大武地区黑土滩人工草地土壤水分动态研究

宁夏盐池不同草地类型的土壤水分平衡研究刘娜娜;陈惠娟;孔德杰【期刊名称】《水土保持研究》【年(卷),期】2016(23)1【摘要】以位于农牧交错地带盐池县的6种不同草地类型土壤含水量为研究对象,通过监测各种类型草地0—100cm土层质量含水量的动态变化情况,运用Surfer制图软件分析牧草生育期土壤水分的空间分布特征;利用土壤水分平衡方程和土壤分层贮水量公式计算不同草地0—100cm土层总贮水量变化情况,结合试验地生长季降水量变化,分析了不同草地类型土壤贮水量动态变化与蒸散量的变化规律,结果表明:降雨和植被类型是不同类型草地土壤水分动态变化的主要原因,沙丘土壤水分随降雨量变化较为明显;移栽柠条地土层剖面生育期水分变异系数最大,表明干旱时土壤失水较多,降雨充足时蓄水最多。

因此应增加沙丘植被覆盖,对柠条、苜蓿、草地应适度进行放牧和刈割,控制植被生长,减少植被蒸腾蒸发,提高土壤水分固持能力,维持土壤水分的可持续发展。

【总页数】6页(P23-28)【关键词】土壤水分;草地类型;贮水量;Surfer【作者】刘娜娜;陈惠娟;孔德杰【作者单位】宁夏农业勘查设计院;宁夏农林科学院农业生物技术研究中心;西北农林科技大学农学院;陕西省循环农业工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】S152.7【相关文献】1.北方农牧交错带封育草地土壤含水量变化研究——以宁夏盐池县为例 [J], 李学斌;陈林;谢应忠2.宁夏盐池县退化草地不同利用方式下植物群落多样性与生物量的研究 [J], 徐坤;李国旗3.盐池县不同建植类型甘草地下生物量分布规律及其草地经济效益 [J], 刘孝勇;宋乃平;何秀珍4.宁夏不同草地类型土壤有机碳组分特征 [J], 杨君珑;李小伟5.宁夏盐池气候与土壤含水率时空变化对修复退化草地的影响研究 [J], 彭文栋;刘定鑫;马锋茂;冒秀凤;胡凤巧;谢伟娇;张灵瑜;孙丽婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第32卷 第3期V o l .32 No .3草 地 学 报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2024年 3月M a r . 2024d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2024.03.019引用格式:阿的哈则,常 涛,秦瑞敏,等.人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究[J ].草地学报,2024,32(3):827-837A D I -h a -z e ,C HA N G T a o ,Q I N R u i -m i n ,e t a l .C h a n g e s i nS o i l C a r b o n ,N i t r o g e n ,P h o s p h o r u sC o n t e n t a n dS t o i c h i o -m e t r i cC h a r a c t e r i s t i c s o fA r t i f i c i a lG r a s s l a n dS o i l s [J ].A c t aA gr e s t i aS i n i c a ,2024,32(3):827-837人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究阿的哈则1,4,常 涛1,4,秦瑞敏1,4,魏晶晶1,2,苏洪烨1,4,胡 雪1,4,马 丽1,张中华1,史正晨1,4,李 珊1,袁 访1,李宏林1,3,周华坤1*(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海省恢复生态学重点实验室,青海西宁810008;2.青海师范大学,青海西宁810016;3.青海大学,青海西宁810016;4.中国科学院大学,北京100049)收稿日期:2023-08-27;修回日期:2023-12-18基金项目:国家自然科学基金联合基金项目(U 21A 20186);青海省自然科学基金创新团队项目(2021-Z J -902);第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019Q Z K K 0302-02)资助作者简介:阿的哈则(1997-),男,彝族,四川冕宁人,硕士研究生,主要从事恢复生态学研究,E -m a i l :2548414897@q q.c o m ;*通信作者A u -t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :h k z h o u @n w i pb .c a s .c n 摘要:人工草地建植是治理三江源地区草地退化最有效的方法之一㊂本研究以三江源地区不同牧草播种的土壤为研究对象,通过分析土壤中关键养分元素的含量及其比例关系,揭示了土壤养分的可获得性碳㊁氮㊁磷元素循环和平衡机制㊂研究结果显示,人工草地土壤有机碳㊁全氮和全磷含量明显高于退化草地;混播人工草地对土壤养分改善效果优于单播人工草地;进一步的相关性分析表明,土壤CʒN 比值受到碳素和氮素限制,土壤CʒP 比值受到碳素限制,土壤NʒP 比值受到碳素和氮素的限制㊂综上所述,碳和氮是该地区主要限制养分元素,因此可以适当添加碳氮养分来改善人工草地的土壤质量㊂研究结果对于三江源地区通过合理牧草混播方式改善土壤质量提供了重要参考依据㊂关键词:三江源;人工草地;碳氮磷;化学计量特征中图分类号:T B 99 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2024)03-0827-11C h a n g e s i nS o i l C a r b o n ,N i t r o g e n ,P h o s ph o r u sC o n t e n t a n d S t o i c h i o m e t r i cC h a r a c t e r i s t i c s o fA r t i f i c i a lG r a s s l a n dS o i l sA D I -h a -z e 1,4,C H A N G T a o 1,4,Q I N R u i -m i n 1,4,W E I J i n g -j i n g 1,2,S U H o n g -y e 1,4,HU X u e 1,4,MA L i 1,Z H A N GZ h o n g -h u a 1,S H I Z h e n g -c h e n 1,4,L I S h a n 1,Y U A NF a n g 1,L IH o n g-l i n 1,3,Z H O U H u a -k u n 1*(1.Q i n g h a i P r o v i n c i a lK e y L a b o r a t o r y o fC o l dR e g i o n sR e s t o r a t i o nE c o l o g y ,N o r t h w e s t I n s t i t u t e o f P l a t e a uB i o l o g y,C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s ,X i n i n g ,Q i n g h a i P r o v i n c e 810008,C h i n a ;2.C o l l e g e o fG e o g r a p h y S c i e n c e ,Q i n g h a iN o r m a lU n i v e r s i t y ,X i n i n g ,Q i n g h a i P r o v i n c e 810016,C h i n a ;3.C o l l e g e o fE c o -E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g ,Q i n g h a iU n i v e r s i t y ,X i n i n g ,Q i n gh a i P r o v i n c e 810016,C h i n a ;4.U n i v e r s i t y o fC h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,B e i j i n g 100049,C h i n a )A b s t r a c t :A r t i f i c i a l g r a s s l a n de s t a b l i s h m e n t i sa ne f f e c t i v e m e t h o df o rm a n a g i n gg r a s s l a n dd e gr a d a t i o ni n t h eS a n j i a n g y u a na r e a .T h i s s t u d y a n a l y z e d t h e a v a i l a b i l i t y of s o i l n u t r i e n t s a n d t h em e c h a n i s mo f c a r b o n ,n i t r og e n ,a n d ph o s p h o r u s c y c li n g a n d b a l a n c i n g b y e x a m i n i n g t h e c o n t e n t o f k e y nu t r i e n t e l e m e n t s a n d t h e i r p r o p o r t i o n a l r e l a t i o n s h i p s i ns o i l s s o w nw i t hd i f f e r e n t p a s t u r e g r a s s e s i n t h eS a n j i a n g yu a na r e a .T h e f i n d s s u g g e s t t h a t t h e c o n t e n t s o f s o i l o r g a n i c c a r b o n ,t o t a l n i t r o g e n ,a n d t o t a l p h o s p h o r u s i n t h e a r t i f i c i a l gr a s s -l a n dw e r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e i n t h e d e g r a d e d g r a s s l a n d .A d d i t i o n a l l y ,t h e s o i l n u t r i e n t i m pr o v e -m e n t e f f e c t o fm i x e d -s e e d e da r t i f i c i a l g r a s s l a n dw a sb e t t e r t h a nt h a to f s i n gl e -s e e d e da r t i f i c i a l g r a s s l a n d .F u r t h e r c o r r e l a t i o n a n