中国北方不同地带沙地封育草场土壤性质和植被特征比较

刘任涛，朱凡，王少昆

1. 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏 银川 750021；2. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000

中国北方不同地带沙地封育草场土壤性质和植被特征比较

刘任涛1，朱凡1，王少昆2

1. 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏 银川 750021；2. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000

为了探明不同水热地带沙地封育草场土壤性质和植被特征的差异性，以科尔沁沙地和毛乌素沙地封育草地为研究对象，通过调查2个沙地的土壤理化性质和草本植被特征，比较不同地带沙地土壤性质与植被特征，并分析影响不同地带沙地土壤性质和植被分布的原因，以期为区域退化沙质草地生态系统恢复、保护与管理以及应对气候变化提供依据。结果表明：降雨量较高的科尔沁沙地（397 mm）封育草场土壤含水量（t=7.318，P=0.000）、有机碳含量（t=6.395，P=0.000）、全氮含量（t=4.532，P=0.003）以及土壤C/N（t=2.491，P=0.041）均显著高于偏干旱的毛乌素沙地（292 mm），前者分别是后者的2.5、2.5、2.2、1.2倍，而土壤pH（t=-39.576，P=0.000）、电导率（t=-10.031，P=0.000）和土壤温度（t=-11.559，P=0.000）均表现为科尔沁沙地（年均温6.3 ℃）显著低于毛乌素沙地（年均温7.7 ℃），后者分别是前者的1.2、1.8、1.1倍。科尔沁沙地植物个体数（t=-7.774，P=0.000）、优势度指数（t=-4.066，P=0.004）显著低于毛乌素沙地，后者分别是前者的 10、2倍，而植物高度（t=7.003，P=0.000）和均匀度指数（t=2.829，P=0.025）表现为科尔沁沙地显著高于毛乌素沙地（P<0.001），前者分别是后者的1.7、1.4倍。植物群落Shannon指数和物种丰富度在2个沙地间未呈现出显著差异性（P>0.05）。研究表明，沙地水热等气候条件的改变不仅对沙质草地土壤理化性质产生深刻影响，还影响到植物群落组成与结构特征，但对植物多样性的影响有限，可能存在一个水热阈值条件。

科尔沁沙地；毛乌素沙地；土壤性质；草本植被；气候变化

气候变化对陆地生态系统的影响及其反馈是全球变化研究的焦点之一。近年来，随着全球气温变化、降雨异常以及极端降水事件的发生，气候变化对生物个体、群落、生态系统乃至整个生物圈产生了巨大的影响（Root等，2003；Taylor等，2004）。已有研究表明，在某些区域的陆地生态系统中，降雨量减少导致土壤水分含量降低，直接影响到生物群落结构（Walther等，2002）。结果除了单个物种的消失外，还将影响生态系统抵抗环境干扰的能力（牛书丽等，2009）。中国北方分布的沙质草地，生态环境极其脆弱，对于全球气候变化高度敏感（刘任涛，2012）。基于降雨量的差异对不同地带的沙地生境中封育草地的土壤性质与植被特征进行研究，对区域退化沙质草地生态系统恢复、保护与管理以及应对气候变化等均具有重要的理论与实际意义。

目前，国内外学者采用人工温室、红外加热、整树生长箱控制系统、土壤增温以及模型模拟等方法就温度、降水变化对植物可能产生的影响开展了大量研究（时忠杰等，2010；Zavalloni等，2012；Xia和Wan，2012）。在我国最具典型性的如草原生态系统的气候控制实验——内蒙古多伦全球变化多因子实验（GCME），该平台是国内迄今为止规模最大的生态学多因子控制实验研究平台，包括增温、增雨、割草、施肥4种处理，已开展了多项有关物种组成、群落结构和生态系统功能等的研究（牛书丽等，2009）。已有研究表明，轻度土壤干旱不会导致植物生物量明显减少，而中度或更严重的干旱则使植物光合能力显著下降（Fereres和Soriano，2007；Chaves等，2009）。温度或降水变化会影响植物对营养物质的吸收利用，进而影响植物生物量的分配（侯颖等，2008）。研究表明，温度和降水协同作用显著影响短花针茅生物量及其分配，短花针茅可根据不同器官生物量对水热变化的敏感性，调节干物质累积分配来适应气候变化（吕晓敏等，2015）。曾有学者在不同草原生态系统类型上构建草原生态系统气候变化研究网络来开展气候变化控制实验（草甸草原+典型草原+荒漠草+高寒草甸）（牛书丽等，2009），并在此基础上开展了内蒙古草原生态系统草地生产力与气候变化的关系研究（马瑞芳，2007）。然而，目前关于不同水热地带沙地封育草地土壤性质与植被特征的比较研究报道仍较少。

