全 文 ：文章编号:1000-694X(2001)03-0265-06
腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度
与土壤水分关系的研究
　　收稿日期:2000-12-15;改回日期:2001-02-25
　　基金项目:国家自然科学基金重点项目(39730100);中国科学院沙坡头沙漠试验研究站基金资助
　　作者简介:付华(1954—),女(汉族),山东枣庄市人,副研究员 ,主要从事草原生态研究工作。
付 华1 ,2 , 周志宇1 , 陈善科3
(1.甘肃省草原生态研究所 , 甘肃 兰州 730020;2.中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站 , 甘肃
兰州 730000;3.内蒙古阿拉善盟草原工作站 , 内蒙古巴彦浩特　750300)
摘　要:对腾格里沙漠东南缘飞机播种区不同密度白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch)人工草地的土壤水分
和植物生长状况进行研究。结果表明 ,白沙蒿密度在5.1 ～ 9 株·m-2时 ,整个生长期土壤水分处于严重亏缺状态 , 0
～ 100 cm 土层水分含量仅为0.55%～ 0.7%,白沙蒿死亡率高达 55%～ 76.7%;密度在1.9 株·m-2时 , 其土壤水分
含量在 0.65%～ 1.01%,白沙蒿死亡率为 21.1%;密度在 1.25 株·m-2时 , 土壤水分在 0.79%～ 1.48%, 白沙蒿无
一株死亡 ,且植株个体生长状况好于密度大样地 ,并有自繁育苗补偿 , 这表明研究区种植白沙蒿的适宜密度在 1 株
·m-2左右。裸露沙地 0～ 100 cm 土壤含水量为 1.3%～ 2.48%。
关键词:腾格里沙漠;土壤水分;白沙蒿;密度
中图分类号:Q948.112.3 文献标识码:A
　　沙地作为一个裸露的生态系统 ,由于风沙活动
强烈 ,基质贫瘠 ,生物活动极微弱 ,特别是干旱区沙
地 ,其制约因素最重要的是沙地的水分分布状况及
其量值 ,沙土水分状况及其平衡也是沙区开发利用
的最重要的依据[ 1] 。近年来我国学者对不同地区
沙地水分状况 ,不同固沙植物对土壤水分的影响及
种植年限对水分的影响等进行了研究[ 2 ～ 7] 。但对
干旱区沙地植被密度与土壤水分关系的研究 ,少见
报道 。本文对腾格里沙漠东南缘 1994和 1996年飞
机播种人工草地白沙蒿(Artem isia sphaerocephala
Krasch)的密度 、生长状况和土壤水分进行观测研
究 ,以期为该区科学种植白沙蒿提供依据。
1　研究区自然状况和研究方法
1.1　研究区自然概况
研究区位于阿拉善左旗锡林高勒苏木 12 km
处 ,以阿拉善盟草原站 1994和 1996 年飞机播种白
沙蒿人工草地为研究基点 。该区具有典型的大陆性
荒漠气候特点 , 海拔1 400 m , 年均温 8℃左右 ,
≥10℃积温为3 000 ～ 3 400℃。年降水量 60 ～ 150
mm ,年蒸发量2 300 ～ 2 800 mm[ 8] 。土壤为风沙
土 ,植被主要以当年飞播的白沙蒿为主 ,个别区域有
少量的无芒隐子草(Cleistogenens songorica Roshek
Ohwi)、沙生针茅(St ipa glareosa P.Smirn)、沙鞭
(Psammochloa mogolica Hitche.Bor.)、 蒺 藜
(Tribulus terrestris L.)、 小 画 眉 (Eragrostis
poaeoides Beauv)、蒙古虫实(Corispermum mon-
golicum Iljin)等草本植物 。
1.2　研究方法
(1)土壤水分的测定 。在 1994和 1996年飞机
播种的白沙蒿人工草地上 ,分别选择较高密度 、中等
密度及裸露沙地 3 块试验样地。于 1999 和 2000
年 ,每年 6 ～ 9月 ,每月中旬采用挖土壤剖面的方法 ,
取 0 ～ 100 cm 深土样 ,每 20 cm 一层 ,3次重复 。用
烘干法测定土壤含水量 。
(2)土壤容重的测定。土壤容重采用环刀法 ,
在测水分同时分层取样测定求其平均值为样地值。
(3)土壤贮水量的计算。土壤贮水量 W th由土
壤重量百分比含水量和土壤容重按下式计算得出:
Wth =S th ×S uw ×Mc ×10
其中:S th是土层厚度(cm);Suw 为土壤容重(g ·
cm-3);Mc为土层含水量(%)。由各土层土壤贮水
量相加 ,可得一定厚度沙土层的土壤贮水量。
