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克氏针茅草原群落多根葱种群拓殖过程中土壤铵态氮的变化

2019-12-30王龙婷梁心如余清扬乌云娜

绿色科技 2019年22期
关键词:土壤

王龙婷 梁心如 余清扬 乌云娜

摘要:选取呼伦贝尔草原区新巴尔虎右旗作为放牧样地,于7月下旬在该样区进行了植物群落调查:以克氏针茅群落为调查对象,在不同放牧梯度上随机选取长势均一、生境相近的克氏针茅和多根葱各10株,以植株为中心,在距其中心15cm处采集土壤样品,分别采集土壤0~10cm、10~20cm、20~30cm不同土层的土壤样品,带回实验室后,测量和分析了土壤样品中铵态氮的含量,以探讨不同的放牧梯度上多根葱种群和克氏针茅种群的生长结构以及土壤理化指标的变化规律,为该地区的草地生态系统的修复与重建奠定一定的理论基础。

关键词:克氏针茅草原;土壤;铵态氮

中图分类号:S714.2 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2019)22-0030-03

1 引言

草地是宝贵的自然资源,是草原畜牧业赖以生存和发展的基础,在社会、经济和生态环境保护中具有十分重要的地位[1]。同时,它又具有十分重要的生态屏障功能,对维持地球上生命支持系统的稳定具有重要作用[2]。草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分[3],草地的占地面积约为全球陆地面积的1/5,而中国草地面积为4.0×108hm2,占国土总面积的41.7%,占世界草地总面积的6%~8%,居世界第二[4]。草地具有不可替代的生态功能,但由于自然环境因素和人类对草地生态系统不合理的利用,使得草地荒漠化严重,草地生态系统变得十分脆弱。草地退化已成为限制草地生态功能发挥、生产力提高的主要限制因素[5]。

土壤是陆地生态系统的核心,是连接大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈的纽带[6],储藏有大量的营养物质,是植物生长发育的基质,是生态系统中物质和能量的循环与交换的重要场所。土壤养分直接决定着植物生长状况,对生态系统的结构、功能和生产力水平有决定作用[7]。草地生态系统中,植被退化和土壤退化间互为因果,植被退化直接导致土壤退化,土壤退化也一定会引起植被的进一步退化。

本课题所研究的区域是处于内蒙古自治区东部的呼伦贝尔市所辖的呼伦贝尔大草原,总面积25.3万km2,是我国内陆面积最大的地级市,拥有野生高等植物1410余种,低等植物380多种,野生动物达13种,占全国种类的12.3%[8]。同时,内蒙古草原也是我国北部边疆十分重要的生态屏障,对保卫我国的生态安全起着重要作用。

2 研究区域概况

呼伦贝尔草原地势东高西低,海拔在650~700m之间,这里是我国目前保存最完好的草原,是世界四大草原之一,被称为世界上最好的草原[9]。呼伦贝尔市位于E115°31′~126°04′、N47°05′~53°20′之间,东邻黑龙江省,西、北与蒙古国、俄罗斯相接壤,地处中温带和寒温带,属大陆性季风气候,冬季寒冷漫长,夏季温凉短促,春季干燥风大,秋季气温骤降霜冻早[10]。该草原年平均温度在0℃左右,无霜期85~155d[11],属于半干旱区,年降水量在250~350mm左右,典型草原栗钙土地带几乎占据整个呼伦贝尔草原[12],为典型草原地区。

本课题研究区域的土壤为栗钙土[13]。

3 研究方法

3.1 采样方法

本研究选取呼伦贝尔草原区新巴尔虎右旗作为放牧样地,于7月下旬在该样区进行植物群落调查,以克氏针茅群落为调查对象,在不同放牧梯度上随机选取长势均一、生境相近的克氏针茅和多根葱各10株,以植株为中心,在距其中心15cm处用环刀和土钻采集土壤样品,分别采集土壤0~10cm、10~20cm、20~30cm不同土层的土壤样品,放入自封袋里,保存并带回实验室。

3.2 样品的前处理与测定方法

将样品放在阴凉干燥、通风、无污染的室内,弄碎后平铺在干净的牛皮纸上,摊成薄薄一层,并经常翻动;稍干后,将大土块捏碎;风干后,拣出枯枝落叶、植物根、残茬、虫体、石子等。之后放在有盖、底的孔径为1mm的筛中,筛出细土,留在筛上的土块再倒在木板或塑料板上重新碾磨。如此反复多次,直到全部通过为止。样品前处理结束后,采用分光光度法对土壤中铵态氮进行测量。