鉴于此，选择具有不同水热条件的科尔沁和毛乌素2大沙地中封育15年的草地为研究对象，通过调查每个生境样地土壤理化性质与植被群落结构特征，比较分析不同水热条件下2个沙地土壤性质与植被特征的差异性，旨在为该区域沙质草地恢复与管理、沙漠化治理以及应对气候变化等提供依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

研究区分别选择地处科尔沁沙地中南部内蒙古通辽市奈曼旗（东经 118°35′～123°30′，北纬42°41′～45°15′，平均海拔360 m）和毛乌素沙地南缘宁夏吴忠市盐池县（东经106°30′～107°41′，北纬37°04′～38°10′，平均海拔1600 m）境内，2个研究区域均属于温带大陆性气候。奈曼旗年平均气温6.3 ℃，最冷月（1月）平均气温 2.1 ℃，最热月（7月）平均气温 21.9 ℃，≥10 ℃的积温为3000～3200 ℃。年均降水量397 mm，主要集中于7─9月，占全年降水量的70%。年蒸发量2000 mm。无霜期140～160 d。年均风速4 m·s-1，其中沙尘暴天气10～15 d，主要出现在春季。地带性土壤主要为栗钙土、黑钙土和栗褐土，非地带性土壤主要为风沙土。沙地植被主要包括小叶锦鸡儿（Caragana microphylia）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）、黄蒿（Artemisia annua）、黄柳（Salix flauida）、杠柳（Periploca sepium）、冷蒿（Artemisia frigida）、狗尾草（Setaria viridis）、达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）、白草（Pennisetum centrasiaticum）和沙米（Agriophyllum squarrosum）等。

盐池县年平均气温7.7 ℃，最冷月（1月）平均气温-8.7 ℃，最热月（7月）平均气温22.4 ℃，≥10 ℃的年积温为 2751.7 ℃。年均降水量为 292 mm，主要集中在7─9月，占全年降水量的60%以上。年蒸发量2710 mm，年无霜期为165 d。年均风速2.8 m·s-1，冬春风沙天气较多。地带性土壤主要有黄绵土与灰钙土（淡灰钙土），非地带性土壤主要有风沙土、盐碱土和草甸土等。沙地植被主要包括花棒（Hedysarum scoparium）、油蒿（Artemisia ordosica）、柠条锦鸡儿（Caragana koushinskii）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、猪毛菜（Salsola collina）、虫实（Corispermum hyssopifolium）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）、中亚白草（Pennisetum centrasiaticum）、苦豆子（Sophora alopecuroides）、牛枝子（Lespedeza potaninii）、沙米（Agriophyllum squarrosum）等。

1.2 研究方法

分别在2个沙地选择封育15年左右的沙质草地为研究对象，各设置 4个重复样地，样地间距30～45 m。在每个样地中心位置随机设置10个样方进行草本植被调查，样方面积50 cm×50 cm。调查内容包括物种数、个体数（个体数·m-2）、高度（cm）等指标，同时在每个样方采集0～15 cm土层土样带回实验室进行相关理化性质分析。另外，在样方附近，设置地温计，自早上6:00开始每隔2 h测定1次土壤温度，下午6:00结束，连续观测3 d，取平均值。

土壤含水量采用烘干法测定。土壤pH值采用1∶1水土比悬液pH计直接测定；电导率采用1∶5水土比浸提液电导仪测定。土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法；全氮采用凯氏定氮法。