a l y s e s r e v e a l e d t h a t s o i l C ʒNw a s l i m i t e d b y c a r b o n a n d n i t r o ge n ,s o i l C ʒPw a s l i m -i t e db y c a r b o n ,a n d s o i lNʒPw a s l i m i t e db y c a r b o na n dn i t r o g e n .I n s u m m a r y ,t h em a i n l i m i t i n g nu t r i e n t e l e m e n t s i n t h e r e g i o n a r e c a r b o n a n dn i t r o g e n .T h e r e f o r e ,s u p p l e m e n t i n g t h e s e n u t r i e n t s a p p r o p r i a t e l y ca n草地学报第32卷i m p r o v e t h e s o i l q u a l i t y o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n d.T h i s s t u d y s r e s u l t s p r o v i d ea nv a l u a b l e r e f e r e n c e f o r s o i l q u a l i t y i m p r o v e m e n t i n t h eS a n j i a n g y u a na r e a t h r o u g h r a t i o n a l p a s t u r em i x i n g.K e y w o r d s:S a n j i a n g y u a n;A r t i f i c i a l g r a s s l a n d;C a r b o n,n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s;S t o i c h i o m e t r y c h a r a c t e r i s t i c s生态化学计量学是一门以生物学㊁化学㊁物理学㊁生态学和化学计量学为基本原理,研究生物系统能量平衡和多种化学元素(主要是碳氮磷)平衡的新兴学科[1-2]㊂土壤碳氮磷化学计量特征的研究是近年来生态学领域的研究热点[3],碳氮磷作为土壤的主要营养成分,在很大程度上决定土壤肥力,进而影响植物生长发育[4]㊂土壤是生态系统许多生态过程的主要载体,是植物赖以生存的重要基质和环境条件,凋落物所形成的有机质及岩石风化释放的养分都聚集在土壤中,供给地上植被生长发育[5]㊂全球土壤有机碳储存量远高于生物碳库和大气碳库,土壤有机碳的微小波动可能会影响生态系统可持续性[6],土壤碳氮磷是陆地生态系统中限制植物生长和不同生态过程的重要元素,碳氮磷作为土壤养分重要营养元素,是生态系统中植物群落组成㊁演替和稳定的主要驱动因素[7]㊂另外,土壤碳氮磷化学计量比在生态化学计量学中具有重要地位,可以用来判断土壤有机质的分解速率㊁养分限制状况和碳氮磷饱和状态等[8],因此,研究土壤碳氮磷含量及其化学计量特征对于认识土壤养分循环平衡机制具有重要意义㊂高寒草甸是三江源区重要的草地生态系统,不仅提供肉㊁奶㊁皮㊁毛等直接经济价值的产品,同时还承担调节气候㊁涵养水源㊁防风固沙㊁生物多样性保育㊁初级生产力和碳固持等极其重要的生态服务功能[9-10]㊂然而,长期过度放牧㊁气候变化㊁虫鼠害和牧区政策偏差等因素导致高寒草甸大面积退化,甚至形成大面积次生裸地 黑土滩 [11-12],这些情况导致地上生物量下降,土壤微生物数量和水分含量降低,优质牧草消失,生物多样性减少,固碳能力减弱,从而改变了该区域土壤中关键养分元素的含量及比例关系[13]㊂三江源地区 黑土滩 已完全失去恢复能力,需要人工辅助来恢复[14]㊂因此,人工草地建植是治理三江源地区草地退化最有效的方法之一[15],已被广泛应用,并产生了 黑土滩人工草地 ,作为一种人工植被出现在三江源区㊂人工草地可以在短时间内提高植物群落的盖度㊁高度㊁生物量及物种多样性[16],还有利于土壤团聚体的形成,增加土壤团聚体的体积,使其具有较强的稳定性,从而改善 黑土滩 表层土壤结构,提高土壤含水量[17]㊂此外,人工草地建植还可以减少土壤中的碳流失,增加植被的碳储量,增加土壤固碳能力[18]㊂但是,在草种的选择和搭配方面也十分重要㊂有研究表明,豆禾种类和比例的搭配可以显著提高土壤养分的供给[19]㊂因此,对不同牧草混播人工草地土壤状况的研究是十分必要的㊂本研究选择耐寒和利用价值高且被广泛运用于三江源地区退化草地修复的本地禾草垂穗披碱草(E l y m u s n u t a n s)和草地早熟禾(P o a p r a t e n s i s),以及对禾本科植物生长发育起着促进作用的豆科植物呼伦贝尔苜蓿(M c d i c a g o f a l c a t a)为人工种植草种[20-21]㊂使用对比分析法,对不同牧草播种的人工草地土壤进行分析,探讨不同牧草播种的人工草地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量特征变化规律,以期为三江源地区通过合理牧草混播的方式改善土壤养分和修复退化草地提供科学依据㊂1材料与方法1.1试验区概况试验区位于青海省果洛藏族自治州玛沁县,是三江源高寒草甸研究观测站军牧场试验点,其经纬度范围为34ʎ22'~34ʎ20'N,100ʎ30'~100ʎ29'E,海拔约为4100m㊂该区属于典型的大陆高寒季风气候区,日照时间长,太阳辐射强,无绝对的无霜期㊂年均气温极低,仅有0.7ħ,而年降雨量则为423m m~565m m,主要集中在植物生长期的5月至8月,即雨热同期㊂该区是典型的高寒草甸生态系统,土壤为高寒草甸土,主要由莎草科和禾本科等植物组成,如高山嵩草(K o b r e s i a p y g m a e a)㊁矮嵩草(K o b r e s i a h u m i l i s)㊁垂穗披碱草㊁草地早熟禾㊁细叶亚菊(A j a n i a t e n u i f o l i a(J a c q.)T z v e l)㊁甘肃马先蒿(P e d i c u l a r i sk a n s u e n s i s M a x i m)黄帚橐吾(L i g u l a r i a v i r g a u r e a(M a x i m.)M a t t f)㊁青海刺参(M o r i n a k o k o n o r i c a H a o)等㊂1.2试验设计在2016年1月至2018年12月期间,针对果洛军牧场一块地势相对平坦的重度退化高寒草甸,进行了随机区组试验设计㊂该试验选择了垂穗披碱草㊁草地早熟禾和呼伦贝尔苜蓿进行播种,共划分为828第3期阿的哈则等:人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究8组处理(详见表1),每组处理包含3个重复,共计24个小区,每个小区面积为3mˑ3m ,且相邻小区间隔1m ㊂试验于2016年5月进行播种操作,播种前通过农具对试验地进行了翻耕处理,并将由青海省牧草良种繁殖场提供的牧草种子混匀后撒播㊂为避免放牧干扰,试验地进行了围栏保护,并协调当地牧民进行鼠害防治,尽可能避免鼠兔等啮齿类动物的干扰㊂为避免牧草之间的竞争,播种当年的苗期进行了杂草清除㊂杂草清除采用人工除草方式,将除试验草种以外的杂草剔除㊂对照组不进行任何处理㊂播种时,垂穗披碱草的播种量为3g ㊃m -2,草地早熟禾的播种量为0.75g ㊃m -2,呼伦贝尔苜蓿的播种量为1.5g㊃m -2,均按照青海省建植人工草地的标准进行[22]㊂表1 牧草混播处理及其播种量T a b l e 1 G r a s sm i x e d s o w i n g t r e a t m e n t a n d i t s s o w i n g am o u n t 标号L a b e l混播处理M i x e d t r e a t m e n t s拉丁名L a t i nn a m e播种量S e e d e d r a t e s /g㊃m -2E 垂穗披碱草E l y m u s n u t a n s 3.000P 草地早熟禾P o a p r a t e n s i s 2.250M呼伦贝尔苜蓿M c d i c a go f a l c a t a 4.500C K对照组--E P垂穗披碱草+草地早熟禾E l y m u s n u t a n s +P o a p r a t e n s i s 4.500+1.125E M 垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿E l y m u s n u t a n s +M c d i c a g o f a l c a t a 4.500+2.250P M草地早熟禾+呼伦贝尔苜蓿P o a p r a t e n s i s +M c d i c a go f a l c a t a 1.125+2.250E P M 垂穗披碱草+草地早熟禾+呼伦贝尔苜蓿E l y m u s n u t a n s +P o a p r a t e n s i s +M c d i c a go f a l c a t a 1.000+0.750+1.500注:对照组的处理方式为维持原始土壤状态,未作任何处理N o t e :T h e t r e a t m e n t o f t h e c o n t r o l g r o u p w a s t om a i n t a i n t h e o r i g i n a l s o i l s t a t ew i t h o u t a n y tr e a t m e n t 1.3 样品采集在2018年9月,进行了样品采集工作㊂在每个小区对角线上选择了3个点作为土壤取样点,并使用内径为5厘米的土钻分别从0~10c m ,10~20c m 和20~30c m 的深度采集土壤样品㊂采集的根土混合样品放入塑封袋中,并带回实验室㊂在实验室中,使用孔径为0.28m m 的60目标准土壤筛对样品进行过筛,然后将过筛后的土样放置在阴凉通风的地方自然风干,以用于后续的土壤有机碳(S o i l o r ga n i c c a rb o n ,S O C )㊁全氮(T o t a l n i t r o g e n ,T N )和全磷(T o t a l p h o s p h o r o u s ,T P )含量的测定㊂具体测定方法如下:土壤有机碳(S O C )含量采用油浴加热重铬酸钾氧化容量法进行测定,土壤全氮(T N )和全磷(T P )含量则采用全自动间断化学分析仪进行测定㊂通过计算S O C 与T N 之间的比值(C ʒN )㊁S O C 与T P 之间的比值(CʒP )以及T N与T P 之间的比值(NʒP ),来表示土壤的化学计量特征㊂1.4 数据分析数据分析方面,首先使用E x c e l 2021对数据进行预处理,然后采用S P S S25.0进行单因素方差分析(O n e -W a y A N O V A )和P e a r s o n 相关性分析㊂对于差异显著的结果,采用D u n c a n 多重比较方法进行进一步分析,其中P <0.05表示差异显著㊂最后,使用O r i gi n2023进行绘图㊂2 结果与分析2.1 不同牧草混播人工草地土壤碳氮磷的差异由表2可知,不同处理方法对土壤中的有机碳(S O