全 文 ：第 18 卷 第 6 期
Vol. 18 No. 6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 11 月
Nov. 2010
起垄措施对重度盐碱化草地土壤水盐和植被状况的影响
关法春1, 苗彦军1 , T ianfang Bernie Fang 2, 兰小中1 , 梁正伟3*
( 1.西藏农牧学院, 西藏 林芝 860000; 2.德州州立大学圣马科斯分校地理系, 德克萨斯 78666;
3.中国科学院东北地理与农业生态所, 吉林 长春 130012)
摘要: 通过对起垄处理 5 年 ( 2003- 2007 年)后的重度苏打盐碱化草地土壤水盐分布、物理特性及植被状况等相关
指标的测定,探讨了起垄措施对重度苏打盐碱化草地的改良效果。结果表明:与自然状态下的土壤相比, 起垄提高
了 0~ 30 cm 内垄沟和垄台的表层土壤含水量, 垄沟的土壤电导率( EC)及 pH 呈现出一定程度的降低,其中 0~ 10
cm 内的土壤 EC 显著降低(P < 0. 05) ,但是垄台土壤 EC, pH 升高, 其土壤表面出现积盐现象,地表出现条带状碱
斑;起垄后垄沟、垄台的土壤物理状况得到改善,其中垄沟 0~ 10 cm 的土壤容重显著降低而土壤孔隙度显著提高
( P< 0. 05) ;起垄还提高了地表植被生物量和植被盖度。因此, 起垄措施的应用加快了重度盐碱化草地的改良进
程。
关键词:起垄; 盐碱地;微地形; 改良
中图分类号: S156. 4; S157. 39 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2010) 06076305
Effects of Ridging on Soil and Aboveground Biomass in Heavy
Alkalisaline Grasslands of West Songnen Plain, China
GUAN Fachun1 , M IAO Yanjun1 , T ianfang Bernie Fang2 , Lan Xiaozhong1 , L IAN G Zhengwei3*
( 1. Tib et Agricultur e and Animal H usbandry Colleg e, Linzhi, T ibet 860000, Chin a; 2. Departm ent of Geography, Texas S tate
UniversitySan Marcos , San Marcos, TX 78666, USA; 3. Northeast Inst itute of Geogr aphy and Agr oecology;
Chinese Academy of S ciences, C han gchun, Jil in Province 130012, Chin a)
Abstract: A fiveyear invest ig at ion ( 2003- 2007) w as conducted to study the effects of ridg ing in salinized
grassland of w est Songnen plain, China. This study col lected data such as the local w ater and salt distr ibu
t ion, soil physical propert ies, and the aboveg round biomass. Comparing collected data and the g round
tr uth data, w e found that the so il mo isture of surface layer ( 0~ 30 cm) incr ease in the furrow s af ter rid
g ing the surface, the EC value and the pH value decrease. EC value in the soil superficial layer ( 0~ 10 cm)
decreases signif icant ly. N evertheless, side ef fects of ridging such as the EC value and the pH value in
crease and salt accumulates in the so il surface to form stripped alkali spots in the ridges af ter ridging. The
observat ions o f the soil physical propert ies, the abovegr ound biomass, and the vegetat ion coverage indi
cate that ridg ing is an effect iv e approach to improve soil and the vegetat ion condit ions in the furrow s and
ridges. Af ter ridging, the volume weight of soil decreases significantly in soil superficial layer ( 0~ 10 cm ) w hile
soil porosity increases significantly. Aboveground biomass and the vegetation coverage increase. Results indicate
that ridging can help the amelioration of the salinized grassland of w est Songnen plain, China.
