全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 03-0261-08
土壤胀缩运动对草原土壤的干扰作用
田洪艳1, 周道玮2 , 李质馨1 , 侯瑜1, 鲁质博2, 刘晓冬1 , 徐冶1
( 1. 第四军医大学吉林军医学院,吉林 132013; 2. 东北师范大学国家草地生态工程实验室, 长春 130024)
摘要: 以松嫩羊草草原为对象,选取草原土壤裂缝边的土壤及植被 ,测试其理化性质。研究土壤胀缩运动对草原土
壤及植被的干扰作用。结果表明, 土壤开裂, 加剧了水分蒸发, 对植被根系产生撕裂作用, 引起种群波动, 使植被总
密度和总生物量降低; 而裂缝对物质的贮存作用及淋溶作用又改善了土壤理化性质,提高了缝内有机质含量 ,降低
了 pH 值、电导率及含盐量,增大了翌年植被的总密度和总生物理。因此, 土壤胀缩运动对草原能产生短期的干扰
作用。
关键词: 土壤胀缩运动; 自然干扰因子; 草原土地裂缝; 干扰作用
中图分类号: Q948. 11　　　文献标识码: A
Effect of Expansion and Contraction of Grassland Soil
in Northeastern China
TIAN Hong-yan
1, ZHOU Dao-w ei
2 , L I Zhi-x in
1, HOU Yu
1,
LU Zhi-bo
1, L IU Xiao-dong
1, XU Ye
1
( 1. J ilin Army Medical College, T he Forth Ar my M edical U nivers ity , Jil in Province 132013, China;
2. Nat ional L aboratory of Grass land E cological Eng ineering, Northeast Normal U nivers ity, Ch ang chun , Jilin Province 130024, Chin a)
Abstract: A study w as conducted on a plo t of L eymus chinensis g rassland on the Songnen Plains to reveal
how soil expansion and contract ion disturb the soil and the vegetat ion thereon. Sampling the so il on a
cr evice edge and the plants on it , the r esult shows that w hile a crevice accelerates the evaporat ion of soil
homidity and tears apart the roo ts o f the plants, vit iating the total density and biomass o f the community ,
the crevices, at the same t ime, helps org anic mat ter drip into the soil, improves it s physico-chemical charac-
ter , and decresses the so il pH value, conductance rate, and sal t content , As a result , the total density and
biomass o f the vegetat ion community w ill incr ease in the coming year. Soil expansion and contraction effect
a sho rt-time disturbance on the grassland.
Key words: Soil expansion and contraction; Natural disturbance; Crevvice on gr assland; Disturbance effect
　　土壤胀缩运动包括土壤收缩与膨胀两个过程,
它是自然改变土壤环境的一种特殊扰动行为[ 1] ,属
于自然干扰因素之一[ 2]。Price[ 3]在极地和高山冻原
研究了土壤的周期性结冰—融化运动,结果表明这
种运动能引起土壤表面收缩, 破坏植物根系甚至整
个植株。Anderson [ 4]发现Dryas octop etala 群落的周
期性演替是由于土壤的结冰—融化运动的物理干扰
所致。但是以往对由干旱或寒冻所产生的地裂缝的
研究多是从力学角度研究其运动机理, 如刘鸿绪 [ 5]
对土壤冻胀产生裂缝的力学研究; 李洪升等[ 6]对工
程冻害中冻裂缝的力学研究;宫崎 毅[ 7]对龟裂缝发
生过程及其连续性等方面的细致跟踪; Nicho ls等[ 8]
收稿日期: 2002-11-08; 修回日期: 2002-12-17
基金项目:国家重点基础规划发展项目　G 2000018606
作者简介:田洪艳( 1973-) ,女,硕士,讲师,主要从事生态学研究
第 11卷　第 3期
　Vo l. 11　　No. 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2003 年　9月
　Sept. 　2003
对粘质土壤的断裂力学原理的监测等,而从生态学
角度研究其干扰作用者还不多见。
　　松嫩羊草草原春季干旱多风,降水稀少,地表蒸
发剧烈,易产生旱裂缝;冬季降水较少,如之气候寒