C )㊁全氮(T N )和全磷(T P)含量产生了显著影响㊂其中,E P ,E M ,P M ,E 和M 处理的土壤S O C 含量显著高于C K 处理,而P 处理的土壤S O C 含量则显著降低(P <0.05)㊂E P ,E M ,P M ,E 和M 处理的土壤T N 含量也显著高于C K 处理,而E P M 和P 处理的土壤T N 含量则显著降低(P <0.05)㊂E P ,E M ,P M ,E ,和M 处理土壤T N 含量显著高于C K ,而E P M 处理土壤T N 含量则显著低于C K (P <0.05)㊂928草 地 学 报第32卷表2 不同牧草混播人工草地土壤有机碳㊁全氮㊁全磷含量T a b l e 2 T h e c o n t e n t s o f s o i l o r g a n i c c a r b o n ,t o t a l n i t r o g e n a n d t o t a l p h o s p h o r u s i na r t i f i c i a l gr a s s l a n dm i x e dw i t h d i f f e r e n t f o r a ge s 标号L a b e l 有机碳S O C/g ㊃k g-1全氮T N/g ㊃k g-1全磷T P/g ㊃k g-1E P M 27.31ʃ0.32c d2.71ʃ0.06d0.60ʃ0.01bE P 30.25ʃ0.35a3.15ʃ0.05a b0.61ʃ0.01a bE M 29.72ʃ0.97a3.22ʃ0.11a0.62ʃ0.01abP M 29.17ʃ0.16a b2.21ʃ0.02a0.60ʃ0.01bM 29.01ʃ0.03a b3.01ʃ0.08b c0.59ʃ0.01bE 28.34ʃ0.19bc3.08ʃ0.01a b0.64ʃ0.02aP 26.83ʃ0.11d2.69ʃ0.01d0.60ʃ0.01bC K27.30ʃ0.07cd 2.88ʃ0.01c0.60ʃ0.01b注:E P M ,垂穗披碱草+草地早熟禾+呼伦贝尔苜蓿;P M ,草地早熟禾+呼伦贝尔苜蓿;E M ,垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿;E P ,垂穗披碱草+草地早熟禾;C K ,对照组;M ,呼伦贝尔苜蓿;P ,草地早熟禾;E ,垂穗披碱草㊂不同字母表示不同牧草混播人工草地的差异显著(P <0.05),表中值为平均值ʃ标准误,下表同N o t e :E P M ,E l y m u s n u t a n s +P o a p r a t e n s i s +M e d i c a go f a l c a -t a ;P M ,P o a p r a t e n s i s +M e d i c a g o f a l c a t a ;E M ,E l ym u sn u t a n s +M e d i c a g o f a l c a t a ;E P ,E l ym u s n u t a n s +P o a p r a t e n s i s ;C K ,c o n t r o l g r o u p ;M ,M e d i c a g o f a l c a t a ;P ,P o a p r a t e n s i s ;E ,E l y m u sn u t a n s .D i f f e r e n t l e t t e r si n d i c a t ed i f f e r e n c e si n a r t i f i c i a l g r a s s l a n d s m i x e dw i t hd i f f e r e n t g r a s s e s (P <0.05),T h em e d i a n i n t h e t a b l e i s t h e a v -e r a geʃs t a n d a r d e r r o r ,t h e s a m e a s b e l o wt a b l e 如图1所示,E M 处理的表层土壤S O C 含量最高,为32.259g ㊃k g -1,除P M 和M 处理外,其他处理的土壤S O C 含量均随着土壤深度的增加呈现下降趋势㊂E P M 处理土壤S O C 含量在三个土层上差异显著,其他处理的土壤S O C 含量在0~10c m 和10~20c m 土壤层没有显著差异,显著高于20~30c m 土壤层(P <0.05)㊂E M 处理的表层土壤T N 含量最高,为3.93g ㊃k g -1㊂除了P M ,C K 和M 处理外,其他处理的土壤T N 含量随着土壤深度的增加而降低㊂P 处理的土壤T N 含量在土壤表层显著高于10~20c m 和20~30c m深度层次(P <0.05)㊂土壤T P 含量在不同处理中差异较大,E P M ,E P ,E M ,P M 和P 处理土壤T P 含量在0~10c m 土壤层中最高,E 处理在10~20c m 中最高,C K 和P 处理土壤T N 含量在20~30c m 土壤层中最高,且E P 处理中三层土壤之间均存在显著差异,P 处理土壤T P 含量在0~10c m土壤层显著高于10~20c m 和20~30c m 土壤层(P <0.05)㊂038第3期阿的哈则等:人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究图1 不同牧草混播人工草地土壤碳氮磷含量的差异F i g .1 T h e d i f f e r e n c e o f s o i l c a r b o n ,n i t r o g e na n d p h o s p h o r u s c o n t e n t i nd i f f e r e n t f o r a g em i x e da r t i f i c i a l gr a s s l a n d s 注:不同小写字母表示不同处理同一土壤层差异显著,不同大写字母表示同一处理不同土壤层差异显著,下图同N o t e :D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e s a m e s o i l l a y e r u n d e r d i f f e r e n t t r e a t m e n t s ,a n dd i f f e r e n t u p pe r c a s e l e t -t e r s i n d i c a t e s i g n if i c a n t d i f f e r e n c e s i nd i f f e r e n t s o i l l a ye r s u n d e r t h e s a m e t r e a t m e n t ,t h e s a m e a s b e l o w 138草地学报第32卷2.2不同牧草混播人工草地土壤碳氮磷化学计量特征的差异由表3可知,不同牧草混播人工草地的土壤碳氮磷化学计量特征比较结果如下:C K处理与E P M处理之间土壤CʒN比值差异显著,C K处理土壤的CʒP比值显著高于E P M,E和P处理, P M处理土壤的NʒP比值显著高于C K处理(P<0.05)㊂图2显示,在0~10c m土壤层中,除P处理外, E P M处理土壤的CʒN比值显著高于其他处理(P<0.05)㊂随着土壤深度的增加,不同处理之间的土壤CʒN比值差异较大㊂E P处理土壤的CʒN 比值在20~30c m土壤层显著高于0~10c m和10 ~20c m土壤层,而E M处理土壤的CʒN比值在10~20c m和20~30c m土壤层显著高于0~10c m 土壤层(P<0.05)㊂各处理土壤的CʒP比值在0~ 10c m土壤层中无明显差异㊂随着土壤深度的增加,土壤的CʒP比值整体呈下降趋势,除了E P M 和E P处理外,其余处理的CʒP比值在0~10c m 和10~20c m土壤层中显著高于20~30c m土壤层(P<0.05)㊂土壤的NʒP比值也随着土壤深度的增加而下降,且E M,E M,P和M处理土壤的NʒP 比值在0~10c m和10~20c m土壤层中显著高于20~30c m土壤层(P<0.05)㊂表3不同牧草混播人工草地土壤化学计量特征T a b l e3 S o i l s t o i c h i o m e t r y c h a r a c t e r i s t i c s o fa r t i f i c i a l g r a s s l a n dw i t hm i x e d p a s t u r e标号L a b e l CʒN CʒP NʒPE P M10.13ʃ0.34a45.38ʃ0.09c4.51ʃ0.14cE P9.52ʃ0.08b c d49.01ʃ1.03a5.18ʃ0.06a bE M9.23ʃ0.01c d47.96ʃ0.84b5.20ʃ0.11a bP M9.08ʃ0.01d49.06ʃ0.35a5.40ʃ0.03aC K9.48ʃ0.04b c d45.92ʃ0.79a b4.84ʃ0.10b cE9.20ʃ0.04c d44.52ʃ1.29c4.84ʃ0.16b cP9.97ʃ0.07a b44.45ʃ0.22c4.45ʃ0.05cM9.71ʃ0.28a b c49.35ʃ0.69a5.12ʃ0.22ab 238第3期阿的哈则等:人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究图2 不同牧草混播的人工草地土壤化学计量特征的差异F i g .2 D i f f e r e n c e s i n s o i l s t o i c h i o m e t r i c c h a r a c t e r i s t i c s o f a r t i f i c i a l g r a s s l a n dw i t hd i f f e r e n t f o r a gem i x t u r e s 2.3 不同牧草混播人工草地土壤碳氮磷含量与化学计量特征的相关性对每种处理的三层土壤碳氮磷含量取平均值,并进行P e a r s o n 相关分析(图3)㊂结果显示:土壤有机碳(S O C )含量与总氮(T N )含量㊁C ʒP 比值和NʒP 比值存在显著正相关关系,相关系数分别为0.92,0.82和0.90,而与C ʒN 比值存在显著负相关关系,相关系数为-0.67(P <0.05)㊂T N 含量与C ʒN 比值也呈现出负显著相关关系,而与NʒP 比值存在正显著相关关系(P <0.05)㊂T P 与化学计量比均没有显著相关性,而N ʒP 比值与C ʒN 比值存在显著负相关关系,与C ʒP 比值存在显著正相关关系(P <0.05)㊂338草地学报第32卷图3土壤碳氮磷与化学计量特征的相关性分析F i g.3 C o r r e l a t i o na n a l y s i s o f s o i l c a r b o n,n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sw i t hs t o i c h i o m e t r i c c h a r a c t e r i s t i c s注:图中S O C,T N,T P,CʒN,CʒP和NʒP分别表示土壤有机碳㊁全氮㊁全磷㊁碳氮比㊁碳磷比和氮磷比,椭圆的形状与方向代表正负,颜色为对应系数N o t e:I n t h e f i g u r e,S O C,T N,T P,CʒN,CʒPa n dNʒPr e p r e s e n t s o i l o