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The effect of planted Caragana density on the spatial distribution of soil nutrients in desert steppe

人工柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布的影响



全 文 :人工柠条灌丛密度对荒漠草原土壤
养分空间分布的影响
杨阳,刘秉儒,宋乃平,杨新国
(宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,宁夏 银川750021)
摘要:将荒漠草原人工柠条灌丛按密度分为高密度(HD)、中密度(MD)和低密度(LD),水平方向分灌丛根围(RS)、
冠缘(MS)和灌丛间(IS),垂直方向分0~10cm,10~20cm,20~40cm,40~60cm,60~80cm,80~100cm,以同
一区域的荒漠草原为对照(CK),系统展开柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布的影响。结果表明:随柠条
灌丛密度的增加,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(AP)、碱解氮(AN)含量逐渐增加,表层(0~10
cm)增幅最大,底层(80~100cm)增幅最小,其中AP对柠条灌丛密度的敏感性最高;无论水平还是垂直方向均以
HD柠条灌丛增加荒漠草原土壤养分效应最为显著。垂直方向柠条灌丛对TN、TP、AP、AN增加效应集中于表层
以下,对SOC增加效应集中于20cm土层以下,且增加效应随土层深度增加逐渐减弱;水平方向同层相比,以根围
增加效应最为显著,灌缘、灌丛间次之,随土层深度该增加效应逐渐平稳或消失。综合表明:人工柠条灌丛能够增
加荒漠草原土壤养分,以 HD柠条灌丛根围表层(0~10cm)增加效应最强,这种增加效应在垂直方向随土层深度
增加逐渐减弱,水平方向则朝着远离根的方向减弱,虽然柠条灌丛对荒漠草原土壤养分的空间分布有增加效应,但
并未影响到荒漠草原土壤养分的垂直分布格局。
关键词:人工柠条灌丛;密度;荒漠草原;土壤养分;空间分布
中图分类号:S812.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2014)05010709
犇犗犐:10.11686/cyxb20140512  
  柠条锦鸡儿(犆犪狉犪犵犪狀犪犽狅狉狊犺犻狀狊犽犻犻)是豆科锦鸡儿属(犆犪狉犪犵犪狀犪)旱生落叶灌木[1],主要分布于黄土高原和
西北等荒漠地区[2],具有防风固沙和保持水土等抗逆特性[3],能形成大面积的人工固沙植被群落,对荒漠地区植
被建立和生态恢复等方面发挥着重要作用[1,4],也是我国北方农牧交错带具有极大推广意义的固沙植物。
宁夏东部荒漠草原特殊的地理位置和恶劣的环境条件,是我国典型的生态脆弱区。人工种植柠条灌丛能够
提高荒漠草原物种的丰富度[45],是遏制其退化的有效途径之一,合理筛选柠条灌丛密度成为遏制荒漠草原退化
的关键,柠条灌丛密度与荒漠草原土壤养分空间分布格局的关系显得尤为重要。近年来关于荒漠草原柠条灌丛
与土壤性质的研究已有不少报道,主要集中于柠条根系与土壤水分、土壤性质演变规律等[69],但其内在养分关系
及空间格局影响机理尚未得到揭示,因此,在荒漠草原研究人工柠条灌丛密度对其土壤养分空间分布影响,对于
合理构建固沙植被有着重要而深远的意义。本文以封育状态下的荒漠草原相同立地条件10年人工柠条灌丛为
研究对象,将其划分为不同密度等级(高密度 HD、中密度 MD、低密度LD),按照水平方向和垂直方向系统展开
柠条灌丛密度对土壤养分空间分布的影响,为荒漠草原退化草地的恢复和可持续利用、荒漠植物生长和恢复合理
配置格局提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区自然概况
研究区为宁夏中东部盐池县典型荒漠草原区,位于毛乌素沙地南缘,该区属于中温带半干旱区,欧亚草原区、
第23卷 第5期
Vol.23,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
107-115
2014年10月
收稿日期:20140307;改回日期:20140522
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)前期专项(2012CB723206)和国家自然科学基金(31460161)资助。
作者简介:杨阳(1988),男,湖北襄阳人,在读硕士。Email:yangyangnature@163.com
通讯作者。Email:bingru.liu@163.com
中部草原区的过渡地带,是典型的鄂尔多斯台地,具有毛乌素沙地的典型气候特征,气候类型属于温带大陆性季
风,年均温度7.6℃,年积温2944.9℃,无霜期138d,干燥度3.1,年均风速2.8m/s,每年5m/s以上的扬沙达
323次,年平均降雨量在180~300mm,主要集中在7-9月,约占全年的60%以上,年蒸发量在1221.9~2086.5