(3)地上部数量指标的测定。每年 9月测定土
壤水分时 ,同时进行测定 。在各样地共设 5 个 4 m
×4 m 的样方 ,测定白沙蒿的盖度 、密度 、高度 、冠幅
第 21卷　第 3期
2001年 9月 　　　　　　　　　　　　　　
中　国　沙　漠
JOURNAL OF DESERT RESEARCH
　　　　　　　　　　　　　Vol.21　No.3
S ep.2001
和地上生物量。地上生物量采用刈割法 ,盖度采用
样线法 。对 5个样方的地上部数量指标求平均 ,为
样地值。
(5)地下部生物量的测定 。挖取 0.5 m ×0.5
m×1 m 土柱 ,过筛 ,清除杂质 ,清洗烘干后称重 , 3
次重复。
2　结果和讨论
2.1　植被密度对土壤颗粒组成和表层结皮厚度的
影响
　　不同植被密度对土壤的颗粒组成有较大影响
(表 1),随着沙蒿密度增大 ,0 ～ 100 cm 土层粗砂所
占比例逐渐减少 ,裸露沙地 、中等密度和高密度下沙
地粗砂含量依次为 37.0%、25.8%和 16.3%,粗砂
含量中等密度减少了 30.3%,高密度减少 55.9%;
而细砂和粉砂增多 , 细砂含量分别为 61.1%,
70.3%和 82.2%。粉砂含量中等密度和高密度分
别为 4.2%和 4.3%,裸露沙地仅 1.2%。土壤容重
三块样地差异不大 。
　　不同植被密度对土壤表层结皮厚度也有较大影
响 ,1994和 1996年两播区较高植被密度下土壤结
皮厚度分别为 1.7 cm 和 1.2 cm ,中等密度下为 1.4
cm 和 1.1 cm ,而裸露沙地无结皮形成。这主要是
由于植被密度的增大 ,改变了流动风沙土频繁的吹
蚀堆积的动态状态 ,在相对稳定的状况下 ,随着时间
推移 ,表层细粒物质增加 ,有机质不断积累 ,土壤环
境条件得到改善 ,地表形成生物土壤结皮 。
表 1 不同植被密度下土壤的颗粒组成 、容重及结皮厚度
Tab.1　Soil granule constituent , volume-weight and biological crust depth in 3 different vegetation density
样地类型
各级粒径(mm)含量/ %
特别粗砂粒
2～ 1.0
粗砂粒
1.0～ 0.25
细砂粒
0.25～ 0.05
粉砂粒
<0.05
结皮厚度/ cm
1994年 1996年
容重/
(g·cm-3)
裸露沙地 0.5 37.0 61.1 1.2 0 0 1.69
中等密度 0.6 25.8 70.3 4.2 1.4 1.1 1.62
高 密 度 0.6 16.3 82.2 4.3 1.7 1.2 1.69
2.2　植被密度对白沙蒿生长状况的影响
表 2显示 1996和 1994年两个播区不同植被密
度白沙蒿的盖度 、地上生物量 、死亡率 、株高和冠幅 。
1996 年飞播区 ,从播种到测定时 , 白沙蒿进入壮
龄[ 9] ,正是生长的旺盛期 ,植被密度大的样地(9株·
m
-2),虽然地上生物量 、盖度都高于中等密度 ,但白
沙蒿死亡严重 , 1999年测定时死亡率为 44.4%,到
2000年当年死亡 32.3%。中等密度 1.25 株·m-2 ,
无一株死亡 ,白沙蒿个体生长良好 ,开花结籽较多 ,
株高 、冠幅都大于植被密度大样地 。1994 年飞播
区 ,植被密度大的样地 5.1株·m-2 , 1999 年测定时
白沙蒿死亡率为 55%, 2000 年当年死亡 4%,存活
2.1株·m-2;中等密度样地 1.9 株·m-2 , 1999 和
2000年死亡率为 19.4%和 1.7%,到 2000 年时存
活 1.5株·m-2 ,白沙蒿的生长状况 、地上生物量 、株
高和冠幅都高于高密度样地 ,但盖度低于高密度样
地 。两播区中等密度样地 ,测定时每样方内有 5 ～ 6
株幼苗 ,说明适宜播种密度条件下 ,白沙蒿不断有自
繁育苗补偿 。
表 2　不同植被密度白沙蒿的生长状况
Tab.2　Growing status of Artemisia sphaerocephala in 2 different vegetation density
样地类型 沙蒿密度/(株·m-2)
存活数/(株·m -2)
1999 2000
死亡率/ %
1999 2000
地上生物量
/(g·m-2)
盖度
/ %
株高
/ cm
冠幅
/ cm
1996年播区 较高密度 9 5 2.1 44.4 32.3 80.63 67.68 65.8 57.1中等密度 1.25 1.25 1.25 0 0 68.8 37.64 73.2 59.4
