ministry of Education;Sino-US Center for
Grazingland Ecosystem Sustainability,Lanzhou730070,China)
Abstract:The effect of fertile island of Achnatherums inebrians tussock was studied in alpine pastoral
areas.The results showed that:(1)the soil nutrient in the centre of Achnatherums inebrians tussock was
more than that in the tussock gap.(2)nutrient enrichment in fertile island of Achnatherums inebrians tus-
sock descended from the soil surface to the deep,from the center to the edge.(3)From the grass center to
100cm away,soil nutrient content changed as folows:organic matter content in 0~20cm soil layer first
decreased and then remain unchanged,that in 20~30cm soil layer unchanged;total nitrogen and available
K content first decreased and then unchanged;total phosphorus and available N in 0~10cm soil layer first
decreased and then increased,that in 10~30cm soil layer first decreased and then remain unchanged;there
was no significant difference in total potassium content;pH in 0~20cm layer first increased and then un-
changed,that in 20~30cm soil layer,first lower,and then the same,and finaly increased;available phos-
phorus in 0~20cm soil first decreased and then increased,that in 20~30cm soil first decreased and then
remained unchanged;Generaly,the variation of total nitrogen and available K was the same,variation of
total phosphorus and available N was the same,the variation pattern of other soil nutrients in Ach-
natherums inebrians tussock was different in terms of different nutrients or properties.
Key words:Achnatherum inebrians tussock;Fertile island effect;Soil nutrient
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中国草地学报 2013年 第35卷 第1期