mm。该地区具有典型荒漠植被明显的沙生特征,土壤类型主要是沙化灰钙土,土壤质地多为轻壤土、沙壤土和
风沙土,结构松散、肥力较低等,与柠条灌丛的伴生种为中亚白草(犘犲狀狀犻狊犲狋狌犿犮犲狀狋狉犪狊犻犪狋犻犮狌犿)、蒙古冰草(犃犵狉狅
狆狔狉狅狀犿狅狀犵狅犾犻犮狌狀)、短花针茅(犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪)、猪毛蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪狊犮狅狆犪狉犻犪)等,将其按照密度等级划分为高
密度(HD)、中密度(MD)、低密度(LD),带间距分别为1.5,3.0和6.0m;对应密度为4530,3670和2560丛/hm2
的3种造林模式。
1.2 样品采集
2012年10月上旬在宁夏东部盐池典型荒漠草原区,以临近的荒漠草原作为对照(CK),分别研究 HD、MD
和LD柠条灌丛根围、灌缘、灌丛间土壤养分分布规律及对荒漠草原土壤养分含量空间的影响,水平方向分灌丛
根围、冠缘和灌丛间,垂直方向分为0~10cm,10~20cm,20~40cm,40~60cm,60~80cm,80~100cm土层,
系统展开人工柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布影响,选取的4种样地重复取样3次,在每个取样点采
取五点取样法取混合土样,同时在取土样地附近挖剖面,取相应土层的环刀样品。
1.3 样品测定方法
土壤样品经自然风干后,去除植物根系等杂物,通过2mm筛。土壤容重采用环刀法测定[10];土壤含水量采
用烘干法测定;土壤pH采用电极电位法测定(5∶1水土比浸提液);土壤电导率采样P4多功能测定仪(Multi
lineP4UniversalMeter,WTM 公司,Germany)测定;有机碳(SOC)采用重铬酸钾氧化外加热法测定;全磷
(TP)采用NaOH碱溶-钼锑抗比色法测定;有效磷(AP)采用NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法测定;全氮(TN)采
用半微量凯氏定氮法测定;碱解氮(AN)采用NaOH-H3BO3 法测定[11]。
1.4 数据分析
利用Excel2003和SPSS13.00软件对数据进行分析,采用 Origin7.5作图,单因素方差进行分析(One
WayANOVA),采用LSD法进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 土壤剖面养分分布比较
如图1所示,4种样地在不同深度有机碳含量垂直分布明显不同,垂直分布规律表现为,随着土层深度增加,
呈现先上升后下降趋势,均以80~100cm土层最低;LD和 MD柠条灌丛有机碳含量最高值出现在40~60cm
土层;CK和 HD柠条灌丛有机碳最高值在20~40cm土层;表层有机碳含量大小依次为 HD>MD>CK>LD,
10~20cm土层有机碳含量大小依次为CK>HD>MD>LD;40cm土层以下LD、MD和 HD柠条林有机碳含
量均明显高于CK。
随土层深度的增加,4种样地0~100cm土层土壤全氮、全磷和碱解氮含量依次降低,在60~100cm土层变
化基于平稳,相同土层全氮、全磷和碱解氮含量基本表现为 HD>MD>LD>CK,局部土层出现波动性;0~20
cm土层3种柠条灌丛土壤全氮含量均高于CK,与CK的含量差变化较均匀,20cm土层以下HD和 MD柠条林
全氮含量基本接近,但均明显高于CK和LD柠条林;表层3种柠条灌丛土壤全磷含量高于CK,与CK的含量差
异变化较均匀,10~20cm土层MD和HD柠条林全磷含量明显高于LD和CK,20cm土层以下3种柠条灌丛土
壤全磷含量基本接近,但均高于CK;表层3种柠条灌丛土壤碱解氮含量均明显高于CK,20cm土层以下碱解氮
含量基本接近;由土壤表层向深层3种柠条灌丛有机碳、全氮、全磷和碱解氮含量趋于并接近CK。
2.2 土壤剖面平均养分含量对比分析
由表1可知,随柠条灌丛密度的变化,柠条灌丛与CK土壤养分变化不同,4种样地土壤有机碳、全氮、全磷、
有效磷和碱解氮含量均高于CK,表现为HD>MD>LD>CK,且与CK差异均达到显著水平。HD与 MD柠条
灌丛有机碳、全氮、全磷含量差异并不显著,但与LD和CK达到显著差异,MD和LD柠条灌丛有效磷、碱解氮含
量差异并不显著,与HD和CK差异显著;相对于CK,柠条灌丛由高密度到低密度变化过程中,有机碳含量分别
801 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
增加了15.88%、14.39%、12.41%;全氮含量分别增加了28.20%、17.02%、15.38%;全磷含量分别增加了
73.53%、58.82%、23.53%;有效磷含量分别增加了100.00%、33.33%、27.78%,碱解氮含量分别增加了
29.86%、21.01%、13.37%,表明柠条灌丛在密度逐渐增大的过程中,0~100cm土层土壤有机碳、全氮、全磷、有
效磷和碱解氮含量依次增加,均明显高于CK,且 HD柠条灌丛增加效果最佳,灌缘、灌丛间次之,其中以有效磷
的变化最为敏感。
图1 4种样地不同深度土壤养分含量比较
犉犻犵.1 犛狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊
 