1994年播区 较高密度 5.1 2.3 2.1 55 4 62.0 32.5 96.4 73中等密度 1.9 1.6 1.5 19.4 1.7 94.5 24.3 120 89
2.3　植被密度对白沙蒿地下生物量及根系分布的
影响
　　不同植被密度对白沙蒿地下生物量有较大影响
(表 3)。两播区中等密度样地单位体积内地下生物
量小于高密度样地 ,但每株白沙蒿的地下生物量大
于高密度样地 。说明植被密度中等 ,白沙蒿个体生
长状况良好 ,根系茂盛 。植被密度对白沙蒿根系分
布影响不大 ,不同密度样地根系 71.4%～ 79.3%分
布在 0 ～ 20 cm土层 , 11.4%～ 19.4%分布在 20 ～
266　　　　　　　　　　　　 　　　　中　国　沙　漠　　　　　　　　　　　　　　21卷　
表 3　不同植被密度白沙蒿根系量及分布状况
Tab.3　 Root biomass of Artemisia sphaerocephala and its distribution in 2 different vegetation density
样地类型 根　　量/(g·m-3) /(g·株-1)
根系分布/ %
0～ 20 cm 20～ 40 cm 40～ 60 cm 60～ 80 cm 80～ 100 cm
1994年播区
1996年播区
较高密度 684.8 134.3 71.4 17.6 6.3 4.7 0.6
中等密度 290.7 153 79.3 11.4 5 3.6 0.1
较高密度 850.4 94.49 77.6 15.7 2.8 3.2 0.7
中等密度 173.6 138.9 76.8 19.4 3.2 0.1 0
～ 40 cm 土层。
2.4　植被密度对土壤含水量的影响
2.4.1　对土壤水分空间变化的影响
降水及植物耗水是土壤水分发生垂直变化的主
要原因 。从图 1 、图 2可看出 , 1994和 1996年两个
播区在植被密度较大时 , 0 ～ 20 cm 土壤水分含量除
个别月份受降雨(图 3)影响外 ,测定期内在 0.35%
～ 0.65%之间 , 7月份最低为 0.35%;20 ～ 40 cm 土
壤水分含量为 0.5%～ 0.75%;40 ～ 100 cm 为
0.5%～ 0.9%。整个生长期内由于白沙蒿植被密度
大 ,耗水多 ,土壤水分长期处于亏缺状态 ,特别是在
白沙蒿根系分布较密(表 3)、受气温影响较大的 0 ～
20 cm 土层土壤水分的含量 ,1999年测定 1994播区
<0.55%,1996播区<0.59%,都小于流动风沙土
的植物凋萎含水量(0.6%左右)[ 4] , 2000年测定土
图 1　1994 年飞播区不同植被密度土壤水分空间变化
F ig.1　Seasonal variation of soil water content
in 3 different vegetation density sown in 1994
图 2　1996 年飞播区不同植被密度土壤水分空间变化
Fig.2　Seasonal variation of soil wa ter content
in 3 different vegetation density sow n in 1996
图 3　腾格里沙地 1999—2000 年期间日降水
(资料来自锡林高勒气象站)
Fig.3　Dai ly rainfall in 1999—2000 in Tengger desert
壤水分含量两播区都<0.65%,这也是较高密度样
地白沙蒿大量死亡的主要原因。
植被密度中等时 , 1994年播区 1.9 株·m-2 , 0
～ 20 cm 土壤水分 1999年 7月份为 0.37%,其余在
267　3期　　　　　　　　　　　付华等:腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究　　　　　　　　　　　　　　　
0.67%～ 0.8%之间 , 20 ～ 40 cm 在 0.7%～ 1.2%,
40 ～ 100 cm 在 0.7%～ 1.6%,此样地白沙蒿的死亡
率为 21.1%;1996 年播区 1.25株·m-2 , 0 ～ 20 cm
土壤水份除 1999 年 7月份蒸发 、蒸腾强烈 ,含量为
0.6%外 ,其余在 0.8%～ 1.8%之间;20 ～ 40 cm 在
0.65%～ 1.8%之间;40 ～ 100 cm 土层含水量在
0.7%～ 1.8%之间 ,该样地白沙蒿无一株死亡 ,说明
该区种植白沙蒿的适宜密度为 1株·m-2左右 ,此时
土壤水分方可满足植物的正常生长 。
裸露沙地土壤水分仅受降水和蒸发的影响 ,并
且其地表的干沙层结构疏松能抑制下层水分的蒸
