高寒地區馬藺地下生物量與土壤緊實度的關系

任　靈，袁子茹，董永平，陳建綱，張德罡

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心,甘肅 蘭州　730070； 2.農業部全國畜牧總站，北京　100125)

?

高寒地區馬藺地下生物量與土壤緊實度的關系

任靈1，袁子茹1，董永平2，陳建綱1，張德罡1

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心,甘肅 蘭州730070； 2.農業部全國畜牧總站，北京100125)

以高寒地區馬藺為研究對象，測定了不同土層內馬藺根系的地下生物量與土壤緊實度的關系。結果表明，土壤緊實度與地下生物量的變化趨勢呈負相關關系，隨土層深度的增加，緊實度逐漸增大，而地下生物量逐漸減少。0～5 cm表層土壤緊實度最低，地下生物量最高；45～50 cm底層土壤緊實度最大，植物地下生物量最少。與馬藺根部相同水平距離處不同土層間土壤緊實度呈顯著的相關關系，而同一土層距馬藺根部不同水平距離之間土壤緊實度地下生物量之間的相關性不明顯。

馬藺；土壤緊實度；地下生物量

馬藺(Irislactea),也叫馬蓮、馬蘭花， 鳶尾科鳶尾屬， 多年生草本植物[1]，生長在海拔50～3 900 m 的溫和或寒溫地帶的鹽土、鹽堿土或鹽漬化土壤的灘地、溝邊或壩上，常成片大面積生長，組成以馬藺為優勢種的群落，其資源非常豐富[2]。馬藺根系發達，須根粗長，入土深度可達1 m，須根稠密而發達，呈傘狀分布。在惡劣的環境下，馬藺地上部分會變得相對低矮，地上生長量降低20%，同時根系更加發達，根系量增加10%以上，這有助于其在不良環境中正常生存。研究表明，馬藺的青鮮狀態只在春季萌芽后為牛、羊采食，此后，整個夏季由于含有鳶尾素等有毒成分以及粗纖維韌性過大，家畜不采食，但秋霜后山羊、綿羊，牛愛采食，可作為飼用牧草，除飼用價值外，馬藺花，種子、根均可入藥，也可作為觀賞植物。植物根系在防止表土剝離、土層滑坡、抵抗坡面水流的沖刷侵蝕和重力侵蝕方面有重要作用，須根通過自身的作用和積累土壤有機質,在增加了土壤水穩性團聚體數量的同時,也通過改善土壤滲透性能進一步提高土壤的抗侵蝕能力[3]。試驗證明，植物根系具有疏松土壤，增加土壤孔隙度的作用，對土壤緊實度有重要的影響[4]。

土壤緊實度是指土壤對機械應力表現出的特性[5],是反映土壤物理性狀的重要指標之一。在植物根系的生理活動下，不斷有分泌物排出，為土壤微生物提供了有利條件，微生物改善了土壤性狀[6-8]，同時在根系的作用下，改善了土壤理化性質，根系在土壤中生長繁殖，影響了土壤團結，黏聚，從而對緊實度有所改變[9]。因此，土壤緊實度不僅對地下生物量存在影響，而且對地上生物量、株高、營養含量等因素也存在影響，這一課題的研究對了解植物群落生物產量、根系擴展影響因素等有重要意義。

目前，以馬藺為對象的研究大多圍繞特性特征，化學成分展開[10]，此次研究以馬藺地下生物量為材料,測定了不同土層及以主根為中心的不同范圍的生物量特征，探討了根系生物量與土壤緊實度的關系,以期為研究馬藺根系的生長特性并充分利用這一植物資源提供基礎參數。

1　材料和方法

1.1樣地概況

試驗區位于甘肅省天祝金強河河谷。河谷南北寬為5～15 km，東西長約30 km，海拔2 710～3 080 m。年均溫-0.1℃，1月均溫-18.3℃，7月均溫12.7℃，>0℃年積溫1 380℃；水熱同期，年日照時間為2 600 h；年降水量為416 mm，多為地形雨，集中于7～9月；年蒸發量為1 592 mm，是降水量的3.8倍。無絕對無霜期，僅分冷熱兩季。區內土層較薄，厚40～80 cm，土壤pH 7.0～8.2，有機質含量為10%～16%[11]。植物生長季為120～140 d，10月底至次年4月為降雪時稱冰雪覆蓋期[12]。

1.2樣地設置及土樣地下生物量采集

試驗于2012年7月金強河地區高寒草地上進行，該樣地主要優勢種馬藺、針茅(Stipaspp.)、醉馬草(Achnatheruminebrians)，由于馬藺地下根系較為發達，在土層中分布較為明顯，以馬藺根系為中心，以0、5、10、15、17.5、20、22.5、25 cm為半徑不同方向，在圓周上取點，同時采取0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50 cm土層進行土壤緊實度的測定，并用土鉆采取1/4樣方內地下生物量，以1個馬藺斑塊的相同圓周直徑上做5個點，做3次重復(圖2)。

