全 文 ：书呼伦贝尔沙质草地土壤理化特性的
沙漠化演变规律及机制
赵哈林１，周瑞莲２，赵学勇１，张铜会１，王进２
（１．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州７３００００；２．鲁东大学生命学院，山东 烟台２６４０２５）
摘要：为了了解呼伦贝尔沙质草地沙漠化过程中土壤理化特性的变化规律，于２００９年在呼伦贝尔沙地的陈巴尔虎
旗设置样地，调查分析了不同类型沙漠化草地土壤理化特性的差异和变化特征，探讨了土壤理化特性沙漠化演变
规律和机制，得到如下结果，１）随着沙漠化的发展，草地土壤细颗粒（黏粉粒）含量明显下降，沙粒含量明显增加，
土壤质地发生粗化，其中以中度和严重沙漠化阶段土壤粘粉粒损失最为严重；２）沙漠化过程中，土壤容重和土壤温
度变化不显著，土壤紧实度显著下降，土壤含水量略有增加；３）土壤有机碳和土壤氮、磷含量明显下降，同时土壤
Ｃ／Ｎ大幅度下降，表层土壤ｐＨ明显下降；４）土壤有机碳和养分含量的变化与土壤黏粉粒含量，土壤硬度的变化与
土壤黏粉粒和有机质含量均呈显著正相关，土壤容重、土壤温度和土壤含水量的变化与土壤机械组成的相关性均
未达到显著水平；５）沙漠化过程中，土壤黏粉粒的损失是导致土壤粗化，致使土壤紧实度、土壤有机碳和养分含量
下降的主要原因，而土壤容重、土壤水分和温度状况的变化受沙漠化影响较小。
关键词：沙漠化；土壤理化特性；变化机制；呼伦贝尔沙地
中图分类号：Ｓ８１２．２；Ｓ１５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１２）０２０００１０７
呼伦贝尔草原是我国东部半干旱地区最靠北的一块草原，也是我国著名草原之一。但近些年来，由于受气候
变化和人类活动不断增强的影响，该区草地沙漠化迅速扩展。沙漠化面积已由１９８７年的５９６３ｋｍ２ 扩展到２００２
年的１１４１３ｋｍ２，年扩张速率高达６．１％，成为我国近些年来沙漠化发展速度最快的地区之一［１］。由于沙漠化不
仅可以导致风沙地貌的形成，还会引起草地土壤的粗化、贫瘠化和草地生产潜力的明显降低，对草地畜牧业和草
地生态环境产生严重危害。因此，近些年来，随着呼伦贝尔草原沙漠化问题日益受到社会的普遍关注，已经有了
不少相关研究报道。总体来看已有研究主要集中于呼伦贝尔草原沙漠化的综合评估［２］、发展动态［３］、形成原
因［４］、防治对策［５］、生态治理和治理区划［６］等方面，而对于该区草地沙漠化过程中土壤理化特性的演变规律及其
机制的研究还鲜有报道。
国内关于沙漠化过程中土壤理化特性的变化特征及演变规律，已有不少报道。例如，杨梅焕等［７，８］分析了毛
乌素沙地东南缘草地沙漠化过程中土壤理化特性变化及土壤－植被的关系，刘树林等［９］研究了浑善达克沙地沙
漠过程中土壤粒度和养分的变化，Ｚｈａｏ等［１０］研究了沙漠化对科尔沁沙质草地和农田土壤理化特性的影响，李玉
强等［１１］研究了科尔沁沙地沙漠化过程中土壤－植被系统碳氮储量变化，曹成有等［１２］研究了科尔沁沙质草地沙漠
化过程中生物活性的变化，刘颖茹等［１３］研究了我国北方草原沙漠化过程中土壤碳氮的变化规律，等等。通过这
些研究，已经初步揭示了毛乌素、浑善达和科尔沁等沙地沙漠化过程中土壤理化特性的一些演变特征。但迄今为
止，对于呼伦贝尔沙质草地沙漠化过程中土壤理化特性的变化和机制研究还较少见有报道。
本研究目的是通过调查呼伦贝尔沙地不同沙漠化类型草地的土壤机械组成、土壤紧实度、容重、土壤温度和
含水量，以及土壤有机碳、氮、磷含量和土壤ｐＨ等的变化，分析其土壤理化特性的沙漠化演变规律，探讨其发生
机制，为该区草地沙漠化的防治提供科学依据。
１ 材料与方法
１．１ 研究区自然概况
研究区位于内蒙古陈巴尔虎旗西乌珠尔乡，地处呼伦贝尔草原西北部。该区地处大陆内陆，属于中温带大陆
第２１卷 第２期
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
１－７
２０１２年４月
收稿日期：２０１１０２０２；改回日期：２０１１０５２４
基金项目：国家科技支撑项目（２０１１ＢＡＣＯ７Ｂ０２），国家９７３课题（２００９ＣＢ４２１３０３）和国家自然科学基金课题（３０９７２４２２）资助。
