典型草原退化梯度上土壤水溶性盐分的变化特征

2015-02-17霍光伟乌云娜宋彦涛张凤杰

大连民族大学学报 2015年5期

霍光伟，乌云娜，宋彦涛，张凤杰

(大连民族大学环境与资源学院，辽宁大连116605)

草原是中国最大的陆地生态系统，各类天然草原总面积将近4 亿公顷，约占国土面积的41.7 %，是现有耕地面积的3 倍，草原资源在全世界也是名列前茅［1］。草原退化主要分为三个方面:草原沙化、草原盐渍化以及草原污染。土壤盐渍化主要发生在干旱、半干旱和半湿润区［2］。土壤盐分是土壤特性之一，受气候、成土母质、地形地貌、水资源、人为因素等的影响，具有很大的复杂性和空间变异性。草原的严重盐渍化，使草原生物多样性锐减，生产力下降，生态系统功能减弱，风沙及沙尘暴等灾害加剧，对更广大地区产生危害［3］。因此，作为草原的“三化”问题之一，草原土壤的盐渍化问题亟待解决。防治草原退化，合理开发草原地区的生物资源、土地资源、水资源，维持草畜平衡，成为保护草原生态环境的重中之重。

本项研究主要以内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎右旗境内典型克氏针茅草原为研究对象，选取兰旗庙优质牧场(轻牧)、兰旗庙家庭牧场(中牧)、兰旗庙公共牧场(重牧)三个不同放牧梯度，研究草原土壤中水溶性离子的变化特征，利用EXCEL、SPSS18.0 等数据分析处理软件，通过相关性与描述性分析，得出离子之间相互影响的关系，从而判断草原土壤的盐渍化状况及其盐分动态，为草原土地的利用改良提供科学依据与理论支持。

1 研究区概况

研究区域选在内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎右旗境内。新巴尔虎右旗(简称新右旗)是内蒙古自治区19 个边境旗(市)和23 个牧业旗之一，位于中国东北边陲，呼伦贝尔市西部，中俄蒙三国交界处。试验区选择兰旗庙优质牧场(轻牧)、兰旗庙家庭牧场(中牧)、兰旗庙公共牧场(重牧)各个不同放牧梯度的样地，各样地地理位置分布见表1。

表1 调查样地的基本特征

该区域属于中温带大陆性季风干旱气候，盛行西北风，年平均风速4.49 m·s-1;年平均降水量在220 ～280 mm，由北向南递减;年平均气温为1.1 °C，冬季严寒、漫长、干燥，平均气温在-21 °C左右，夏季短暂、温凉，平均气温21.6 °C。日照时间较长，年平均日照时数3 000 h 左右，无霜期128 d。地带性植被为克氏针茅(Stipa krylovii)，土壤类型以栗钙土为主。

2 样品采集及测定

在轻度放牧区(轻牧)、中度放牧区(中牧)、重度放牧区(重牧)不同放牧梯度的3 个样地所设置的样线上，每隔5 m 获得1 ×1 m2样方，在获取植物群落学特征之后，相应的采集土壤样品，标号，封袋，带回实验室，置于冰箱内(4℃)保存。实验测定时，根据土壤可溶性盐分的测定原理与方法，对土壤样品进行预处理。即将采集好的土壤平铺，自然风干后过1mm 筛备用。

土壤Cl-的测定采用硝酸银滴定法;Ca2+和Mg2+的测定采用EDTA 络合滴定法;用EDTA 二钠盐溶液滴定SO;采用火焰原子吸收分光光度法测定突然Na+和K+浓度［4］。

3 结果与分析

3.1 放牧强度对土壤中主要离子的影响

放牧强度对土壤各离子影响的单因素方差分析见表2。

表2 放牧强度对土壤各离子影响的单因素方差分析

由表2 可知，放牧强度对Cl-、Mg2+没有显著影响，对土壤SO、Ca2+、K+和Na+具有极显著的影响。

3.2 不同放牧梯度上土壤阴离子的变化

不同放牧梯度上土壤阴离子的变化如图1。

图1 不同放牧梯度上土壤阴离子的变化

3.3 不同放牧梯度上土壤阳离子的变化

不同放牧梯度上土壤阳离子的变化如图2。

由图2(a)可知，随着放牧强度的增加土壤Ca2+质量分数表现为明显下降的趋势，在中牧梯度上质量分数最低，变化趋势为:轻牧＞重牧＞中牧。由图2(b)可知，土壤Mg2+质量分数随放牧强度的增加呈明显线性递减趋势，变化趋势为:轻牧＞中牧＞重牧。由图2(c)可知，土壤K+质量分数的变化趋势为:轻牧＞重牧＞中牧，与土壤Ca2+的变化趋势表现出明显相似性，均为随着放牧强度的增加而表现为明显下降的趋势，但在中牧梯度上表现为最低。由图2(d)可知，土壤Na+的变化趋势为:中牧＞轻牧＞重牧，随着放牧强度的增加，土壤Na+的变化趋势表现为先增加后减少。