r g a n i c c a r b o n,t o t a l n i t r o g e n,t o t a l p h o s p h o r u s,c a r b o n/n i t r o g e nr a t i o, c a r b o n/p h o s p h o r u s r a t i o a n dn i t r o g e n/p h o s p h o r u s r a t i o,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e s h a p e a n dd i r e c t i o no f t h e e l l i p s e s r e p r e s e n t p o s i t i v e a n dn e g a t i v e, a n d t h e c o l o u r s a r e t h e c o r r e s p o n d e n c e c o e f f i c i e n t s3讨论3.1土壤碳氮磷含量对退化草地与恢复草地的响应研究表明,土壤碳氮磷是植物生长发育的重要生源元素[23]㊂在本研究中,E P,E M和P M混播人工草地的土壤有机碳和全氮含量显著高于C K处理(P<0.05)㊂近年来,许多国内外学者进行了豆禾牧草混播后土壤养分及其植被生产力变化特征的研究,并认为豆禾混播后土壤养分和植被生产力均得到改善[24]㊂马玉寿等[25]也认为垂穗披碱草植株高大,而草地早熟禾植株矮小,这两种禾草之间存在生态位互补,从而使土壤养分得到改善㊂此外,研究表明土壤有机碳主要来源于植被凋落物和根系分泌物[26],土壤中的氮素则来源于动植物残体分解的有机质和生物固氮[27]㊂因此,E P,E M和P M混播人工草地土壤有机碳含量较高的原因可能是这些禾草具有较高的植被生产力㊁地上部分凋落物㊁地下根系分泌物及其死根,有利于土壤有机碳的积累[28];P 单播人工草地导致土壤有机碳含量减少可能是由于单一作物种植减少了不同植物残体的输入,减少了土壤有机质的来源[18]㊂另外,草地早熟禾快速生长和高生物量的特点也使其植物残体分解速度较快㊂当早熟禾植物凋落后,在土壤中迅速分解,进而导致土壤有机碳含量减少[29]㊂此外,早熟禾根系质量相对较小,而根系是植物向土壤输入有机碳的主要途径之一㊂因此,根系质量较小意味着有机碳输入较少,进而导致土壤有机碳含量减少[30]㊂同时,相对于C K处理,E P,E M混播和E单播人工草地的土壤全磷含量较高㊂E M和P M土壤全磷含量较高的原因可能是豆禾混播可以在根际上形成磷养分利用空间㊁磷源利用差异性等优势,因此,土壤全磷含量也得到提高,有利于磷元素的积累[31]㊂而E单播人工草地土壤全磷含量较高,可能是因为草地早熟禾单播没有豆科植物进行固氮作用,氮磷供应平衡系统未受到影响,较低氮素供应使得植被不需要吸收更多的磷,有利于磷元素的积累[32]㊂在同一人工草地中,土壤有机碳和全氮含量随着土壤深度的增加呈下降趋势㊂这可能是因为地表凋落物是土壤有机碳和全氮的主要来源,堆积在植物地表的凋落物经微生物分解形成有机质,最初在土壤表层聚集,向下输入的有机质逐渐减少㊂另外,植物残留物和根系主要积累在表层土壤,深层土壤中有机物分解较快,导致有机碳含438第3期阿的哈则等:人工草地土壤碳氮磷含量变化及化学计量特征研究量较低㊂而土壤全氮含量可能是因为人工草地土壤根系主要集中在表层土壤,随着土壤深度的增加,植物根系密度和活动减少,导致土壤中的有机物分解和氮素吸收较少,因此土壤有机碳和全氮含量随深度增加而逐渐减少[28]㊂相比之下,磷是一种容易被土壤颗粒吸附和固定的养分,它在不同土壤剖面中的迁移和淋失相对较少[29]㊂此外,人工草地植物根系较为均匀地分布在整个土壤剖面上,使得植物对土壤中磷养分的吸收相对一致,从而维持了不同深度的磷含量相对稳定㊂因此,在不同土壤层中,全磷含量的差异不显著[33]㊂需要注意的是,以上结论是基于已有研究结果的总结,并不能代表所有情况,具体的土壤养分变化还需要根据具体环境和实验条件进行研究㊂3.2土壤化学计量特征对退化草地与恢复草地的响应土壤碳氮磷化学计量比是评估土壤有机质组成和预测有机质分解速率的重要指标[2]㊂其中,土壤CʒN比值是评估土壤氮矿化能力的重要参考指标,可以反映微生物分解有机质的速率,也能反映凋落物和根系残体对土壤碳氮含量的积累[34]㊂本研究发现所有人工草地中土壤CʒN比值的变化范围为9.20~10.13,最大值出现在E P M混播人工草地,该值介于中国土壤CʒN平均值(10~12)之间[35-36],但低于全球土壤CʒN平均值(13.33)[35]㊂当土壤CʒN比小于25时,微生物分解土壤有机质的速率加快[37]㊂T i a n等人对全国土壤CʒN的研究表明,尽管土壤碳氮含量在不同空间具有较大差异,但CʒN比值始终保持相对稳定,这表明二者作为结构性成分具有高度相关性,并且在消耗和积累过程中CʒN比值始终保持相对稳定[29]㊂土壤CʒP比值是反映土壤微生物磷矿化速率及植物从土壤中吸收固定磷元素的重要指标[38]㊂本研究发现土壤CʒP比值的变化范围在44.45~49.35之间,E 单播人工草地中的CʒP比值最高,但低于中国陆地土壤CʒP平均值(52.70)[39]㊂贾宇等人[40]的研究表明,当土壤CʒP比值小于200时,微生物矿化有机质会释放出更多养分,磷的有效性也更高,因此在植物和土壤中积累较多[40]㊂土壤NʒP比值是评估氮磷限制作用的重要指标,并用于确定养分限制的阈值[41]㊂本研究中,土壤NʒP比值的变化范围在4.45~5.40之间,P M混播中的值最高,但低于全球(13)和全国(9.3)土壤NʒP水平㊂Güs e w e l l 等人[8]的研究表明,当土壤NʒP比值小于10时,植物的生长发育受到氮限制㊂本研究中所有混播人工草地土壤的NʒP比值均小于10,说明植被生长都受到氮限制,与青藏高原植物生长发育与氮素密切耦合的研究结论一致[42]㊂另外,由于土壤中的磷元素迁移率较低且含量相对稳定[33],说明所有人工草地均表现为氮素限制,可适当增加氮素施肥量来保持土壤养分平衡㊂不同混播人工草地中的CʒP 比值和NʒP比值随着土壤深度的增加而逐渐下降,这可能是因为随着土壤深度的增加,土壤中的有机碳和全氮含量逐渐减少,而全磷含量在不同土壤层间保持相对稳定[28]㊂土壤CʒN比值在不同混播系统的不同土壤层间没有明显变化,这与朱秋莲等人[39]的研究结果相符,也符合Y a n g等人[43]的观察,即土壤CʒN比值在不同生境中始终保持相对稳定㊂3.3不同牧草混播土壤碳氮磷含量与化学计量比的相关性根据研究结果显示(图3),三江源地区的高寒草甸受到气候变化和过度放牧等因素的影响,导致土壤中碳㊁氮㊁磷元素的循环和化学计量特征变得更加复杂㊂研究表明,土壤中的有机碳含量与全氮含量呈现显著正相关关系,相关系数高达0.92㊂然而,土壤中的有机碳和全氮与全磷含量之间并没有显著相关性㊂这可能是因为土壤中的碳和氮之间存在紧密的耦合关系,这与朱秋莲[39]和李金芬等人[44]研究结果一致㊂研究者认为,在不同的生态系统中,土壤中的氮流动依赖于有机碳[45],因为氮通常以有机氮的形式存在[46]㊂土壤中的氮素矿化潜力受到有机碳的影响,而磷元素在任何生态系统中都保持稳定状态[47]㊂因此,土壤中的有机碳含量与全氮含量和全磷含量之间存在一定的相关性和规律性㊂土壤化学计量特征是反映土壤养分限制的重要因素[1]㊂相关性分析显示,人工草地土壤中的CʒN比值与有机碳和全氮含量整体上呈负相关关系,这表明土壤的CʒN比值受到碳和氮的共同限制㊂而土壤中的CʒP比值与有机碳含量显著正相关,与全磷含量之间没有相关性,说明土壤的CʒP比值受到碳的影响较大;土壤中的N ʒP比值与全氮含量呈显著正相关,与全磷无显著相关性,说明土壤的NʒP比值主要受到氮元素的影响,根据研究结果,可以通过调整人工草地土壤中的有机碳㊁氮和磷含量,以及采取相应的管理措施,改善土壤中CʒN比值,CʒP比值和NʒP比值之间的关538草地学报第32卷系,并提高土壤养分的利用效率㊂4结论相较于对照组,人工草地土壤整体有机碳㊁全氮和全磷含量得到了显著提高㊂尤其在垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿混播的人工草地中,这一效果更为明显㊂相关性分析表明,该地区土壤中碳与氮是限制植物营养的主要元素㊂因此,在草地恢复过程中,建议适量施加有机肥料来提高土壤养分含量,以确保草本植物健康生长和草地恢复效果㊂总之,如欲通过合理牧草混播来改善三江源地区退化高寒草甸土壤养分,建议选择垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿混播㊂参考文献[1]曾德慧,陈广生.生态化学计量学:复杂生命系统奥秘的探索[J].植物生态学报,2005,29(6):141-153[2]王绍强,于贵瑞.生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征[J].生态学报,2008,28(8):3937-3947[3] 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三江源区“黑土滩”型退化草地人工恢复植物群落的演替动态武胜男;温璐;张曦;高晓霞;许驭丹;吴晓慧;单席凯;刘世梁;董全民;董世魁【摘要】选取青藏高原三江源区“黑土滩”型退化草地上建植的人工草地为研究对象,对不同建植年限人工草地植物群落及其各功能群的物种组成、平均高度、盖度和地上生物量及植物多样性等进行实地调查和对比分析,探讨“黑土滩型”退化草地在人工恢复过程中植物群落组成和多样性变化,以期回答人工恢复的草地植物群落何时才能接近天然草地、人工恢复的时间阈值应为多长等问题,从而为三江源区“黑土滩”型退化草地的恢复重建提供科学的理论指导.研究结果表明:草地恢复前5年内,禾本科植物的数量大量增加,植物群落的高度增加了847.6％,植物群落盖度增加了134.5％;不同恢复年限的草地植物群落的多样性指数都有相似的变化趋势,恢复8年后植物群落组成达到阶段性的稳定状态,在恢复时间达16-18年后,逐渐向更稳定的状态转化;恢复18年的草地与天然草地植物群落的Jaccard及Sorensen相似度指数分别为0.596、0.747,Cody差异度指数为9.5.由此可见,建植人工草地的方式恢复退化草地,可在建植8年后达较好的恢复效果;恢复时间达16年以上的人工草地采取适度的调控措施,有利于其向天然草地恢复演替;建植18年的人工草地物种组成情况与天然草地最接近,但仍有差异.因此,“黑土滩”型退化草地的人工促进恢复,到未退化的状态至少需要18年以上.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2019(039)007【总页数】10页(P2444-2453)【关键词】青藏高原;人工草地;群落特征;恢复时间【作者】武胜男;温璐;张曦;高晓霞;许驭丹;吴晓慧;单席凯;刘世梁;董全民;董世魁【作者单位】内蒙古大学生态与环境学院,呼和浩特010021;内蒙古大学生态与环境学院,呼和浩特010021;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875;青海大学畜牧兽医科学院,青海省畜牧兽医科学院,西宁810000;北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京100875【正文语种】中文草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,具有防风固沙、涵养水源、固氮储碳、调节碳循环及气候变化、维护生物多样性等诸多生态服务功能[1-2]。

