全 文 ：书不同沙化程度草原地下生物量及其环境因素特征
金云翔，徐斌，杨秀春，李金亚，马海龙，高添，于海达
（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 农业部农业信息技术重点实验室，北京１０００８１）
摘要：为探讨草原沙化演替过程中地下生物量的变化规律，以内蒙古正蓝旗温性草原区为例，采用样地调查方法，
研究了不同沙化程度草地地下生物量的垂直分布格局及其土壤环境特征。结果表明，１）草地地下生物量由土壤表
层向深层急剧下降，总体呈“Ｔ”形分布，０～３０ｃｍ土层地下生物量占总地下生物量的８０％以上；随着草原沙化程度
的加剧，地下生物量呈显著下降趋势（犘＜０．０５），未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地的地下
生物量平均密度分别为２５９８．６７，２３１８．４５，３９０．２６，１１７．２５ｇ／ｍ２。２）土壤温度随深度的增加而降低，３０ｃｍ以下
土壤温度基本保持稳定；沙化草地深层土壤含水量略高于表层含水量，未沙化草地土壤保水能力优于沙化草地。
３）在草原沙化演替进程中，土壤理化性质发生了一系列变化，与未沙化草地相比砂粒含量显著增加（犘＜０．０５），沙
化草地砂粒含量占９０％以上；温性草原土壤ｐＨ值总体属于中性，各类型沙化草地间差异不显著（犘＞０．０５）；随着
沙化程度的加剧，土壤有机质、全氮和速效氮含量均值较未沙化草地显著下降（犘＜０．０５）。
关键词：地下生物量；草原沙化；环境因素；正蓝旗
中图分类号：Ｓ８１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１３）０５００４４０８
犇犗犐：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１３０５０６
生物量是草原生态系统的重要组成部分，是评价生态系统结构与功能的重要参数［１］。国内外学者对草原地
上生物量已经有了较深入的研究［２８］，而对地下生物量的研究仍相对薄弱。地下生物量是草地植被碳蓄积的重要
组成部分［９］，是联系地上和地下生态系统过程的主要纽带［１０］，准确测定地下生物量是确定草地植被碳源汇功能
的基础［１１］。由于长期超载过牧等人为活动的影响，９０％以上的草原呈现不同程度的退化现象，草原生态系统结
构遭到严重破坏，草原生产力急剧下降，致使地下生物量的研究存在较大的不确定性，使得草原地上—地下生物
量比数据存在较大误差［１２］。土壤是草原植被生长发育的主要环境因素，植被群落演替可以改变土壤性状，而土
壤性状的改变又可引起植被群落类型的改变［１３］，二者相互作用、相互制约［１４］，地下生物量的大小和分布格局受
到土壤温度、水分和土壤理化性质等因素的影响，不同草地类型和不同沙化程度的地下生物量大小及其分布具有
较大差别。为此，以内蒙古自治区正蓝旗温性草原区为例，针对不同沙化程度草地，通过地面样地调查方法分析
了地下生物量的垂直分布格局，探讨了植被生长的土壤环境特征，为全面理解草原生态系统物质循环过程和准确
估算草原生物量提供科学依据。
１ 材料与方法
１．１ 研究区概况
正蓝旗地处内蒙古自治区中部浑善达克沙地腹地，位于东经１１４°５５′～１１６°３８′，北纬４１°４６′～４３°０７′，全旗南
北长约１３８．７ｋｍ，东西宽约１３８．５ｋｍ，总面积为１０１８８ｋｍ２［１５］。研究区由南部低山丘陵和北部浑善达克沙地
两大地貌类型构成，地势南高北低，海拔处于１１７４～１６６８ｍ间，平均海拔１３００ｍ。该地区属于中温带大陆性
季风气候类型，春季多风干燥、夏季雨量集中、秋季短促、冬季寒冷漫长，多年平均气温变化幅度在０．５～４．０℃；
多年降水量在２３０～４８０ｍｍ之间，降水量时空分布不均，多集中在６—８月，受地形影响，降水量分布总体由西北
向东南方向递增。正蓝旗草原面积约１００１６ｋｍ２，约占整个旗土地总面积的９５％，植被类型多样，植物种类丰
４４－５１
２０１３年１０月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第２２卷 第５期
Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
收稿日期：２０１３０２２１；改回日期：２０１３０４０７
基金项目：国家高技术研究发展专项（８６３）（２００６ＡＡ１０Ｚ２４２，２００８ＡＡ１２１８０５），国家自然科学基金（４０７０１０５５），农业农村资源监测统计（草原监
测）（３２６６）和中央公益性科研院所专项资金项目（ＩＮＲＲＰ２０１２２０）资助。
作者简介：金云翔（１９８３），男，山东泰安人，博士。Ｅｍａｉｌ：ｊｉｎｙｕｎｘｉａｎｇ＠ｃａａｓ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｘｕｂｉｎ＠ｃａａｓ．ｃｎ
富，以温性草原类为主要草地类型，占草原总面积的８２．７％。正蓝旗地带性土壤主要有黑钙土、暗栗钙土、栗钙
土等。
１．２ 样地设置