冷,会产生较多的冻裂缝。如果没有较多的降水,草
原土地裂缝会持续多年,这是该地区的一个普遍现
象。本文研究时间为 1997和 1998两个年度。1997
年是干旱年份, 全年降水量仅 369. 50 mm, 草原区
普遍产生较长、较深、较宽的裂缝, 最宽可达 7 cm,
最深可达 20 cm ,裂缝严重破坏植被根系,降低植被
生物量,引起种群波动;而 1998年是降水丰年, 年降
水量 493. 50 mm, 造成地表径流, 草原土地裂缝至
1998年 7月底全部弥合。因此,这两年是研究土壤
胀缩运动的典型年份。研究土壤胀缩运动的干扰作
用,既揭示了这一自然干扰因子的作用规律,又填补
了对该因子少有研究的空白。本文以松嫩羊草草原
为对象,主要研究干旱产生的土地裂缝对草原土壤
及植被的干扰作用。
1　材料和方法
1. 1　自然概况
试验区设在吉林省长岭县西北,东北师范大学
国家草地生态工程专业实验室野外实验站北侧的草
原区, 位于东经 123°31′～124°10′,北纬 44°30′～44°
35′。地势平坦,海拨 120～180 m ,属温带半湿润季
风气候,具有明显的大陆性季风气候特征。春季干旱
多风, 降水稀少, 地表蒸发剧烈; 夏季降水集中,
造成地表径流和积水; 冬季降水较少。年降水量
310～580 mm , 70%集中在 6、7、8 三 个月, 年 蒸
发量 1135～1656 mm。植被类型主要为羊草( L ey-
mus chinensis)。
1. 2　测试项目
1. 2. 1　裂缝选取　选取长约 1 m、宽 2～5 cm、深
10～20 cm 的土地裂缝,垂直挖出一个剖面,直至染
色迹最底端。(如图 6) (染色迹:是裂缝内有机质、水
分、盐分等成分沿裂缝方向继续向土壤深层淋溶形
成的颜色较深的痕迹,如图所示)。记录土层颜色变
化,各层深度。测量裂缝的宽度和深度。
1. 2. 2　土样选取　顺着裂缝侧, 从地表向下每 10
cm 取一个土样, 土样体积为 10×10×10 cm; 顺着染
色迹每 10 cm 取一个土样, 土样体积为 10 cm 深度
内的所有染色迹土壤。将土样装入土壤盒,测定含水
量、有机质含量、电导率及 pH 值。
1. 2. 3　在干旱期及降水后,用土壤环刀取裂缝侧地
表深约 10 cm 的土壤,烘干后测试土壤容重及孔隙
度,重复 5次 。
1. 2. 4　掉落物选取　在裂缝密集区及稀疏区,分别
选取 10 m×10 m 的样方,测量裂缝长度、宽度和深
度;再分别选取长 1 m,宽 2～5 cm、深 10～20 cm 的
裂缝,取其中的掉落土壤及枯枝落叶,将二者分开,分
别烘干称重, 分析裂缝对草原物质的贮存量, 重复
5次。
表 1　干旱期与降水后裂缝侧土壤含水量
Table 1　Change of so il moistur e content along cr evice edges during dr y seasons and af ter r ainfall
深度( cm)
Dep th ( cm)
干旱期
Dry seas ons
降水后
After rainfal l
裂缝侧( % )
Cr evice edges( % )
对照( % )
CK( % )
裂缝侧( % )
Crevice edges( % )
对照( % )
CK( % )
0～10 3. 78 3. 94 7. 65 9. 21
10～20 4. 62 4. 05 11. 14 8. 56
20～30 6. 79 7. 50 9. 69 8. 43
30～40 7. 31 8. 00 9. 92 8. 37
40～50 7. 12 9. 40 11. 48 10. 86
50～60 9. 80 10. 07 11. 58 10. 33
60～70 11. 70 11. 80 12. 10 9. 17
70～80 11. 82 12. 99 15. 54 13. 86
80～90 13. 14 12. 74 15. 58 11. 92
90～100 13. 90 14. 10 15. 74 13. 22
262 草　地　学　报 第 11卷
表 2　降水后裂缝侧土壤有机质含量、电导率及 pH值
Table 2　Change o f or ganic ma tter content , conductance data and pH
on the cr evice edges aft er r ainfall
深度( cm )
Depth( cm )
有机质含量( % )
Organic mat ter content ( % )
电导率( ms/ cm)
Conductance data( ms / cm )
pH 值
pH
裂缝侧
C revice edges
染色迹
Dyeing m ark
对照
CK
裂缝侧
Crevice edg es
染色迹
Dyeing mar k
对照
CK
裂缝侧
Crevice edges
染色迹
Dyeing mark
对照
CK
0～10 2. 94 — 3. 14 0. 030 — 0. 029 8. 84 — 9. 03
10～20 1. 55 5. 54 1. 51 0. 031 0. 026 0. 034 9. 12 7. 94 9. 30
20～30 0. 99 3. 74 0. 58 0. 040 0. 024 0. 042 9. 21 8. 64 9. 31
30～40 0. 68 2. 65 0. 48 0. 041 0. 030 0. 047 9. 34 8. 82 9. 38
40～50 0. 51 2. 61 0. 30 0. 052 0. 034 0. 053 9. 14 8. 77 9. 21
1. 2. 5　植被选取　靠近裂缝两侧选取 0. 25 m×0.