黑河中游绿洲边缘三种景观类型土壤水分动态特征及影响因素胡广录;刘鹏;李嘉楠;陶虎;周成乾【期刊名称】《干旱区研究》【年(卷),期】2024(41)4【摘要】土壤水分对干旱区旱生植物的生长发育必不可少,决定了旱生植物群落的演替动态和方向。

探究黑河中游绿洲边缘不同景观类型的土壤水分动态特征,制定切实有效、科学合理的防风固沙措施,对于阻止荒漠化进程显得尤为重要。

本文以黑河中游绿洲边缘的防护林、荒漠-绿洲过渡带和荒漠三种景观类型为研究对象,采用HYDRUS-2D模型模拟、LSD分析法、Pearson相关性分析等方法,研究三种不同景观类型土壤水分动态特征及影响因素。

结果表明:(1)土壤体积含水量的RMSE 为0.002~0.006 cm^(3)·cm^(-3),MRE为4.22%~5.20%,R^(2)为0.725~0.967,模拟结果与实测数据具有较高的吻合度,HYDRUS-2D模型可用于本研究区土壤水分动态的模拟研究。

(2)防护林和荒漠-绿洲过渡带景观的土壤体积含水量随土层深度增加呈现出先增大后减小的变化趋势,荒漠景观则呈现出先减小后增大的变化趋势。

(3)有效降水对土壤体积含水量动态变化起决定性作用,9.5 mm以上的降水量可以在短期内显著提高土壤水分含量和入渗深度,荒漠景观降水后的各时段土壤水分入渗深度高于防护林景观和荒漠-绿洲过渡带景观。

(4)三种景观类型的土壤体积含水量与降水、蒸散发、容重、土壤颗粒组成、土壤持水性能等因素有关,且表现出不同程度的显著相关(P<0.01),其中,降水、黏粉粒含量与土壤体积含水量呈显著正相关,容重、砂粒含量与土壤体积含水量呈显著负相关性。

因此,研究区栽植防风固沙灌木可以增加土壤黏粉粒含量,提高土壤收集利用雨水的能力,减缓入渗作用的进程,从而对土壤持水性能产生积极影响。

【总页数】16页(P550-565)【作者】胡广录;刘鹏;李嘉楠;陶虎;周成乾【作者单位】兰州交通大学环境与市政工程学院;甘肃省黄河水环境重点实验室;甘肃省水土保持科学研究所【正文语种】中文【中图分类】S15【相关文献】1.黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被土壤水分的分布特征2.黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块状植被区土壤水分变异特征分析3.黑河中游绿洲不同景观单元表层土壤水分空间变异性4.黑河中游荒漠绿洲过渡带梭梭(Haloxylon ammodendron)根区土壤含水量分布特征及影响因素5.黑河中游水资源空间分布对绿洲核心景观类型变化的驱动分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

黑岱沟露天矿排土场不同植被配置土壤水分研究——土壤水
分垂直动态研究
姚敏娟;张树礼;李青丰;齐智鑫
【期刊名称】《北方环境》
【年(卷),期】2011(023)001
【摘要】文章通过黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置土壤水分垂直动态研究,阐述了不同植被配置类型对土壤水分的影响.结果显示:9种植被配置类型的土壤含水量随土层深度的增加而减小,但变化幅度有差异;原生植被处的土壤水分利用层厚度大于人工植被.
【总页数】4页(P29-32)
【作者】姚敏娟;张树礼;李青丰;齐智鑫
【作者单位】呼和浩特职业学院生物化学工程学院,内蒙古,呼和浩特,010051;内蒙古环境科学研究院,内蒙古,呼和浩特,010011;内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古,呼和浩特,010019;内蒙古电子信息职业技术学院信息管理系,内蒙古,呼和浩特010010
【正文语种】中文
【中图分类】X53
【相关文献】
1.露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分垂直入渗的影响 [J], 王磊
2.露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分垂直入渗的影响 [J], 王磊
3.矿物肥料对露天矿排土场土壤水分入渗的影响 [J], 马险锋;耿宝军;黄继民
4.露天矿大型排土场水蚀特征及其植被控制效果研究——以安太堡露天煤矿南排土场为例 [J], 魏忠义;马锐;白中科;韩武波
5.露天煤矿排土场不同植被土壤水分特征及其时间稳定性 [J], 张燕乐;甄庆;张兴昌;马炳召
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科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水分动态模拟研究
李东方;刘廷玺;胡洋洋;李世强
【期刊名称】《内蒙古农业大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2012(33)2
【摘要】本文采用时间序列自回归模型对科尔沁沙地沙丘、草甸区土壤贮水量动态进行了模拟。

最终确定沙地土壤水分的AR模型阶次为8,草甸AR模型阶次为11。

将模型计算得到的土壤贮水量与实测值进行对比分析,结果表明,模型拟合精度较高,所建立的AR(p)模型能够较好的进行该地区土壤贮水量的动态预测。

【总页数】5页(P78-82)
【关键词】科尔沁沙地;沙丘;草甸;土壤贮水量;时间序列
【作者】李东方;刘廷玺;胡洋洋;李世强
【作者单位】内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院;海南水文地质工程地质勘察院;黑龙江省水文局
【正文语种】中文
【中图分类】S152.7
【相关文献】
1.科尔沁沙地沙丘和草甸的地温与冻融过程分析 [J], 李东方;刘廷玺;刘小燕;段利民
2.科尔沁沙地流动沙丘土壤水分空间变化特征分析 [J], 阿拉木萨;周丽芳
3.中子仪测量草甸地土壤水分含量的标定研究——科尔沁沙地坨甸相间地区 [J],
于炜;刘小燕;黄达;韩慧明
4.科尔沁沙地低缓沙丘主要植被根系层土壤水分特性分析 [J], 史小红;刘廷玺;李畅游
5.科尔沁沙地流动沙丘土壤水分和特征常数的空间变化分析 [J], 刘新平;张铜会;赵哈林;赵学勇;移小勇
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青海三江源自然保护区生态保护和建设工程2009年度达日县“黑土滩”型退化草地综合治理工程实施方案青海省农牧业工程咨询中心二〇〇八年九月项目编制单位：青海省农牧业工程咨询中心中心主任：吴建海审定：江鲁嘉项目编制负责人：兰玉容项目编制人员：马玉成副研究员兰玉容副研究员麻守德助理研究员王春庆畜牧兽医师仁青当周畜牧草原师黑占珠畜牧兽医师张玄畜牧兽医师管却尼玛畜牧兽医师冶存军畜牧兽医师目录第一章概述 (2)第一节项目概要 (2)第三节编制依据 (3)第二章项目区建设条件 (4)第一节自然环境条件 (4)第二节社会经济条件 (6)第三节项目建设现状 (7)第四节建设条件分析 (8)第三章建设目标及原则 (13)第一节建设目标 (13)第二节建设思路与原则 (14)第四章建设内容与规模 (15)第一节项目建设布局 (15)第二节项目建设内容与规模 (16)第五章建设方案 (16)第一节技术方案 (16)第二节工程量分项概算 (18)第三节管护措施 (20)第六章投资概算与资金筹措 (21)第一节概算依据 (21)第二节投资概算 (22)第三节资金筹措 (23)第七章进度安排 (23)第八章效益分析 (24)第九章组织管理和保障措施 (25)第一节组织管理 (25)第二节保障措施 (28)第一章概述为有效遏制达日县县域内自然保护区的草地退化趋势，稳步推进“总体规划”各项工程的顺利实施，根据青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划实施进度和实施领导小组办公室的有关要求，特提出本方案，以期通过在区域内建植多年生混播人工草地等人工措施对部分草地退化严重、靠自然难以恢复的“黑土滩”型退化草地进行综合治理，促进草地生态功能尽快恢复。

第一节项目概要一、项目名称：青海三江源自然保护区生态保护和建设工程2009年度达日县“黑土滩”型退化草地型退化草地综合治理工程。

二、项目省级主管单位：青海省农牧厅三、项目州级主管单位：果洛州农牧和林业局四、项目责任单位:达日县人民政府五、项目建设单位：达日县农牧和林业局六、项目建设地点：达日县特合土乡扣压村七、项目建设期限：项目建设期为1年。