在统计个体数和物种丰富度的基础上，计算植物群落多样性，包括Shannon多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（E）和Simpson优势度指数（D）等参数：

式中：S为植物丰富度；Pi为第i种植物的相对多度（即该种植物个体数占群落总个体数的比例），ni为第i种植物的个体数量，N为植物总个体数量。

采用 SPSS15.0软件进行数据的统计分析。在对数据进行分析前，先对每个沙地重复样地间的差异性进行统计性分析，以保证试验所选择的重复样地的可行性。利用单因素方差分析（one-way ANOVOA）进行统计处理。不同沙地间采用独立样本t检验，进行统计分析。利用Pearson相关系数来分析土壤性质与植被间的相关性。

2 结果与分析

2.1 土壤性质

从表1可知，不同地带沙地间草地土壤理化性质存在显著差异性。土壤含水量（t=7.318，P=0.000）、土壤有机碳（t=6.395，P=0.000）、全氮含量（t=4.532，P=0.003）以及土壤C/N比（t=2.491，P=0.041）均表现为科尔沁沙地显著高于毛乌素沙地，科尔沁沙地分别是毛乌素沙地2.5、2.5、2.2、1.2倍。土壤 pH（t=-39.576，P=0.000）、电导率（t=-10.031，P=0.000）和土壤温度（t=-11.559，P=0.000）表现为科尔沁沙地显著低于毛乌素沙地，毛乌素沙地分别是科尔沁沙地的1.2、1.8、1.1倍。

表1 不同地带沙地土壤性质比较（平均值±标准差）Table 1 Comparison of soil properties between two sandy grassland (Mean±SD)

2.2 植被特征

从图1可知，不同地带沙地间植物个体数、高度、以及优势度和均匀度指数均存在显著差异性。植物个体数（t=-7.774，P=0.000）、优势度指数（t=-4.066，P=0.004）表现为科尔沁沙地显著低于毛乌素沙地，毛乌素沙地分别是科尔沁沙地的 10、2倍；而植物高度（t=7.003，P=0.000）和均匀度指数（t=2.829，P=0.025）表现为科尔沁沙地显著高于毛乌素沙地，科尔沁沙地分别是毛乌素沙地的1.7、1.4倍。尽管草地植物群落 Shannon指数（t=2.223，P=0.061）和物种丰富度平均值（t=0.084，P=0.934）倾向于科尔沁沙地高于毛乌素沙地，但是2个沙地间不存在显著差异性。

图1 不同地带沙地植被特征比较（平均值±标准差）Fig. 1 Comparison of vegetation characteristics between two sandy grassland (Mean±SD)

2.3 植被特征与土壤性质间的相关性

从表2可知，植物个体数、优势度指数与土壤含水量（r（植物个体数）=-0.893，P=0.001；r（优势度指数）=-0.805，P=0.008）、土壤有机碳（r（植物个体数）=-0.869，P=0.002；r（优势度指数）=-0.744，P=0.021）和全氮含量（r（植物个体数）=-0.821，P=0.006；r（优势度指数）=-0.715，P=0.030）间均呈负相关关系，而与土壤pH（r（植物个体数）=0.959，P=0.000；r（优势度指数）=0.862，P=0.002）、电导率（r（植物个体数）=0.867，P=0.002；r（优势度指数）=0.743，P=0.021）以及土壤温度（r（植物个体数）=0.906，P=0.000；r（优势度指数）=0.806，P=0.008）间呈正相关关系。植物Shannon指数与土壤含水量（r（Shannon指数）=0.667，P=0.049）、土壤全氮含量（r（Shannon指数）=0.684，P=0.041）间呈正相关关系，而与土壤pH（r（Shannon指数）=-0.680，P=0.043）、土壤温度（r（Shannon指数）=-0.662，P=0.050）间呈负相关关系。植物高度与土壤含水量（r（植物高度）=0.976，P=0.000）、土壤有机碳（r（植物高度）=0.860，P=0.002）和全氮含量（r（植物高度）=0.894，P=0.001）间呈正相关关系，而与土壤pH（r（植物高度）=-0.939，P=0.000）、电导率（r（植物高度）=-0.868，P=0.002）以及土壤温度（r（植物高度）=-0.976，P=0.000）间呈负相关关系（P<0.01）。植物均匀度指数与土壤有机碳（r（均匀度指数）=0.669，P=0.035）和全氮含量（r（均匀度指数）=0.669，P=0.048）间呈正相关关系，而与土壤pH（r（均匀度指数）=-0.761，P=0.017）、土壤温度（r（均匀度指数）=-0.705，P=0.034）间呈负相关关系。但是，植物种丰富度与土壤性质间无显著相关性（P>0.05）。

