车辆碾压对草原地下生物量和土壤养分的影响

乌仁其其格,张德平,王常顺,杜艳坤,齐明丽

(1.呼伦贝尔学院草原生态研究所，内蒙古 呼伦贝尔 021008； 2.呼伦贝尔学院生命科学与化学学院，内蒙古 呼伦贝尔 021008)

车辆碾压对草原地下生物量和土壤养分的影响

乌仁其其格1,2,张德平1,王常顺1,杜艳坤2,齐明丽2

(1.呼伦贝尔学院草原生态研究所，内蒙古 呼伦贝尔 021008； 2.呼伦贝尔学院生命科学与化学学院，内蒙古 呼伦贝尔 021008)

通过对车辆碾压后的呼伦贝尔沙质土壤草甸草原的野外调查和土壤样品的室内分析，对车辆碾压引起草地植被和土壤的变化进行研究。结果表明，草地地下生物量和土壤有机质、土壤全氮、土壤速效氮、速效磷随着碾压程度增强和车辙深度加大而呈下降趋势，速效钾没有明显的规律。车辆碾压破坏植物群落地上部分与根系，导致群落地下生物量和土壤养分显著减少，并促进风蚀导致表层土壤流失。控制草原区机动车碾压，保护草原植被和表层土壤，对于防止车辆碾压而造成土壤流失形成草原沙漠化极为重要。

沙质草甸草原；车辆碾压；地下生物量；土壤主要营养成分

机动车碾压破坏地表植被和土壤，是造成草原植被退化和沙漠化的重要原因之一[1-8]。据调查，由于各种人为因素造成的草原沙漠化总面积在10%～20%[9]。以往人类对沙漠化影响因子的研究主要集中在翻耕、过牧以及沙区道路防沙等方面[1-7]。由于对草原生态系统土壤环境特点认识不够，对车辆碾压引起草原直接和间接沙漠化机理的系统研究不足，对车辆碾压造成草原生态系统破坏的恢复机制不明确，加之草原区道路建设管理和交通管制法规不健全、监管薄弱，近年来由车辆碾压引起的草原沙漠化有加速发展之势。由于草原区生产生活方式改变，交通工具数量和运输量迅猛增长，道路建设滞后，车辆碾压引起的沙漠化正在对草原生态系统构成新的日益严峻的挑战。

呼伦贝尔草原由于车辆碾压而引起的草原沙漠化类型多样、分布广泛，具备开展车辆碾压引起草原沙漠化机理研究的紧迫性、典型性和得天独厚的优越条件[10-11]。因此，研究车辆碾压对呼伦贝尔沙质草甸草原地下生物量和土壤化学性质的影响，分析车辆碾压对草原土壤的危害，可为恢复草原生态系统提供理论基础，进而为切实保护呼伦贝尔草原提供科学的参考依据，使草原能更好地发挥畜牧业基地和生态屏障的作用。

1 试验设计与方法

1.1研究区域自然概况 研究区位于呼伦贝尔沙质草原区北部沙带与海拉尔河之间的沙质草原地带东部，海拉尔区西侧。区内分布有海拉尔通往西部地区的草原自然路干道。地理坐标为48°48′-50°12′ N， 118°22′-121°02′ E。具有半湿润―半干旱的过渡性特点：冬季严寒而漫长、夏季温和而短暂、春季多风而干旱、秋季晴朗而凉爽。地处纬度偏高，年平均气温较低，为-2.5～0 ℃，绝对最低气温可至-49 ℃，绝对最高气温达40 ℃，无霜期90～100 d。年降水280～400 mm，多集中于夏、秋季节；年蒸发量1 400～1 900 mm，干燥度1.2～1.5，相对湿度60%～70%。年大风日数 20～40 d,年平均风速3～4 m·s-1；植被类型为贝加尔针茅(Stipabaicalensis)群落，土壤为栗沙土[12]。