作者简介：赵哈林（１９５４），男，安徽马鞍山人，研究员，博士生导师。Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｏｈａｌｉｎ９９８８＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
性气候。年均降水量２９０～４００ｍｍ，年均气温－０．５～１．５℃，≥１０℃年积温２２００～２４００℃，无霜期１００～１１４ｄ。
地带性土壤为栗钙土，但很大一部分因受多年过度放牧的干扰，土壤已演变为风沙土。地带性植被为典型草原，
而在一些沙漠化严重的草地已退化为沙地植被。沙漠化草地的主要优势种有扁穗冰草（犃犵狉狅狆狔狉狅狀犮狉犻狊狋犪狋狌犿）、
糙隐子草（犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪）、狗尾草（犛犲狋犪狉犻犪狏犻狉犻犱犻狊）、冷蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪犳狉犻犵犻犱犪）、差巴嘎蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪
犺犪犾狅犱犲狀犱狉狅狀）、虫实（犆狅狉犻狊狆犲狉犿狌犿犿犪犮狉狅犮犪狉狆狌犿）、猪毛菜（犛犪犾狊狅犾犪犮狅犾犾犻狀犪）和沙米（犃犵狉犻狅狆犺狔犾犾狌犿狊狇狌犪狉狉狅狊狌犿）
等。
１．２ 野外调查取样方法
２００９年７月在西乌珠尔乡选择一处具有明显沙漠化梯度的新围封沙质草地作为研究区。研究区内地貌为
缓起伏沙地，包括一些低矮沙丘和平坦草地。根据我国已故著名沙漠化专家朱震达教授有关沙漠化土地类型划
分标准［１４］，分别选择非沙漠化草地、轻度沙漠化草地、中度沙漠化草地、重度沙漠化草地和严重沙漠化草地各一
处，其每个样地的植被特征见表１。在每个样地的典型地段，随机设置３个点。在每个点，采取土钻取样烘干称
重法测定土壤含水量，用环刀（１００ｃｍ３）法测定土壤容重，用硬度计测定土壤硬度（紧实度）。同时，在其周围提取
土壤样品带回实验室用于土壤理化特性分析。另外，在样点附近，设置地温计，自早上６：００开始每隔２ｈ测定１
次土壤温度，下午６：００结束，连续观测２ｄ，取平均值。
表１ 各样地的一些植被特征
犜犪犫犾犲１ 犛狅犿犲狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀犻狀犲狏犲狉狔狊犪犿狆犾犻狀犵狆犾狅狋
指标Ｉｔｅｍ 非沙漠化Ｎｏｎｅ 轻度沙漠化Ｌｉｇｈｔ 中度沙漠化 Ｍｏｄｅｒａｔｅ 严重沙漠化 Ｈｅａｖｙ 重度沙漠化Ｓｅｒｉｏｕｓ
总盖度Ｃｏｖｅｒａｇｅ（％） ８０．０＋６．０ａ ７５．０±５．０ａ ５１．７±２．９ｂ ２８．７±２．３ｃ ３．７±２．３ｄ
高度 Ｈｅｉｇｈｔ（ｃｍ） ３１．１＋４．８ａ ２５．４±６．５ｂ ７．６±１．６ｃ ５．７±１．９ｄ ２．６±１．４ｅ
优势种Ｄｏｍｉｎａｎｔｓｐｅｃｉｅｓ 扁穗冰草犃．犮狉犻狊狋犪狋狌犿 扁穗冰草犃．犮狉犻狊狋犪狋狌犿 猪毛菜犛．犮狅犾犾犻狀犪 狗尾草犛．狏犻狉犻犱犻狊 狗尾草犛．狏犻狉犻犱犻狊
注：表中数值为平均值±标准差，不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）。下同。
Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎａｒｏｗｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｍｅａｎｖａｌｕｅｓ（犘＜０．０５）．Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
１．３ 室内样品分析和数据分析
先将土壤样品置于阴凉处风干后过２ｍｍ筛，一部分供土壤颗粒的粒级分析，另一部分进一步磨细用于土壤
其他理化性质的测定。土壤各项理化指标采用的具体分析方法［１５］：土壤颗粒组成采用湿筛加吸管法；比重采用
比重瓶法；土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾氧化－外加热法；全氮采用凯氏法（意大利产ＤＫ６，ＵＤＫ１４０分
析仪）；全磷采用高氯酸、硫酸硝化－钼锑抗比色法（日产 ＵＶ１６０１分光光度计）。土壤ｐＨ以１∶１水土比悬液
用德产 ＭｕｌｔｉｌｉｎｅＦ／ＳＥＴ２３分析仪直接测定。