表2 土壤性质与植物群落指数间的相关系数Table 2 Correlation coefficient between soil properties and vegetation characteristics

3 讨论

降水和气温变化是全球气候变化的2个主要衡量标准，降水与温度等气候因子的变化不仅可以直接改变土壤温度和土壤含水量水平，影响土壤氮素矿化速率、凋落分解速率、土壤呼吸、土壤微生物活动，而且也影响植物光合作用、个体生长、生物量分配以及改变植物群落组成、多样性、初级生产力，导致陆地生态系统结构与功能发生深远变化（牛书丽等，2009）。本研究中，从科尔沁沙地到毛乌素沙地，降雨量减少26%，年均温升高18%，年蒸发量增加 35%，结果导致土壤含水量显著下降，而土壤温度显著升高。研究表明，土壤温度与降水间存在着较好的统计相关性（Tang和 Gao，1997），二者共同作用并影响下垫面土壤过程、生物活动、物质循环与能量流动，通过生态过程决定生态系统的功能（宋长春和王毅勇，2006）。土壤pH和电导率的差异反映了沙地背景土壤质地的差异性，毛乌素沙地的土壤碱性更强，表征土壤电导率更高，其中土壤蒸发量较高也是一个重要原因，这与科尔沁沙地（赵哈林等，2011）与毛乌素沙地（杨梅焕等，2010）关于土壤理化性质的研究结果基本吻合。土壤有机碳和全氮含量表现为科尔沁沙地显著高于毛乌素沙地，这与何燕宁和杨芳（1996）、戴万宏等（2009）的研究结果相吻合。何燕宁和杨芳（1996）在内蒙古对不同水热梯度的土壤有机碳含量的研究表明，自北向南、自东向西，土壤有机碳具有随着降水量增加而增加，温度升高而减少的规律。戴万宏等（2009）的研究指出，土壤有机质含量有随pH升高而减少的趋势，二者间呈极显著的负相关关系。温度和降水可能是导致两地土壤有机碳和养分含量存在差异的主要原因（赵哈林等，2011）。土壤C/N亦呈现出降雨量较高的科尔沁沙地显著高于偏干旱的毛乌素沙地，这与土壤有机碳的大幅度减少密切相关，这不仅意味着土壤固碳能力的降低，土壤有机碳矿化程度的加剧，土壤难以储存更多的碳（杨梅焕等，2010），还表明土壤有机碳在促进土壤团粒结构形成，维持土壤稳定，保障土壤养分供给中的作用明显减弱，土壤的稳定性变差，故更容易遭受风蚀，草地环境变得更为脆弱（Zhao等，2009）。结果不仅会严重影响土地的生产潜力，还会对环境产生负面影响，因此在较为干旱毛乌素沙地区域加强对沙质草地生态系统的有效保护就显得尤为重要。