25 m 的样方草样, 测试高度、密度、生物量等常规分
析。
1. 2. 6　对照样选取　在同一土质无裂缝处,按同一
方法取土样及草样,因距裂缝处较远,裂缝对其影响
较小。
以上每一取样除注明外,均设 3次重复。
1. 2. 7　数据处理( Excel )
2　结果与分析
2. 1　土壤胀缩运动的发生机制
土壤胀缩运动是一复杂的动力学过程。产生胀
缩现象的土壤因素有三个: 一是粘粒含量, 二是粘土
矿物类型,三是土壤结构,而导致土壤胀缩运动的直
接原因则是气候条件—季节性冻融作用和季节性干
湿交替作用。
2. 1. 1　季节性冻融作用一般从 11月初开始,表土
层开始出现冻结, 主要表现为昼融夜冻,影响深度在
0～5 cm。连续冻结层出现在11月下旬,随着天气降
温过程的继续,冻结层逐渐增厚,到翌年 2月初达到
最深(约 1 m)。在这一过程中,随着气温的逐渐下
降,地表开始产生裂缝,且裂缝逐渐加深、加宽, 同时
向四周蔓延, 达到一定程度才停止开裂。冻裂缝的产
生是两个过程综合作用的结果: 一是表层土壤( 0～
5 cm ) , 由于地表蒸发作用导致土壤干燥, 含水量降
低,根据热胀冷缩的原理,表层土壤随着土温的下降
发生收缩现象,当土温降到某一温度之后即产生裂
缝。由于土表层含水量低,降温过程中结冰现象不显
著,因此表层土属于未冻土,其产生裂缝的原因属于
降温收缩。二是下层土壤( > 5 cm) ,由于有表层土壤
相隔,水分蒸发量相对较小,含水量相对较大, 随着
土温的降低,该层土壤的水分开始结冰,同时在冻结
过程中, 由于结冻土体冻结缘的水势梯度导致非冻
土的水分向冻结土体迁移, 因此使该层土壤含水量
加大,进一步提高了冻冰的含量。根据水冻结成冰体
积增大的原理, 该层土壤体积膨胀变大。由于该层土
壤膨胀隆起,加速了表层土壤原有裂缝的进一步展
开, 并导致出现新的裂缝, 该层土属于冻胀性土, 其
产生裂缝的原因属于降温膨胀。随着土温的升高, 土
壤开始解冻,至 3月下旬土壤解冻完成,解冻后土壤
水分显著提高, 土壤发生吸水膨胀现象,部分裂缝弥
合,而有些裂缝则可持续多年。
2. 1. 2　季节性干湿交替作用一般从 4初开始,由于
4～5级的大风几乎每天都有,造成表层土壤水分急
剧蒸发, 加上降水量少,致使 0～20 cm 土层含水量
降低,低到一定程度时,土壤便开始产生裂缝。在这
一过程中,土壤相继出现三种收缩现象:结构孔隙性
收缩、收缩孔隙性收缩和剩余收缩。随着土壤内自由
水及毛管水的丧失,包围着土粒的结合水膜厚度减
小,造成土粒在分子引力的作用下互相靠拢, 土壤体
积缩小,同时因土壤各部分胶体脱水不均,使土体产
生不等的变形而依脆弱线开裂成缝隙。当干土吸水
后, 土壤膨胀,并沿裂开面破碎, 导致裂缝减小, 弥
合。1997年 4～7月降水量仅 45. 2 mm ,造成严重干
旱,致使地面产生大量裂缝,最宽处可达 7 cm。其中
部分裂缝是在春旱期间形成的,部分裂缝是在多年
裂缝基础上在干旱期进一步扩大而成。随着降水量
的增加, 部分裂缝弥合, 部分裂缝持续到第二年。
1998年 4～7月降水量很大, 达 288. 0 mm, 造成地
表积水,至 7月底,所有裂缝全部弥合。
263第 3期 田洪艳等:土壤胀缩运动对草原的干扰作用
图 6为典型的土地裂缝剖面图, 从图中可见,土
地裂缝所经历的土层分别为黑土层(约 15 cm)、碱
土层(约 30 cm )和黄土层( > 60 cm )。裂缝上部宽约
2～5 cm, 深约 10～20 cm ,空缝内有掉落的草原物
质, 缝下部为淋溶作用形成的染色迹(约 50～100
cm )和舌状潮湿淋溶土(上部宽 20～30 cm ,深 20～
50 cm )。
2. 2　裂缝对草原土壤的干扰作用
土壤干缩湿胀, 使地表开裂、弥合, 这一过程改
变了土壤原有的松紧程度,是自然力对土壤的一种
松动作用。在干旱期,裂开的缝隙加大了土壤蒸发面
积,进一步减少了土壤含水量; 待降水后, 缝隙又增
大了缝内土壤含水量。土壤开裂后,便被表层或裂缝
两边的物质所填充,实现了对物质的贮存作用。待降
水后, 掉进裂缝的物质形成淋溶物随着水分向下移
动,使沿着裂缝的淋溶势增加,致使裂缝处的土壤理