参照《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》的国家标准以及相关土地沙化分级指标研究［１６２０］，在收集和
分析相关工作成果基础上，于２０１０年９月上旬，在研究区选择地势平缓坡向一致的地段，进行定点的样地样方调
查。通过充分的野外考察和论证分析，结合植被组成、草地总覆盖度、裸沙面积和地形等特征（表１），将草原区划
分为未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重度沙化草地等四类［１５］。按照草原沙化分级，选择不同沙化程
度草地典型样地区，记录样地特征及周边环境信息，主要包括经纬度、海拔、地貌、草地类型以及侵蚀、沙化程度等
情况。样方大小设置为１ｍ×１ｍ，记录样方内的主要植物种，植被盖度，群落高度，裸沙盖度等信息。在不同沙
化程度草地分别选取各３个样地进行调查。
表１ 正蓝旗草原沙化分级指标
犜犪犫犾犲１ 犌狉犪犱犪狋犻狅狀犻狀犱犲狓狅犳犵狉犪狊狊犾犪狀犱犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犻狀犣犺犲狀犵犾犪狀犅犪狀狀犲狉
草地沙化分级
Ｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
植物群落特征Ｐｈｙｔｏｃｏｅｎｏｓｉｕｍｆｅａｔｕｒｅ
植被组成
Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
草地总覆盖度
Ｃｏｖｅｒｄｅｇｒｅｅ（％）
裸沙面积百分比
Ｓａｎｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
（％）
地形特征
Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ
ｆｅａｔｕｒｅ
未沙化草地 Ｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉ
ｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
沙生植被为一般伴生种或偶见种。Ｃｏｍｐａｎ
ｉｏｎｏｒａｃｃｉｄｅｎｔａｌｓｐｅｃｉｅｓａｒｅｐｓａｍｍｏｐｈｙｔｅ．
＞７０ ＜５ 未见沙丘或风蚀坑。Ｎｏｓａｎｄ
ｄｕｎｅｏｒｂｌｏｗｏｕｔ．
轻度沙化草地Ｓｌｉｇｈｔｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
沙生植物成为主要伴生种。Ｍａｉｎｃｏｍｐａｎ
ｉｏｎｓｐｅｃｉｅｓａｒｅｐｓａｍｍｏｐｈｙｔｅ．
５０～７０ ５～１０ 较平缓的沙地、固定沙丘。Ｍｉｌｄ
ｓａｎｄｌａｎｄ，ｆｉｘｅｄｄｕｎｅ．
中度沙化草地 Ｍｏｄｅｒａｔｅ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
沙生植物成为优势种。Ｄｏｍｉｎａｎｔｓｐｅｃｉｅｓ
ａｒｅｐｓａｍｍｏｐｈｙｔｅ．
３０～５０ １０～３０ 平缓沙地、小型风蚀坑或半固定
沙丘。Ｍｉｌｄｓａｎｄｌａｎｄ，ｓｍａｌ
ｂｌｏｗｏｕｔ，ｓｅｍｉｆｉｘｅｄｄｕｎｅ．
重度沙化草地Ｓｅｖｅｒｅｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
植被很稀疏，仅存少量沙生植物。Ｓｐａｒｓｅ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ，ａｌｉｔｔｌｅｐｓａｍｍｏｐｈｙｔｅ．
＜３０ ＞３０ 中、大型沙丘、大型风蚀坑，半流
动沙丘或流动沙丘。Ｌａｒｇｅｓｃａｌｅ
ｓａｎｄｌａｎｄａｎｄｂｌｏｗｏｕｔ，ｓｅｍｉｍｏｖ
ｉｎｇｄｕｎｅｏｒｍｏｖｉｎｇｄｕｎｅ．
１．３ 地下生物量的测定
地下植物根系采用根钻法取样，根钻直径为６．８ｃｍ，高度１０．０ｃｍ，按照１０ｃｍ为１层，分层进行采集。取样
深度视植物根系分布深浅而定，未沙化草地采集深度为８０ｃｍ，每个样方同一层取３次重复，轻度沙化草地采集
深度为６０ｃｍ，随着沙化程度的增加，根钻法难以获取样方内的植物根系，改为采用挖掘法在样方内挖取长、宽、
高为２０ｃｍ×２０ｃｍ×１０ｃｍ的土块分层采集，由于草原沙化程度的增加，地下植物根系量大幅度减少，中度和重
度沙化草地土层深度达到３０ｃｍ后不再深挖采集。将野外采集的地下植物根系土样带回室内，放入６０目（０．２５
ｍｍ）过滤筛中用清水冲洗，清除附着在根系上的土质，并挑出非草根等杂物。将洗净的地下根系放入烘箱，在
１０５℃条件下杀青２０ｍｉｎ，然后在８５℃恒温条件下烘干至恒重，称取地下生物量。
１．４ 土壤温度和土壤含水量的测定
采用红外测温仪（ＲａｙｔｅｋＳＴ）和土壤水分测量仪（ＴＺＳ１）测定０～５０ｃｍ深度内的土壤温度和土壤含水量，
土壤温度测定分为０，１０，２０，３０，４０，５０ｃｍ等层次，土壤含水量测定分为０～１０，１０～２０，２０～３０，３０～４０，４０～５０
ｃｍ等层次。每层测３组数据，取其平均值代表该层的土壤温度和土壤含水量。在地面样方调查中，分层测定土