发 ,故其水分含量在 0 ～ 20 cm 变化较为剧烈 ,在气
候最为炎热的 7 月份 ,含水量最低为 0.18%,其余
时间含量在 0.6%～ 2%之间 , 20 ～ 100 cm 土层水
分较为稳定 ,变幅在 1.5%～ 2.8%之间 。
2.4.2　对土壤水分时间变化的影响
图 4显示出两播区 1999和 2000年 0 ～ 100 cm
土层测定期内不同植被密度下沙地土壤水分月变化
规律 。从图中可以看出 ,较高植被密度的两样地在
生长季节内土壤水分变幅不大 ,除 2000年 8月 12
日测定受降雨影响(8月 5日降雨 25.2 mm)在 1%
左右外 ,其余月份在 0.55%～ 0.7%之间 。这主要
是由于该区气候干旱 ,土壤水分含量仅在 2%左右 ,
随着白沙蒿植物的生长发育 ,土壤中稳定含水层的
水分被植物蒸发蒸腾所消耗 ,其含水率已接近植物
的凋萎含水量。而裸露沙地 0 ～ 100 cm土壤水分含
量季节变化较明显 ,6月较高 , 7月因蒸发影响降至
图 4　不同植被密度 0 ～ 100 cm 土层水分随时间变化
Fig.4　Seasonal v ariation of w ater at 0 ～ 100 cm sandy soil depth
in 3 different v ege tation density
图 5 不同植被密度 0 ～ 100 cm 土层平均蓄水量
F ig.5　Mean volume of accumulating w ater at 0 ～ 100 cm sandy
soil depth in 3 different vegetation density
最低点 ,8 、9月由于降雨补充又逐渐升高 ,整个测定
期内变幅为 1.3%～ 2.48%。中等密度样地土壤水
分变化趋势介于高密度与裸露沙地之间 ,其变幅在
0.65%～ 1.48%之间。
268　　　　　　　　　　　　 　　　　中　国　沙　漠　　　　　　　　　　　　　　21卷　
2.4.3　对土壤贮水量的影响
土壤贮水量更可直接反映各种植被土壤水分的
量值 。由图 5可以看出 ,由于植物对水分的消耗 ,土
壤水分蓄积量随植被密度的增加而减少 ,测定期内
0 ～ 100 cm 沙土层的水分平均蓄积量在裸露沙地 、
中等密度和较高密度三样地 , 1999年测定 , 1994 年
播区依次为 28.16 , 14.75 和 10.52 mm;1996 年播
区依次为 29.08 , 15.70和 10.99 mm 。2000 年测定
1994播区依次为 31.94 、16.2和13.58 mm ,1996播
区为 33.97 、15.75 和 12.36 mm 。2000年测定期内
水分平均蓄积量各样地都高于 1999年 ,主要原因是
2000年 8月是在降雨25.2 mm后第 7天测定 ,对水
分测定值有较大影响 ,致使测定期内平均结果偏高 。
3　结论
(1)植被密度对土壤颗粒组成和结皮厚度有较
大影响 ,裸露沙地 、中等密度和高密度沙地粗砂含量
依次为 37.0%、25.8%和 16.3%;细砂含量分别为
61.1%、70.3%和 82.2%;粉砂为 1.2%、4.2%和
4.3%;生物土壤结皮厚度分别为 0 、1.1 ～ 1.2 cm 和
1.4 ～ 1.7 cm 。
(2)1994 和 1996 年两飞播区白沙蒿密度在
5.1 ～ 9株·m-2时 ,测定期内0 ～ 100 cm 土壤水分含
量在 0.55%～ 0.70%之间 , 0 ～ 20 cm土层水分含量
为0.35%～ 0.65%,测定时白沙蒿死亡率 55%～
76.7%。密度在 1.9 株·m-2时 , 0 ～ 100 cm 土壤含
水量在 0.65%～ 1.01%,0 ～ 20 cm 土层水分含量为
0.37%～ 0.8%,白沙蒿死亡率为 21.1%。植被密
度在 1.25株·m-2时 , 0 ～ 100 cm 土层水分含量在
0.79%～ 1.48%之间 ,0 ～ 20 cm 土层含量为 0.6%
～ 1.8%,样地白沙蒿无一株死亡 ,而且植株个体生
长状况好于较高密度样地 。裸露沙地 0 ～ 100 cm 土
壤含水量在 1.3%～ 2.48%之间 。
(3)该区飞播白沙蒿的适宜密度为 1 株·m-2
左右 ,可使白沙蒿生长健壮 ,寿命延长 ,更重要的是
植株每年正常结籽 ,冬春季节籽粒落地 ,不断有自繁
育苗补偿 ,可延长飞播草地的利用年限 。
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269　3期　　　　　　　　　　　付华等:腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究　　　　　　　　　　　　　　　