应用ＳＰＳＳ１３．０软件进行数据的统计分析，应用 ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００３软件进行图表制作，采用单因素方差
分析（ＯｎｅｗａｙＡＮＯＶＡ）和最小显著差异法（ＬＳＤ）比较不同数据组间的差异，用Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数评价不同因
子间的相互关系。
２ 结果与分析
２．１ 土壤机械组成的变化
图１是呼伦贝尔沙质草地沙漠化过程中土壤机械组成的变化。结果显示，研究区土壤的质地较粗，非沙漠化
草地０～２０ｃｍ土壤层平均沙粒含量高达９２．５％，黏粉粒含量仅占７．５％。随着草地沙漠化的发展，土壤中黏粉
粒含量显著下降，沙粒含量明显增加（犘＜０．０５）。其中，粉粒含量变化幅度最大，在中度沙漠化阶段即已下降了
５９．３％，至严重沙漠化阶段下降幅度高达８８．０％；其次是黏粒含量，在严重沙漠化阶段其含量总下降幅度为
１６．１％；沙粒含量变化幅度最小，至严重沙漠化阶段其含量才增加了４．０％。分层看，非沙漠化草地表层土壤（０
～１０ｃｍ）和下层土壤（１０～２０ｃｍ）的土壤机械组成没有显著差异。草地沙漠化过程中，上下层土壤机械组成的变
化趋势相同，且差异不显著（犘＞０．０５）。
２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２
图１ 呼伦贝尔草原沙漠化过程中土壤机械组成变化
犉犻犵．１ 犆犺犪狀犵犲狊犻狀狊狅犻犾狋犲狓狋狌狉犲犻狀犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊狅犳犎狌犾狌狀犫犲犻狉犛狋犲狆狆犲
２．２ 土壤容重和土壤紧实度变化
随着草地沙漠化的发展，表层土壤（０～５ｃｍ）的容重在轻度沙漠化和中度沙漠化阶段略有增加，在重度和严
重沙漠化阶段略有下降，但各样地间的差异未达到显著水平（犘＞０．０５）（表２）。下层土壤（１０～１５ｃｍ）容重的变
化和上层土壤略有不同，所有沙漠化草地的土壤容重均较非沙漠化草地有所增加，其增加幅度在轻度和严重沙漠
化草地达到了显著水平（犘＜０．０５），但变化趋势不明显。沙漠化过程中，草地土壤紧实度（硬度）从中度沙漠化阶
段开始显著下降（犘＜０．０５），至严重沙漠化阶段，其土壤紧实度较非沙漠化草地下降了８１．８％。
表２ 草地沙漠化过程中土壤容重和硬度的变化
犜犪犫犾犲２ 犆犺犪狀犵犲犻狀狊狅犻犾犫狌犾犽犱犲狀狊犻狋狔犪狀犱犺犪狉犱狀犲狊狊犻狀犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
项目Ｉｔｅｍｓ 深度Ｄｅｐｔｈ 非沙漠化Ｎｏｎｅ 轻度沙漠化Ｌｉｇｈｔ 中度沙漠化 Ｍｏｄｅｒａｔｅ 严重沙漠化 Ｈｅａｖｙ 重度沙漠化Ｓｅｒｉｏｕｓ
容重Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ（ｇ／ｃｍ３） ０～５ｃｍ １．５６±０．０５ａ １．５９±０．０７ａ １．５９±０．０４ａ １．５５±０．０６ａ １．５５±０．０４ａ
１０～１５ｃｍ １．５６±０．０５ａ １．６７±０．０２ｂ １．５９±０．０４ａ １．５６±１．５５ａ １．６６±０．０５ｂ
硬度 Ｈａｒｄｎｅｓｓ（ｋｇ／ｃｍ２） ０～５ｃｍ ２．５６±２．５５ａ ２．５４±０．４２ａ １．５８±０．０７ｂ １．０７±０．６５ｃ ０．４７±０．２９ｄ
２．３ 土壤水热状况的变化
随着沙漠化的发展，０～２０ｃｍ土层的水分含量趋于增加（表３），但只有严重沙漠化草地的水分增加量达到了
显著水平（犘＜０．０５）。随着沙漠化的发展，０～２０ｃｍ土层平均温度趋于下降，但各样地之间的差异未达到显著水
分（犘＞０．０５）。分层看，表层（０～１０ｃｍ）土壤含水量在５个样地之间差异不显著（犘＞０．０５），而下层（１０～２０ｃｍ）
土壤含水量各沙漠化草地均显著高于非沙漠化草地（犘＜０．０５）。土壤温度是除了表层土壤在重度和严重沙漠化
草地显著下降外（犘＜０．０５），５和２０ｃｍ土壤温度在各样地间的差异均未达到显著水平（犘＞０．０５）。
２．４ 土壤化学特性的变化
各类型草地表层土壤的有机碳和养分含量都高于下层土壤（表４），而且都是随着沙漠化的发展土壤有机碳