第37卷第6期2023年12月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .6D e c .,2023收稿日期:2023-04-09资助项目:国家自然科学基金项目(32171872,31901367);宁夏农业科技资助创新项目(N G S B -2021-14-03) 第一作者:吕浩(1996 ),男,山西忻州人,硕士研究生,主要从事退化草地生态系统修复研究㊂E -m a i l :2522519222@q q .c o m 通信作者:王兴(1986 ),男,陕西渭南人,研究员,博士,硕士生导师,主要从事退化草地生态系统修复研究㊂E -m a i l :w x 08@n x u .e d u .c n荒漠草原4种典型草本植物群落土壤水分动态对极端干旱降水的响应吕浩1,2,3,王兴1,2,3,宋乃平1,2,3,4,陈娟1,2,4,张艺斐1,2,3,吴旭东5,余殿6,杨新国1,2,3,王磊1,2,3,陈林1,2,3(1.宁夏大学生态环境学院,银川750021;2.西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地,银川750021;3.西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室,银川750021;4.宁夏大学农学院,银川750021;5.宁夏农林科学院荒漠化治理研究所,银川750002;6.宁夏哈巴湖国家级自然保护区管理局,宁夏盐池751500)摘要:为明晰荒漠草原典型植物群落土壤水分对极端干旱降水的响应㊂以4类典型植物群落(蒙古冰草㊁苦豆子㊁短花针茅㊁芨芨草)为研究对象,于2020 2021年分别监测4类植物群落0 120c m 土壤含水量,探讨其土壤水分在消耗期㊁恢复期和稳定期的动态特征及对降水的响应㊂结果表明:土壤水分消耗期,土壤含水量为4.56%~7.87%,呈亏缺状态,并且随着极端干旱持续从土壤浅层0 40c m 向深层80 120c m 演变;土壤水分恢复期,较为集中的Ⅴ级降水(单次>20m m )能够恢复深层80 120c m 土壤水分,随着极端干旱持续,4类植物群落土壤水分的恢复主要呈现在浅层0 40c m ;土壤水分稳定期,随着极端干旱持续4类植物群落各层土壤含水量均<10%㊂综合比较4类植物群落,短花针茅群落土壤含水量在各时期相对较高,且浅层和深层土壤水分恢复具有同步性,可在水分限制区域植被恢复保育具有一定参考价值㊂关键词:极端干旱;土壤水分动态;典型植物群落;荒漠草原中图分类号:S 154.3 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)06-0145-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.06.019R e s p o n s e o f S o i lM o i s t u r eD y n a m i c s i nF o u rT y pi c a lH e r b a c e o u sC o m m u n i t i e s t o E x t r e m eD r o u g h t P r e c i p i t a t i o n i n t h eD e s e r t S t e p pe L ÜH a o 1,2,3,WA N G X i n g 1,2,3,S O N G N a i p i n g1,2,3,4,C H E NJ u a n 1,2,4,Z H A N G Y i f e i 1,2,3,WU X u d o n g 5,Y U D i a n 6,Y A N G X i n gu o 1,2,3,WA N GL e i 1,2,3,C H E N L i n 1,2,3(1.S c h o o l o f E c o l o g y a n dE n v i r o n m e n t ,N i n g x i aU n i v e r s i t y ,Y i n c h u a n 750021;2.B r e e d i n gB a s e f o rS t a t eK e y L a b o r a t o r y o f L a n dD e g r a d a t i o na n dE c o l o gi c a lR e s t o r a t i o n i nN o r t h w e s t e r n C h i n a ,Y i n c h u a n 750021;3.K e y L a b o r a t o r y o f R e s t o r a t i o na n dR e c o n s t r u c t i o no f D e g r a d e dE c o s y s t e m s i n N o r t h w e s t e r nC h i n ao f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,Y i n c h u a n 750021;4.S c h o o l o f A g r i c u l t u r e ,N i n g x i aU n i v e r s i t y ,Y i n c h u a n 750021;5.I n s t i t u t e o f D e s e r t i f i c a t i o nC o n t r o l ,N i n g x i aA c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l a n dF o r e s t r yS c i e n c e s ,Y i n c h u a n 750002;6.N i n g x i a H a b a h uN a t i o n a lN a t u r eR e s e r v eA d m i n i s t r a t i o n ,Y a n c h i ,N i n gx i a 751500)A b s t r a c t :T oc l a r i f y t h e r e s p o n s e o f s o i l m o i s t u r e t o e x t r e m e d r o u g h t p r e c i p i t a t i o n i n t y p i c a l pl a n t c o m m u n i t i e s i n t h e d e s e r t s t e p p e .I nt h i s s t u d y ,t h es o i lw a t e r c o n t e n to f f o u r t y p i c a l p l a n t c o m m u n i t i e s (A g r o p y r o n m o n go l i c u m ,S o p h o r aa l o p e c u r o i d e s ,S t i p a b r e v i f l o r a ,a n d A c h n a t h e r u ms pl e n d e n s )i n t h i s r e g i o n i s s t u d i e d .T h e 0 120c ms o i lw a t e r c o n t e n t o f t h e s e c o mm u n i t i e sw a sm o n i t o r e d f r o m2020t o2021,r e s p e c t i v e l y ,t oa n a l yz e t h e d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f s o i lw a t e r c o n t e n t a n d i t s r e s p o n s e t o p r e c i p i t a t i o nd u r i n g t h e c o n s u m p t i o n ,r e c o v e r y,a n d s t a b i l i z a t i o n p e r i o d s .T h e r e s u l t s s h o w e dt h a td u r i n g t h e s o i lw a t e r c o n s u m pt i o n p e r i o d ,t h e s o i lw a t e r m a i n t a i n e d ad e f i c i t s t a t eo f 4.56%~7.87%,a n dt h i s s t a t ee x t e n d e d f r o m0 40c ms h a l l o ws o i l l a ye r s t o 80 120c m d e e p s o i l l a y e r s w i t ht h ec o n t i n u o u sd r o u g h t .D u r i n g t h es o i l m o i s t u r er e c o v e r ype r i o d ,t h e c o n c e n t r a t e d Ⅴg r a d e p r e c i p i t a t i o n (s i n g l e>20mm )c o u l d r e s t o r e t h e s o i lm o i s t u r e i n t h e d e p t hof 80 120c m ,a n dt h es o i l m o i s t u r e w a s m a i n l y r e c o v e r e di nt h es h a l l o wl a ye r so f0 40c m w i t ht h ec o n t i n u o u s d r o u g h t .D u r i n g t h e s o i lm o i s t u r e s t a b i l i z a t i o n p e r i o d ,t h e s o i lw a t e r c o n t e n t i ne a c h l a ye rof t h e f o u r p l a n t c o m m u