Key words: Ridging; Salinized grassland; M icr olandform; Amelio rat ion
松嫩平原西部受地形因素和成土条件等因素的
影响,苏打盐碱土得到充分的发育,虽然从长期来看
自然因子间的相互作用是土壤发生盐碱化的根本原
因,但近年来人为活动成为促进其发展的主要驱动
因子[ 1, 2] 。人类对松嫩平原的不合理利用加剧了苏
打盐碱化土壤的发生及演化,松嫩平原约 1/ 3以上
的盐碱地成为重度盐碱地。重度盐碱地碱斑连片,
地上植被稀少,一般仅有耐盐的碱蓬( Suaed a glau
ca )生长,土壤中盐分以碳酸盐和重碳酸盐为主, 土
壤理化性状极端恶劣[ 3] ,治理效果差和投入成本高
收稿日期: 20091125;修回日期: 20101112
基金项目:国家科技支撑重大项目( 2006BAC01A08) ;西藏重点科研项目( 2010016)资助
作者简介:关法春( 1976 ) ,男,博士,主要研究方向为逆境生理生态, Email : guanfachun2003@ yahoo. com. cn ; * 通讯作者 Author for cor
respondence, Email: liangzw@ neigae. ac. cn
草 地 学 报 第 18卷
一直是重度苏打盐碱地治理中的难点问题。
气候干旱和土壤高 pH、高 Na+ 含量是该地区
重度盐碱地植物生长的主要限制因子[ 4] ,针对土壤
水、盐关键因素采取成本低廉的措施,促进植物生长
是重度盐碱地治理的一条重要策略。垄作躲盐巧
种是我国农民长期积累并证明行之有效的经验, 以
往这方面的研究报道一般都集中在农田垄作方式的
影响上,通过起垄措施改变局部土壤水、盐的空间分
布并改善土壤物理状况, 使垄沟内土壤理化状况变
优,从而促进垄沟内作物种子的萌发和生长 [ 5, 6, 7] ,
垄作在大田作物生产上取得了较好的应用效果。本
研究借鉴垄作这种传统农业耕作方法, 首次将起垄
措施应用在重度苏打盐碱地的改良治理上, 对处于
自然条件下的重度盐碱地起垄 5年后, 研究地表微
地形变化对土壤水盐和物理性质的影响, 以及地上
植物的种类、数量和分布对土壤理化性质变化的响
应,探讨起垄后重度盐碱地植被的演替方向和进程,
从而明确起垄这种农田常规措施作为松嫩平原西部
地区重度苏打盐碱地改良治理措施的可行性, 为该
地区极端脆弱的生态环境恢复与重建提供基础理论
和实践参考。
1 试验地概况与研究方法
1. 1 试验地概况
试验地点位于松嫩平原西部吉林省大安市红岗
子乡境内( N 453558~ 453628, E 1235027~
1235131) ,占地面积约 100 hm2。该区属典型大
陆性季风气候, 冬夏季风更替明显,温差较大。年均
气温 4. 3 , 7 月平均气温 23. 5 , 年均降水量
413. 7 mm,且 7- 9 月降水量占年降水量的 73% ,
年均蒸发量 1749. 0 mm,为降水量的 4~ 5倍, 年无
霜期 137 d。试验区域地势较为平坦,土壤为苏打盐
碱土,草地由于过度放牧已处于极度退化状态,光板
地和碱蓬群落交错分布, 基本上以碱蓬和虎尾草
( chlor is vi rg ata)为主,植被组成单一[ 3]。
1. 2 研究方法
试验所在区域于 2003年春季进行起垄作业, 起
垄宽度为 0. 7 m, 深度为 0. 25~ 0. 30 m, 试验地面
积约为 1. 0 hm2。由于受雨水冲刷的影响, 至 2007
年 9月上旬取样期间, 大部分垄台土壤已淤积至垄
沟,垄沟宽度约为 0. 4 m, 垄台宽度约为 0. 3 m, 垄
台高于垄沟 3~ 5 cm。在试验区内随机设置 3个 50
m 长的取样带, 在垄沟、垄台处进行土壤基本理化
性质测定和植被状况调查,以未起垄的同类型相邻
样地作为对照。根据起垄后的地形特点, 每个样带
内每隔 10 m 设置一个 0. 3 m 0. 5 m 的样方, 采用
方格法测定样方的植被盖度,统计样方内地上植物
种类,采用收割法测定地上生物量,贴近地面剪掉地
表植被,在烘箱内烘至恒重( 80 ) , 称量干质量;使
用 T JSD750土壤紧实度仪测定 5~ 45 cm 内的土
壤紧实度,采用环刀法[ 6] 测定土壤容重,并测定土壤
孔隙度[ 8] ;在每个样方内分 0~ 10 cm, 10~ 20 cm,
20~ 30 cm 3层取样,采用 5点取样法用土钻取土壤
混合样,自然风干后的土样按土水比 1 5的比例测
定 pH 值、电导率[ 9] ,烘干法[ 8] 测定土壤含水量。