化性质发生改变。因此,裂缝对土壤的干扰作用表现
在以下三方面: 松动作用, 贮存物质作用和淋溶
作用。
2. 2. 1　裂缝对土壤的自然松动作用　这种作用主
要体现在土壤容重(烘干后)和孔隙度的变化。由表
3可见,在干旱期土壤开裂所形成的裂缝处,由于土
壤干燥收缩, 使该 处的土壤容重变大, 约为
1. 38 g / cm
3
, 对照为 1. 25 g / cm 3, 二者差异极显著
( P < 0. 01)。土壤孔隙度变小 ( 47. 9%) , 对照为
52. 38%, 二者差异极显著( P< 0. 01)。土壤吸水膨胀
后, 裂缝处的土壤容重变小, 约为 1. 17 g / cm 3, 对照
为 1. 24 g/ cm3 ,差异显著( P< 0. 05) ;土壤孔隙度变
大,约为 55. 62% ,对照为 52. 13% ,二者差异极显著
( P< 0. 05)。结果表明, 当土壤收缩时,土粒彼此靠
近,增大了容重,孔隙度减小。土壤孔隙是土壤水分
和空气的通道与贮存所, 孔隙的大小与多少密切影
响着土壤中水、肥、气、热等肥力因素的变化与供应
状况[ 9]。土壤收缩使孔隙度变小,降低了土壤肥力的
供应状况,对植被的生长势必产生不利影响。在裂缝
形成时,缝壁的部分土壤将会掉进缝内,结果就增大
了表层土壤的空间, 当土壤膨胀时, 土粒彼此分开,
占据了被扩大后的空间, 结果就减小了容重, 增大了
孔隙度。
表 3　土壤容重及孔隙度变化
T abel 3　Change of bulk density and po ro sity of the soil
取样
Samples
容重( g/ cm3)
Bu lk den sity( g/ cm 3)
孔隙度( % )
Porosity( % )
干旱期
Dry seasons
降水后
After rainfal l
干旱期
Dr y seasons
降水后
After rainfal l
裂缝侧
Crevice edges
对照
CK
裂缝侧
Crevice edges
对照
CK
裂缝侧
C revice edges
对照
CK
裂缝侧
Crevice ed ges
对照
CK
Ⅰ 1. 38 1. 24 1. 16 1. 18 47. 92 53. 21 56. 23 55. 47
Ⅱ 1. 34 1. 22 1. 16 1. 30 49. 43 53. 96 56. 23 50. 94
Ⅲ 1. 44 1. 25 1. 18 1. 26 45. 66 52. 83 55. 47 52. 45
Ⅳ 1. 39 1. 37 1. 21 1. 27 47. 55 48. 30 54. 34 52. 08
Ⅴ 1. 34 1. 23 1. 17 1. 20 49. 43 53. 58 55. 85 54. 72
平均
Average
1. 38±0. 04 1. 26±0. 06 1. 18±0. 02 1. 24±0. 05 47. 99±1. 56 52. 38±2. 31 55. 62±0. 70 53. 13±1. 89
　　注:土层深度: 0～10 cm ; Soil layer: 0～10 cm
表 4　裂缝密集区与稀疏区土壤开裂状况
T able 4　Comparison of soil cr evices betw een dense cr acking ar ea and sparse cra cking ar ea
裂缝
Cr evice
密集区
Den se cracking area
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
平均
Average
稀疏区
Spar se cr acking area
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
平均
Average
平均宽度( m)
Average w idth (m )
0. 03 0. 03 0. 03 0. 03 0. 03 0. 03 0. 025 0. 025 0. 025 0. 025 0. 025 0. 025
总长度( m)
T otal leghth( m )
