高寒地区马蔺地下生物量与土壤紧实度的关系

任　灵，袁子茹，董永平，陈建纲，张德罡

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州　730070； 2.农业部全国畜牧总站，北京　100125)



高寒地区马蔺地下生物量与土壤紧实度的关系

任灵1，袁子茹1，董永平2，陈建纲1，张德罡1

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州730070； 2.农业部全国畜牧总站，北京100125)

以高寒地区马蔺为研究对象，测定了不同土层内马蔺根系的地下生物量与土壤紧实度的关系。结果表明，土壤紧实度与地下生物量的变化趋势呈负相关关系，随土层深度的增加，紧实度逐渐增大，而地下生物量逐渐减少。0～5 cm表层土壤紧实度最低，地下生物量最高；45～50 cm底层土壤紧实度最大，植物地下生物量最少。与马蔺根部相同水平距离处不同土层间土壤紧实度呈显著的相关关系，而同一土层距马蔺根部不同水平距离之间土壤紧实度地下生物量之间的相关性不明显。

马蔺；土壤紧实度；地下生物量

马蔺(Irislactea),也叫马莲、马兰花， 鸢尾科鸢尾属， 多年生草本植物[1]，生长在海拔50～3 900 m 的温和或寒温地带的盐土、盐碱土或盐渍化土壤的滩地、沟边或坝上，常成片大面积生长，组成以马蔺为优势种的群落，其资源非常丰富[2]。马蔺根系发达，须根粗长，入土深度可达1 m，须根稠密而发达，呈伞状分布。在恶劣的环境下，马蔺地上部分会变得相对低矮，地上生长量降低20%，同时根系更加发达，根系量增加10%以上，这有助于其在不良环境中正常生存。研究表明，马蔺的青鲜状态只在春季萌芽后为牛、羊采食，此后，整个夏季由于含有鸢尾素等有毒成分以及粗纤维韧性过大，家畜不采食，但秋霜后山羊、绵羊，牛爱采食，可作为饲用牧草，除饲用价值外，马蔺花，种子、根均可入药，也可作为观赏植物。植物根系在防止表土剥离、土层滑坡、抵抗坡面水流的冲刷侵蚀和重力侵蚀方面有重要作用，须根通过自身的作用和积累土壤有机质,在增加了土壤水稳性团聚体数量的同时,也通过改善土壤渗透性能进一步提高土壤的抗侵蚀能力[3]。试验证明，植物根系具有疏松土壤，增加土壤孔隙度的作用，对土壤紧实度有重要的影响[4]。

土壤紧实度是指土壤对机械应力表现出的特性[5],是反映土壤物理性状的重要指标之一。在植物根系的生理活动下，不断有分泌物排出，为土壤微生物提供了有利条件，微生物改善了土壤性状[6-8]，同时在根系的作用下，改善了土壤理化性质，根系在土壤中生长繁殖，影响了土壤团结，黏聚，从而对紧实度有所改变[9]。因此，土壤紧实度不仅对地下生物量存在影响，而且对地上生物量、株高、营养含量等因素也存在影响，这一课题的研究对了解植物群落生物产量、根系扩展影响因素等有重要意义。

目前，以马蔺为对象的研究大多围绕特性特征，化学成分展开[10]，此次研究以马蔺地下生物量为材料,测定了不同土层及以主根为中心的不同范围的生物量特征，探讨了根系生物量与土壤紧实度的关系,以期为研究马蔺根系的生长特性并充分利用这一植物资源提供基础参数。

1　材料和方法

1.1样地概况

试验区位于甘肃省天祝金强河河谷。河谷南北宽为5～15 km，东西长约30 km，海拔2 710～3 080 m。年均温-0.1℃，1月均温-18.3℃，7月均温12.7℃，>0℃年积温1 380℃；水热同期，年日照时间为2 600 h；年降水量为416 mm，多为地形雨，集中于7～9月；年蒸发量为1 592 mm，是降水量的3.8倍。无绝对无霜期，仅分冷热两季。区内土层较薄，厚40～80 cm，土壤pH 7.0～8.2，有机质含量为10%～16%[11]。植物生长季为120～140 d，10月底至次年4月为降雪时称冰雪覆盖期[12]。