1. 3 数据分析
采用DPS 2. 0软件进行 LSD差异显著性分析。
2 结果与分析
2. 1 起垄措施对土壤含水量的影响
不同处理下的土壤含水量变化表明, 起垄有利
于提高土壤含水量(图 1)。起垄后 0~ 10 cm 处垄
沟、垄台和对照处理的土壤含水量分别为13. 86%,
11. 49%和 11. 15%, 10~ 20 cm 处垄沟、垄台和对照
处理的土壤含水量分别为 17. 03%, 14. 95% 和
14. 33% , 20~ 30 cm 处垄沟、垄台和对照处理的土
壤含水量分别为 17. 97%, 17. 19%和14. 40% ,表层
土壤0~ 30 cm 范围内垄沟土壤含水量最高,其次为
垄台和对照处理, 但在同一土层内的处理间土壤含
水量差异均不显著。此外,处理间不同土层的土壤
含水量分布趋势一致, 0~ 30 cm 内土壤含水量均随
土壤深度增而逐渐升高。
图 1 起垄后土壤含水量的变化
F ig. 1 Changes of soil w ater content after r idging
注: 不同字母表示在 5%水平上差异显著( n= 3, P< 0. 05) ;下同
Note: Different let ters indicate signif icant dif f erences
( n= 3, P< 0. 05) ; the same as below
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第 6期 关法春等:起垄措施对重度盐碱化草地土壤水盐和植被状况的影响
2. 2 起垄措施对土壤电导率 (EC) 的影响
与对照相比, 起垄处理后土壤各层的 EC 发生
明显的变化(图 2)。垄沟 0~ 10 cm , 10~ 20 cm, 20
~ 30 cm 处的土壤 EC 分别为 0. 66 mS cm - 1 ,
1. 25 mS cm - 1和 1. 26 mS cm- 1 ,均明显低于垄
台和对照各层的土壤 EC 值,其中垄沟 0~ 10 cm 土
壤 EC值显著低于对照( P< 0. 05) , 垄沟 0~ 30 cm
内土壤由上至下 EC 值呈现逐渐升高的趋势; 垄台 0
~ 10 cm内的土壤 EC 值最高,为 1. 64 mS cm - 1。
对照土壤 0~ 10 cm, 10~ 20 cm, 20~ 30 cm 处的土
壤 EC值分别为 1. 09 mS cm- 1 , 1. 69 mS cm- 1
和 1. 47 mS cm- 1 , 10~ 20 cm 土层土壤 EC 值最
高。除了 0~ 10 cm 土层垄沟土壤 EC 显著低于垄
台和对照外( P< 0. 05) , 10~ 20 cm, 20~ 30 cm 土层
内垄台、垄沟和对照处理间的土壤 EC差异不显著。
图 2 起垄后土壤电导率的变化
Fig . 2 Changes o f EC after ridg ing
2. 3 起垄措施对土壤 pH值的影响
与对照相比, 起垄处理后土壤各层的 pH 发生
了一定的变化(图 3)。起垄后垄台各层土壤的 pH
最高, 0~ 10 cm, 10~ 0 cm, 20~ 30 cm 处的土壤 pH
分别为 10. 55, 10. 66和 10. 58, 对照土壤 0~ 30 cm
内各层土壤 pH 相应分别为 10. 46, 10. 65, 10. 54,
垄沟各层土壤的 pH 最低,相应各层土壤 pH 分别
为 10. 28, 10. 59 和 10. 48, 垄台、垄沟、对照间各层
土壤 pH 差异不显著,与对照相比, 起垄措施有利于
降低垄沟处的土壤 pH , 但提高了垄台处的土壤
pH。起垄措施虽然改变了垄沟垄台处表土各层土
壤 pH 的大小, 但并没有改变重度盐碱化土壤各层
pH 的分布趋势, 垄沟仍然以 10~ 20 cm 范围内的
土壤 pH 值最高,其次为 20~ 30 cm 的土壤 pH , 0~
10 cm 处的土壤 pH 最小。在各土层内垄台、垄沟
和对照处理之间的土壤 pH 差异不显著。
图 3 起垄后土壤 pH值的变化
Fig . 3 Changes o f pH after ridg ing
2. 4 起垄措施对土壤容重和孔隙度的影响
土壤容重和孔隙度能够反应土壤紧实程度和通
透性,起垄处理对土壤容重和孔隙度有一定的影响
(表 1)。在表层 0~ 10 cm 土壤范围内, 与垄台、对
照土壤相比,垄沟土壤容重显著低于垄台和对照,孔
隙度显著高于垄台和对照( P< 0. 05) , 而垄台和对