壤的温度和含水量，期间均无降水事件发生。
５４第２２卷第５期 草业学报２０１３年
１．５ 土壤理化性质的测定
按照不同沙化程度草地，分别采集０～５０ｃｍ的土样，带回实验室剔除植物的根系及石砾等杂物风干，在中国
农业科学院农业资源与农业区划研究所国家化肥质量监督检验中心测定了土壤机械组成，有机质、酸碱度（ｐＨ
值）、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾等土壤理化指标。土壤机械组成采用吸管法，土壤有机质采用重铬
酸钾氧化容量法，ｐＨ值采用电位法，全氮采用浓硫酸消煮—开氏定氮法，全磷采用碳酸钠熔融—钼锑抗比色法，
全钾采用氢氧化钠熔融—火焰光度法，速效氮采用碱解扩散法，速效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法，速效
钾采用醋酸铵浸提—火焰光度法［２１］。
１．６ 数据处理
采用Ｅｘｃｅｌ２０１０对数据进行处理和作图，应用统计分析软件ＳＰＳＳ１７．０进行显著性检验，采用单因素方差
分析（ＯｎｅｗａｙＡＮＯＶＡ）和多重比较法（Ｓｃｈｅｆｆｅ法）比较不同数据组间的差异。
２ 结果与分析
２．１ 草原地下生物量及其分布
随着草原沙化程度的加剧，草原地下生物量呈明显下降趋势，未沙化草地、轻度沙化草地、中度沙化草地、重
度沙化草地的地下生物量平均密度分别为２５９８．６７，２３１８．４５，３９０．２６，１１７．２５ｇ／ｍ２（表２）。轻度沙化草地地下
生物量为未沙化草地的８９％，中度沙化草地的地下生物量为未沙化草地的１５％，重度沙化草地的地下生物量仅
为未沙化草地的４．５％，地下生物量显著减少（犘＜０．０５），未沙化草地和轻度沙化草地的生物量都显著高于中度
和重度沙化草地（犘＜０．０５）。中度和重度沙化草地主要为流动沙丘或半流动沙丘，分布着虫实（犆狅狉犻狊狆犲狉犿狌犿
ｓｐｐ．）、沙米（犃犵狉犻狅狆犺狔犾犾狌犿狆狌狀犵犲狀狊）等植物种，植被盖度低，根系中细根、侧根少，其根系分布较浅，中度和重度
沙化草地地下生物量明显低于轻度和未沙化草地。
表２ 不同沙化草地各深度地下生物量的变化
犜犪犫犾犲２ 犅犲犾狅狑犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊犪狋犲犪犮犺犱犲狆狋犺犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱 ｇ／ｍ２
深度Ｄｅｐｔｈ（ｃｍ） 未沙化Ｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄ 轻度沙化Ｓｌｉｇｈｔｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄ 中度沙化 Ｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄ 重度沙化Ｓｅｖｅｒｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄ
０～１０ １３１７．４４±２５１．８３ｂ １１７１．２８±９４．４３ｂ ２１８．５０±１８７．５０ａ ６０．７５±２４．５０ａ
１０～２０ ６４５．２４±９５．９８ｂ ５６９．０７±５３．７４ｂ １００．５０±８２．５０ａ ４２．１３±８．３８ａ
２０～３０ ２３９．４１±２９．６７ｂ ２９５．３３±６１．２８ｂ ７１．２６±５８．４９ａ １４．３８±１．８８ａ
３０～４０ １５２．０２±２８．０５ １４７．１６±２０．５９ － －
４０～５０ １０５．４８±２０．１１ ９６．９４±３０．６４ － －
５０～６０ ７０．９９±１０．５８ ３８．６７±２７．６２ － －
６０～７０ ４９．４６±９．２８ － － －
７０～８０ ４１．３３±１．８６ － － －
总计Ｔｏｔａｌ ２５９８．６７±１０２．０１ｂ ２３１８．４５±５８．２６ｂ ３９０．２６±３２８．４９ａ １１７．２５±３１．００ａ
注：表中数值为平均值±标准差，同行中不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）；－表示无值，视植物根系分布深浅而定。下同。
Ｎｏｔｅ：Ｖａｌｕｅｉｓｍｅａｎｖａｌｕｅ±ｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎａｒｏｗｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（犘＜０．０５）；－Ｆｏｒｍｓｉｎｄｉｃａｔｅｎｏ
ｖａｌｕｅ，ｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｒｏｏｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
根据不同沙化程度草地类型分析（表２），表层（０～１０ｃｍ）的地下生物量最大，占各类草地总地下生物量的
５０％以上，未沙化草地和轻度沙化草地的生物量显著高于中度和重度沙化草地（犘＜０．０５），未沙化草地、轻度沙
