退化草地不同功能群生物量与土壤养分的相关性分析

王永槐

摘要 选择未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极重度退化草地上的莎草科、禾本科、杂类草生物量为研究对象，对不同功能群生物量与土壤养分的相关性进行研究。结果表明，土壤全氮、全钾含量对各功能群的生物量影响较大，均呈正相关关系，且达到0.01或0.05显著水平；土壤全磷含量对各功能群生物量的影响不明显；pH对各功能群生物量的影响较大，呈负相关关系，且达到0.01显著水平。

关键词 功能群；退化草地；相关性

中图分类号 S812.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）13-03975-03

Abstract The biomass of Cyperaceae， Gramineae， weeds in the undegraded， lightly degraded， mildly degraded， severely degraded and extremely degraded meadow is chosen as the research object， to study the correlation between biomass of different functional groups and soil nutrients. The results show that the influence of soil total nitrogen， total potassium content on biomass of different functional groups is obvious， exhibiting positive correlation， and reaching significant or extremely significant level； the influence of soil total phosphorus content on biomass of different functional groups is not obvious； the influence of pH value on biomass of different functional groups is obvious， exhibiting negative correlation， and reaching extremely significant level.

Key words Functional groups； Degraded grassland； Correlation

自然群落中的物种组成是物种对环境长期适应的结果，是在漫长的演化过程中对生物气候的综合反映[1]。土壤是植物生存的基质。有机质、氮素等养分物质对于植物的生长起着关键性的作用，决定着生态系统的结构、功能和生产力水平。草地生态系统是分布最广的陆地生态系统之一。草地植被生产力是草地生态系统结构和功能的综合体现，是植物生物学特性和外界环境条件共同作用的产物[2]。有研究表明，高寒草地生产力与土壤有机碳、全氮含量存在正相关，土壤温度是决定不同海拔梯度高寒草甸初级生产力的主要因子[3-4]。高寒草甸随着退化程度的加大，土壤有机质、速效磷和湿度等因子降低，莎草科和禾草科生物量减少[5]。气温、降水量的变化将导致长江源高寒草甸生产力的下降，土壤有机质含量微量减少，生态系统向空气中排放的CO2增多，高寒草甸由弱的碳汇转变为弱的碳源[6]。笔者通过对不同退化草地功能群生物量与土壤养分关系的研究，为进一步研究高寒草地生产力对土壤因子变化响应的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

该项研究在青海省玉树藏族自治州玉树县不同退化程度的高寒草甸进行。全县平均海拔4 493.4 m，地貌以高山峡谷和山原地带为主，间有许多小盆地和湖盆，县境内河流密布，长江水系主要小支流和支沟发源于玉树县的有结曲河、治河、扎曲、益曲、折涌等，澜沧江水系主要小支流流经或发源于该县的有孜曲、盖曲、草曲等，气候总的属于青藏高原气象系统，只有冷暖季之别，没有明显的四季之分，年温差小，日温差大，日照长，辐射强，植物生长期短，没有绝对的无霜期，年平均气温为2.9 ℃。

供试土壤为高山草甸土和高山灌丛草甸土，土壤表层和亚表层中的有机质含量丰。该地区常见的伴生种类有黑褐苔草（Carex alrofusca）、高山嵩草（Kobresia pygmaea）、二柱头藨草（Scirpus distigmaticus）、垂穗披碱草（Elymus nutans）、早熟禾（Poa spp.）、异针茅（Stipa aliena）、短穗兔耳草（Lagotis brachystachya）、矮火绒草（Leontopodium nanum）、细叶亚菊（Ajania tenuifolia）、兰石草（Lancea tibetica）、美丽凤毛菊（Saussurea superba）、三裂叶碱毛茛（Halerpestes tricuspis）等。

1.2 样地选择

在试验区内的未退化草地（围栏封育5年以上）、轻度退化、中度退化、重度退化和极重度退化草地，选择5个样地。

1.3 群落调查

采用样方取样的方法进行调查，在不同退化草地小生境内设置2条50 m样带，样带上每隔5 m调查1 m×1 m样方。试验点应尽量全面地覆盖该试验区内的矮嵩草草甸群落类型，每个样带上的10个样方计算平均值作为该试验点的样方数据，记录样方内植物种类组成、种盖度、植物高度及群落总盖度等，然后每隔1个样方在第2个样方的中心位置做25 cm×25 cm小样方，记录矮嵩草分蘖数等指标，完备后齐地面剪下，并按矮嵩草、莎草科、禾本科和杂类草进行分类，带回实验室在70 ℃的恒温箱中烘干至恒重，称重，进行有关分析。