表1 4种样地土壤剖面(0~100犮犿)平均养分含量
犜犪犫犾犲1 犜犺犲0-100犮犿犪狏犲狉犪犵犲狅犳狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊
样地类型
Sampletype
有机碳
Soilorganiccarbon
(g/kg)
全氮
Totalnitrogen
(g/kg)
全磷
Totalphosphorus
(g/kg)
有效磷
Availablephosphorus
(mg/kg)
碱解氮
Alkalihydronitrogen
(mg/kg)
高密度 Highdensity(HD) 4.67±1.13a 0.50±0.08a 0.59±0.19a 0.72±0.16a 7.48±1.56a
中密度 Mediumdensity(MD) 4.61±1.14a 0.47±0.07a 0.54±0.15a 0.48±0.10b 6.97±1.96b
低密度Lowdensity(LD) 4.53±1.68b 0.45±0.05b 0.42±0.16b 0.46±0.08b 6.53±0.98b
对照Check(CK) 4.03±1.17c 0.39±0.04c 0.34±0.12c 0.36±0.09c 5.76±1.23c
 注:同列不同小写字母表示差异显著(犘<0.05)。下同。
 Note:Differentsmallettersinthesamecolumnmeantsignificantdifferenceat0.05level.Thesamebelow.
901第23卷第5期 草业学报2014年
2.3 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间养分含量比较
2.3.1 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间有机碳含量比较 从整个土壤剖面来看,表2显示了4种样地不同土层
深度根围、灌缘、灌丛间有机碳含量变化,CK与柠条灌丛根围、冠缘和灌丛间垂直变化规律总体上一致,呈先上
升后下降趋势;3种柠条灌丛相同土层有机碳含量大小所表现出的规律为:根围>灌缘>灌丛间,局部出现波动
性;HD柠条灌丛表层有机碳含量较高,其根围表层有机碳含量“营养富集”较为明显;垂直方向0~10cm土层,
HD和 MD柠条灌丛根围土有机碳含量高于对照,3种柠条灌缘和灌丛间有机碳含量均低于对照;10~20cm土
层3种柠条灌丛根围、灌缘和灌丛间有机碳含量均低于对照;20~100cm土层3种柠条灌丛根围、灌缘和灌丛间
有机碳含量明显高于对照;0~100cm根围平均有机碳含量高出对照33.75%、26.80%、24.81%,灌缘平均有机
碳含量高出对照13.15%、14.39%、14.14%,HD和 MD柠条灌丛间平均有机碳含量分别高出对照1.0%、
2.6%,LD柠条灌丛间平均有机碳含量低于对照1.7%。
表2 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间有机碳含量比较
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狊狅犻犾狅狉犵犪狀犻犮犮犪狉犫狅狀狅犳犚犛,犕犛,犐犛狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊 g/kg
样地类型
Sampletype
位置
Position
土层深度Soildepth(cm)
0~10 10~20 20~40 40~60 60~80 80~100
高密度
Highdensity
(HD)
根围 Rootofshrubs(RS) 7.03±1.62a 4.59±0.42ab 6.49±0.14a 4.61±0.58de 4.75±0.14a 4.88±0.24a
灌缘 Marginofshrubs(MS) 4.57±0.59b 4.44±0.52ab 5.83±0.34a 4.57±0.07de 4.59±0.52ab 3.40±0.10bc
灌丛间Interspaceshrubs(IS)2.77±0.02cd 5.30±0.80a 5.68±1.39ab4.39±0.61de 3.29±0.84c 2.99±0.30bcde
中密度 根围 Rootofshrubs(RS) 4.05±0.28bc 4.43±0.43ab 6.61±0.35a 6.56±0.46abc5.57±1.07a 3.45±0.56b
Medium 灌缘 Marginofshrubs(MS) 3.61±0.34bcd3.84±0.71b 5.76±0.61ab5.73±0.64bcd5.30±0.61a 3.43±0.62b
density(MD)灌丛间Interspaceshrubs(IS)3.89±0.53bcd4.20±0.49ab 4.70±0.52ab5.55±0.66bcd3.63±0.30bc 2.84±0.06cde
低密度
Lowdensity
(LD)
根围 Rootofshrubs(RS) 3.44±1.02bcd3.96±1.50b 6.56±0.71a 7.83±1.10a 5.22±0.62a 3.18±0.44bcd