n i t i e sw a s>10%a s t h e d r o ugh t c o n ti n u e d .B y c o m p r e h e n s i v e c o m p a r i s o n o f t h e f o u r pl a n t c o m m u n i t i e s ,t h es o i lw a t e r c o n t e n t o f S t i p a b r e v i f l o r a c o m m u n i t y w a s r e l a t i v e l y h i g h i n e a c h p e r i o d,a n d t h e s o i l w a t e r r e c o v e r y o f t h i s c o mm u n i t y w a s s y n c h r o n i z e d i n t h e s h a l l o wl a y e r s a n dd e e p l a y e r s,w h i c hh a s i m p o r t a n t r e f e r e n c e v a l u e f o r v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o na n d c o n s e r v a t i o n i n t h ew a t e r-r e s t r i c t e d a r e a s.K e y w o r d s:e x t r e m e d r o u g h t;s o i lm o i s t u r e d y n a m i c s;t y p i c a l p l a n t c o mm u n i t i e s;d e s e r t s t e p p e荒漠草原生态系统植被结构简单㊁生产力低㊁稳定性差,对自然或人为干扰响应较为敏感[1]㊂历史上由于严酷的自然条件和过度人为干扰,该区域曾出现严重的植被退化㊁土地沙漠化,严重威胁区域和社会可持续发展[2]㊂植被恢复是应对上述挑战的有效措施,通过围栏封育㊁草方格固沙㊁人工林建设等生态恢复实施,当前草地植被覆盖度得到提高,荒漠化得到逆转[3]㊂然而,随着植被恢复年限增加,荒漠草原区域出现土壤干层㊁地下水位下降等恢复不可持续问题[4]㊂降水是该区域植被恢复的主要水分来源[5],气候与土壤生境共同决定荒漠草原植被类型的空间分布,尤其是降水 地表覆被 土壤水分构成的连续体界面是决定荒漠草原生态系统恢复的关键组成部分[6]㊂因此,深入理解不同植被类型的土壤水分动态对降水的响应,对科学调控植被与土壤水分协同的可持续恢复具有重要意义㊂土壤水分作为荒漠草原植被恢复的主要限制因素,其补给主要依赖于降水[7]㊂较小降水事件(<5m m)只能补给浅层(0 10c m)土壤水分,但在植被覆盖度较高的区域却表现为无效降水;较大降水事件(>10m m)的降水,能够对植被覆盖度较高的深层(>40c m)土壤水分有一定的补给作用[8-10]㊂然而,荒漠草原区70%降水集中在植被生长季,且>5m m的降水事件占据全年降水总量的60%左右[11]㊂生长季地表植被冠层㊁枯落物㊁土壤结皮对降水的截流作用使土壤水分恢复效应减弱,从而植被恢复需水与土壤水资源匮乏矛盾加剧,不利于恢复后的植被自我维持[12-13]㊂围绕上述植被与土壤水分的矛盾焦点,有研究[14-15]表明,地表植被类型㊁覆盖度㊁蒸散发㊁物种组成等均可以影响不同土层土壤水分时空变化格局㊂植物群落优势种类型和覆盖度是影响降水对土壤水分补充恢复的关键因素,可作为植被与土壤水分协同恢复目标的重要优化参数[16]㊂因此,降水量稀少且时空分布极不均匀的荒漠草原草区,土壤水分时空变化特征对降水事件响应的研究,需要充分考虑不同优势种的植被类型㊂当前研究[17]多集中在灌木林地㊁草本植物群落降水的再分配过程㊂然而,对荒漠草原不同优势种草本植物群落土壤水分如何响应降水研究较少,尤其是面对连续极端干旱气候的研究鲜有报道㊂不同植被类型土壤水分的匮乏与恢复,除降水因素外,还受到土壤自然属性(类型㊁质地等)㊁地形因素影响[18]㊂例如,荒漠草原黏粉粒含量较高的地带性灰钙土,降水入渗困难,但具有较高的保水性能,而退化生境粗砂粒含量较高的风沙土,降水入渗迅速,但土壤蓄水能力较差[19];地势较低的区域容易形成湿地为代表的土壤水分高值分布区,地势较高的坡地由于地理位置㊁朝向㊁坡度不同,对浅层和深层土壤水分产生不同影响[20]㊂此外,受土壤㊁地形因素影响,荒漠草原植物群落类型呈斑块镶嵌分布,为全面深入理解土壤水分动态提供天然实验室㊂综上,在连续3年极端干旱的降水背景下(2019 2021年),分别围绕荒漠草原蒙古冰草㊁苦豆子㊁短花针茅㊁芨芨草为优势种的4类典型植物群落为研究对象㊂2020 2021年,针对每一类群落,开展土壤水分监测调查,分析不同植物群落类型中土壤水分的时间变化特征,探讨不同群落土壤水分恢复与消耗的差异性,揭示该区域4类典型植物群落对极端干旱降水的响应,为构建应对极端干旱事件发生的植被可持续恢复模式提供科学依据㊂1材料与方法1.1研究区概况宁夏哈巴湖国家自然保护区(37ʎ36'17ᵡ 38ʎ02'04ᵡN, 106ʎ53'23ᵡ 107ʎ39'40ᵡE)位于宁夏盐池县中北部海拔1300~1622m㊂该区属于中温带大陆性气候,年均降水量296.0m m,且分布不均匀,主要集中在8 10月,占全年降水量的60%以上[21]㊂区域年均蒸发量约2131m m,为降水量的7.2倍,日照长,年平均日照时间2876h,年平均气温7.7ħ,年平均无霜期为128天㊂研究区的主要植物种有蒙古冰草(A g r o p y r o n m o n g o l i-c u m)㊁苦豆子(S o p h o r aa l o p e c u r o i d e s)㊁短花针茅(S t i p a b r e v i f l o r a)㊁芨芨草(A c h n a t h e r u ms p l e n d e n s)㊁猪毛蒿(A r t e m i s i a s c o p a r i a)㊁细枝岩黄耆(H e d y s a r u ms c o p a-r i u m)㊁油蒿(A r t e m i s i ao r d o s i c a)㊁柠条锦鸡儿(C a-r a g a n ak o r s h i n s k i i)㊁沙柳(S a l i xc h e i l o p h i l a)等,土壤类型主要为灰钙土与风沙土[19]㊂1.2试验设计本研究选择宁夏哈巴湖国家自然保护区12k mˑ12k m景观单元为研究对象,自东向西,按照约1k mˑ1k m的分辨率将其划分为不同的监测单元㊂在每个监测单元植被㊁土壤类型相对均匀的区域设置土壤水分(0 120c m)监测点,于2019年布设草本群落135个,灌木群落9个㊂前期研究工作基于多元回归树和土壤理化属性调查数据,将草本植物群落土壤水分监测样点划分为蒙古冰草(67个)㊁苦豆子(7个)㊁短花针茅(45个)㊁芨芨草(16个)为优势种的4种典型群落[22]㊂4类群落包含地带性㊁隐域性㊁杂草类等类型,641水土保持学报第37卷在该区域具有典型性和代表性[22]㊂2020 2021年,在研究区域使用V a n t a g e P r o2自动气象观测仪观测降水(m m),观测频率为0.5h,使用W e a t h e r L i n k软件下载数据㊂每年从4月15日至11月15日,采用时域反射仪(T D R)测定所有布设样点的土壤含水量,分为6层(0 20,20 40,40 60,60 80,80 100,100 120c m)进行测定,测定频率为月中㊁月末各1次,每层土壤含水量3次重复㊂1.3数据处理利用气象数据计算日降水量(mm)和总降水量(mm)㊂为便于统计分析,按降水量划分为Ⅰ~Ⅴ级(0 1,1 5,5 10,10 20,>20mm)[11]㊂研究区域降水格局明显特征为研究区域降水分配不均,主要集中在8 10月;Ⅰ~Ⅲ级降水事件(单次<10mm)占全年降水次数的60%以上,而总降水量不足全年总降水量的30%;Ⅳ㊁Ⅴ(单次>10mm)级降水次数不足全年降水次数的20%,而降水量达到全年总降水量的50%以上(图1)㊂图12019-2021年研究区域降水特征根据国际降水年型划分标准[21](枯水年:P i<P-0.33δ;丰水年:P i>P-0.33δ),研究区域多年平均降水296.0mm(标准差δ=89.7mm),枯水年㊁丰水年的降水量临界值分别为266.4,325.6mm㊂2019 2021年研究区域总降水量分别为257.3,215.8,224.1 mm(图1)㊂2019年已处于枯水年,随后2年总降水量分别减少41.5,33.2mm,本试验将2020 2021年定义为极端干旱年份㊂针对土壤水分季节变化,以往研究[11]根据区域季节降水进行划分,将该区域年内土壤水分季节变化分为土壤水分消耗期(4月1日至7月31日)㊁土壤水分恢复期(8月1日至10月31日)㊁土壤水分稳定期(11月1日至翌年3月31日)㊂参考以往划分依据并结合实际野外定点监测,将土壤水分消耗期调整为4月15日至7月31日㊁土壤水分稳定期调整为11月1 15日,且土壤水分季节变化与干湿季降水同步(图2)㊂4类植物群落各监测点土壤含水量的计算,首先以每层3次重复的平均值作为该土层土壤含水量值;然后分别计算3个时期各层平均土壤含水量㊁消耗期消耗量㊁恢复期恢复量;最后采用K r u s k a l-W a l l i s t e s t分析3个时期不同土层㊁不同群落之间土壤含水量差异性以及消耗量㊁恢复量的差异性,并用O r i g i n 21.0软件对分析结果进行作图㊂2结果与分析2.1消耗期土壤水分动态特征2020年除芨芨草群落在6月土壤水分出现通体干旱外,4类植物群落0 40c m土层均为土壤干旱层,平均土壤含水量为4.56%~7.87%,且土壤水分极值均在深层80 120c m,平均土壤含水量为7.19%~9.93% (图2)㊂相比4 5月植物返青期,6 7月为植被生长旺盛期,4类植物群落0 120c m土层土壤水分消耗量为-0.40%~1.33%(图3)㊂不同土层对比,4类植物群落在浅层0 20c m土壤含水量显著低于其他土层(p<0.05),20 100c m土层间均无显著性差异(p>0.05)(图4)㊂不同群落对比,短花针茅群落浅层0 20c m土壤含水量显著高于其他3类植物群落(p<0.05),在20 120c