圖1　馬藺根系取樣示意圖Fig.1　Schematic diagram of sampling root sites

1.3指標測定及方法

土壤緊實度采用土壤緊實度儀測定[13]。地下生物量，將采集的馬藺根系洗凈、烘干，稱重。

1.4數據統計分析

試驗數據處理分析使用Excel 2007和SPSS 20.0軟件對馬藺地下生物與土壤緊實度進行方差分析和相關性分析。

2　結果與分析

2.1土壤緊實度與地下生物量變化

通過對不同土層不同半徑范圍的馬藺地下生物量及土壤緊實度的測定發現馬藺地下生物量隨土層深度的增加呈減少趨勢，但從相同土層之間來看，馬藺根部0 cm處地下生物量高于2.5 cm處，但0～5 cm層距馬藺根部2.5～10 cm處的地下生物量呈上升趨勢，10～22.5 cm處土壤緊實度隨呈下降趨勢，在5～15 cm兩層土壤中距馬藺根部5～12.5 cm處地下生物量逐漸增加且在12.5 cm處達最大，隨后逐漸降低；在20～50 cm 5層土壤中距馬藺根系2.5～15 cm處地下生物量逐漸增加，但變化不明顯，隨后逐漸下降，但不同土層的地下生物量在25 cm處略微增加。結果表明，在距根部0 cm處，地下生物量最大，為43.04 g，22.5 cm處地下生物量最小，為1.23 g(圖1)。

土壤緊實度隨土層深度的增加而增大，距離馬藺根部0 cm土壤緊實度較大，為4 304.20 Kpa，2.5 cm處減小，0～15 cm緊實度大體呈上升趨勢，但變化不明顯，15～45 cm緊實度變化較明顯，從距離根部2.5～12.5 cm處逐漸增大，之后呈下降趨勢，而45～50 cm土層中土壤緊實度在距離馬藺根部2.5～10 cm處逐漸增大，隨后逐漸減小，但在25 cm處略微增大(圖3)。

圖2　不同土層、不同范圍地下生物量Fig.2　The underground biomass of different soil layer and scope

0～5 cm表層土壤緊實度最低，地下生物量最高；45～50 cm底層土壤緊實度最大，植物地下生物量最少。土壤緊實度與地下生物量的變化趨勢總體呈反比，隨土層的增加，緊實度逐漸增大，而地下生物量逐漸減少，相同土層土壤緊實度、地下生物量差異不顯著(圖2，3)。

圖3　不同土層、不同范圍土壤緊實度Fig.3　The soil compaction of different soil layer and scope注：采用單因素方差分析，小寫字母代表0.05顯著水平，相同字母表示相同土層間差異不顯著

2.2不同土層、距馬藺根部不同距離土壤緊實度與地下生物量相關分析

不同土層間距馬藺根部地下生物量與土壤緊實度存在極顯著正相關關系(P<0.01)；相同土層距馬藺根部不同距離之間土壤緊實度地下生物量呈參數之間相關性不明顯。而10～40 cm土層中，土壤緊實度與馬藺地下生物量存在極顯著正相關關系(P<0.01)或顯著正相關關系(P<0.05)，而在40～45 cm土層中馬藺地下生物量與土壤緊實度呈負相關趨勢，隨土層增加，土壤緊實度增大，地下生物量逐漸減少(表1，2)。

表1　不同土層與馬藺根部相同距離范圍內土壤緊實度與地下生物量相關分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

表2　相同土層與馬藺根部不同距離范圍內土壤緊實度與地下生物量相關分析

注：N=11,**P<0.01；*P<0.05

3　討論

甘肅省天?？h金強河屬高寒草甸草原，地形以山地為主，地形復雜，受高海拔的影響，河谷內氣溫、降水量差異較大，氣候變化明顯[14]，對植物生長條件影響較大。草原植物的地下生物量是草原生態系統生產力的重要組成部分。地下根系具有固定支持植物軀體、調節植物生長發育、儲存營養物質和供給地上部分水分需求等基本功能[15]。馬藺具有耐旱、耐鹽的特點，根部對土壤緊實度有相應影響。土壤緊實度過大或過小都不利于馬藺根系的生長，且土壤緊實度越大，土壤硬度也越大，對植物根系生長阻力越大，導致植物生長緩慢，地下生物量減少，大量研究表明土壤緊實度對植物生長和農作物產量的影響是極為受關注的問題，但Goodman[16]報道，土壤緊實度高的土壤對植物地下部分影響不明顯，但試驗以天然草地為試驗對象，不同土層土壤緊實度對馬藺根系的生長影響較大，Masle J.Growth[17]報道，在分層試驗中自然土壤緊實度對根的影響差別較大。Rosolem等[18]認為，土壤強度大2.5 MPa時，根的生長受到抑制。植物在生長過程中，由于氣候等條件的影響，而且受到土壤阻力的影響，根系生長不均勻，土壤緊實度較大，隨土層增加，土壤阻力較大，土壤硬度增加，根系穿入土壤能力逐漸減弱，根系分布較少，地下生物量減少。