1.2样地设置 在研究区未碾压原状草地及已经被机动车不同程度碾压的位置选取试验样地。垂直自然路路辙延伸方向横穿道路设置剖面线，在剖线上按照碾压程度由高到低的顺序选择5个样地并编号(下同)：对照——未碾压原状草地(背景草原是中度退化草原)、0 cm——机动车碾压正在形成的道路(车辙尚不明显)、5 cm——被机动车碾压形成的道路(车辙深度5 cm)、10 cm——被机动车碾压形成充分的道路(车辙深度10 cm)、废弃——先前被碾压形成车辙后废弃的道路[13]。

采用随机取样的方法用土钻在0-10、10-20、20-30 cm分层取样，重复3次，将土壤样品存放在布袋中，带回实验室进行自然风干，分析土壤化学成分。同时，在各样方取样点，随机向下取3个体积为(30 cm×30 cm×10 cm)的土层，留做地下生物量的测定。将土样过0.250 mm筛，筛取草根，并将草根用水冲净、除杂、晾干后称鲜质量和干质量。

1.3数据处理 数据用SAS 9.2软件进行方差分析和显著性检验。

2 结果和分析

2.1地下生物量 沙质草甸草原土壤表层0-10 cm内，不同碾压程度下，0、5、10 cm及废弃处理均显著低于对照，且不同碾压程度之间差异显著(Plt;0.05)。其中，与对照相比，0 cm下降了56.26%，5 cm下降了61.17%，10 cm下降了63.88%，废弃区下降的幅度最大，与对照相比下降了95.41%(图1)。10-20 cm内，不同碾压程度下，对照和0 cm处理差异不显著，但都显著高于其它处理，废弃处理最低。与对照相比，0 cm下降了56.26%，5 cm下降了61.17%，10 cm下降了63.88%，废弃区下降的幅度最大，与对照相比下降了95.41%。20-30 cm土层，不同碾压程度处理均显著低于对照(Plt;0.05)，且各碾压程度处理间差异显著(Plt;0.05)。

车辆碾压对植物群落地下生物量的影响首先体现在0-10 cm的土壤表层。由于表层的植物根系最多，所以对车辆碾压的响应也最明显。由此推测,车辆碾压对浅根系的物种影响大于深根系物种，对须根系物种的影响大于直根系的物种。

2.2土壤主要营养成分 同一土层不同碾压程度之间土壤营养成分变化如表1所示。土壤有机质含量在0-10 cm土层，0 cm处理显著高于其它处理，各处理之间差异显著；10-20 cm土层，对照和0 cm处理显著高于其它处理；20-30和30-40 cm土层，各碾压处理均显著低于对照(Plt;0.05)。

图1 不同碾压程度地下生物量分析Fig.1 Underground biomass changes in accordance to different rolliong impact

注：不同小写字母表示同一土层内不同碾压程度间差异显著(Plt;0.05)。

Note:Different lower case letters in the same layers under different rolliong impact indicate significant difference at 0.05 level.

土壤全氮含量在0-10 cm土层，0 cm处理显著高于其它处理；10-20和30-40 cm土层，对照和0 cm处理显著高于其它处理；20-30 cm和土层，各碾压处理显著低于对照(Plt;0.05)。

土壤速效氮含量在0-10 cm土层，对照和0 cm处理显著高于其它处理；10-20 cm土层，10和0 cm处理显著高于其它处理；20-30和30-40 cm土层，0 cm处理显著高于其它各处理(Plt;0.05)。

土壤速效磷含量在0-10 cm土层，0和10 cm处理显著高于其它处理，且其它各处理之间差异显著；10-20,20-30 cm土层，10 cm处理显著高于其它处理,且各处理间差异显著(Plt;0.05)；30-40 cm土层,5和10 cm处理显著高于其他处理。

土壤速效钾含量在0-10 cm土层， 0 cm处理显著高于其它处理；10-20、20-30和30-40 cm土层，废弃处理显著高于其它处理(Plt;0.05)。

3 讨论与结论

在气候条件相同的情况下，土壤的养分状况主要取决于两方面的因素，即土壤母质和生物因素。本研究中，土壤母质是相同的，因此，导致其养分含量不同的因素主要是生物因素。当植被状况不同时，它们向土壤中进行的养分输出也会有明显不同。

表1 不同碾压程度土壤主要营养成分分析Table 1 Soil nutrition in accordance to different rolliong impact

注：不同小写字母表示同一土层不同碾压程度间差异显著(Plt;0.05)。

Note:Different lower case letters within the same layer indicate significant difference among different rolling impacts at 0.05 level.