灌缘 Marginofshrubs(MS) 2.98±0.42cd 3.77±0.71b 6.12±0.50a 6.90±1.33ab 4.87±0.56a 2.97±0.10bcde
灌丛间Interspaceshrubs(IS)2.11±0.20d 3.81±0.66b 6.28±0.64a 5.40±1.57cd 3.59±0.51bc 2.59±0.16de
对照CK 3.76±0.98bcd5.34±0.60a 5.84±0.53a 3.47±0.12e 3.25±0.56c 2.54±0.43e
2.3.2 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间全氮含量比较 表3反映了3种柠条灌丛根围、灌缘、灌丛间与CK全
氮含量在土壤剖面上的变化规律,CK与柠条灌丛根围、灌缘和灌丛间垂直变化规律总体上一致,呈下降趋势,随
土层深度的增加下降趋势逐渐减弱;HD柠条灌丛表层全氮含量明显高于下层,表层全氮含量“营养富集”作用较
明显。相同土层3种柠条灌丛全氮含量均表现为:根围>灌缘>灌丛间>CK,3种柠条灌丛0~100cm根围平
均全氮含量高出对照101.52%、73.74%、40.91%,灌缘高出对照75.76%、63.64%、32.32%,灌丛间高出对照
75.76%、53.03%、8.08%;随柠条灌丛密度的增加,3种柠条灌丛根围、灌缘、灌丛间全氮含量均表现为:HD>
MD>LD>CK,随土层深度的增加这种变化规律基于平稳,80~100cm土层3种柠条灌丛间全氮含量几乎接近
于CK,与CK并没有显著差异,说明水平方向这种增加效应按照根围、灌缘、灌丛间方向依次减弱。
2.3.3 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间全磷含量 表4为4种样地不同土层深度根围、灌缘、灌丛间全磷含量
的测定结果,从表4可以看出,整个土壤剖面由对照到 HD柠条灌丛全磷含量依次增加,但这种增加趋势随土层
深度逐渐减弱,没有明显的深度差异。相同土层3种柠条灌丛全磷含量均表现为:根围>灌缘>灌丛间>对照,
0~100cm根围平均全磷含量高出对照101.52%、73.74%、40.91%,灌缘高出对照75.76%、63.64%、32.32%,
灌丛间高出对照75.76%、53.03%、8.08%;对照与柠条灌丛根围、冠缘和灌丛间全磷含量垂直变化规律总体上
一致,呈下降趋势,随土层深度的增加下降趋势逐渐减弱,同层相比3种柠条灌丛全磷含量均表现为:根围>灌
缘>灌丛间>对照,这种趋势随土层深度增加而减弱,80~100cm土层3种柠条灌丛间全磷含量与对照差异并
不显著。
011 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
表3 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间全氮含量比较
犜犪犫犾犲3 犜犺犲狋狅狋犪犾狀犻狋狉狅犵犲狀狅犳犚犛,犕犛,犐犛狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊 g/kg
样地类型
Sampletype
位置
Position
土层深度Soildepth(cm)
0~10 10~20 20~40 40~60 60~80 80~100
高密度
Highdensity
(HD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.90±0.13a 0.76±0.10a 0.71±0.36a 0.66±0.28a 0.50±0.32ab 0.46±0.29a
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.84±0.17ab 0.74±0.15a 0.63±0.30b 0.55±0.35bc0.49±0.22ab 0.23±0.06bc
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.77±0.08b 0.67±0.08b 0.52±0.18cd 0.40±0.14d 0.50±0.11ab 0.22±0.09bc
中密度
Medium
density(MD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.76±0.08b 0.64±0.05b 0.61±0.14b 0.59±0.04b 0.52±0.17a 0.32±0.24b
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.66±0.18c 0.63±0.26b 0.60±0.06b 0.59±0.03b 0.47±0.17b 0.29±0.09b
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.74±0.18bc 0.64±0.07b 0.58±0.12bc0.50±0.19c 0.33±0.02c 0.26±0.09b
低密度
Lowdensity
(LD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.69±0.06c 0.60±0.14bc 0.50±0.07d 0.40±0.04d 0.34±0.19c 0.26±0.10b