化草地、中度沙化草地、重度沙化草地的地下生物量平均密度分别为１３１７．４４，１１７１．２８，２１８．５０，６０．７５ｇ／ｍ２；土
层１０～２０ｃｍ地下生物量迅速减小，分别为６４５．２４，５６９．０７，１００．５０，４２．１３ｇ／ｍ２，其中重度沙化草地减少幅度为
３０．７％，而其他类草地减小幅度达到５０％以上；土层２０～３０ｃｍ地下生物量分别为２３９．４１，２９５．３３，７１．２６，１４．３８
ｇ／ｍ２。地下生物量在土层０～３０ｃｍ的变化趋势与总地下生物量变化趋势基本相同，随着沙化程度的加剧，地下
生物量降低；各土层中未沙化草地和轻度沙化草地的生物量都显著高于中度和重度沙化草地（犘＜０．０５），而未沙
６４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
化草地与轻度沙化草地间、中度沙化草地与重度沙化草地间的生物量差异不显著（犘＞０．０５）。土层３０～６０ｃｍ
各层未沙化草地和轻度沙化草地的地下生物量减幅也均未达到显著水平（犘＞０．０５）。从地下生物量垂直分布
看，不同沙化程度草地沿土层深度向下递减趋势显著（犘＜０．０５），降低幅度呈先增大后减小的趋势，总体呈“Ｔ”形
分布，各类型草地８０％以上的地下生物量主要集中在０～３０ｃｍ的土壤表层。
２．２ 土壤温度和土壤含水量
由于测定温度的时间有所差异和受太阳光照辐射程度不同的影响，不同沙化程度草地的地表（０ｃｍ）温度波
动较大，表层温度不能较好地反映各类草地温度的差异规律。１０ｃｍ以下，未沙化草地土壤温度略有下降，但下
降幅度不显著（犘＞０．０５），轻、中、重三类沙化草地随土层深度的增加，土壤温度明显降低（犘＜０．０５）。在１０～３０
ｃｍ深度，重度、中度沙化草地土壤温度略高于轻度和未沙化草地，由于中度、重度沙化草地土壤孔隙度相对较大，
土壤的透气性较好，尤其是土壤表层和外界的热量交换频繁，土壤温度略高；在３０ｃｍ处各类草地土壤温度具有
显著相关性（犘＜０．０１），草原沙化演替过程中，土层温度呈上升趋势。３０ｃｍ以下不同沙化程度草地土壤温度基
本保持恒温状态，温度处于２０℃左右。总体上，草地土壤温度随深度的增加而降低，土层０～３０ｃｍ土壤温度下
降幅度明显，３０ｃｍ以下土壤温度基本保持稳定（图１）。
未沙化草地土壤含水量在土层０～３０ｃｍ间呈梯度减少趋势（犘＜０．０５）（图２）。表层（０～１０ｃｍ）由于植物根
系发达、土壤粘粒含量多，有利于土壤表层保持水分含量，其土壤含水量为２０．９３％；２０～３０ｃｍ土壤含水量比表
层下降了６４％左右；３０～５０ｃｍ深度土壤含水量略有增加。未沙化草地土壤含水量在０～５０ｃｍ土层中的变异系
数为０．５，说明其含水量变化幅度较大。沙化草地由于土壤表层为砂质土，土壤透气性和透水性较好，水分与外
界交换频繁，松散的土壤结构加快了水分的流失，促使表层（０～１０ｃｍ）土壤环境易干旱，含水量明显低于未沙化
草地。从垂直剖面看，由于地表降水下渗速率快和干沙层有利于入渗水分的保存［２２］，沙化草地的土壤含水量与
土层深度呈显著相关关系，随土层深度增加土壤含水量明显增加，尤其是重度沙化草地土壤含水量增加显著
（犘＜０．０５）。总体上，未沙化草地土壤含水量随深度的增加先明显下降，后略有上升，０～３０ｃｍ土壤含水量明显
高于沙化草地；沙化草地土壤含水量则随土层深度的增加有所上升。
图１ 不同沙化程度草地的土壤温度梯度变化
犉犻犵．１ 犌狉犪犱犻犲狀狋狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犻狀
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱
图２ 不同沙化程度草地的土壤含水量梯度变化
犉犻犵．２ 犌狉犪犱犻犲狀狋狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狊狅犻犾犿狅犻狊狋狌狉犲犮狅狀狋犲狀狋
犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱
２．３ 土壤理化性质
土壤机械组成的变化是土壤沙化过程中表现最为明显的特征之一，随着沙化程度的加剧，地表物质颗粒组成
中细粒减少，粗大颗粒逐渐占据优势，即地表粗化过程［２３］，所以机械组成的差异和变化可以作为判断草原沙化发
展程度的指标之一。研究区内未沙化草地０～５０ｃｍ土壤层平均砂粒含量（颗粒大于０．０５ｍｍ）为８１．９９％，粉粒
（颗粒位于０．０５０～０．００２ｍｍ）为９．２７％，粘粒含量（颗粒小于０．００２ｍｍ）仅占８．７３％（表３），根据国际制土壤质
地分类标准［２４］，未沙化草地以砂质粘壤土为主。随着沙化程度的加剧，粘粒含量逐渐减小，砂粒含量逐渐增加，
７４第２２卷第５期 草业学报２０１３年
与未沙化草地相比砂粒含量显著增加（犘＜０．０５），粉粘粒含量显著下降（犘＜０．０５）。其中，粉粒含量下降幅度最
大，中度沙化草地较未沙化草地已下降了７６％；其次是粘粒含量，重度沙化草地的粘粒含量较未沙化草地下降幅
