土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

李引湣

(和田師范專科學校綜治辦，新疆 和田 848000)

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土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

李引湣

(和田師范專科學校綜治辦，新疆 和田 848000)

位于古爾班通古特大沙漠西南緣的國家級梭梭林甘家湖自然保護區，屬于森林與沙漠過渡地帶，起廊道作用的同時，也對防風固沙起著非常重要的作用。本文主要的目的是對甘家湖地區梭梭植被恢復研究提供科學的理論依據，通過野外觀察和實驗的方法，對比分析生長優勢區梭梭、生長疏林區梭梭和退化區梭梭的呼吸率以及相應根部土壤水分的變化對梭梭生長的影響。生長優勢區梭梭12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1之間，一直處于增長狀態，同時梭梭呼吸速率達到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間，耗水與呼吸率成正比有利于梭梭生長。疏林區梭梭10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之間，呼吸速率同時間達到一天的最小值，在373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1之間，梭梭在長時間大量消耗水分中使梭梭枯萎。退化區梭梭林12:00～18:00之間消耗水分處于波動期，而呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間，消耗水分與呼吸速率形成很大反差，對梭梭生長不利，加劇了退化。

土壤呼吸；梭梭林；碳通量；呼吸速率；退化

一、土壤水分變化與梭梭生長的關系

經過現場測量，梭梭林退化區主要分布在荒漠地和鹽堿地，梭梭生長中等區主要是27-31cm以下的濕潤土，水分多，生長優勢區土壤主要是25-30cm以下的濕潤土，團粒結構，水分多。土壤水分變化與梭梭生長的關系具體狀況如下：

表1 梭梭生長土壤水分狀況

類型名稱高度特征荒漠地和鹽1-5cm干土質松軟含沙粒多無水分堿地6-21cm干濕水分較少22-35m以下濕潤土水分多疏梭梭林1-8cm腐殖質層土質松軟水分極少9-26cm干土質硬度較大水分少27-31cm以下濕潤土水分多梭梭密林1-8cm表層土壤干燥龜裂水分極少9-24cm土質松軟含沙粒多有水分25-30cm以下濕潤土團粒結構水分多

二、土壤呼吸變化與梭梭生長的關系

甘家湖梭梭林自然保護區,不同點淺層土壤濕度狀況如圖表(1), 淺層土壤濕度影響梭梭林的生長,梭梭生長優勢區不同層次的濕度表明水分含量多,荒漠地和鹽堿地濕度主要集中在下層。梭梭林地土壤濕度介于0.9%～2.0%之間時，梭梭單株樣樹日耗水量隨著林地土壤濕度的降低而升高，梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現線性函數關系。[1]

通過LI-8100土壤碳通量測定儀對甘家湖保護區不同土地利用方式土壤呼吸進行測定與分析.結果表明,不同地區土地土壤溫度變化趨勢較為一致, 不同地區呼吸速率最大值出現的時間不同;不同地區的土壤呼吸速率的日變化幅度較小,[2]但不同梭梭生長區域土壤呼吸速率差異顯著(P<0.05)。

呼吸速率在12:00～16:00之間達到一天的最大值371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1,梭梭密林區(梭梭生長優勢區)14:00和16:00達到最小值372.20 mg.m-2s-1梭梭生長優勢區土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化，見圖(1)。

圖(1)

梭梭密林區(梭梭生長優勢區)早晨8:00到10:00土壤水分含量最少8.40 g.m-2s-1，12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，一直處于增長狀態，20:00達到一天中最大值11.98 g.m-2s-1是一天中的最高峰值，見圖(2)。

圖(2)

梭梭扎根于土壤中,從土壤中吸收水分，將水分從土壤中攜帶到1～3米高梭梭樹的樹葉，梭梭的葉片在陽光下利用二氧化碳和水合成碳水化合物，是有機物的合成作用，也是光能轉變為化學能貯藏在碳水化合物的過程。把這種光合作用的產物供給梭梭生長發育繁衍種群，而水分的輸送不易也最直接地影響梭梭的生長。在梭梭樹木頂端的葉片有嚴重的抽水癥狀，同時，加上12:00～16:00之間梭梭呼吸作用減弱，消耗水分最大，梭梭因蒸騰失水，使梭梭退化。

土壤呼吸隨著不同季節土壤溫度的變化相異,8月最高,11月受低溫限制,呼吸作用微弱，同時，土壤水分與土壤呼吸呈負相關，相關顯著性雙側檢驗為-0.47，土壤含水量(0～10cm)分別與表層土壤CO2 通量呈負相關關系，[3]引起梭梭不能正常生長。在粘土沙障固定沙丘和丘間低地退化梭梭林地，由于粘土沙障和生物等因素的共同作用在表面形成3～7cm 厚的物理粘土結皮層 , 限制了雨水的下滲[4],導致土壤含水率低于梭梭的土壤凋萎含水量(0.821%),使梭梭脫水枯萎死亡。