m土层只有短花针茅群落显著高于蒙古冰草群落(p<0.05)(图5)㊂2021年4类植物群落土壤干旱层均出现在6 7月,且蒙古冰草群落与苦豆子群落土壤干旱层从浅层0 40c m向深层80 120c m演变,平均土壤含水量为4.96%~7.22%(图2)㊂短花针茅群落与芨芨草群落土壤干旱层仍为浅层0 40c m,平均土壤含水量为5.35%~7.18%,深层40 120c m土壤含水量为7.51%~8.94%(图2)㊂相比返青期,4类植物群落0 120c m土层土壤水分在生长旺季消耗量为0.63%~ 4.58%,且各层土壤水分消耗量均高于上年,约为上年消耗量的3~4倍(图3)㊂不同土层对比,4类植物群落各层土壤含水量均无显著性差异(p>0.05)(图4)㊂不同群落对比,显著性差异仅出现在浅层0 20c m,主要表现为短花针茅群落土壤含水量显著高于蒙古冰草群落与芨芨草群落(p<0.05),在20 120c m土层4类植物群落间均无显著差异(p>0.05)(图5)㊂2.2恢复期土壤水分动态特征2020年在集中Ⅴ级降水事件下(单次>20mm,累计90.1mm),4类植物群落0 120c m土层土壤含水量恢复到11.69%~14.32%水平,恢复深度>80c m(图2)㊂相比土壤水分消耗期,4类植物群落浅层0 40c m土壤水分恢复较为明显(p<0.05),恢复量为0.75%~7.53%(图3)㊂此外,短花草群落土壤水分呈浅层0 40c m与深层40 80c m同步恢复(图2)㊂不同土层对比,4类植物群落浅层0 40c m土壤含水量均显著高于其他土层(p<0.05)(图4)㊂不同群落对比,芨芨草群落在浅层0 40c m土壤含水741第6期吕浩等:荒漠草原4种典型草本植物群落土壤水分动态对极端干旱降水的响应量显著低于其他3类植物群落(p<0.05)(图5)㊂2021年无集中Ⅴ级降水事件下(只发生1次28 mm降水事件),4类植物群落浅层0 40c m土壤水分恢复到8.37%~10.78%水平(图2)㊂相比土壤水分消耗期,土壤水分在0 40c m土层分别恢复量为0.22%~1.89%(图3),而40 120c m土层恢复量为-1.27%~-0.30%(图3)㊂不同土层对比,芨芨草群落各土层间均无显著性差异(p>0.05),其他3类植物群落在表层0 20c m土壤含水量显著高于其他土层(p<0.05)(图4)㊂不同群落对比,且蒙古冰草群落深层100 120c m土壤含水量显著低于其他3类植物群落(p<0.05)(图5)㊂图24类植物群落土壤含水量动态841水土保持学报第37卷注:图柱上方不同小写字母表示同一群落不同土层间土壤含水分消耗量与恢复量差异显著(p<0.05)㊂图34类植物群落土壤水分消耗量与恢复量2.3稳定期土壤水分动态特征2020年,4种群落平均土壤含水量为9.87%~ 13.64%(图2),且均在0 20c m土层土壤含水量显著低于20 40c m土层(p<0.05)(图4)㊂2021年4类群落平均土壤含水量为6.64%~8.81%(图2),蒙古冰草群落在0 60c m与60 120c m土层呈现出显著性差异(p<0.05);短花针茅在20 40,40 100c m土层土壤含水量呈现出显著性差异(p<0.05)(图4)㊂不同群落对比,2020 2021年土壤含水量在4类群落间均无显著性差异(p>0.05)(图5)㊂4类植物群落年差异主要表现在年际间,2020年4类群落各层土壤含水量均>10%,而2021年土壤含水量均<10%(图5)㊂3讨论降水是荒漠草原生态系统土壤水分的主要来源,土壤水分的消耗主要包括旱季(4 7月)蒸腾耗散与土壤蒸发[16]㊂随着雨季(8 10月)到来,气温与日照强度逐渐降低减弱土壤水分蒸发,同时植被生长活动减弱蒸腾耗水减少,土壤水分逐步得到补给与恢复,并最终在冬季保持相对稳定㊂3.1消耗期土壤水分对降水的响应2020 2021年消耗期0 40c m土壤含水量维持在4.00%~8.00%,有研究[23]表明,草本植被生长一般要求土壤含水量在8%以上水平,因此该时期0 40c m土层土壤含水量处于匮乏状态,且由浅层向深层演变㊂此现象可以解释为土壤水分来源的显著减少,研究区域平水年降水量基本维持在290mm 左右[11]㊂本研究自2019年257mm降水量表明开始干旱发生(图1),随后2年该时期降水量比平水年同期减少30%~40%,干旱程度进一步加剧;同时,该时期以Ⅰ Ⅲ级降水事件为主(单次<10m m),此降水特征在研究区40%~50%的植被覆盖下,通过植被冠层㊁枯落物和土壤结皮的截流过程[12],极大地限制降水对土壤水分的补充与恢复㊂2021年该时期土壤水分消耗总量是上年同时期的3~4倍(图3),主要由于上年恢复期对土壤水分进行充分补充,适宜水分条件满足4类植物群落次年植物返青,随着植物迅速生长对水分需求的增加,从而对土壤水分消耗量远高于上年同期㊂不同植物群落对比,短花针茅群落在该时期保持相对较高的含水量,主要是短花针茅群落生境为灰钙土[24],富含C a C O3可以与细颗粒物质进行结合,形成良好的胶结剂,对土壤水分的保持功能提升具有重要作用[25]㊂芨芨草群落在2020年0 120c m土层出现通体干旱,因为草本优势种植物根系分布和提取消耗,基于同位素水分利用的研究[26]表明,干旱年份荒漠草原短花针茅㊁蒙古冰草㊁苦豆子对浅层0 40c m土壤水分利用比例为43.88%,80.48%,71.60%,芨芨草对深层土壤80 140c m水分利用高达30.00%以上㊂941第6期吕浩等:荒漠草原4种典型草本植物群落土壤水分动态对极端干旱降水的响应注:图柱上方不同小写字母表示同一时期不同土层间土壤含水量存在显著差异(p<0.05)㊂图44类植物群落不同土层土壤含水量比较3.2恢复期土壤水分对降水的响应降水对荒漠草原土壤水分的补给具有一定阈值,降水量>10mm才能启动对土壤水分的入渗补给过程[8-9]㊂本研究发现,较为集中Ⅴ级降水(单次>20 mm)对土壤水分补充深度>80c m,无集中Ⅴ级降水只能对浅层0 40c m土壤水分起到补充作用㊂已有研究[10]表明,单次>20mm降水对提高土壤含水量和土壤贮水量起着关键作用,从而更容易被根系发育较深的植物利用,与本研究结果相同㊂但也有围绕毛乌素沙地不同演替阶段油蒿群落土壤水分研究[27]发现,>20mm降水对土壤水分的补给深度不超过60 c m,与本研究结果存在一定差异㊂可能是人工油蒿林建设主要针对流动沙化生境,油蒿灌丛对降水截留作用较大,因此,相同降水模式下降水对土壤水分的补充深度远小于本次研究㊂除降水格局外,植被类型㊁土壤特性等因素均可影响土壤水分恢复的时空特征[15]㊂本研究土壤垂直剖面浅层0 40c m与深层40 120c m土壤层水分恢复,在短花针茅群落中呈现同步性,但在其他3类群落中存在不同程度的异步性((图2)㊂土壤水分恢复的垂直分布格局差异,可能与植物根系生长形成的土壤大孔隙度导致较高的渗透优先流有关[28]㊂短花针茅具有在0 40c m土层分布大量密集的须根系[24],根际效应可能导致较高的降水入渗优先流效应,在2020年充足的降水下保障浅层和深层土壤恢复的同步性㊂蒙古冰草群落与苦豆子群落生境一般以风沙土为主,土壤毛管孔隙度大[29],大降水(单次>20mm)能够迅速入渗补给土壤水分,甚至出现爆发式恢复特征㊂2020年芨芨草群落土壤含水量显著低于其他土层,主要有2种可能原因㊂首先,群落生境位于研究区低洼湿地[30],湿地干涸容易引起土壤板结,土壤中毛管孔隙度小,导致土壤水分下渗减缓;其次,芨芨草灌丛直径一般为80c m,且该群落灌丛密集㊁覆盖度高,叶面对降水的截留相对较多,被截留的部分降水通过蒸发的形式直接返回大气,削弱降水对土壤水分补充和恢复㊂3.3稳定期土壤水分对降水的响应土壤水分进入稳定期后,该研究区内群落植物大多凋零,植物对土壤水分的消耗减弱㊂因为冬季土壤逐渐形成冻土,所以在该时段土壤水分相对较稳定㊂只有2020年在表层(0 20c m)土壤含水量低于20 40c m土层,主要由于植被凋零地表裸露于空气中,表层土壤水分通过蒸发散失㊂土壤含水量差异主要体现在年际间,2020年4类群落各层土壤含水量均>10%,而2021年均>10%,主要取决于前期土壤含水量[14]㊂051水土保持学报第37卷注:图柱上方不同小写字母表示同一土层同一时期不同植物群落间土壤含水量差异显著(p <0.05)㊂图5 不同植物群落土壤含水量比较4 结论(1)土壤水分消耗期,占比高达70%左右的Ⅰ~Ⅲ降水(<10mm )无法补充土壤消耗的水分,土壤水分维持在4.56%~7.87%的亏缺状态㊂随着干旱持续,植物对土壤水分的消耗至少增加3倍,诱发土壤水分亏缺状态从浅层0 40c m 向深层40 120c m演变,尤其体现在适宜沙土生境的蒙古冰草群落与苦豆子群落,地表植被系统崩溃风险大大增加㊂(2)土壤水分恢复期,较为集中的Ⅴ级降水事件(>20mm )能够对深层80 120c m 土壤水分起到补充恢复㊂随着干旱持续,整体剖面0 120c m 土层土壤水分恢复转变为浅层0 40c m 土壤水分恢复,深层40 120c m 土壤水分匮乏㊂(3)在土壤水分稳定期,受前期土壤含水量影响,4类植物群落土壤含水量在2020年各层均>10%,而2021年均<10%㊂(4)不同植物群落对比,短花针茅群落土壤水分始终保持相对较高,且浅层0 40c m 和深层80120c m 恢复具有的同步性,应对未来极端干旱气候更加稳健,在植被恢复保育中具有一定参考价值㊂参考文献:[1] 宋乃平,杨明秀,王磊,等.荒漠草原区人工柠条林土壤水分周年动态变化[J ].生态学杂志,2014,33(10):2618-2624.[2] 李新荣,赵洋,回嵘,等.中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述[J ].地理科学进展,2014,33(11):1435-1443.[3] L i u JK ,B i a nZ ,Z h a n g K B ,e t a l .Ef f e c t so f d i f f e r e n t 151第6期 吕浩等:荒漠草原4种典型草本植物群落土壤水分动态对极端干旱降水的响应f e n c i ng r e g i m e s o n c o mm u n i t y s t r u c t u r e o fd e g r a d e dd e s e r t g r a s s l a n d so n M u U sd e s e r t,C h i n a[J].E c o l o g ya n dE v o l u t i o 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