全 文 :*通讯作者
收稿日期:2010-02-09;修回日期:2010-03-11
基金项目:北京市农林科学院青年科研基金课题“农村裸露地生
态草植被快速修复技术研究与示范” ;北京市优秀人才培养资助项目
(20071D020500044);国家科技攻关计划项目(2004BA617B02)
作者简介:包贺喜吐(1982-),男(蒙古族),内蒙古通辽市科左中
旗人 ,在读硕士研究生 , 研究方向为植物生态学 , E-mail:hexige-
tu2003@163.com.
文章编号:1673-5021(2010)03-0039-06
草地雀麦种植对坡地土壤水分动态变化的影响
包贺喜吐1 , 2 ,孙铁军2 , * ,红 雨1
(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院 ,内蒙古 呼和浩特 010022;
2.北京市农林科学院草业与环境研究发展中心 , 北京 100097)
摘要:选择 15°坡地设置草地雀麦种植试验小区 ,并以裸露地为对照 , 在自然降雨条件下观察草地雀麦生物学特
性及坡地土壤含水量变化 ,研究草地雀麦种植对坡地土壤水分动态变化的影响。结果表明:草地雀麦种植对坡地土
壤水分动态变化影响显著 ,且地下生物量越大影响越大。在北京地区草地雀麦种植 2 年后地上生物量达 4412.7
kg/hm2 , 0 ~ 30cm 地下生物量达 3325.3kg/ hm2 , 且 0~ 10cm 土层地下生物量是草地水土保持功能发挥的主要组成
部分。北京地区土壤水分变化较为明显的时期主要在 3 ~ 10 月份 ,其动态变化大体可分为雨季前期(3 ~ 6 月)和雨
季(7 ~ 10 月)两个阶段 , 其中 ,雨季前期土壤含水量较低 ,草地雀麦种植可以减缓坡地 0 ~ 60cm 深度土壤含水量的下
降 ,并以 0 ~ 20cm 土层作用最大 ,维持土壤含水量在 11.5%~ 12.0%之间;雨季降雨明显增加时 , 草地雀麦可以促进
坡地土壤水分吸收达到相对较高的状态 , 并在土壤含水量高于 23%以上后 ,加速 0 ~ 60cm 土层尤其是 0 ~ 20cm 土
层土壤水分散失 ,维持土壤含水量在 17.5%以下。
关键词:草地雀麦;土壤水分;动态变化
中图分类号:S152.7;S812.2 文献标识码:A
北京现有荒山 1400km2 ,占北京山区总面积的
13.5%,荒山荒坡植被覆盖度低 ,是北京生态圈建设
的重要组成部分 ,也是山区生态建设的重点和难
点[ 1] 。土壤水分作为植物生长的主要影响因子 ,对
荒山荒坡植被恢复与重建影响巨大[ 2 ~ 3] 。土壤水分
动态变化受多种因素影响 ,如气象条件 、地形地貌 、
土壤类型 、地表覆盖等[ 4 ~ 5] ,且不同气候区域土壤水
分动态变化规律不同[ 7 ~ 11] 。植被作为重要的生态
因子 ,是影响土壤水分最活跃 、最积极的因素 。植被
的盖度和生长状况都会在一定程度上影响土壤含水
量 ,李毅等研究表明人工草盖度越大降雨入渗补给
量越大 ,进而影响土壤水分的变化[ 12] 。董三孝采用
渗透筒法研究表明 ,植被恢复能够改善土壤的入渗
能力[ 13] 。盛才余等在云南南涧干热退化山地人工
植被恢复研究中得出 ,根据降水情况 ,该地区年内可
粗略地分为雨季(5 月份之后)和非雨季(1 ~ 5 月
份),雨季前土壤含水量较低 ,随着雨季的到来 ,土壤
含水量逐步增加 ,之后保持较高水平 ,雨季结束后 ,
土壤含水量随之减少 ,并在以后的一段时期内保持
较低水平[ 14] 。卢宗凡等在黄土高原人工草地对土
壤水分动态变化研究表明 ,该地区土壤水分季节性
变化可分为三个时期:春季失墒期(4 月初 ~ 6 月上
旬),土壤含水量较低;夏季增墒期(6 月中旬 ~ 9 月
下旬),土壤水分随着降雨增大而增大;秋末冬季缓
慢失墒期(9月下旬 ~ 翌年 3月下旬),土壤水分逐
渐减少[ 15] 。与此同时 ,同一气候区域不同空间 ,土
壤水分分布规律也有一定差异 ,邱扬等在陕北黄土
高原的研究表明 ,随着土壤深度增加 ,土壤含水量显
著增加[ 16] 。杨新民等在晋西北黄土丘陵沟壑区研
究表明 ,随着土层深度增加 ,土壤含水量呈减少趋
势[ 17] 。北京市地处华北平原北端 ,属温带大陆性季
风气候[ 18] ,与我国亚热带及黄土高原气候有明显差
异 ,所属地区土壤水分动态变化特征亦有别。草地雀
麦是多年生禾本科牧草 ,抗旱 、耐寒 、耐贫瘠 ,根系发
达 ,覆盖能力强 ,适于冷凉干燥地区生长 ,是北京乃至
我国北方地区水土保持的优良牧草[ 19] 。试验选择草
地雀麦进行裸露坡地人工草地建植 ,研究坡地土壤水
分变化规律 ,探讨人工植被建植对坡地土壤水分动态
变化的影响 ,以期为北京地区荒山荒坡地植被恢复与
重建提供依据。
—39—
第 32 卷 第 3 期 中 国 草 地 学 报 2010 年 5 月
Vol.32 No.3 Chinese Journal of G rassland May.2010
1 自然条件概况
试验区位于北京市昌平区小汤山国家精准农业
示范基地 ,北纬 39°34′、东经 116°28′,海拔 50m 左
右 ,为典型的暖温带大陆性季风气候 ,具有四季分明