土壤碳通量疏梭梭林呼吸速率在10:00～16:00之間達到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1, 疏梭梭林8:00和18:00達到最大值391.39 mg.m-2s-1和357.75 mg.m-2s-1見圖(3)。

圖(3)

土壤碳通量10:00～16:00之間長時間處于高峰期使土壤通氣不良，造成土壤缺氧，二氧化碳濃度過高，短期內可使細胞呼吸減弱，影響根壓繼而阻礙吸水；時間較長，就形成無氧呼吸，產生和積累較多的酒精，根系中毒受傷，吸水更少反而表現出缺水現象，也是因為土壤空氣不足影響吸水造成梭梭退化。

疏梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1一直處于增長狀態，10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1，梭梭長時間大量消耗水分，容易使梭梭枯萎。消耗水分12:00達到一天中最大值9.06 g.m-2s-1是一天最高峰值，此時加上太陽輻射增強不利于梭梭生長,見圖(4)。

圖(4)

土壤碳通量在荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林區(梭梭生長退化區)

土壤二氧化碳通量(該生態系統單位時間單位面積上的碳循環總量)呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1, 荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林8:00和10:00達到最大值382.96 mg.m-2s-1和388.18 mg.m-2s-1見圖(5)。

圖(5)

荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少在5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1之間，一直處于下降狀態，16:00～18:00之間消耗水分值為7.31 g.m-2s-1～7.12 g.m-2s-1達到一天中最大值，12:00是一天上午最高峰值6.49g.m-2s-1。而水分需求最大時刻在12:00和15:00，二氧化碳土壤含量中午減少，由于梭梭植物呼吸作用耗費能量，見圖(6)。

圖(6)

土壤溶液所含鹽分的高低，直接影響其水勢的大小。根系要從土壤中吸水，根部細胞的水勢必須低于土壤溶液的水勢。在一般情況下，土壤溶液濃度較低，水勢較高，根系吸水；鹽堿土則相反，土壤水分中的鹽分濃度高，水勢很低，梭梭吸水困難。梭梭有較大的蒸騰耗水量，干旱的環境條件和較為充足的水分供應是梭梭耗水量大的主要原因。[5]特別是沙質土，根系吸水困難，產生“燒苗”現象。

三、結論

甘家湖梭梭林自然保護區土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長有密切的關系，梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現線性函數關系。梭梭生長優勢區土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化，12:00～16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，處于增長狀態，梭梭呼吸速率在12:00～16:00之間達到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間。疏林區梭梭10:00～16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之間，梭梭在長時間大量消耗水分中使梭梭枯萎。土壤碳通量呼吸速率在10:00～16:00之間達到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1,土壤碳通量長時間處于高峰期使土壤通氣不良，造成土壤缺氧，二氧化碳濃度過高，影響梭梭根壓繼而阻礙梭梭根部吸水，造成梭梭缺水枯萎死亡。退化區梭梭林12:00～18:00之間消耗水分處于波動期，12:00～14:00之間處于下降期值為,6.5 g.m-2s-1～5.38 g.m-2s-1之間；14:00～16:00之間處于上升期值為5.38 g.m-2s-1～7.38 g.m-2s-1之間；16:00～18:00之間又處于下降期值為7.38 g.m-2s-1～7.13 g.m-2s-1之間。而呼吸速率在12:00～18:00之間達到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間，成逐漸減少的趨勢，梭梭消耗水分與呼吸速率形成很大的差別對梭梭生長不利，造成大片梭梭退化。

[1] 常學向，趙文智.荒漠區固沙植物梭梭耗水特征[J].生態學報，2007(05)：27-5.

[2] 楊智杰，陳光水.中亞熱帶山區不同土地利用方式土壤呼吸的日動態變化[J].亞熱帶資源與環境學報,2009(02).

[3] 劉源月，江洪.亞熱帶典型森林生態系統土壤呼吸[J].西南交通大學學報，2009(04).

[4] 馬全林，王繼和.固沙樹種梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征[J].西北植物學報，2003(12)：2120-2126.

[5] 許浩，張希明.塔克拉瑪干沙漠腹地梭梭蒸騰耗水規律[J].生態學報,2008(28)：8.

2015-10-21

李引湣(1984-)，男，講師，碩士研究生。研究方向：干旱區生態。