59. 0 56. 5 52. 5 51. 0 50. 2 53. 84±3. 77 34. 6 31. 9 25. 4 24. 9 22. 5 27. 86±5. 13
总面积( m2)
T otal area( m2)
1. 77 1. 70 1. 58 1. 53 1. 51 1. 62±0. 11 0. 87 0. 80 0. 64 0. 62 0. 56 0. 70±0. 13
　　注:样方面积 10 m×10 m; Notes : Sampling area: 10 m×10 m
264 草　地　学　报 第 11卷
孔隙度的增大,可以缓解收缩对土壤的不利影响,将
有利于植被生长。由此可见,土壤裂缝的收缩与膨胀
改变了土壤的松紧状况,是对土壤的一种自然松动
作用, 这对土壤的其它理化性质也将起到一定的影
响。
2. 2. 2　裂缝对地面物质的贮存作用　草原土壤裂
缝形成后,由于缝壁的土壤较疏松,便使部分土壤掉
落进入裂缝内;同时地表的部分土壤与枯枝落叶随
着裂缝的扩大也掉进缝内。随着时间的延长,裂缝内
的物质便会越积越多, 这就形成草原土壤裂缝对草
原物质的贮存作用。
从表 4可见,在裂缝密集区, 裂缝数量多,平均
宽度、总长度和总开裂面积都较大,总开裂面积占样
方面积的 1. 62% ;而在裂缝稀疏区, 裂缝数量少,平
均宽度、总长度和总开裂面积也较小。结果表明土壤
开裂程度大, 对土壤及植被的干扰作用相对也大。在
10 m×10 m 样方内,密集区地裂缝贮存土壤为5900
g , 植物 810 g; 稀疏区土壤为2900 g, 植物 410 g (表
5)。由此可见, 土地裂缝对物质的贮存作用是很大
的。贮存的物质多为腐殖质层土壤及植物残体,养分
含量高。地裂缝将这些物质贮存后,改变了深层土壤
( > 20 cm )的物理结构, 也改善了深层土壤的理化性
质,这是自然改善土壤状况的一种快捷方式。如果裂
缝开裂时间较长,搬运的物质会更多,对土壤的更新
作用也会更大, 土壤及植被在此基础上可能发生演
替作用。
2. 2. 3　裂缝对物质的淋溶作用　水分是淋溶作用
的动力。从图 1可以看出,在干旱期土壤开裂时, 由
于裂缝增大了土壤水分蒸发面积,引起大量的蒸发
损失,因此在干旱期间,裂缝侧的土壤含水量略低于
对照,淋溶作用也相对较小。
表 5　裂缝对地面物质的贮存作用
Table 5　St or age function o f the soil crev ice on the g rassland mater ials
取样
Samples
密集区
Dense area
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
平均
Average
稀疏区
Sparse area
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
平均
Average
土壤( g)
S oil ( g)
6490 6215 5775 5610 5522 5922. 4±414. 6 3806 3136 2794 2739 2475 2990±513. 3
植物( g)
Vegetation ( g)
885 848 788 765 753 807. 8±56. 6 519 479 381 374 338 418. 2±76. 86
　　注:样方面积: 10 m×10 m; Sampl ing area: 10 m×10 m
图 1　干旱期裂缝侧土壤含水量变化
Fig. 1　Change o f moist ur e content o f
so il crev ice dur ing dr y seasons
　　待降水后,流进逢内的水分不易外流, 地缝内的
储水量高于对照。水分沿裂缝向下移动,使裂缝壁的
土壤含水量高于对照。另外,缝内的填充物也有吸水
作用, 并可避免水分的过度蒸发,进一步保持水分,
提高了缝内土壤含量水。因此,即使降水过后很长时
间,裂缝壁的含水量仍高于对照(图 2)。缝内土壤含
水量的增高,促进淋溶势的增加。淋溶作用使淋溶物
随着水分向下移动,沿裂缝开裂方向的延伸形成一
条比周围土壤颜色深的染色迹;而沿土壤裂缝的择