的特点 , 年度间气候变幅较大 ,年平均气温 8.5 ~
12℃,全年无霜期180 ~ 200d ,年日照 2600 ~ 2800h 。
2007年平均气温 11.5℃, ≥0℃积温 4400℃, 年降
水量 600mm 左右。北京地区的气候特点主要表现
为:春季至夏初的 3 ~ 6月份 ,气温回升快 ,降水分
散 ,强度小 ,土壤相对干旱 ,为雨季前期;夏季至秋初
的 7 ~ 10月份 ,降雨次数明显增加 ,强度大 ,土壤较
为湿润 ,为北京的主要降雨季节(简称雨季);11 月
份之后降雨大幅度减少 ,土壤水分相对稳定 ,为雨季
后期(图 1)。
图 1 2007 年试验区月平均气温与降水量
Fig.1 The average monthly tempe rature and
precipitation in expe rimental plot in 2007
2 材料与方法
2.1 试验材料
草地雀麦(Bromus riparius)种子引自加拿大 。
2.2 试验设计
以裸露坡地为对照(CK),以草地雀麦种植地为
处理 ,3次重复 ,共 6个试验小区。小区全部设置在
15°坡地上 , 坡向坐南向北 , 每小区面积 2m ×3m 。
小区由砖石水泥砌墙而成 ,墙高1.5 ~ 2.5m ,墙内表
面做防水层 ,防止水分侧渗 ,每个小区最低处设出水
口 ,地表径流可以自然流出。2005年 9月采用等高
线条播方式播种 ,行距 15cm ,建植 2 年后草地雀麦
营养生长期密度为 1100 ~ 1300 万株/hm2 。试验区
光照充足 ,通风条件良好 ,土质疏松 ,平均容重 1.2
g/cm3 ,有机质含量 1.77%,全氮 0.98g/kg , 全磷
0.76g/kg ,全钾16.43g/kg ,有效氮 62.2mg/kg ,有效
磷 2.9mg/kg ,有效钾 143.7mg/kg ,pH 值 7.45[ 20] 。
2.3 测定方法
2.3.1 降雨量测定
试验区安装美国 Dynamax 公司制造的 Dy-
namet 型自动气象站 ,全年 12个月自动记录不同时
段降雨量 。
2.3.2 植被高度和覆盖度测定
草地雀麦种植地返青后定期测定植被高度 ,重
复 3次。采用样点法 ,使用美国 Decagon公司生产
的 First G row th 盖度分析仪测定植被地表覆盖度 ,
每小区重复 3次。
2.3.3 植被生物量测定
9月下旬在草地雀麦种植地试验区内 ,随机选取
1m×1m样方 ,收获样方内全部地上部分 ,重复3次 ,并
用直径 8cm 的根钻在每个样方中取 0 ~ 10cm、10 ~
20cm 、20 ~ 30cm土层内土壤 ,冲洗根系 ,然后将地上部
分与根系分别放入烘箱 ,80℃烘干至恒重 ,称干重 ,重
复 3次 ,计算草地雀麦地上 、地下生物量。
2.3.4 土壤水分的测定
采用时域反射仪(Time domain ref lectometry)
在 4 ~ 12月定期测定 0 ~ 80cm深度每 20cm 土层的
剖面容积含水量 ,监测土壤含水量的动态变化。
2.3.5 变异系数计算
0 ~ 80cm 深度各土层土壤含水量变异系数
(Cv)的计算公式为:Cv=S/X 。式中 , S为土壤含水
量测定样本标准差;X为不同深度各层土壤含水量
测定样本平均值。
3 结果与分析
3.1 草地雀麦对坡地土壤水分垂直变化特征的影响
北京地区草地雀麦种植 2年后 , 2007年 3月份
植株开始返青 ,7月底植被高度与覆盖度达到最大 ,
为 76.2cm 和 97.3%,地上生物量达 4412.7kg/hm2 ,
0 ~ 30cm 地下生物量为 3325.3kg/hm2 , 且 0 ~
10cm 土层地下生物量占 0 ~ 30cm 的 80%以上 。
2007年草地与裸地 0 ~ 80cm 不同土层年平均土
壤含水量及其变异系数计算结果表明(表 1),同一
土层草地土壤含水量变异系数均高于裸地 ,且不
同土层草地土壤含水量变异系数随土壤深度增加
逐渐减小 ,与草地地下生物量随土壤深度增加而
减少的分布规律相一致 ,说明草地雀麦种植对坡
地土壤水分变化具有显著影响 ,且地下生物量越
多影响越大 。
—40—
中国草地学报 2010年 第 32 卷 第 3 期
表 1 草地与裸地不同土层土壤含水量及变异系数
Table 1 Variation coefficient of soil moisture content in
different layers in grassland and bare ground
土层深度(cm) 项 目 草 地 裸 地
Soil layer depth(cm) Project Grassland Bare g rou nd
0~ 20 含水量(%) 13.84±1.63 17.79±1.50
变异系数 0.2627 0.2426
20~ 40 含水量(%) 16.78±1.80 22.02±1.11
变异系数 0.2583 0.1489
40~ 60 含水量(%) 17.30±2.94 21.77±3.71
变异系数 0.2435 0.1264
60~ 80 含水量(%) 21.06±0.94 25.12±1.42
变异系数 0.2430 0.0588
3.2 草地雀麦对坡地 0 ~ 80cm土壤水分年内动态