照之间土壤容重和孔隙度差异不显著。在 10 ~
30 cm 范围内, 垄沟、垄台和对照土壤容重依次升
高,而孔隙度依次降低,但三者间的土壤容重和孔隙
度差异均不显著。表层 0~ 10 cm 土壤是盐碱地植
物根系的主要分布层, 垄沟的该土层土壤容重降低
且孔隙度提高,这有利于改善土壤的物理结构, 从而
促进植物根系的生长和扩展。
表 1 起垄后土壤容重和孔隙度的变化
Table 1 Changes o f bulk densit y and por osity after r idging
土壤深度
Soil depth , cm
处理
T reatment
容重
Bulk density, g cm- 3
孔隙度
Poros ity, %
0~ 10 cm 垄沟 Furr ow 1. 50 0. 019a 7. 31 1. 16a
垄台 Ridge 1. 52 0. 011b 6. 24 0. 68b
对照 CK 1. 52 0. 009b 6. 11 0. 56b
10~ 20 cm 垄沟 Furr ow 1. 51 0. 012a 6. 78 0. 76a
垄台 Ridge 1. 52 0. 007a 6. 12 0. 45a
对照 CK 1. 52 0. 007a 6. 01 0. 41a
20~ 30 cm 垄沟 Furr ow 1. 52 0. 011a 6. 06 0. 72a
垄台 Ridge 1. 52 0. 006a 6. 02 0. 37a
对照 CK 1. 52 0. 009a 5. 98 0. 61a
注:表中数值为平均值 标准偏差,字母表示在 5%水平上的差
异显著性( n= 3, P< 0. 05)
Note: Mean SD, dif f erent let ters in dicate signif icant diff er
en ces ( n= 3, P < 0. 05)
2. 5 起垄措施对土壤紧实度的影响
土壤紧实度反映了土壤颗粒间的松紧程度,其
数值大小与土壤容重和含水量有关。与对照相比,
起垄后垄沟、垄台不同深度的土壤紧实度发生明显
变化(图 4)。垄沟 0~ 7. 5 cm 内土壤紧实度最高,
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草 地 学 报 第 18卷
其次为对照,而垄台最低,这是由于重度苏打盐碱地
土壤中的交换性 Na+ 会对土壤颗粒产生一种分散
作用,在 2007年 9 月份表层土壤水分大量蒸发散
失、表层土壤发生风干硬实的情况下, N a+ 对土壤颗
粒的分散作用随着土壤盐分含量的增加而增强。由
于垄沟、对照和垄台表层土壤盐分含量依次升高, 导
致 0~ 7. 5 cm 土层垄沟、对照和垄台土壤紧实度依
次降低;而在 12. 5~ 45 cm 土层内, 由于垄沟、垄台
土壤含水量均高于对照, 加之垄沟、垄台土壤容重、
孔隙度指标也优于对照,因此对照土壤紧实度最高,
其次为垄台,而垄沟最低,三者之间的差异表现出明
显的规律性;在 7. 5~ 12. 5 cm 土层内,为垄沟、垄台
和对照土壤紧实度在高低之间发生转换的土层, 垄
沟土壤紧实度逐渐降低, 而垄台和对照土壤紧实度
逐渐升高。
图 4 起垄后土壤紧实度的变化
F ig. 4 Changes of soil compaction after ridg ing
2. 5 起垄措施对地上部植被状况的影响
与对照相比,起垄后地表植被状况发生变化(表
2)。垄沟的碱蓬和虎尾草地上生物量分别为 47. 33
g m- 2和 112. 57 g m- 2 , 对照的碱蓬和虎尾草地
上生物量分别为 62. 13 g m- 2和 29. 96 g m - 2 ,
垄沟内的碱蓬生物量高于对照 14. 80 g m- 2 ,但两
者之间差异不显著;而垄沟内的虎尾草生物量却极
显著高于对照( P< 0. 01)。垄沟内的植被盖度为
59. 93%, 垄台为碱斑裸地,地上植被出现空白,而对
照植被盖度为 29. 77%, 垄沟与对照之间植被盖度
差异不显著。由此说明, 与对照相比,起垄后垄沟处
的植被正向演替速度加快, 虽然垄台处的植被出现
退化现象,但是由于垄沟植被生物量、植被盖度均明
表 2 起垄后的地表植被变化
Table 2 Changes of v egetation stat us after ridg ing
样地
Samples
地上部生物量
Aboveground biomass, g m- 2
碱蓬
Suaed a glauca
虎尾草
Chlori s v i rg ata