3.3 数据处理

实验用Microsoft Office Excel 2007进行数据的初步记录统计,分析作图;数据的单因素方差分析部分利用数据处理软件SPSS 19.0进行。

4 数据分析与讨论

4.1 不同放牧强度下,土壤铁态氮含量在不同土壤层中的变化

如图1(a)、(b)、(c)所示,在相同土壤层条件下,随着放牧强度的增强,土壤中铵态氮含量并未出现较大变化,土壤中铵态氮含量随着放牧强度从轻度一中度一重度的改变呈现出先减少再增加的趋势,但增减幅度都很小,且重度放牧强度土壤铵态氮含量最多,轻度放牧强度次之,中度放牧轻度土壤铵态氮含量最少。

4.2 不同土壤层,土壤铵态氮含量在不同放牧强度中的变化

如图2(a)、(b)、(c)所示,在相同放牧强度下,随着土壤层深度由0~10cm—10~20cm—20~30cm的不断加深,土壤中铵态氮含量均呈现下降的趋势。其中,0~10cm土壤层中铵态氮含量最高,10~20cm土壤层次之,20~30cm土壤层中含铵态氮量最少,且10~20cm与20~30cm土壤层中铵态氮含量差异较小,0~10cm土壤层与10~20cm和20~30cm土壤层中铵态氮含量差异明显。

4.3 单因素方差分析

由表1可知,中度放牧強度下,0~10cm土壤层中铵态氮含量分别与10~20cm、20~30cm土壤层中铵态氮含量有显著性,而10~20cm与20~30cm土壤层铵态氮含量无差异性,其他放牧强度下均无差异性。

由上述分析可知,在相同土壤层条件下,土壤中铵态氮含量随着放牧强度从轻度—中度—重度的改变呈现出先减少再增加的趋势,增减幅度均较小,总体呈现为增大趋势,重度放牧强度下土壤铵态氮含量高于轻度和中度放牧;在相同放牧强度下,随着土壤层深度的加深,土壤中铵态氮含量均呈现下降的趋势,越往深层变化幅度越小,土壤表层(0~10cm)铵态氮含量明显高于中层(10~20cm)和深层(20~30cm);中度放牧轻度下,0~10cm土壤层分别与10~20cm、20~30cm土壤层中铵态氮含量有显著性。

5 讨论与结论

在相同土壤层条件下,放牧强度的增大,会导致土壤表层含水量减少,土壤孔隙降低,其渗透性也会随之降低,同时在放牧过程中,牧群的选择性采食和踩踏影等也影响土壤中氮素的分布,且家畜的尿液、粪便等排泄物可以对土壤中氮含量进行补充。有研究表明,轻度放牧会降低氮矿化速率;中度放牧对氮矿化速率起促进作用;重牧放牧会抑制土壤氮矿化过程。综合各项因素,出现铵态氮含量随放牧强度增大而先减小后增大的趋势。

氮素在土壤中存在淋失、流失、氮挥发3种主要流失方式和土壤氮矿化等其他作用。氮素的吸收也与植物根系的分布特征密切相关。相同放牧强度下,在氮素的淋失、流失以及氮挥发等自然流失以及人为放牧造成的损失下,使得土壤中铵态氮含量随土壤层的加深呈现出下降的趋势,并且由于中度放牧对氮矿化速率起促进作用,在单因素方差分析时,中度放牧强度下,0~10cm土壤层与10~20cm、20~30cm土壤层中铵态氮含量有显著性。而其他放牧强度下不存在显著性。

由此得出结论:土壤中铵态氮含量随土壤层加深逐渐减小,随放牧强度增大先减小再增大。说明适度放牧有助于土壤中的氮循环以及其他物质的循环利用等,有助于合理利用草地资源,维护草地生态系统的平衡。

参考文献:

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[2]王堃.我国西北地区退化草地的恢复与重建技术[C]//中国农学会(China Association of Agricultural Science Societies),中国草原学会(Chinese Grassland Society).21世纪草业科学展望——国际草业(草地)学术大会论文集.北京:中国农学会,2001:4.

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收稿日期:2019-10-28

基金项目:大连民族大学创新创业训练计划项目(编号:201812026328)

作者简介:王龙婷(1997-),女,大连民族大学环境与资源学院学生。

通讯作者:乌云娜(1968-),女,教授,博士,研究方向为环境生态与资源利用。

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