径流( Pr efer ent ial leaching )则导致裂缝附近土体中
出现砂状物质,颜色比染色迹浅, 比普通土体深, 并
导致土壤基质粘稠化, 形成舌状潮湿淋溶土( Glo s-
saqualf )
[ 10]。淋溶作用所形成的染色迹及舌状潮湿
淋溶土改变了土壤的理化性质。
　　从图 3可以看出,染色迹中的有机质含量明显
高于裂缝侧,二者间差异极显著( P< 0. 01) ,而裂缝
侧又高于对照。原因是掉落进缝内的物质中含有大
量的有机物质, 伴随水分向下淋溶,结果使染色迹中
的有机物质含量升高。淋溶作用使有机质向下移动
的同时,也向四周横向入渗,结果使裂缝侧处的舌状
潮湿淋溶土中的有机质含量也升高。因此,染色迹与
裂缝侧内的有机质含量均高于对照。有机质含量增
高,增加了土壤的肥力状况,有利于植物生长。
265第 3期 田洪艳等:土壤胀缩运动对草原的干扰作用
图 2　降水后裂缝侧土壤含水量变化
Fig. 2　Change o f moist ur e content o f
so il crev ice after rainfall
　　随着土壤深度的增加,染色迹内的土壤电导率
小于裂缝壁( P< 0. 05) , 而裂缝壁又小于对照。土体
内上下水流的相对运动,维持着土壤积盐与脱盐的
平衡。裂缝内淋溶势的增加,将会促进缝内水分向下
移动, 进而使碳酸盐及其它可溶性盐分淋向更深层
的土体中,打破了积盐与脱盐的平衡,使缝内的电导
率及含盐量减小(图 4)。由于对照土体内的淋溶势
小于染色迹, 盐分向下淋洗的速率较慢, 因此,同等
深度土体含盐量要高于染色迹及裂缝壁。同时, 有机
质含量的增加,也可以降低盐分在土体上部和表层
的积累,使电导率下降。
图 3　裂缝处土壤有机质含量变化
Fig. 3　Change o f or ganic mat ter cont ent w it h
the deepening of cr evices
　　下层土壤盐分含量高于上层,也使下层土壤 pH
值高于上层土壤(图 5)。横向比较,染色迹 pH 值<
裂缝壁( P< 0. 05) < 对照。一方面由于淋溶作用使染
色迹、裂缝壁内的含盐量减少,钠离子含量也相应减
少,从而使土壤碱化程度减小, pH 值降低; 另一方
面,由于染色迹、裂缝壁内有机质含量较高, 其分解
过程产生的 CO2 浓度相应升高, CO2 溶于水形成碳
酸,使氢离子浓度升高,进而使 pH 值下降。土壤盐
碱性的适当降低, 均有利于植物生长。
图 4　裂缝处土壤电导率变化
F ig . 4　Change of conduct ance data w ith
the deepening o f crev ices
图 5　裂缝处土壤 pH值变化
Fig . 5　Change of pH w ith the deepening of crev ices
图 6　土壤裂缝剖面图
Fig . 6　A cro ss section of a so il cr evice
2. 3　草原土壤裂缝对植被的干扰作用
干旱期土壤开裂时, 对植被根系产生撕裂作用。
裂缝深度一般为 10～20 cm, 而植被根系恰集中分
布在该层土壤中, 因此对植物根系的破坏作用是很
大的。另外,在干旱期间,土壤开裂使裂缝侧处的土
壤向外暴露,促进了水分的进一步蒸发、减少, 而植
被根系的撕裂, 更减少了对水分及养分的吸收,因此
对植被的生长产生了不利影响。从表 6可见, 裂缝区
与对照区植物种类组成与群落结构基本相似, 均由
266 草　地　学　报 第 11卷
2科 5种组成,优势种均为马兰。但由于土壤干旱开
裂, 致使裂缝区植被与对照区植被在总密度与总生物
量方面差异较大( P< 0. 01) ,对照区植被总密度与总
生物量分别为 84 株/ m3、22. 32g/ m2, 而裂缝区则分
别下降为53株/ m2、15. 12 g / m2。优势种马兰群落在
对照区株高为 33. 30 cm, 干重为 0. 74 g / m2 ,而在裂
缝区分别下降为31. 6 cm、0. 57 g / m2。从群落相似系
数也能看出这种差异, 物种的相似系数较大,为 1,而
植株数目和干重的相似系数相对较小。由此可见,土