和养分含量显著下降（犘＜０．０５）。其中，表层土壤的有机质和全磷含量的下降幅度在轻度沙漠化阶段即已达到
显著水平，全氮、有效氮、有效磷的下降幅度至中度沙漠化阶段达到显著水平（犘＜０．０５）。而下层土壤全磷和有
效磷的下降幅度在轻度沙漠化阶段达到显著水平，有机碳、全氮和有效氮的下降幅度在中度沙漠化阶段达到显著
水平（犘＜０．０５）。另外，随着草地沙漠化的发展，无论是表层土壤，还是下层土壤，其Ｃ／Ｎ均呈明显下降趋势
（犘＜０．０５），而且表层土壤的下降幅度大于下层土壤。表层土壤的ｐＨ值呈明显下降趋势，而下层土壤ｐＨ值呈
波动式增加趋势。
３第２１卷第２期 草业学报２０１２年
表３ 草地沙漠化过程中土壤水热状况的变化
犜犪犫犾犲３ 犛狅犻犾狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱犿狅犻狊狋狌狉犲犻狀犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
项目Ｉｔｅｍｓ 深度Ｄｅｐｔｈ 非沙漠化Ｎｏｎｅ 轻度沙漠化Ｌｉｇｈｔ 中度沙漠化 Ｍｏｄｅｒａｔｅ 严重沙漠化 Ｈｅａｖｙ 重度沙漠化Ｓｅｒｉｏｕｓ
土壤含水量
Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅ（％）
０～１０ｃｍ １．８２±０．８８ａ ２．０６±０．２４ａ １．５１±０．２３ａ ２．２２±０．５１ａ １．９７±０．０４ａ
１０～２０ｃｍ ２．１３±０．３３ａ ２．４３±２．１０ｂ ２．８０±０．３３ｂｃ ２．７４±０．２７ｂｃ ３．２３±０．６１ｃ
平均 Ｍｅａｎｓ １．９７±０．５７ａ ２．２４±０．９３ａｂ ２．１５±０．０７ａ ２．４８±０．１７ａｂ ２．６０±０．２８ｂ
土壤温度
Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（％）
０ｃｍ ３６．９±２．１ａ ３６．８±０．３ａｃ ３７．５±２．１ａ ３４．４±０．８ｂｃ ３３．６±０．８ｂ
５ｃｍ ２３．３±２．１ａ ２４．３±２．１ａ ２４．２±０．７ａ ２３．５±０．６ａ ２２．５±１．５ａ
２０ｃｍ ２０．８±０．５ａ ２１．９±０．６ａ ２２．５±０．４ａ ２１．４±０．２ａ ２０．９±０．２ａ
平均 Ｍｅａｎｓ ２７．０±１．５ａ ２７．６±１．０ａ ２８．１±１．０ａ ２６．４±０．６ａ ２５．７±０．７ａ
表４ 呼伦贝尔沙质草地沙漠化过程中土壤化学特性的变化
犜犪犫犾犲４ 犆犺犪狀犵犲狊犻狀狊狅犻犾犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊犻狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊
项目
Ｉｔｅｍｓ
有机碳
ＳＯＣ（ｇ／ｋｇ）
全氮
ＴｏｔａｌＮ（ｇ／ｋｇ）
碳氮比
Ｃ／Ｎ
全磷
ＴｏｔａｌＰ（ｇ／ｋｇ）
有效氮
Ａｖａｉｌ．Ｎ（ｍｇ／ｋｇ）
有效磷
Ａｖａｉｌ．Ｐ（ｍｇ／ｋｇ）
ｐＨ
０～１０ｃｍ
非沙漠化 Ｎｏｎｅ ３．１８±０．３５ａ ０．３５±０．０８ａ ９．０９ ０．２０±０．０２ａ ３４．７０±２．７０ａ １６．６１±１．３９ａ ７．４６ａ
轻度Ｌｉｇｈｔ ２．５４±０．３９ｂ ０．２９±０．０４ａ ８．７５ ０．１８±０．０１ｂ ３２．０３±３．２６ａ １０．８８±０．８９ａ ７．０３ｂ
中度 Ｍｏｄｅｒａｔｅ １．５７±０．１７ｃ ０．２０±０．００ｂ ５．４２ ０．１６±０．０１ｃ ２４．００±１．８０ｂ ８．２１±０．１３ｂ ６．９２ｃ
重度 Ｈｅａｖｙ ０．７２±０．１１ｄ ０．１６±０．０２ｂ ４．５０ ０．１２±０．０１ｄ １７．２０±０．５２ｃ ６．７２±１．６０ｃ ６．７９ｃ
严重Ｓｅｒｉｏｕｓ ０．７０±０．０８ｄ ０．１４±０．０１ｂ ４．４６ ０．１１±０．０１ｄ １５．６３±０．４５ｃ ５．１６±０．７０ｃ ６．７２ｃ
１０～２０ｃｍ
非沙漠化 Ｎｏｎｅ ２．５４±０．３２ａ ０．３１±０．０５ａ ８．１９ ０．１８±０．０１ａ ３０．９３±２．６１ａ １１．５７±２．５１ａ ６．９９ａ
轻度Ｌｉｇｈｔ ２．１４±０．３７ａ ０．２８±０．０３ａ ７．６４ ０．１５±０．０１ｂ ２８．７０±３．６５ａ ６．９１±２．６２ｂ ６．９８ａ