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.61±0.07cd 0.58±0.07c 0.49±0.14d 0.42±0.04d 0.30±0.06cd 0.22±0.08bc
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.56±0.12e 0.52±0.10d 0.38±0.10e 0.27±0.02e 0.24±0.18d 0.17±0.06c
对照CK 0.50±0.03e 0.42±0.08e 0.37±0.04e 0.28±0.16e 0.21±0.08d 0.20±0.04c
表4 不同土层深度土层根围、灌缘、灌丛间全磷含量比较
犜犪犫犾犲4 犜犺犲狋狅狋犪犾狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊狅犳犚犛,犕犛,犐犛狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊 g/kg
样地类型
Sampletype
位置
Position
土层深度Soildepth(cm)
0~10 10~20 20~40 40~60 60~80 80~100
高密度
Highdensity
(HD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.66±0.18a 0.58±0.07a 0.51±0.16a 0.54±0.14a 0.47±0.08ab 0.46±0.05ab
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.60±0.06a 0.61±0.12a 0.48±0.13ab0.44±0.18bc0.46±0.08ab 0.41±0.02b
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.52±0.10b 0.52±0.04ab 0.48±0.12ab0.45±0.13b 0.37±0.05cd 0.37±0.05c
中密度
Medium
density(MD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.52±0.05b 0.49±0.03b 0.50±0.04a 0.50±0.06ab0.47±0.12ab 0.44±0.06ab
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.59±0.06a 0.57±0.04a 0.40±0.22c 0.40±0.07cd0.39±0.03bc 0.39±0.07bc
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.53±0.10b 0.58±0.18a 0.45±0.14b 0.46±0.09b 0.41±0.04bc 0.35±0.03cd
低密度
Lowdensity
(LD)
根围 Rootofshrubs(RS) 0.54±0.18ab 0.44±0.06bc 0.53±0.11a 0.49±0.18ab0.51±0.05a 0.49±0.14a
灌缘 Marginofshrubs(MS) 0.49±0.04b 0.48±0.11b 0.46±0.07b 0.42±0.04bc0.40±0.01bc 0.36±0.08c
灌丛间Interspaceshrubs(IS)0.46±0.15bc 0.43±0.12bc 0.42±0.08bc0.41±0.04c 0.40±0.07bc 0.36±0.02c
对照CK 0.44±0.12c 0.43±0.08bc 0.40±0.07c 0.37±0.04d 0.35±0.03d 0.34±0.04d
2.3.4 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间碱解氮含量 表5反映了碱解氮含量在土壤剖面上整体水平表现为
HD>MD>LD>CK,随柠条灌丛密度的增加0~100cm土层平均碱解氮含量逐渐增加,但这种增加趋势随土层
深度的加深逐渐减弱,表现出明显的深度差异;3种柠条灌丛0~100cm根围平均碱解氮含量高出对照77.33%、
37.15%、24.43%,灌缘高出对照10.47%、32.43%、15.35%,灌丛间低于对照3.80%、12.26%、0.17%;相同土
层3种柠条灌丛碱解氮含量基本表现为:根围>灌缘>对照,表明相同土层根围土对碱解氮的增加效应最明显,
这种增加效应随土层深度的增加而减弱,而0~100cm土层3种柠条灌丛间碱解氮含量与对照差异并不显著,且
基本低于对照,3种柠条灌丛间土壤碱解氮并没有出现增加效应。
2.4 各指标相关性分析
荒漠草原人工柠条灌丛土壤养分与土壤理化属性间存在不同的相关关系,表6的结果表明:土壤有机碳与全
氮和水分呈极显著正相关(犘<0.01),与全磷、碱解氮呈显著正相关(犘<0.05),与pH 呈极显著负相关(犘<
0.01),与容重呈显著正相关(犘<0.05),与有效磷没有相关性;土壤全氮与全磷、碱解氮、有效磷、容重呈极显著