壤干旱开裂使裂缝区植被总密度和总生物量减小。
表 6　干旱期土壤裂缝对草原植被的影响
Table 6　Effect o f cr evices to vegetation dur ing dr y season
科
Family
植物名称　　　　
Name of plan t　　　　
裂缝区
Crevice area
对照区
CK
H D W H D W
菊　科
C om positae
马　兰
K al imer is indica
31. 60 22 11. 50 33. 30 25 18. 53
苦　菜
S onchus ol eraceus
13. 00 1 0. 19 12. 00 3 0. 18
禾本科
Gram ineae
虎尾草
Chloris v irg ata
9. 50 16 0. 29 5. 50 36 0. 09
羊　草
A neurop id ium chinense
33. 00 11 2. 89 36. 00 14 3. 22
拂子茅
Clalmagr osti s epigej os
21. 00 3 0. 25 23. 00 6 0. 30
总计
Total
5 21. 62±1. 88 53±2. 36 15. 12±0. 53 21. 96±2. 26 84±2. 18 22. 32±1. 22
　　注: H:平均高度Average heigth( cm ) ; D:总密度 Total density (株/ m2) ; W :总生物量T otal biomass(干重 g/ m2)。样方面积 Sampl ing area:
0. 25 m×0. 25 m;群落相似系数( Sim ilarit y rat io) ; Ss(物种数 Species )= 1; S m; (植株数 Plan ts n umber) = 0. 80; Sm(植株干重 Dry w eigh t )
= 0. 80
　　分析开裂对土壤的干扰作用可以看出, 在土壤
重新吸水后, 裂缝侧土壤理化性质的改善均有利于
植被生长,这主要从翌年的植被生长状况分析得出
(表 7)。从表 7可见,翌年裂缝区与对照区的植被种
类组成差异不大,基本上是 7～8科, 16种。禾本科
与莎草科植物为优势种。但植株总密度与总生物量
之间差异显著( P< 0. 05) ,对照区植株总密度为 100
株/ m2 ,总生物量为 7. 18 g / m2 ,而在裂缝区则分别
上升为 119株/ m 2和 10. 73 g/ m 2。在裂缝区,野古草
株高为 20. 00 cm ,干重 0. 19 g/ m 2, 在对照区分别为
15. 50 cm 和 0. 12 g/ m 2。群落相似系数也表明二者
的差异。从以上分析可以看出,裂缝处土壤理化性质
改善后,有利于植被生长。
3　结论
3. 1　干旱造成土壤胀缩运动的干扰作用主要体现
在土壤和植被。干旱使土壤收缩而开裂,加剧了土壤
水分的蒸发, 减少了裂缝区植被水分的供应;同时开
裂对植被根系产生撕裂作用, 进一步降低了植被对
水分及养分的吸收,降低植被总密度及总生物量,对
植被产生不利影响。而降水后,土壤裂缝对草原地面
物质的贮存作用及淋溶作用又改善了土壤的理化性
质, 提高了缝内土壤有机质含量,降低了 pH 值、电
导率及含盐量, 对翌年植被生长则产生了一定促进
作用,使植被的总密度及总生物量升高。因此,越易
开裂的地方,土壤及植被所受到的干扰作用就越大。
3. 2　土壤裂缝可能会引起土壤盐碱化。因为,降雨
流经裂缝直接进入地下水,引起地下水位的提高。地
下水位提高,能伴随发生淹水、过饱和等不利过程,
进而使土壤产生次生盐化、碱化。但在本文研究范围
内,多数裂缝宽度一般为 2～5 cm ,深度小于20 cm ,
而且有些地裂缝在降雨的作用下, 吸水膨胀, 很快便
弥合了,因此对降雨的径流作用并不明显。
3. 3　从土壤裂缝对植被的干扰作用来看,植被的种
类组成及群落结构基本不受干扰的影响,仅是种群
有所波动,群落并未发生演替现象。原因是由于一般
的土壤裂缝持续时间不长,只要水分充足,裂缝便会
逐渐弥合,这样对土壤的影响力度便会逐渐减弱, 因
此植被的变化不明显。如果裂缝宽而深,并持续多
