荒漠草原植被抗旱保水剂应用技术研究

马树彪，许永利，马文喜

(1.内蒙古锡盟乌拉盖水库管理局，内蒙古锡林浩特 026000；2.内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特 010019)

干旱是世界农业所面临的最严重问题之一，据统计，世界干旱半干旱地区占陆地面积的1/3，我国干旱半干旱地区约占国土面积的50%。特别是我国的广大北方草原地区[1-3]，由于气候、地理和社会因素的综合影响，降水稀少而且季节分配不均，植被稀少，蒸散强烈，水分是制约当地发展的关键因子[4]。荒漠草原处于我国干旱半干旱区，该区地表植被是土壤水分限制型生态系统，由于干旱长期作用，地表植被退化愈加严重，因此迫切需要对荒漠草原植被保水抗旱技术进行研究，防止植被退化、草原沙漠化。

目前草地上的抗旱保水研究主要集中在生态学的研究领域中进行，很多学者研究了植物自身的抗旱生理特性，在水分胁迫作用下的自身渗透调节、水分利用效率、蒸腾速率等，基本理论成果很多，但是由于植物自身蒸腾难以控制、土壤水分蒸发速度快，都没有真正解决草地植被的节水抗旱。针对植物保水抗旱技术，许多学者在农田应用了保水剂，效果良好；还有应用PAM作为土壤结构改良剂或稳定剂，可以增加土壤表层颗粒间的凝聚力，维持良好的土壤结构，防止土壤结皮，增加土壤入渗率[5-6]等。笔者于2011年开展了荒漠草原保水剂应用技术研究，通过野外小区试验，研究了采取不同形式施加保水剂后荒漠草原土壤的持水、保水性能以及植物群落的生物学特征，为增加荒漠草原地区土壤蓄水能力、提高植被水分利用效率提供了新的理论依据与技术支撑。

1 试验区概况

试验区位于水利部草地水土保持生态试验研究中心试验基地内，该试验基地属于希拉穆仁荒漠草原，地理位置111°20′～111°23′ E，41°12′～42°03′ N，平均海拔高度1 602 m。试验区气候属中温带半干旱大陆性季风气候，年平均降水量284 mm，蒸发量2 305 mm，降雨主要集中在7、8、9月份；草群结构简单，以克氏针茅(Stipakrylovii)、羊草(Aneurolepidiumchinense)为主，地带性土壤为沙质粟钙土，质地粗糙，土壤平均厚度28 cm。地下水埋藏较深，故地下水补给可忽略。

2 试验设计与方法

2.1试验小区设计试验小区设在草地坡面中部，自然坡度3.0°～3.8°，坡向坐北朝南，坡面地势比较平整。试验区植被以克氏针茅、冷蒿(Artemisiafrigida)为主，长势均一，植被盖度28%，有效土层平均厚度40 cm，土壤容重1.56 g/cm3，土壤有机质平均含量为2.62%。试验小区垂直等高线呈“一”字型排列，每小区面积5 m×5 m，小区之间隔带宽2.5 m，每种措施采取3个重复，对照区1处，共计建立10个试验小区。

2.2材料与方法试验所用保水剂为AQUASORB系列(法国产)，型号MP3005KB，成分为钾-聚丙烯酸脂-聚丙烯酞服共聚体，规格0.3～0.8 mm，吸水倍率200～400倍，白色颗粒状固体，吸水膨大后呈无色凝胶状。称取一定质量保水剂后和对应质量的干土搅拌均匀后，采用不同方式施加在试验小区内，以不作任何处理作为对照(CK)。试验施加保水剂采取3种方式，分别为条撒、面撒覆土、打孔。条撒：将保水剂与干土混合后，人工播撒在垄沟里，垄沟垂直坡面方向，垄沟深5～8 cm，垄距10 cm，保水剂用量10 g/m2；面撒覆土：在试验小区地表上面撒拌和后的保水剂，然后再均匀铺设一薄层沙土，保水剂用量10 g/m2；打孔：在试验小区内打地孔，孔直径为2.2 cm，孔深10 cm，然后在孔内施加保水剂后灌满沙土，保水剂用量10 g/m2。

2.3指标测定实施保水剂后，在试验小区内监测土壤含水量及植被状况，监测如下指标。土壤含水量：小区中心安置时域反射仪(Time Domain Refletrometry，TDR)分层(10 cm一层)对土壤水分进行定位观测。植被调查：于植物生长旺季做1 m×1 m样方记录植被盖度、建群种高度、物种组成及多度、各物种地上生物量干重，并计算各物种的重要值=(相对重量+相对多度+相对盖度)/3[7-8]。

3 结果与分析

3.1保水剂对土壤水分的影响由于研究区域土壤有效厚度最大仅有45 cm，绝大部分地区土壤厚度在25～30 cm，因此土壤水分观测土层深度限于0～30 cm即可。表1给出了希拉穆仁荒漠草原植物生长期施加保水剂后不同深度土层土壤含水量。

表1 生长期不同深度土壤含水量

由表1可以看出，施加保水剂改变了土壤的含水量，在植被整个生长期内，土层的含水量基本高于对照；在条撒、打孔和面撒覆土3种方式中，0～10 cm土层条撒方式保水效果明显；10～20 cm土层打孔和面撒覆土方式保水效果显著；4、5月份由于降雨偏少，在无灌溉条件下，保水剂不能发挥保水效果；6月份开始有降雨，施加保水剂后土壤水分平均高出对照23%，此期正值该区旱季，降雨次数少，蒸发量大，土壤水分重度亏缺，而保水剂处理有效维持了土壤水分、减缓蒸发，从而在一定程度上缓解了植物生长中出现的水分供需矛盾；7～9月，施加保水剂的土壤含水率仍然平均高出对照8.2%，但增高幅度较前期小，主要由于降雨次数增多，土壤水分含量高，保水剂保水效果对比性不明显。

3.2保水剂对植物生长的影响土壤水分是植物生长发育的重要限制因素，水分含量及其空间分布直接影响草场的恢复过程，施加保水剂后，由于其保水作用，植被生长状况发生变化，在8月中下旬进行了植被样方调查，结果见表2。

表2 各样地群落数量特征(平均值±95%置信区间)

由表2可以看出，荒漠草原施加保水剂改善了草群结构，增加了草群盖度、高度和生物量。施加保水剂后植被高度较对照平均增加了9.5 cm，种类数平均增加了1.2个，盖度平均增加了9.3%，群落生物量平均增加了65.9 g/m2。

4 结论

荒漠草原生长期内，施加保水剂明显提高了0～20 cm层土壤的含水率，在条撒、面撒覆土和打孔3种方式中，打孔及面撒覆土方式保水效果最为显著。10～30层土壤含水量表现出明显的季节规律，不同方式施加保水剂对深层土壤水分没有显著影响。

荒漠草原施加保水剂改善了草群结构，增加了草群盖度、高度和生物量。3种不同方式保水剂处理均不同程度改善了植物生长状况，其中施加保水剂后覆土处理改善效果最为明显。

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