1.2样地设置及土样地下生物量采集

试验于2012年7月金强河地区高寒草地上进行，该样地主要优势种马蔺、针茅(Stipaspp.)、醉马草(Achnatheruminebrians)，由于马蔺地下根系较为发达，在土层中分布较为明显，以马蔺根系为中心，以0、5、10、15、17.5、20、22.5、25 cm为半径不同方向，在圆周上取点，同时采取0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50 cm土层进行土壤紧实度的测定，并用土钻采取1/4样方内地下生物量，以1个马蔺斑块的相同圆周直径上做5个点，做3次重复(图2)。

图1　马蔺根系取样示意图Fig.1　Schematic diagram of sampling root sites

1.3指标测定及方法

土壤紧实度采用土壤紧实度仪测定[13]。地下生物量，将采集的马蔺根系洗净、烘干，称重。

1.4数据统计分析

试验数据处理分析使用Excel 2007和SPSS 20.0软件对马蔺地下生物与土壤紧实度进行方差分析和相关性分析。

2　结果与分析

2.1土壤紧实度与地下生物量变化

通过对不同土层不同半径范围的马蔺地下生物量及土壤紧实度的测定发现马蔺地下生物量随土层深度的增加呈减少趋势，但从相同土层之间来看，马蔺根部0 cm处地下生物量高于2.5 cm处，但0～5 cm层距马蔺根部2.5～10 cm处的地下生物量呈上升趋势，10～22.5 cm处土壤紧实度随呈下降趋势，在5～15 cm两层土壤中距马蔺根部5～12.5 cm处地下生物量逐渐增加且在12.5 cm处达最大，随后逐渐降低；在20～50 cm 5层土壤中距马蔺根系2.5～15 cm处地下生物量逐渐增加，但变化不明显，随后逐渐下降，但不同土层的地下生物量在25 cm处略微增加。结果表明，在距根部0 cm处，地下生物量最大，为43.04 g，22.5 cm处地下生物量最小，为1.23 g(图1)。

土壤紧实度随土层深度的增加而增大，距离马蔺根部0 cm土壤紧实度较大，为4 304.20 Kpa，2.5 cm处减小，0～15 cm紧实度大体呈上升趋势，但变化不明显，15～45 cm紧实度变化较明显，从距离根部2.5～12.5 cm处逐渐增大，之后呈下降趋势，而45～50 cm土层中土壤紧实度在距离马蔺根部2.5～10 cm处逐渐增大，随后逐渐减小，但在25 cm处略微增大(图3)。

图2　不同土层、不同范围地下生物量Fig.2　The underground biomass of different soil layer and scope

0～5 cm表层土壤紧实度最低，地下生物量最高；45～50 cm底层土壤紧实度最大，植物地下生物量最少。土壤紧实度与地下生物量的变化趋势总体呈反比，随土层的增加，紧实度逐渐增大，而地下生物量逐渐减少，相同土层土壤紧实度、地下生物量差异不显著(图2，3)。

图3　不同土层、不同范围土壤紧实度Fig.3　The soil compaction of different soil layer and scope注：采用单因素方差分析，小写字母代表0.05显著水平，相同字母表示相同土层间差异不显著

2.2不同土层、距马蔺根部不同距离土壤紧实度与地下生物量相关分析

不同土层间距马蔺根部地下生物量与土壤紧实度存在极显著正相关关系(P<0.01)；相同土层距马蔺根部不同距离之间土壤紧实度地下生物量呈参数之间相关性不明显。而10～40 cm土层中，土壤紧实度与马蔺地下生物量存在极显著正相关关系(P<0.01)或显著正相关关系(P<0.05)，而在40～45 cm土层中马蔺地下生物量与土壤紧实度呈负相关趋势，随土层增加，土壤紧实度增大，地下生物量逐渐减少(表1，2)。