正相关(犘<0.01),与pH和电导率呈极显著负相关(犘<0.01);碱解氮与pH 和电导率呈极显著负相关(犘<
0.01);有效磷与全氮和全磷呈极显著正相关(犘<0.01),与碱解氮呈显著正相关(犘<0.05);全氮、全磷、有效磷、
碱解氮均与土壤水分没有相关性。
111第23卷第5期 草业学报2014年
表5 不同土层深度根围、灌缘、灌丛间碱解氮含量比较
犜犪犫犾犲5 犜犺犲犪犾犽犪犾犻犺狔犱狉狅狀犻狋狉狅犵犲狀狅犳犚犛,犕犛,犐犛狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犳狅狌狉狊犪犿狆犾犲狊 mg/kg
样地类型
Sampletype
位置
Position
土层深度Soildepth(cm)
0~10 10~20 20~40 40~60 60~80 80~100
高密度
Highdensity
(HD)
根围 Rootofshrubs(RS) 16.53±3.06a 12.93±1.23a 11.67±2.27a 7.43±2.15a 6.50±1.54a 7.43±2.50a
灌缘 Marginofshrubs(MS) 8.05±1.21e 7.35±1.28d 7.05±1.67c 6.05±0.78bc5.53±0.98bc 4.90±1.23b
灌丛间Interspaceshrubs(IS) 7.65±1.49e 6.30±2.31e 5.90±0.91e 5.35±1.36c 4.15±0.78de 4.55±1.35bc
中密度
根围 Rootofshrubs(RS) 13.23±1.42b 10.10±1.31b 8.26±1.62b 6.83±1.33ab5.60±1.24b 4.31±1.32cd
Medium 灌缘 Marginofshrubs(MS) 11.30±2.34bc 9.53±1.42bc 8.54±0.78b 6.90±1.41a 5.76±1.43b 4.64±0.69bc
density(MD)灌丛间Interspaceshrubs(IS) 7.21±0.99e 6.63±1.19e 5.34±0.85e 4.17±1.42d 4.36±1.52d 3.21±1.05cd
低密度
Lowdensity
(LD)
根围 Rootofshrubs(RS) 10.85±2.05bc 8.72±2.33c 7.60±1.28bc6.89±1.06a 5.36±2.05bc 4.43±1.61c
灌缘 Marginofshrubs(MS) 9.97±1.36d 8.53±1.57c 7.20±1.34c 6.25±1.72b 5.12±1.57c 3.58±1.56d
灌丛间Interspaceshrubs(IS) 9.65±0.75d 7.21±1.78de 6.31±1.23d 5.26±1.37c 3.98±0.95e 2.89±0.73e
对照CK 9.63±2.01d 7.65±1.70d 6.36±1.89d 5.18±2.04c 3.56±1.28e 2.86±0.98e
表6 人工柠条灌丛土壤养分与理化因子相关性分析
犜犪犫犾犲6 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊狑犻狋犺狆犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾犳犪犮狋狅狉狊狅犳犪狉狋犻犳犻犮犻犪犾犆犪狉犪犵犪狀犪
项目
Item
土壤有机碳
Soilorganic
carbon
全氮
Total
nitrogen
全磷
Total
phosphorus
碱解氮
Alkalihydro
nitrogen
有效磷
Available
phosphorus
pH 电导率
Electrical
conductivity
土壤容重
Soilbulk
density
土壤含水量
Soil
moisture
土壤有机碳Soilorganiccarbon 1.000
全氮Totalnitrogen 0.580 1.000
全磷Totalphosphorus 0.270 0.517 1.000
碱解氮Alkalihydronitrogen 0.323 0.814 0.452 1.000
有效磷Availablephosphorus 0.193 0.412 0.439 0.138 1.000
pH -0.477 -0.386 -0.290 -0.489 0.188 1.000
电导率Electricalconductivity -0.043 -0.603 -0.521 -0.379 -0.194 0.029 1.000
土壤容重Soilbulkdensity -0.285 0.478 0.351 0.015 0.165 -0.131 -0.477 1.000
土壤含水量Soilmoisture 0.643 0.010 -0.012 0.088 -0.048 -0.176 0.125 -0.566 1.000
 相关性在0.01水平上显著(双尾),相关性在0.05水平上显著(双尾)。
 Correlationissignificantatthe0.01level(2tailed),Correlationissignificantatthe0.05level(2tailed).