A Study on Relationship between Vegetation Density and Soil Water Content of
Artemisia sphaerocephala Air-sown Grassland in South-eastern Edge of
Tengger Desert , Inner Mongolia , China
FU Hua1 , 2 , ZHOU Zhi-yu1 , CHENG Shan-ke3
(1.Gansu Grassland Ecological Research Inst itute , Lanzhou 730020 , China;2.Shapotou Deser t Research & Experiment Station ,
Cold and A rid Regions Environmen tal and E ngineering Research Insti tute , CAS , Lanzhou 730000 , China;3.Grassland Station of
Alxa Region , Bayanhot 750300 , In ner Mongol ia , China)
Abstract:Relationships of soil w ater content and plant g row th in Artemisia sphaerocephala air-sow n g rassland
w ere studied in southeastern edge of Tengger desert.The results showed that w hen vegetation densi ties w as 5.1
～ 9 plant·m -2 , soil water contents were only 0.55%～ 0.70% in 0 ～ 100 cm layer severely insufficient to need
and plant mortality rates w ere as high as 55%～ 76.7%;When vegetation density w as 1.9 plant·m-2 , soil w a-
ter content w ere 0.65%～ 1.01%and plant mortality rate w as 21.1%;However , when vegetation density was
1.25 plant·m-2 , soil w ater contents were 0.79%～ 1.48%, no plant died , individual plant w as grow ing better
than those in high density field , and self-multiplied seedling s w ere growing under this condi tion.Therefore , the
optimal density of Artemisia sphaerocephala was about 1.0 plant·m-2 in this area.The study also indicated
that soil granule consti tuent and microbiotic soil-crust depth w ere af fected by vegetat ion density greatly.Coarse
sand contents were respectively 37.0%, 25.8%and 16.3%in bare desert , middle vegetation densi ty and high
vegetation density , whereas the correspondent thick of crusts w ere 0 , 1.1 ～ 1.2 and 1.4 ～ 1.7 cm.By contrast ,
soil w ater content w as 1.3%～ 2.48%in bare desert.
Key words:Tengger desert;soil water content;Artemisia sphaerocephala;vegetation density
270　　　　　　　　　　　　 　　　　中　国　沙　漠　　　　　　　　　　　　　　21卷