的影响
2007年 4月 17日到 12月 7日对试验小区裸
露地与草地进行连续的土壤水分动态监测 ,结果
如图 2。坡地土壤含水量动态变化大体可分为两
个阶段:第一阶段 ,雨季前期(6月 30日之前),土
壤含水量持续下降;第二阶段 ,雨季(6 月 30 日之
后),土壤含水量逐步上升 。其中 ,土壤含水量下
降阶段初期(4月份)草地相对裸地下降较为平缓 ,
而上升阶段初期(7月份)草地土壤含水量迅速上
升 , 7月 31 日达到最高值 23.3%, 差异不显著 。
表明雨季前期土壤含水量较低时 ,草地雀麦对坡
地土壤水分散失有一定的延缓作用 ,而雨季降水
充沛时 ,草地雀麦又可以加速土壤水分吸收并达到
相对较高的状态 。
图 2 坡地土壤水分的动态变化
Fig.2 Dynamic change s o f slope soil moisture
3.3 雨季前期草地雀麦对坡地土壤水分的影响
3.3.1 雨季前期草地雀麦对坡地土壤 0 ~ 80cm 水
分动态的影响
2007年 6月处于土壤相对干旱的雨季前期 ,月
平均气温 25.2℃,出现 3次降雨 ,分别在 6月 12 、19
和 27日 ,每次降雨量均不足 7.4mm ,对草地与裸地
土壤含水量变化趋势影响不大 。6月 1 ~ 29日试验
小区土壤水分动态监测数据(图 3)显示 ,裸露坡地
土壤含水量从 20.7%下降至 18.1%,其动态变化呈
现先下降后平缓的趋势 ,与此同时 ,草地土壤含水量
始终保持在 11.5%~ 12.0%之间 ,没有明显变化 ,
表明雨季前期土壤含水量较低时 ,草地雀麦种植可
以抑制坡地土壤水分进一步散失 ,保持土壤含水量
相对稳定 。
图3 雨季前期草地与裸地 0~ 80cm 土层土壤水分动态的变化
Fig.3 Dynamics changes of soil moisture at 0 ~ 80cm layers
in the ear ly rainy season in g rassland and bar e gr ound
3.3.2 雨季前期草地雀麦对坡地不同土层土壤水
分动态的影响
2007 年 6月 1 ~ 29日坡地不同土层土壤含
水量动态监测结果显示 ,裸地各土层土壤含水量
随时间延续均有不同程度降低 , 而草地 0 ~
20cm 、20 ~ 40cm 、40 ~ 60cm 土层土壤含水量基
本稳定在 10.8%~ 12.9%之间 , 表明雨季前期
草地雀麦可以减缓坡地 0 ~ 60cm 深度土壤含水
量的下降趋势(图 4)。进一步分析草地不同土层
土壤含水量的相关性 ,草地 0 ~ 80cm 土层土壤含
水量变化与草地 0 ~ 20cm 土层土壤含水量变化
显著相关(R=0.885),与 20 ~ 40cm 、40 ~ 60cm 、
60 ~ 80cm 土层土壤含水量相关性不显著 , 说明
雨季前期草地雀麦对坡地不同深度土壤含水量
的下降趋势减缓程度不同 ,对 0 ~ 20cm 土层土壤
含水量减缓作用最大 。
—41—
包贺喜吐 孙铁军 红 雨 草地雀麦种植对坡地土壤水分动态变化的影响
图 4 雨季前期草地与裸地不同土层土壤水分的动态变化
Fig.4 Dynamics changes of soil moisture at different layers in the early rainy season in g rassland and bare g round
3.4 雨季草地雀麦对坡地土壤水分的影响
3.4.1 雨季草地雀麦对坡地土壤 0 ~ 80cm 水分动
态的影响
2007年 8月为北京的雨季 ,降雨次数相对集中
且降雨量大 ,土壤含水量相对雨季前期较高。8月 1
~ 30 日试验小区土壤含水量监测数据显示 , 8月 1
~ 7日连续 7次降雨 ,最大次的降雨量 25.9mm ,最
小次为 0.25mm 。草地与裸地土壤含水量迅速升
高 ,达到 23.04%和 23.42%且二者差异不显著 ,之
后土壤含水量逐渐下降 ,其中 ,草地土壤含水量下降
幅度相对裸地较大 ,并于 8月 24日显著低于裸地 ,
达到 17.5%,而后下降幅度减缓 ,保持在 16.8%~
17.5%之间 ,变化不明显(图 5)。由此可见 ,雨季土
壤含水量较高时 ,草地雀麦具有加速土壤水分散失 、
维持坡地土壤水分平衡的作用 。
3.4.2 雨季草地雀麦对不同土层土壤水分动态的
影响
2007年 8月 1 ~ 30 日坡地不同土层土壤含水
量动态监测结果显示 ,裸地土壤含水量 0 ~ 20cm 土
层从 24.6%降低到 19.0%,下降了 5.6%, 20 ~
80cm 土壤各层均保持在 22.3%~ 24.3%之间 ,变
化不明显;而草地除 60 ~ 80cm 土层土壤含水量变
化不明显外 , 0 ~ 20cm 、20 ~ 40cm 、40 ~ 60cm 土层土
壤含水量均有较大幅度降低 ,其中 0 ~ 20cm 土层土
壤含水量下降幅度最大 ,达 10.4%,20 ~ 40cm 和 40
图 5 雨季草地与裸地 0 ~ 80cm 土层土壤水分动态变化
Fig.5 Dynamics changes of soil moisture at 0~ 80cm layer in