3 讨论与结论
本试验研究了人工柠条灌丛密度对荒漠草原土壤养分空间分布的影响,结果显示随着人工柠条灌丛密度的
增加,0~100cm土层土壤养分含量有增加趋势,综合表现出高密度柠条灌丛对荒漠草原的增加效应最为显著,
中密度和低密度柠条灌丛次之;从土壤所含养分的增加幅度来看,有效磷的增幅最大,其根围土增幅达到100%,
表现最为敏感。这种结果与柠条灌丛根系分布及根系分泌物有关,植物对其所处环境的适应性,在很大程度上取
决于植物根系的形态和结构特性[12]。有研究表明:柠条的盖度随密度的增加而增大,与密度呈对数关系[13],地
表径流随密度的增加而减少,随土层加深根系分布不断地减少[14],加上土壤表层枯落物的累积、根系的穿透及分
泌物改变了土壤水分及养分,密度越大其凋落物积累越多,归还土壤的养分明显要高于低密度的柠条灌丛,因此,
3种柠条灌丛对土壤养分的积累均明显高于对照。
本研究在垂直方向3种柠条灌丛对全氮、全磷、有效磷、碱解氮含量增加效应集中于表层以下,以表层土壤养
分的增加效应最为明显,对有机碳的增加效应集中于20cm土层以下,且增加效应随土层深度加深逐渐减弱。柠
211 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
条拥有庞大的根系,侧根发达的主要部位集中在距地表0~20cm土层中,根系总数由表层向深层逐级递减[4,14],
这种根系结构特点有利于柠条根系吸收不同土壤层次的水分和养分,柠条灌丛密度越大根系总数分布越多,根系
在生长过程中改善了土壤物理条件,因此,荒漠草原引入柠条灌丛后土壤容重降低,土壤养分会有所增加,并且在
土壤表层增幅最大,底层增幅最小[15]。上述结果还表明,柠条灌丛对土壤养分的增加效应主要源于柠条主根,侧
根会影响柠条灌丛对有机碳的增加效应。
荒漠草原区水分是植物生存、分布和生长的一个重要限制因子,是决定生态系统结构与功能的关键因
子[1617],水分的匮乏造成了荒漠草原区土壤贫瘠,土壤养分有效性较差,而人工柠条灌丛却不受此影响,其机理源
于柠条灌丛根系分泌物可通过直接或间接作用来影响和改善植物根围土的养分有效性,根系分泌的有机酸降低
了根围土的pH,活化根围土壤难溶性养分,从而提高了养分有效性[18]。有研究表明[2,1920],柠条根围土的多样性
指数较高,表现出从根围、灌缘、灌丛间微生物到荒漠草原微生物类群的过渡,同时柠条灌丛枯落物的分解和矿
化,诱发了土壤微生物的多样性和数量的增加,加速了土壤养分循环。因此,本研究在相同土层柠条灌丛土壤养
分表现为:根围>灌缘>灌丛间>对照,根围土出现“养分富集”,与其他学者[1920]的研究结果一致,也即柠条灌丛
根围土增加养分效应最明显,灌缘、灌丛间次之,在80~100cm土层3种柠条灌丛间的土壤养分与荒漠草原接
近,表明这种增加效应随土层深度的增加逐渐减弱,并且向远离根的方向减弱。
王占军等[21]研究表明随着柠条带间距的增加,适宜的造林密度能够改善土壤有机质、全氮含量;曲卫东
等[22]研究土壤有机碳与全氮之间呈极显著正相关关系,本研究荒漠草原柠条灌丛土壤有机碳与全氮呈极显著正
相关(犘<0.01),与前人的研究结果相吻合,表明柠条灌丛可通过改变土壤起到增加土壤有机碳的作用,柠条灌
丛(豆科固氮植物)根系的生长和固氮更有利于土壤有机碳和氮的积累和固定积累,这种特性导致了柠条灌丛土
壤有机碳与全氮呈极显著正相关。本研究还发现,在同一土壤母质条件下,柠条灌丛土壤含水量与土壤有机碳呈
极显著的正相关(犘<0.01),而与土壤其他养分并不相关,说明了荒漠草原柠条灌丛土壤含水量是决定土壤有机
碳含量的主要因素之一,与安韶山和黄懿梅[18]的研究结果一致,初步表明了柠条灌丛协调碳和水分的能力较强,
因此,柠条灌丛侧根作用协同土壤含水量共同增加了土壤有机碳含量。
3种柠条灌丛全磷含量均高于对照,但与对照没有明显的深度差异性,说明全磷不仅来源于枯落物分解,同
时还来源于柠条灌丛的根系分泌物,土壤深层的分泌物与根系的垂直分布不同程度干扰了全磷的垂直分异,而有
效磷却呈现出明显的深度差异,表明了在一定条件下,柠条灌丛可通过增加有机酸的分泌以促进植物对磷的吸
收,这是柠条灌丛适应干旱环境、提高土壤磷素有效性的一种机制[23],加之柠条根系极其发达和有较高的固氮能
力,表现出极强的生态适宜性,提高了养分吸收的有效性。表6各指标相关性分析中pH与土壤养分呈显著的负
相关,更加说明了柠条根系分泌的适量有机酸对土壤养分的贡献作用,因此,综合分析荒漠草原引入柠条灌丛仍
可增加其土壤养分含量。
荒漠草原引入3种不同密度的柠条灌丛,其根围、灌缘、灌丛间的土壤养分分布规律与荒漠草原保持一致。
综合分析比较,排除外界环境因子等影响,引入柠条灌丛对荒漠草原土壤养分的空间分布有增加效应,但荒漠草
原土壤养分垂直分布格局总与柠条灌丛保持一致,无论垂直方向还是水平方向柠条灌丛并未影响到荒漠草原土
壤养分的垂直分布格局,而只是在此格局基础上不同程度地增加了其养分含量;从长远时期来看,荒漠草原人工
柠条灌丛在密度增加的过程中,土壤养分的消耗与吸收之间存在平衡点,此平衡点的密度即为荒漠草原土壤养分