度为５３％；砂粒含量增加幅度较小，较未沙化草地增加１３％左右。总体上，轻度、中度、重度沙化草地砂粒含量占
９０％以上，粉粒（颗粒位于０．０５０～０．００２ｍｍ）和粘粒含量仅占７％左右，依据国际制土壤质地分类标准，本研究
区沙化草地土壤判定为砂土或壤质砂土。
表３ 不同沙化程度草地的土壤机械组成
犜犪犫犾犲３ 犛狅犻犾犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱 ％
类型
Ｔｙｐｅ
未沙化草地
Ｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
轻度沙化草地
Ｓｌｉｇｈｔｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
中度沙化草地
Ｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
重度沙化草地
Ｓｅｖｅｒｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
砂粒Ｓａｎｄ ８１．９９±１．８９ａ ９０．０２±４．５８ｂ ９３．３９±１０．３０ｂ ９３．９９±０．９５ｂ
粉粒Ｐａｒｔｉｃｌｅ ９．２７±２．７９ｂ ４．２４±３．０４ａ ２．２０±０．７０ａ １．９２±１．３９ａ
粘粒Ｃｌａｙ ８．７３±１．２６ｂ ５．７５±１．６８ａｂ ４．４１±０．８９ａ ４．０８±２．２４ａ
土壤养分的动态变化研究能够反映植物与土壤环境间的关系及变化特征［１３］，尤其是半干旱脆弱地带草原沙
化过程对植被及其土壤生态环境产生的效应。温性草原土壤ｐＨ值总体属于中性（表４），未沙化草地略偏弱碱
性，各类型沙化草地间差异不显著（犘＞０．０５）。土壤有机质是反映土壤肥力和环境质量状况的重要特征，为植物
生长发育提供有效的营养物质。未沙化草地土壤有机质较为丰富，均值达到８．２０ｇ／ｋｇ，为草原植被生长提供了
充足的养分基础。随着沙化程度的加剧，土壤有机质含量比未沙化草地显著下降（犘＜０．０５），不同沙化程度草地
有机质含量差异不显著（犘＞０．０５），轻度沙化草地土壤有机质含量均值为未沙化草地的４２．４％，中度沙化草地土
壤有机质含量均值下降到１．３３ｇ／ｋｇ，重度沙化草地土壤有机质含量不到１．００ｇ／ｋｇ，这是因为一方面有机质随
着细粒物质的减少而损失，另一方面沙化草地植被盖度低，植物种稀少，不利于土壤有机质的累积。
表４ 不同沙化程度草地的土壤理化性质
犜犪犫犾犲４ 犛狅犻犾狆犺狔狊犻犮狅犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱
类型 Ｔｙｐｅ ｐＨ 有机质
Ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ
（ｇ／ｋｇ）
全养分 Ｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ（ｇ／ｋｇ）
氮
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
（Ｎ）
磷
Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
（Ｐ）
钾
Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ
（Ｋ）
速效养分 Ａｖａｉｌａｂｌｅｎｕｔｒｉｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ（ｍｇ／ｋｇ）
氮
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ
（Ｎ）
磷
Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
（Ｐ）
钾
Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ
（Ｋ）
未沙化草地 Ｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉ
ｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
７．７０±
０．４９
８．２０±
３．３０ｂ
０．７５±
０．２６ｂ
０．９５±
０．２５
４１．２５±
１．０５
４３．５５±
１４．２１ｂ
０．８３±
０．２５
５３．６３±
１９．７７
轻度沙化草地Ｓｌｉｇｈｔｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
７．３５±
０．４２
３．４８±
１．６６ａ
０．３１±
０．２４ａ
１．０６±
０．６６
４０．５３±
４．２６
２９．２０±
１９．３８ａｂ
１．２２±
０．１４
５３．３３±
２６．９２
中度沙化草地 Ｍｏｄｅｒａｔｅ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
７．７２±
０．９９