the rainy season in g ra ssland and bare g round
—42—
中国草地学报 2010年 第 32 卷 第 3 期
图 6 雨季草地与裸地不同土层土壤水分动态变化
Fig.6 Dynamics changes o f so il moisture a t differ ent layer s in the rainy season in gr assland and bare g round
~ 60cm 土层各下降 8.4%和 8.5%(图 6)。分析草
地不同土层土壤含水量相关性表明 ,草地 0 ~ 80cm
土层平均土壤含水量变化趋势与草地 0 ~ 20cm 、20
~ 40cm 、40 ~ 60cm 土层土壤含水量变化极显著相
关(R=0.938 、0.978 、0.908),与 60 ~ 80cm 土层土
壤含水量相关性不显著 ,表明雨季草地雀麦主要可
以加速 0 ~ 60cm 深度土壤水分的散失 ,其中对 0 ~
20cm 土层土壤含水量散失的作用相对更大。
4 小结
植物生物学特性是植被生态功能发挥的重要前
提和基础 ,也是土壤水分变化的主要影响因素之一 。
北京地区草地雀麦种植 2年后 , 3月植株开始返青 ,
7月底植被高度与覆盖度达到最大 ,为 76.2cm 和
97.3%,地上生物量可达 4412.7kg/hm2 , 0 ~ 30cm
地下生物量为 3325.3kg/hm2 ,且 0 ~ 10cm 土层地
下生物量占 0 ~ 30cm 地下生物量的 80%以上 ,是草
地水土保持功能发挥的主要组成部分。草地雀麦种
植对坡地土壤水分动态变化的影响较大 ,地下生物
量越多影响越明显 。北京地区坡地土壤水分动态变
化较为明显的时期在 3 ~ 10 月之间 ,可分为雨季前
期(3 ~ 6月)土壤含水量持续下降和雨季(7 ~ 10月)
土壤含水量逐步上升阶段 ,其中 ,雨季前期降雨稀
少 、土壤含水量较低 ,草地雀麦可以减缓坡地土壤水
分散失 ,使土壤含水量保持在 11.5%~ 12.0%之
间 ,雨季降雨明显增加时 ,草地雀麦又可以加速坡地
土壤水分吸收并达到相对较高的状态 。
草地雀麦种植对坡地不同深度土层土壤含水量
动态变化影响不同 ,雨季前期草地雀麦主要可以减
缓坡地 0 ~ 60cm 深度土壤含水量下降 ,尤其对 0 ~
20cm 土层的减缓作用最大;雨季坡地土壤含水量快
速升高达到 23%以上时 ,草地雀麦又可以加速 0 ~
60cm 深度 ,尤其是 0 ~ 20cm 深度土层土壤水分散
失 ,使土壤含水量降低到 17.5%以下。
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(下转第 50页)
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中国草地学报 2010年 第 32 卷 第 3 期
Biological Characteristics of Flowering and Pollination
of Iris lactea var.chinensis
WANG Yu-qing1 , 2 ,MA Xiao-chun3 ,ZHOU Yan-lin3 , QIN Yan2
(1.Graduate School o f Chinese Academy o f Agricultural S ciences ,Bei j ing 100081 ,China;
2.Grassland Research I nst itute o f Chinese Academy o f Agricultural S ciences/Key Laboratory of
Grassland Resources and Ecology ,Ministry of A griculture , the Peop les Repulic of China ,
Hohhot 010010 ,China;3.Collegeo f L i f e Science , I nner Mongol ia Universi ty , Hohhot 010020 , China)
Abstract:Using Iris lactea var.chinensis as testing material , the vigor of pollens w hich were collected at dif-
ferent time and collected at the same time under different storage conditions were determined with TTC method;
the pollination mechanism of Iris lactea var.chinensis was determined w ith the method of cover bag.The results
showed that after flowering , the vigor of pollen declined w ith time prolonging;the vigor of pollens w as still main-