表1　不同土层与马蔺根部相同距离范围内土壤紧实度与地下生物量相关分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

表2　相同土层与马蔺根部不同距离范围内土壤紧实度与地下生物量相关分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

3　讨论

甘肃省天祝县金强河属高寒草甸草原，地形以山地为主，地形复杂，受高海拔的影响，河谷内气温、降水量差异较大，气候变化明显[14]，对植物生长条件影响较大。草原植物的地下生物量是草原生态系统生产力的重要组成部分。地下根系具有固定支持植物躯体、调节植物生长发育、储存营养物质和供给地上部分水分需求等基本功能[15]。马蔺具有耐旱、耐盐的特点，根部对土壤紧实度有相应影响。土壤紧实度过大或过小都不利于马蔺根系的生长，且土壤紧实度越大，土壤硬度也越大，对植物根系生长阻力越大，导致植物生长缓慢，地下生物量减少，大量研究表明土壤紧实度对植物生长和农作物产量的影响是极为受关注的问题，但Goodman[16]报道，土壤紧实度高的土壤对植物地下部分影响不明显，但试验以天然草地为试验对象，不同土层土壤紧实度对马蔺根系的生长影响较大，Masle J.Growth[17]报道，在分层试验中自然土壤紧实度对根的影响差别较大。Rosolem等[18]认为，土壤强度大2.5 MPa时，根的生长受到抑制。植物在生长过程中，由于气候等条件的影响，而且受到土壤阻力的影响，根系生长不均匀，土壤紧实度较大，随土层增加，土壤阻力较大，土壤硬度增加，根系穿入土壤能力逐渐减弱，根系分布较少，地下生物量减少。

4　结论

本研究显示，相同土层距马蔺根部不同范围内土壤紧实度大体呈增长趋势，但变化不明显，在0～5 cm层土壤硬度较大，说明在地表处根系分布较少，在相同土层中马蔺根系生长、分泌激素分布较均匀，受土壤阻力影响不大，在距根部0 cm处，地下生物量最大，为43.04 g，22.5 cm处地下生物量最低，为1.23 g。不同土层间距马蔺根部地下生物量与土壤紧实度存在极显著正相关关系(P<0.01)；相同土层距马蔺根部不同距离之间土壤紧实度地下生物量呈参数之间相关性不明显。而10～40 cm土层中，土壤紧实度与马蔺地下生物量存在极显著正相关关系(P<0.01)或显著正相关关系(P<0.05)，而在40～45 cm土层中马蔺地下生物量与土壤紧实度呈负相关趋势。

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Relationship between underground biomass of Iris lactea and soil compaction in alpine area

REN Ling1,YUAN Zi-ru1,DONG Yong-ping2,CHEN Jian-gang1,ZHANG De-gang1

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China； 2.NationalAnimalHusbandryStationofMOA,Beijing100125,China)

The paper studied the relationship between underground biomass ofIrislacteain different soil depth with soil compaction in alpine region.The results showed that there was a negtive correlation between soil compaction with underground biomass ofIrislactea.With the soil depth increasing,the soil compaction was increasing and the underground biomass was decreasing.The soil compaction in 0～5 cm was lowest while the undergound biomass was highest.The soil compaction in 45～50 cm was highest while the underground biomass was lowest.

Irislactea；soil compaction；underground biomass

2015-09-16；

2016-04-14

农业部全国畜牧总站“草原固碳与水土保持能力测算方法研究”项目资助

任灵(1990-)，女，山东莱州人，在读硕士研究生。

E-mail：384110778@qq.com

S 682.19

A

1009-5500(2016)04-0087-05

张德罡为通讯作者。