车辆碾压导致土壤中养分元素含量降低的主要原因有:一方面，土壤中养分元素的输入量减少。土壤中化学元素的一个主要来源是枯落物及根系的分解以及生物固氮作用，机动车碾压会导致生态系统地下生物量及枯落物积累量的降低，从而导致养分输入量的降低。另一方面，伴随车辆碾压破坏植被而来的土壤风蚀导致了土壤养分的损失[14]。由于车辆频繁碾压和道路不断迁移，草地退化面积逐渐扩大，使沙质草原区沙漠化发生并不断发展[15]。

车辆碾压对地下生物量有明显影响，而且随着车辙深度的加深，地下生物量逐渐减少。不同碾压程度下同层之间，均比对照减少；同一碾压程度下不同层之间，随着深度的增加，地下生物量也在逐渐减少。原因是，表层土壤养分含量较高，而深层土壤则较低。风蚀产生时，被吹蚀的为表层土壤。因此，风蚀后，土壤的养分含量会明显降低[8]。

本研究表明，车辆碾压对土壤的养分状况有明显的影响。车辆碾压导致植物群落地上部分损失殆尽，从而使土壤表层土壤流失(流失0、5、10 cm或更多)，导致土壤养分减少。土壤有机质、土壤全氮、速效氮随土壤深度的增加呈下降的趋势，说明车辆碾压对土壤表层影响较大，使表层土壤的营养成分大量流失。土壤速效钾、速效磷含量随土壤深度的增加逐渐降低，表层的速效钾和速效磷的变化较为显著，深层土壤的变化相对不明显，说明车辆碾压对土壤表层中的速效钾和速效磷影响较大，对深层土壤的速效钾和有效磷的影响较小。

综上所述，在沙质草原区，车辆碾压破坏植被和土壤已经成为引起草原沙漠化发生发展的重要因素。

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Vehiclesrollingimpactonthesoilmainnutritionalcomponentsandtheundergroundbiomassofthesandymeadowgrassland

URAN Tse-tseg1,2, ZHANG A MunkhDalai1, WANG Chang-shun1, DU Yan-kun2, QI Ming-li2

(1.Academy of Grassland Ecology, Hulunbuir University, Hulunbuir 021008, China; 2.Life Science and Chemistry School, Hulunbuir University, Hulunbuir 021008, China)

Through field investigation of Hulunbeier sandy meadow grassland which was roller compacted by vehicle and relevant samples by laboratory analysis, the research was made on grassland vegetation and soil changes caused by the vehicles rolling.The results showed that the grassland underground biomass, soil organic matter, soil total nitrogen, soil available nitrogen and phosphorus significantly decreased with increased of the roller compacted extent which resulted in depth rut(Plt;0.05), available K increased firstly and then decreased. Vehicle rolling destructed above-ground plant communities and roots, significantly reduced in below-ground biomass and soil nutrients, and promoted wind erosion which led to the loss of topsoil. Therefore, control of the vehicle rolling and protection of grassland vegetation and topsoil are extremely important to prevent soil erosion break formation caused by vehicle rolling and to combat grassland desertification.

sandy meadow grassland; vehicle rolling; under-ground biomass; soil main nutritions

ZHANG De-ping E-mail：chaganchulu@126.com

S812.2

A

1001-0629(2013)10-1513-04

2013-01-25 接受日期：2013-05-07

国家自然基金项目(40961010)；内蒙古自治区交通运输科技项目(NJ-2013-25)作者简介:乌仁其其格(1963-)，女(蒙古族)，内蒙古科尔沁左翼后旗人，教授，博士，主要从事生态学教学和研究工作。E-mail：wuren2004@163.com

张德平(1962-)，男(蒙古族)，内蒙古科尔沁右翼前旗人，副教授，博士，主要从事国土资源管理与生态保护研究。E-mail：chaganchulu@126.com