1.4 土壤数据采集方法

在进行群落调查的同时，每隔1个样方采集土样，在1 m×1 m样方的四角和中部，用土钻分别采集0～10、10～20、20～30 cm的土样。

1.5 数据处理

用Excel、SPSS软件进行数据处理和统计。

2 结果与分析

2.1 莎草科功能群生物量与土壤养分的相关性

由图1可知，莎草科功能群的生物量与土壤的全氮、全磷、全钾、pH均呈二次函数形式变化，即生物量随土壤的全氮、全磷、全钾及pH的增加呈先增大后减小或先减小后增大的趋势，生物量与土壤的全氮和全钾含量呈0.01水平显著正相关关系，说明土壤全氮、全钾含量对莎草科功能群的生物量影响较大，在一定阈值范围内随着土壤全氮和全钾含量的增加，莎草科功能群的生物量逐渐增大，如果超出阈值点，那么随着土壤的全氮和全钾含量的增加，生物量逐渐减小。由表1可知，生物量与pH呈0.01水平显著负相关关系，说明土壤pH对莎草科功能群的生物量影响较大，在一定阈值范围内随着pH的增大莎草科功能群生物量逐渐减小，如果超出阈值点，随着pH的增大，莎草科功能群的生物量逐渐增大。

3 讨论

水热因子的变化将直接影响土壤养分等因子的变化。有研究表明，湿度越大，土壤中的氮素越易积累；温度越高，土壤有机质分解加速，氮素越难积累[2]。土壤温度、湿度是影响土壤氮素矿化的最重要的原因[7]。该研究表明，土壤全氮、全钾含量对各功能群生物量的影响比较大，均呈正相关关系，且达到0.01或0.05显著水平；土壤全磷含量对各功能群生物量的影响不明显；pH对各功能群生物量的影响较大，呈负相关关系，且达到0.01显著水平。白永飞等[8]认为，水热因子不仅是影响草原群落植物多样性和生产力的主要因素，而且是影响植物功能型和功能群组成的主要生态因子。研究中，随着草地退化程度的加剧，草地优势种逐渐发生变化，从禾本科功能群到莎草科功能群再到杂类草功能群。这主要是由于随着草地退化程度的加剧，全氮、全钾含量逐渐减小，而pH逐渐增大，同时随着草地退化程度的加剧，群落小环境的湿度、温度均逐渐降低。

参考文献

[1] 杜国祯，覃光莲，李自珍，等.高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力的关系研究[J].植物生态学报，2003，27（1）：125-132.

[2] 王玉辉，周广胜.内蒙古羊草草原植物群落地上初级生产力时间动态对降水变化的响应[J].生态学报，2004，24（6）：1140-1145.

[3] 王长庭，龙瑞军，曹广民，等.三江源地区主要草地类型土壤碳氮沿海拔变化特征及其影响因素[J].植物生态学报，2006，30（3）：441-449.

[4] 王长庭，龙瑞军，王启基，等.高寒草甸不同海拔梯度土壤有机质、氮、磷的分布和生产力变化及其与环境因子的关系[J].草业学报，2005，14（4）：15-20.

[5] 周华坤，赵新全，周立，等.青藏高原高寒草甸的土壤退化与植被退化特征研究[J].草业学报，2005，14（3）：31-40.

[6] 吕新苗，郑度.气候变化对长江源地区高寒草甸生态系统的影响[J].长江流域资源与环境，2006，15（5）：603-607.

[7] PURI G，ASHMAN M R.Relationship between soil microbial biomass and gross N minerealization[J].Soil Biology & Biochemistry，1998，30：251-256.

[8] 白永飞，李凌浩，王其兵，等.内蒙古锡林河流域草原群落植物多样性和生产力沿水热梯度变化的样带研究[J].植物生态学报，2000，24（6）：641-647.