图2 不同放牧梯度上土壤阳离子的变化

3.4 土壤中不同离子相互影响的关系

土壤中主要离子的相关性分析见表3。

表3 土壤中主要离子的相关性分析

由表3 中可以得出，Cl-与Ca2+、SO和K+呈显著负相关(P ＜0.05)，即若Cl-质量分数越高，Ca2+、SO和K+的质量分数越低;与Mg2+呈负相关关系，与Na+呈正相关关系，但不显著。Ca2+与SO和K+的相关性关系表现为极显著正相关(P ＜0. 01)，与Mg2+和Na+呈负相关关系;Mg2+和K+、Na+呈正相关关系，与SO呈负相关关系，但不显著。SO和K+呈极显著正相关关系(P ＜0.01)，与Na+呈负相关关系;K+和Na+呈负相关关系，在0.05 水平上相关性不显著。

4 讨论

4.1 土壤盐分对植物的影响

土壤盐分的变化与这片区域的降水以及常年的气温、每年的四季变化有紧密的关系，其中，降水与气温是影响土壤盐分动态变化的重要因素。干旱区半干旱区具有强烈的蒸发作用，这会让地下水不断从潜水面上升到土壤包气带，水分的运移带动了盐分在土壤中的移动和累积［5］。

土壤中可溶性盐类过多，渗透势就会增高，土壤水势降低。根据水从高水势向低水势流动的原理，根细胞的水势必须低于周围介质的水势才能吸水，所以土壤盐分愈多根吸水愈困难，甚至体内水分有外渗的危险。盐分过多可抑制叶绿素合成与光合器中各种酶的发生，尤其是影响叶绿-蛋白的形成，生长在盐分过多的土壤中的作物，一般净光合率低于淡土的植物。盐分过多时，多数情况下呼吸作用降低，但也有些植物增加盐分有提高呼吸的效应。盐分过多对植物的光合与呼吸的影响尽管并不一致，但总的趋向是呼吸消耗多，净光合生产率低，不利于生长［6］。

本研究表明，过度放牧对土壤的盐碱化也有很大的影响。过度放牧使得草场植被减少，土壤中过多的可溶性盐类对植物生长的影响是通过复杂的、综合的关系而表现出来的。盐类的性质及其含量、土壤状况、气候等条件不同对植物的影响是不同的。植物的种类、品种、生长发育时期、年龄和生长状况等内在因子不同，植物的抗盐性也不同。在其他条件均相同时，土壤含盐量和含水量也会组成复杂的关系来影响植物的生长。

4.2 放牧强度对土壤盐分的影响

放牧强度对土壤Cl-、Mg2+没有显著影响，对土壤SO、Ca2+、K+和Na+具有极显著的影响。不同放牧梯度上土壤SO含量的变化随着放牧强度的增加表现出明显的变化趋势。中牧梯度上SO明显低于重牧和轻牧，说明在放牧强度最低的轻牧上，土壤SO含量最高，其变化趋势表现为轻牧＞重牧＞中牧。

土壤Cl-变化趋势为中牧明显高于轻牧和重牧，重牧高于轻牧，但差异不显著。土壤Ca2+含量的变化趋势为轻牧＞重牧＞中牧，随着放牧强度的增加土壤Ca2+含量表现为明显下降的趋势，在中牧梯度上表现为含量最低;土壤Mg2+的变化趋势为轻牧＞中牧＞重牧，且明显呈线性递减趋势。因此，随放牧强度的不断增加，土壤Ca2+和Mg2+均表现为降低趋势。

土壤K+变化趋势为轻牧＞重牧＞中牧，与土壤Ca2+的变化趋势表现出明显相似性，均随放牧强度的增加而表现为明显下降的趋势，但在中牧梯度上表现为最低;土壤Na+的变化趋势为中牧＞轻牧＞重牧，随放牧强度的增加，土壤Na+的变化趋势表现为先增加后减少。