4　結論

本研究顯示，相同土層距馬藺根部不同范圍內土壤緊實度大體呈增長趨勢，但變化不明顯，在0～5 cm層土壤硬度較大，說明在地表處根系分布較少，在相同土層中馬藺根系生長、分泌激素分布較均勻，受土壤阻力影響不大，在距根部0 cm處，地下生物量最大，為43.04 g，22.5 cm處地下生物量最低，為1.23 g。不同土層間距馬藺根部地下生物量與土壤緊實度存在極顯著正相關關系(P<0.01)；相同土層距馬藺根部不同距離之間土壤緊實度地下生物量呈參數之間相關性不明顯。而10～40 cm土層中，土壤緊實度與馬藺地下生物量存在極顯著正相關關系(P<0.01)或顯著正相關關系(P<0.05)，而在40～45 cm土層中馬藺地下生物量與土壤緊實度呈負相關趨勢。

[1]張德魁.馬藺的特性研究進展與開發利用[J].草原與草坪,2006(3):7-10.

[2]徐鑫鑫，秦民堅.馬藺根的化學成分研究[J].藥學與臨床研究,2010,8(3):260-264.

[3]吳彥,劉世全,王金錫.植物根系對土壤抗侵蝕能力的影響[J].應用與環境生物學報,1997,2(3):119-124.

[4]吳亞維,馬鋒旺,鄒養軍.土壤緊實度對揪子幼苗根系生長及活動的影響[J].貴州農業科學，2009,37(3):118-120.

[5]李篤文,高緒科,汪德水.土壤緊實度對作物根系生長的影響[J].土壤通報,1982,6(30):20-22.

[6]劉晚茍,山侖,鄧西平.植物對土壤緊實度的反應[J].植物生理學通訊,2001,37(3):254-260.

[7]鄧明榮,王振林.土壤緊實度變化對小麥籽粒產量和品質的影響[J].西北植物學報,2004,24(4):649-650.

[8]南志標,趙紅洋,聶斌.黃土高原土壤緊實度對蠶豆生長的影響[J],應用生態學報,2002,13(8):935-938.

[9]喬娜,余芹芹,胡夏嵩,等.植物對土壤加強作用及其生態護坡研究綜述[J].人民黃河,2011,33(7):106-109.

[10]原海燕，黃鋼，佟海英,等.Cd 脅迫下馬藺根和葉中非蛋白巰基肽含量的變化[J].生態環境學報,2013,22(7):1214-1219.

[11]趙云,陳偉,李春鳴,等.東祁連山不同退化程度高寒草甸土壤有機質含量及其主要養分的關系[J].草業科學,2009,26(5):20-25.

[12]宋希娟,楊成德,陳秀榮,等.東祁連山高寒草地生態系統N、P養分含量研究[J].草原與草坪,2008(6):46-49.

[13]劉晚茍,山侖,鄧西平.植物對土壤緊實度的反應[J].植物生理學報,2001,37(3):254-260.

[14]黨國鋒.天祝高寒草原生態信息系統(THGEIS)開發與應用研究[J].西北師大學報,2004,5(1):7-10.

[15]鄢燕，張建國，張錦華，等．西藏那曲地區高寒草地地下生物量[J]．生態學報，2005，25(11)：2818-2823.

[16]Goodman A M,Ennos A R.The effects of soil bulk density on the morphology and anchorage mechanics of the root systems of sun flower and maize[J].Ann Bot,1999,83:293-302.

[17]Masle J.Growth and stomatal responses of wheat seedlings to spatial and temporal variations in soil strength of bi-layered soils[J].J Exp Bot,1998,324:1245-1257.

[18]Rosolem C A,Schiochet M A,Souza L S,etal.Root growth and cot ton nutrition as affect d by liming and soil compaction[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1998,29(1，2):169-177.

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

農業部全國畜牧總站“草原固碳與水土保持能力測算方法研究”項目資助

任靈(1990-)，女，山東萊州人，在讀碩士研究生。

E-mail：384110778@qq.com

S 682.19

A

1009-5500(2016)04-0087-05

張德罡為通訊作者。