对引入柠条灌丛后的承载阈值,深层分析荒漠草原土壤养分对柠条灌丛的养分承载阈值及影响因素是未来研究
柠条灌丛对荒漠草原土壤养分空间分布影响的方向,这为荒漠草原区灌丛与草地的土壤养分空间分布格局及规
律提供了一定的参考价值。
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411 ACTAPRATACULTURAESINICA(2014) Vol.23,No.5
犜犺犲犲犳犳犲犮狋狅犳狆犾犪狀狋犲犱犆犪狉犪犵犪狀犪犱犲狀狊犻狋狔狅狀狋犺犲狊狆犪狋犻犪犾犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊犻狀犱犲狊犲狉狋狊狋犲狆狆犲
YANGYang,LIUBingru,SONGNaiping,YANGXinguo
(KeyLabofRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwestChinaofMinistry
ofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thispaperreportstheresultsofanexperimentundertakentodeterminetheeffectofthedensityof
planted犆犪狉犪犵犪狀犪shrubsonthespatialdistributionofsoilnutrientsindesertsteppe.Studysiteswereplanted
withthreedensitiesof犆犪狉犪犵犪狀犪HD(high),MD(medium),LD(low)andthedensityofnaturalsteppewas
alsodetermined.Soilsampleshavebeentakenfromsixsoillayers(0-10cm,10-20cm,20-40cm,40-60
cm,60-80cm,80-100cm)andfromtherootofshrubs,themarginofshrubsandfromthespacebetween
shrubs.Theresultsshowthattotalsoilcarbon,nitrogen,phosphorus,alkalihydronitrogenandavailable
phosphorusalincreasedwiththedensityof犆犪狉犪犵犪狀犪.Thelargestincrementsoccurredinthe0-10cmsoil
layerandthelowestincrementswerefoundinthe80-100cmlayer.Availablephosphorusdemonstratedthe
highestsensitivityto犆犪狉犪犵犪狀犪,andhighdensityplantingwasassociatedwiththemostsignificantimprove
mentsinsoilnutrientsintermsofbothspatialdepthandhorizontallocation.Themostsignificanthorizontal
nutrientincreaseswerelocatedintheshrubrootzones.Takenasawhole,theresultssuggestthat犆犪狉犪犵犪狀犪
canimprovesoilnutrientsindesertsteppe.Thisimprovementincreaseswithplantdensitybutweakenswith
soildepthandhorizontaldistancefromtherootzone.犆犪狉犪犵犪狀犪plantingsdonotaffecttheverticaldistribution
ofsoilnutrientsindesertsteppe.
犓犲狔狑狅狉犱狊:planted犆犪狉犪犵犪狀犪shrub;density;desertsteppe;soilnutrient;sp
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
acialdistribution
《植物遗传资源学报》征订启事
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计源期刊、中国科学引文数据库来源期刊(核心期刊)、中国核心期刊(遴选)数据库收录期刊、中国学术期刊综合
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存、评价、利用、创新,信息学、管理学等;起源、演化、分类等系统学;基因发掘、鉴定、克隆、基因文库建立、遗传多
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511第23卷第5期 草业学报2014年