tained above 50%at 4℃and under dry conditions for 48 hours;Iris lactea var.chinensis is the plant of cross-polli-
nation and rely on external factors for natural pollination , insect pollination is one of their pollination w ays.
Key words:Iris lactea var.chinensis;Flowing;Pollination;Biological characteristics
(上接第 44页)
Effect of Meadow Brome(Bromus riparius)Planting
on Soil Moisture Dynamic Changes
Baohexitu1 , 2 ,SUN Tie-jun2 , HONG Yu1
(1.Instituteof Li fe Scinece and Technology , Inner Mongolia Normal University , Hohhot 010022 ,China;
2.Beij ing Research and Development Center for Grass and Environment ,Bei j ing 100097 ,China)
Abstract:In natural rainfall conditions , the meadow brome was planted in runoff-plots on the 15 degree slope ,
and meadow brome biological characteristics and soil moisture dynamic changes were observed compared with CK of
the bare slope , then the effect of meadow brome planting on soil moisture dynamics changes in the slope was studied.
The results showed that the effects of meadow brome planted on the slope had a significant effect on soil moisture dy-
namics , and the more meadow brome underground biomass increasing , the more effect.The above-ground biomass of
meadow brome growing for two years in Beijing w as 4412.7kg/hm2 and underground in the 0 ~ 30cm soil was
3325.3kg/hm2 .And underground biomass in the 0 ~ 10cm soil was more important to soil and water conservation.In
Beijing , soil moisture changes occurred obviously during March to October , which can be divided into two periods ac-
cording to the dynamic characters including early rainy season(March ~ June)and rainy season(July ~ October).In
early rainy season in which soil moisture was low , meadow brome may keep soil moisture in 0 ~ 60cm soil , especially
in 0 ~ 20cm soil , and soil moisture in slope can be kept in level of 11.5%to 12.0%.When rainfall w as increased obvi-
ously in rainy season , meadow brome can promote soil moisture increase in the slope soil , and soil moisture was more
than 23%, soil moisture in 0~ 60cm , especially in 0~ 20cm , was lost quickly , soil moisture was kept at less than 17.5%.
Key words:Meadow brome;Soil moisture;Dynamic changes
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