年,土壤及植被可能会发生明显变化,土壤及群落将
发生演替。因此,在本文研究范围内,土壤胀缩运动
的干扰作用是一个短期过程, 对土壤和植被只产生
短期干扰作用。
267第 3期 田洪艳等:土壤胀缩运动对草原的干扰作用
表 7　翌年降水后土壤裂缝对草原植被的影响
T able 7　Effect o f crev ice of g ra ssland to vegetation in the next year after rainfall
科
Family
植物名称　　　　
Name of plan t　　　　
裂缝区
Crevice area
对照区
CK
H D W H D W
禾本科
Gram ineae
野古草
A rund inella hirta
21. 00 12 2. 28 15. 50 9 1. 03
芦　苇
Ph ragmi tes aust ral is
35. 50 1 1. 10 - - -
拂子茅
Calamag rost is ep ig ej os
19. 00 4 0. 39 23. 00 2 0. 15
牛鞭草
H emarthria al tissima
- - - 22. 00 5 1. 28
菊科
C om positae
日本旋覆花
Inula bri tannica
6. 00 3 0. 10 6. 00 2 0. 12
大丁草
L eibnit zia anad ria
9. 00 1 0. 33 7. 00 1 0. 10
女　菀
Tu rcz aninow ia f astigiata
9. 50 3 0. 37 10. 50 6 0. 61
狭叶鸦葱
S corz onera diver icata
21. 00 1 0. 15 22. 00 1 0. 11
苦　菜
S onchus ol eraceus
9. 00 2 0. 12 11. 00 7 0. 48
豆科
Leguminosae
花苜蓿
Tr ig onel la ruthenica
17. 25 3 0. 88 11. 00 3 0. 13
五脉山黧豆
Lathyrus quinquenerv ius
22. 00 1 0. 45 - - -
蔷薇科
Rosaceae
蔓萎陵菜
Potent il la chinensis
8. 25 8 1. 15 13. 00 1 0. 23
狭叶地榆
Sangui sorba of f ic inali s
13. 50 1 0. 53 9. 00 1 0. 09
其它科
Others
防　风
Sap oshnikovia d ivari cato
8. 50 3 0. 43 10. 00 1 0. 11
箭头唐松草
Thal ict rum aquile gif olium
6. 00 5 0. 48 12. 00 3 0. 50
寸草苔
Chinop od ium meg lanth um
9. 00 70 1. 75 4. 20 56 1. 95
长梗葱
A ll ium p olyr hiz um
10. 00 1 0. 12 14. 00 1 0. 09
沙　参
A denop hor a tetr ap h
- - - 10. 50 1 0. 20
总计
Total
18 14. 03±2. 65 119±2. 42 10. 73±0. 48 12. 54±2. 76 100±2. 62 7. 18±1. 28
　　注: H:平均高度Average heigth( cm ) ; D:总密度 Total density (株/ m2) ; W :总生物量T otal biomass(干重 g/ m2)。样方面积 Sampl ing area:
0. 25 m×0. 25 m; 群落相似系数( Similarit y rat io) ; S s(物种数 Species ) = 0. 88; Sm (植株数目 Plan ts n umber) = 0. 79; Sm (植株干重 Dr y w eight )
= 0. 64
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268 草　地　学　报 第 11卷