盖度
Coverage, %
垄沟 Furrow 47. 33 44. 36 112. 57 101. 14** 59. 93 27. 33
垄台 Ridge 0 0 0
对照 CK 62. 13 32. 99 29. 96 21. 76 29. 77 6. 71
注: ** 代表 P < 0. 01
Note: ** means P < 0. 01
显高于对照,而且垄沟内禾本科牧草在分布上占据
优势,所以起垄后的样地植被总体状况优于对照,说
明起垄对地表植被状况有一定的改善作用。
3 讨论
3. 1 地形变化改变了土壤水盐和地表植被的分布
起垄后原来地表相对平坦的自然地形发生了改
变,形成地势相对较低的垄沟和较高的垄台,在当地
水分蒸发强烈、水分蒸发量远大于降水量的情况下,
垄沟土壤中的盐分随水分蒸发作用向地势相对较高
的垄台处汇集,同时垄台 10~ 20 cm 的盐分也向上
运移,因此, 垄台表层 0~ 10 cm 的土壤 EC值较高。
对照是自然状态下的土壤,在水分过度蒸发引起的深
层土壤盐分向上汇集和夏季雨水淋溶盐分下移的综
合作用下,在 10~ 20 cm 处发生盐分积聚现象。
在松嫩平原西部地区,水分蒸发量数倍于降雨
量,重度盐碱化土壤由于植被稀少,在植被抑盐能力
较弱的条件下,除了夏季短暂的雨季外,在春秋季节
土壤盐分上行返盐作用大于降水的盐分下行淋溶作
用[ 1 0]。垄沟地势相对低洼,夏季雨水从垄台向垄沟
汇集,从而能够有较多的水分将垄沟处积累的盐分
向下淋溶,同时垄沟的一部分土壤盐分也会在水分
766
第 6期 关法春等:起垄措施对重度盐碱化草地土壤水盐和植被状况的影响
蒸发作用下向地势较高的垄台处运移, 垄沟处的表
层土壤盐分含量降低, 有利于禾本科牧草虎尾草的
生长,而且由于在降水时垄沟的水分汇集作用,垄沟
的土壤含水量较高,相对较好的土壤水盐条件促进
了植物的生长, 垄沟处的植被生物量较高,植被覆盖
度好,反过来,这在一定程度上也抑制了垄沟土壤返
盐;而垄台表层土壤出现积盐现象,抑制了植物的生
长,同时垄台由于缺少植被覆盖,土壤水分蒸发量高
于垄沟,因而垄台土壤中的水分低于垄沟处。
松嫩平原盐碱化土壤质地粘重,土壤透气、透水
性差,阻碍土壤盐分向下淋洗,不利于植被生长和土
壤改良[ 11~ 13] , 起垄对土壤的物理性状(土壤容重、土
壤孔隙度和土壤紧实程度)产生一定的积极影响, 促
进了水分的下渗,有利于植物根系的生长和扩展, 但
其主要影响 0~ 10 cm 范围内的表层土壤, 对 10~
20 cm 内的土壤物理指标影响有限。
微地形地貌的改变引起了水分运移的变化, 导
致土壤水盐在不同地形土壤上的分布产生差
异[ 14, 15] , 从而对植物生长产生不同程度的影响, 对
于松嫩平原西部盐碱化草地微域范围内的这种自然
植被与土壤对应的现象, 前人的研究也得到了类似
结果[ 10, 16 ]。
3. 2 起垄措施的应用效果
对于中、轻度盐碱化草地的改良, 各种生物 [ 17]、
化学[ 18] 、物理 [ 19]等改良方法取得了一定的进展, 但
由于重度盐碱化草地土壤理化性质极端恶化, 受技
术和成本限制, 目前国内外还缺乏有效的重度盐碱
地改良措施。影响盐碱化草地改良最关键的限制性
因素是土壤盐分[ 17, 18] , 试验样地起垄封育 5年后,
通过比较可以发现起垄措施导致土壤盐分重新分
布,起垄后的垄沟土壤盐分含量明显下降,土壤物理
状况改善,植被正向演替速度加快,成为重度盐碱地
中的一条盐碱程度较轻、植被茂密的条带状植物带,
这种效应在短期内可加快植被的演替过程。综合起
垄后垄沟和垄台的表现来看, 起垄措施对重度盐碱
地的初期改良虽然有较为明显的促进效果, 但距离
松嫩平原西部羊草草原的原生草地状况 [ 20] 有着很
大的差距,起垄措施改良重度盐碱地的应用效果还
需要一定的时间过程来验证。
4 结论
起垄后产生的土壤微地形变化造成土壤水盐分
布、土壤物理状况、植被状况发生了变化。垄沟 0~
30 cm 的土壤含水量高于垄台, 同时土壤 EC, pH 值
降低,土壤盐碱化程度减轻,但垄台地表出现积盐现
象;垄作措施降低了垄沟土壤容重和土壤紧实程度,
提高了土壤孔隙度,有利于植物的生长,并改善了垄
作后的地表植被状况, 从而有利于加快松嫩平原西
部地区重度苏打盐碱地的改良进程。
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(责任编辑 李美娟)
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