中度 Ｍｏｄｅｒａｔｅ １．２７±０．１９ｂ ０．２０±０．０１ｂ ６．３５ ０．１３±０．０１ｃ ２４．２３±２．２０ｂ ７．９８±２．４９ｂ ７．２７ｂ
重度 Ｈｅａｖｙ ０．６３±０．０３ｃ ０．１３±０．０１ｃ ４．８４ ０．１１±０．０１ｄ １５．３３±０．７８ｃ ６．６８±２．３２ｃ ７．０８ａ
严重Ｓｅｒｉｏｕｓ ０．６８±０．０４ｃ ０．１４±０．００ｃ ５．２４ ０．１０±０．００ｄ １６．４７±１．３６ｃ ４．８５±０．１７ｄ ７．２８ｂ
２．５ 土壤理化特性之间的相关分析
为了了解草地沙漠化过程中土壤不同理化特性变化的关系，对一些主要土壤理化特性的变化进行了相关分
析（表５）。结果表明，土壤有机质和养分含量的变化多与土壤粘粉粒含量、紧实度、容重、土壤温度和ｐＨ值呈正
相关关系，与土壤沙粒含量和水分含量呈负相关关系，但只与土壤粘粉粒含量、土壤沙粒含量及土壤硬度的相关
系数达到了显著水平（犘＜０．０５），与其他土壤理化特性的相关系数未达到显著水平（犘＞０．０５）。土壤ｐＨ的变化
与土壤粘粉粒、土壤紧实度和土壤温度的变化呈正相关关系，与沙粒含量、土壤容重呈负相关关系，但相关系数均
未达到显著水平（犘＞０．０５）。土壤温度变化除了与土壤紧实度，土壤水分含量除了与土壤容重的相关系数达到
显著水平外（犘＜０．０５），与其他土壤理化特性的相关性均未达到显著水平（犘＞０．０５）。
３ 讨论
３．１ 土壤物理特性的沙漠化演变规律和机制
研究结果表明，在呼伦贝尔草原，随着草地沙漠化的发展，土壤黏粉粒含量显著下降，沙粒含量明显增加。和
非沙漠化草地相比，严重沙漠化草地０～２０ｃｍ土壤黏粉粒含量下降了４９．３％，沙粒含量增加４．０％。其中，以中
度和重度沙漠化阶段土壤机械组成变化幅度最大，其黏粉粒含量分别下降２５％和３４％，沙粒含量分别增加了
２．５％和４．２％。这说明，沙漠化导致了呼伦贝尔沙地土壤的明显粗化，其中土壤粉尘（黏粉粒）的主要排放期是
在中度和严重沙漠化阶段。草地沙漠化过程中，之所以会出现土壤黏粉粒含量减少和沙粒含量增加，其主要机制
４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．２
是：沙漠化是以风力为外营力，以土壤风蚀为主要特征的一种土地退化类型［１０，１４］，土壤风蚀会造成土壤颗粒的分
选，使土壤中细颗粒（黏粉粒）被吹离原土壤，粗颗粒（沙粒）留下来，从而导致土壤发生粗化［９，１６］。而且，风蚀越严
重，土壤中细颗粒被吹蚀的数量越多，土壤中沙粒的含量会越高，沙漠化也会越严重［７，１４］。在研究中，土壤黏粉粒
的下降与土壤沙粒的增加呈显著负相关关系，也证实了这一点。沙漠化过程中，土壤黏粉粒之所以在中度和严重
沙漠阶段下降幅度较大，可能是其植被盖度和高度在这一阶段下降幅度较大（表１），土壤受风蚀危害较为严重所
致［８，１０］。
表５ 土壤理化特性的相关系数
犜犪犫犾犲５ 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊犪犿狅狀犵犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犮犺犲犿犻犮犪犾犪狀犱狆犺狔狊犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊
项目Ｉｔｅｍｓ 粘粉粒Ｃｌａｙ＋ｓｉｌｔ 沙粒Ｓａｎｄ 硬度 Ｈａｒｄｎｅｓｓ 容重Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ 土壤温度ＳｏｉｌＴｅｍｐ．土壤水分Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔ． ｐＨ
有机质ＳＯＭ ０．８９６ －０．８６７ ０．８７１ ０．０６０ ０．４３６ －０．５６０ ０．３６３
全氮ＴｏｔａｌＮ ０．９０３ －０．８５３ ０．８５０ ０．１５０ ０．３９９ ０．０１９ ０．４４４
全磷ＴｏｔａｌＰ ０．９０６ －０．８７１ ０．８８７ ０．０５４ ０．５３１ －０．１３２ ０．３８１
速效氮Ａｖａｉｌ．Ｎ ０．９２０ －０．８９４ ０．８５９ ０．１５４ ０．５１８ －０．０５７ ０．３６７
速效磷Ａｖａｉｌ．Ｐ ０．７７４ －０．６８５ ０．７１０ －０．０７９ ０．１９１ －０．３５６ ０．２９１