１．３３±
０．９５ａ
０．０８±
０．０４ａ
０．６１±
０．１８
３９．８５±
２．９１
１７．２０±
５．４５ａｂ
１．００±
０．３７
４６．１３±
２７．０６
重度沙化草地Ｓｅｖｅｒｅｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ
７．４４±
０．５６
０．６２±
０．２２ａ
０．０４±
０．０３ａ
０．４７±
０．２５
４１．１２±
３．９７
１５．６６±
７．９０ａ
１．４６±
０．９４
３５．６０±
３０．３５
注：同列中不同字母表示差异显著（犘＜０．０５）。
Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｗｉｔｈｉｎａｃｏｌｕｍｎｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（犘＜０．０５）．
从全养分和速效养分含量来看，草原沙化过程引起土壤养分含量的大量流失。未沙化草地的全氮和速效氮
均值与沙化草地存在显著差异（犘＜０．０５），未沙化草地的全氮和速效氮含量远高于沙化草地，均值分别达到０．７５
ｇ／ｋｇ和４３．５５ｍｇ／ｋｇ（表４），而不同沙化程度草地全氮含量差异不显著，重度沙化草地全氮含量略高于轻度和中
８４ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１３） Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５
度沙化草地，速效氮含量在重度沙化草地达到显著水平（犘＜０．０５）。不同沙化草地全磷、全钾、速效磷和速效钾
含量间的差异未达到显著水平（犘＞０．０５）。未沙化草地的全磷含量均值为０．９５ｇ／ｋｇ，随着沙化程度的加剧，全
磷含量总体呈下降趋势，轻度沙化草地略有增加，含量均值为１．０６ｇ／ｋｇ，重度沙化草地全磷含量最低为０．４７
ｇ／ｋｇ，为轻度沙化草地全磷含量的４４％。速效磷含量方面，轻度沙化草地速效磷含量比未沙化草地高０．３９
ｍｇ／ｋｇ，重度沙化草地速效磷含量最高为１．４６ｍｇ／ｋｇ。研究区沙化草地全钾含量损失较少，不同沙化程度草地
的全钾含量均在４０ｇ／ｋｇ左右，未沙化草地速效钾含量均值为５３．６３ｍｇ／ｋｇ，随着沙化程度的加剧，速效钾含量
逐渐降低，重度沙化草地速效钾含量最低，为３５．６０ｍｇ／ｋｇ。
３ 讨论
目前，地下生物量的研究中不仅缺乏统一的采样标准和方法［２５］，在采集技术上存在困难，而且在理论研究上
较地上生物量研究也相对薄弱［１０，１１］。对于植物根系来说，缺乏有效的取样方法使得地下生物量的生态过程研究
存在一些不确定性。在多数对地下生物量的研究报道中，主要测定天然未沙化草地的地下生物量［２６２８］，或者分不
同草地类型、不同干扰强度来分析地下生物量的分布规律［９，１４，２９３１］，但由于草原正面临着大范围的草原沙化形势，
以未沙化草地地下生物量结果进行草原生态系统物质循环和功能分析，有时会带来较大偏差，不能很好地反映真
实情况。本研究针对不同沙化程度草地，分析了沙化演替各阶段的地下生物量垂直分布格局及其环境特征，为准
确估算草原地下生物量提供了有效的数据基础和参考价值，同时对于准确研究根系的分布状况和根系总量及模
型应用中根系模块的精确度具有重要的意义［３２］。
草原地下生物量主要集中于土壤表层，随着深度的增加，生物量急剧降低，呈“Ｔ”形分布［２５，３１，３３，３４］。本研究
也表明，不同沙化程度草地地下生物量由表层向下逐渐降低，垂直分布总体呈“Ｔ”形。植物根系主要集中在０～
３０ｃｍ的土壤表层，其中０～１０ｃｍ表层生物量占总地下生物量的５０％以上。草原沙化程度的加剧，引起土壤质
地粗化，土壤肥力降低，从而影响植被的生长发育，导致地下生物量大幅下降。未沙化草地植被生长靠地下充足
的土壤养分补给；沙化草地土壤环境主要为砂质土，土壤养分匮乏，植物根系获取的养分越来越少。由于不同沙
化程度草地的地下生物量垂直分布存在一定差异性，本研究中地下生物量的采集原则是当地下根系量极少的情
况下，不再深挖采集，不同沙化程度草地采挖深度依次为未沙化草地（０～８０ｃｍ），轻度沙化草地（０～６０ｃｍ），中
度和重度沙化草地（０～３０ｃｍ）。
草原地下生物量往往是由土壤的质地、温度、水分和养分等多因子相互关联综合作用［１１，３５］，随着草原沙化程
度的加剧，环境因素影响着植物地下生物量的大小及其生态系统功能。其中，土壤中粉沙和黏粒含量的多少对于
风沙土壤的结构和养分含量具有重要的影响作用［３６］，土壤黏粒的损失是导致土壤粗化、致使土壤紧实度、土壤有
机质和养分含量下降的主要原因［３７］。由于土壤颗粒粒径的大小对土壤团粒结构形成和保水保肥的贡献有所不
同，草原沙化过程引起土壤颗粒结构、土壤孔隙度和透水性等内部结构发生了改变，直接影响土壤温度和含水量
的时空分布和土壤养分含量的变化，导致植物生长发育受到抑制。值得注意的是研究区内未沙化草地的土壤砂
粒含量在８１．９９％左右，土壤不仅对生态系统过程、结构和生产力具有重要影响，而且也影响着植物群落的发生、