ｐＨ ０．２４０ －０．１０８ ０．２９８ －０．０６２ ０．１９８ ０．０２５ －
土壤温度ＳｏｉｌＴｅｍｐ． ０．４８４ －０．５３５ ０．５９５ ０．１６２ － －０．０１７ ０．１９８
土壤水分Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔ． －０．０４９ －０．０３５ －０．０４９ ０．５４４ －０．０１７ － ０．０２５
黏粉粒Ｃｌａｙｓｉｌｔ － －０．９６３ ０．８３２ ０．２６０ ０．４８５ －０．０４９ ０．２４０
沙粒Ｓａｎｄ －０．９６３ － －０．７９６ －０．３５１ －０．５３５ －０．０３５ －０．１０８
犘＜０．０５；犘＜０．０１
另外，研究结果还表明，随着沙漠化的发展，除了土壤紧实度显著降低外，土壤容重和土壤温度的变化均未达
到显著水平，土壤水分含量虽然呈增加趋势，但只在严重沙漠化阶段才达到显著水平。相关分析结果表明，土壤
紧实度和土壤黏粉粒含量，土壤水分含量与土壤容重均呈显著正相关关系，而土壤容重、土壤温度和含水量与土
壤机械组成的相关性均未达到显著水平。这说明，沙漠化过程中土壤黏粉粒的损失是导致土壤粘结性降低，土壤
紧实度下降的主要原因［１７，１８］，但土壤机械组成的变化并不是导致土壤容重、土壤水热状况变化的主要机制［１０］。
土壤容重、紧实度、土壤水热状况的变化除受土壤质地影响外，还受到植被等其他多种因素的影响［１１，１４］。
和他人在科尔沁沙地［１０１２］、毛乌素沙地［７，８］、浑善达克沙地［９，１７］的研究结果相比，呼伦贝尔沙地土壤物理特性
的变化幅度明显小得多。之所以会出现这种情况，主要是因为呼伦贝尔沙质草地沙漠化过程中的土壤粗化幅度
明显小于其他几个沙地，因而由此引发的土壤容重、土壤紧实度和土壤水热变化也就相应较小。而其土壤粗化速
率之所以较低，则是因为呼伦贝尔沙地背景土壤（非沙漠化草地）的黏粉粒含量明显低于科尔沁等３个沙地，而其
严重沙漠化草地的土壤粗沙含量又和这３个沙地相近，从而使其土壤质地变化幅度较小［７，９，１１］。
３．２ 土壤化学特性的沙漠化演变规律和机制
大量研究结果表明，沙漠化对土壤化学特性有着显著影响，可以导致土壤有机碳和养分含量的急剧下降，引
起土壤不同养分的比例失调和土壤贫瘠化［１，８，１８］，从而成为植物或作物生长的主要限制因子［１９］。本研究结果证
实了这一点。在本研究中，随着沙漠化的发展，０～２０ｃｍ土壤的有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷均显著下
降。和非沙漠化草地相比，严重沙漠化草地土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷分别下降了７５．９％，
５７．６％，４４．７％，５１．１％和６４．５％。其中，表层土壤（０～１０ｃｍ）有机碳和养分含量的下降幅度要大于下层（１０～
２０ｃｍ）土壤，中度沙漠化阶段土壤有机碳和养分含量的损失要比其他沙漠化阶段更显著。同时，随着沙漠化的发
展，碳／氮也呈现明显的下降。这一方面说明，沙漠化导致了草地土壤严重贫瘠化，沙漠化对草地土壤有机碳和养
分的危害在中度沙漠化阶段即已达到了严重程度，而且对表层土壤的危害要大于下层土壤［１８，２０，２１］；另一方面说
明，沙漠化过程中，不同土壤养分元素的下降速率有很大差异，有机碳的下降速率大于氮［２２，２３］。这不仅意味着沙
５第２１卷第２期 草业学报２０１２年
漠化导致了土壤固碳能力的降低，土壤有机质矿化程度加剧，土壤难以储存更多的有机碳，可能因释放更多的无
机氮，导致土壤氮素的流失，对环境产生负面影响［９，１８］；而且还意味着土壤有机碳在促进土壤团粒结构形成，维持
土壤稳定，保障土壤养分供给中的作用明显降低，土壤的稳定性变差，更易遭受风蚀［１３，２４，２５］。另外，研究结果还
表明，随着沙漠化的发展，表层土壤的ｐＨ值也出现了显著下降，这说明沙漠化过程中土壤的酸碱度也发生了明
显改变。
相关分析表明，沙漠化过程中，土壤有机质和养分含量的变化均与土壤黏粉粒含量的减少呈显著正相关关
系，与沙粒含量的增加呈显著负相关关系，土壤ｐＨ的变化与土壤机械组成也呈正相关关系，但相关系数未达到
显著水平。这一方面说明，土壤有机质和养分含量的变化与土壤质地的变化密切相关［１２，２６］，土壤黏粉粒的吹失