发育和演替速度［３８］，所以该草原区一旦砂粒含量增加，为风蚀沙化提供丰富的沙源，加上高平原地区风力强
劲［２９］，存在加快草原沙化进程的潜在可能性。因此，综合理解和分析地下生物量的环境特征，掌握哪些养分、质
地等土壤环境因素的变化可能会加剧草原沙化进程，对于草原沙化区的植被治理和恢复具有重要意义。
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犅犲犾狅狑犵狉狅狌狀犱犫犻狅犿犪狊狊犪狀犱犳犲犪狋狌狉犲狊狅犳犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犳犪犮狋狅狉狊犻狀狋犺犲犱犲犵狉犲犲狅犳犵狉犪狊狊犾犪狀犱犱犲狊犲狉狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀
ＪＩＮＹｕｎｘｉａｎｇ，ＸＵＢｉｎ，ＹＡＮＧＸｉｕｃｈｕｎ，ＬＩＪｉｎｙａ，ＭＡＨａｉｌｏｎｇ，ＧＡＯＴｉａｎ，ＹＵＨａｉｄａ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｇｒｉｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄ
ＲｅｇｉｏｎａｌＰｌａｎｎｉｎｇ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｉｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｇｒａｓｓｌａｎｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｉｎ
ｌｉｎｋｔｏｒｅｌａｔｅａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｗｉｔｈｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｉｓｃｕｓｓｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄ
ｂｉｏｍａｓｓｉｎｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔａｋｉｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｏｎＺｈｅｎｇｌａｎＢａｎｎｅｒｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎ
ｇｏｌｉａａｓｅｘａｍｐｌｅ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｉｔｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎａｎｄｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｇｒａｓｓｌａｎｄｂｙｔｈｅｓａｍｐｌｅｐｌｏｔｓｕｒｖｅｙｍｅｔｈｏｄ．Ｗｅｐｒｏｃｅｅｄｗｉｔｈｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇｂｙｏｎｅｗａｙｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
（ＯｎｅｗａｙＡＮＯＶＡ）ａｎｄＳｃｈｅｆｆｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：１）Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈ
ｓｏｉｌｄｅｐｔｈａｎｄｗｉｔｈａ‘Ｔ’ｓｈａｐｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｉｎ０－３０ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｒｅｔｈａｎ
８０％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌａｎｄｔｈｅｎｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｅｃｌｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｇｇｒａｖａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（犘＜
０．０５）．Ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｏｆｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｗａｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ（２５９８．６７ｇ／ｍ２），ａｎｄｗａｓｆｏｌｏｗｅｄ
ｂｙｓｌｉｇｈｔｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ（２３１８．４５ｇ／ｍ２），ｍｏｄｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ（３９０．２６ｇ／ｍ２）ａｎｄｓｅｖｅｒｅｄｅ
ｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ（１１７．２５ｇ／ｍ２）．２）Ｓｏｉｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌｄｅｐｔｈａｎｄｒｅｍａｉｎｅｄｓｔａｂｌｅｕｎｄｅｒ３０
ｃｍｓｏｉｌｌａｙｅｒ．Ｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｄｅｅｐｓｏｉｌｌａｙｅｒｗａｓａｌｉｔｔｌｅｍｏｒｅｔｈａｎｓｏｉｌ
ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒ．Ｗａｔｅｒｒｅｔａｉｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｐｒｅｃｅｄｅｄｉｔｓｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄ
ｇｒａｓｓｌａｎｄ．３）Ｆｏｌｏｗｉｎｇｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｃ
ｃｕｒｒｅｄａｓｅｒｉｅｓｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎ．Ｓａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄ
ｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｒｅｔｈａｎ９０％．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｐＨｖａｌｕｅｏｆｓｏｉｌｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｅｇｒａｓｓｌａｎｄｂｅｌｏｎｇｅｄｔｏｎｅｕｔｒａｌ．Ｔｈｅｒｅｗａｓ
ｎｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｐＨｖａｌｕｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｔｙｐｅｓｏｆｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ（犘＞０．０５）．Ｆｏｌｏｗｉｎｇ
ｔｈｅａｇｇｒａｖａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ，ｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄａｖａｉｌａｂｌｅｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆ
ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｎｏｎｄｅｓｅｒｔｉｆｉｅｄｇｒａｓｓｌａｎｄ（犘＜０．０５）．Ｔｈｅｏｔｈｅｒｓｎｕｔｒｉｅｎｔ
ｃｏｎｔｅｎｔｗｅｒｅｎｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎａｎｄｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓ
ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｇｒａｓｓｌａｎｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｈａｓｐｒｏｖｉｄｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄａｔａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｗｉｔｈ
ａｃｃｕｒａｃｙｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｓ
ｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｓｓｏｆｒｏｏｔｓａｎｄｅｎｈａｎｃｅａｃｃｕｒａｃｙｒｏｏｔｍｏｄｕｌｅｉｎｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓ；ｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆａｃｔｏｒｓ；ＺｈｅｎｇｌａｎＢａｎｎｅｒ
１５第２２卷第５期 草业学报２０１３年