和土壤的粗化导致了土壤有机质和养分含量的大量损失，也导致了土壤ｐＨ 的变化。这一结果支持了Ｌｏｗｅｒｙ
等［２２］和 Ｍａｎｎ和Ｔｏｌｂｅｒｔ［２３］有关“风蚀引起的土地沙漠化是通过改变土壤质地，进而改变土壤有机质和养分含
量，导致土壤贫瘠化”的观点。沙漠化过程中，土壤有机质和养分含量之所以随着土壤的粗化而下降，其主要机制
是土壤中大部分有机质是和土壤细颗粒结合在一起的，当土壤细颗粒被吹失时，土壤有机质也随着土壤细颗粒从
土壤中散失［１０，１９］。土壤黏粉粒和有机质是决定土壤质地和肥力的关键因素，一旦土壤黏粉粒和有机质大量损
失，土壤养分状况也就会发生明显改变［９，１８］。
４ 结论
随着沙漠化的发展，草地土壤细颗粒（黏粉粒）含量明显下降，沙粒含量明显增加，土壤质地发生粗化，其中以
中度和重度沙漠化阶段土壤粘粉粒损失最为严重。沙漠化过程中，土壤容重和土壤温度变化不显著，土壤紧实度
显著下降，土壤含水量略有增加；土壤有机质和土壤氮、磷含量明显下降，同时土壤Ｃ／Ｎ大幅度降低，表层土壤
ｐＨ下降明显。沙漠化过程中，土壤有机碳和养分含量的变化与土壤黏粉粒含量的变化，土壤硬度的变化与土壤
黏粉粒和有机质含量变化均呈显著正相关，土壤容重、土壤温度和土壤含水量的变化与土壤机械组成的相关性均
未达到显著水平。在呼伦贝尔沙质草地，沙漠化过程中土壤黏粉粒的损失是导致土壤粗化，致使土壤紧实度、土
壤有机碳和养分含量下降的重要原因，而土壤容重、土壤水分和温度状况的变化受沙漠化影响较小。
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犇犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犿犲犮犺犪狀犻狊犿狊犪狀犱狆狉狅犮犲狊狊狅犳狊狅犻犾犮犺犲犿犻犮犪犾犪狀犱狆犺狔狊犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊
犻狀犎狌犾狌狀犫犲犻狉狊犪狀犱狔犵狉犪狊狊犾犪狀犱，犐狀狀犲狉犕狅狀犵狅犾犻犪
ＺＨＡＯＨａｌｉｎ１，ＺＨＯＵＲｕｉｌｉａｎ２，ＺＨＡＯＸｕｅｙｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＴｏｎｇｈｕｉ１，ＷＡＮＧＪｉｎ２
（１．ＣｏｌｄａｎｄＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＡＳ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ；
２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＬｕｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ２６４０２５，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｆｉｅｌｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｓｏｉｌｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｄｕｒｉｎｇ２００９ｉｎｔｈｅＣｈｅｎｂａｅｒＢａｎｎｅｒ，ＨｕｌｕｎｂｕｉｒＳａｎｄＬａｎｄｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｇｒａｓｓｌａｎｄｓｏｉｌｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，１）Ｗｉｔｈｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｅｓｅｒｔｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ，ｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ（ｃｌａｙａｎｄｓｉｌｔ）ｉｎｓｏｉｌｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｈｉｌｅｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｇｉｖｉｎｇａ
ｃｏｕｒｓｅｒｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅ，Ｌｏｓｓｏｆｓｏｉｌｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｓｍｏｓｔｓｅｒｉｏｕｓｉｎｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；２）Ｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｈａｎｇｅｓｉｎｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｂｕｔｓｏｉｌｈａｒｄｎｅｓｓｄｅ
ｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｌｉｇｈｔｌｙ；３）Ｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎａｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌ
ｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ｗｈｉｌｅＣ／ＮａｎｄｓｏｉｌｐＨｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ；４）Ｃｈａｎｇｅｓｏｆ
ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｏｉｌｃｌａｙａｎｄｓｉｌｔｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｗｈｉｌｅｓｏｉｌ
ｈａｒｄｎｅｓｓｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｏｉｌｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ．Ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙｉｎｓｏｉｌｂｕｌｋ
ｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｗｉｔｈｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅｗａｓｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ；５）Ｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ，ｌｏｓｓｏｆｓｏｉｌｃｌａｙａｎｄｓｉｌｔｗａｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｏｃａｕｓｅｓｏｉｌｃｏａｒｓｅｎｅｓｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎａｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
ｏｆｓｏｉｌｈａｒｄｎｅｓｓ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｗｉｔｈｌｅｓｓｅｒｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｏｉｌｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒ
ａｔｕｒｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｉｎＨｕｌｕｎｂｅｉｒｓａｎｄｙｌａｎｄ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｃｈａｎｇｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ；Ｈｕｌｕｎｂｅｉｒｓａｎｄｙｇｒａｓｓ
ｌａｎｄ
７第２１卷第２期 草业学报２０１２年