温度和降水在对沙质草地土壤理化性质产生影响的过程中，也直接影响到地表植物特征。陆地植被是联系土壤、大气和水分的自然纽带，在陆地表面能量交换、水分循环和生物地球化学循环过程中起着至关重要的作用，其变化与气候因子关系密切（张清雨等，2013）。在中国北方农牧交错区分布的沙质草地，温度和水分是干旱半干旱区植物生长的主要限制因子。植物对水热变化的响应与适应将对植物的生理生态过程、干物质积累与分配及生态系统结构和功能产生深远影响（Barnabás等，2008；Butler等，2012）。本研究中植物密度和优势度指数均表现为降雨量较高的科尔沁沙地显著低于降雨偏少的毛乌素沙地。降水减少导致表土干旱从而直接降低土壤中有效水分，并通过限制根际微生物的正常活动间接地影响植物对养分的吸收、运输和利用，导致植物群落组成和结构发生剧烈变化（武建双等，2012）。在较为干旱的毛乌素沙地，草本植物多以旱生性猪毛蒿为单优势种，耐干旱和瘠薄，在各种土壤上均能生长。其地下部分经冬不死，当年生茎冬季枯死后，翌年春天又从根部萌发出新的地上茎，因此地上茎多2～3枚或数枚（高正中，1988）。猪毛蒿在研究样地中广泛存在，已成为阻碍草场优良牧草恢复与发展的重要竞争对手，值得引起草场管理人员重视。结果导致毛乌素沙地植物个体数和优势度较高，这与植物个体数与优势度指数与土壤理化性质间的相关性分析结果相一致。但是，科尔沁沙地植物高度和均匀度指数均高于毛乌素沙地。植物高度大小表征了植物个体的生长状况（吕晓敏等，2015），科尔沁沙地较高的降水量而导致的土壤含水量较高，再加上较高的土壤有机碳和全氮含量，植物的生长状况要好于偏干旱的毛乌素沙地草地植被。植物群落均匀度表现出与优势度指数相反的变化趋势，表征了随着降雨量减少，温度升高，一些耐旱性植物种在毛乌素沙地的定居生存，将导致其他种类植物对有限水分、养分的竞争性利用能力降低（陈静等，2014），植物群落均匀度下降。

物种多样性反映了生物群落功能的组织特征，是群落中关于丰富度和均匀度的一个函数，用多样性可以定量地分析群落的结构和功能（王长庭等，2003）。利用植物个体数和丰富度进行计算的Shannon指数在不同地带沙地间均无显著差异性，并与丰富度指数的变化趋势一致。已有研究表明，降水增加，气温升高，有利于草原物种丰富度和多样性的增加（牛书丽等，2009）。本研究中从科尔沁沙地到毛乌素沙地，降雨量减少，温度升高，植物丰富度和多样性指数均呈现出下降趋势，在某种程度上与前人的研究结果（牛书丽等，2009）吻合。植物Shannon指数与土壤含水量、土壤全氮含量间呈正相关，而与土壤 pH、土壤温度间呈负相关，也说明了这一点。在科尔沁沙质草地自然恢复演替过程中，研究发现暖湿气候有利于草地物种丰富度和多样性的增加，而持续暖干气候可以降低草地的物种丰富度和多样性（赵哈林等，2008）。但是 2个沙地间植物群落多样性并未出现预期的显著差异性，这与物种丰富度、多样性与降水呈正相关关系的研究结果（王长庭等，2003；武建双等，2012）不完全一致。一方面说明了科尔沁沙地和毛乌素沙地间的水热差异性，可能并未达到影响植物群落多样性的阈值水平，这将为今后进行沙地水分梯度控制试验研究提供了参考。另一方面，这也反映了中国北方沙质草地封育状况下植物群落多样性的基本情况，即Shannon指数通常介于1～2之间。

4 结论

从科尔沁沙地到毛乌素沙地随着降雨量减少与温度升高，土壤含水量随之下降，而土壤温度随之升高，土壤pH和电导率变大，但土壤有机碳、全氮含量以及土壤C/N均呈现急剧下降趋势。植物个体数和优势度指数呈现急剧增加趋势，高度和均匀度指数则呈现出急剧下降趋势而植物丰富度和多样性指数受到的影响较小。水热等气候条件的改变不仅对土壤理化性质产生深刻影响，还影响到植物群落组成与结构特征，但对植物多样性的影响有限，可能存在一个水热条件阈值。

BARNABÁS B, JÄGER K, FEHÉR A. 2008. The effect of drought and heat stress on reproductive processes in cereals [J]. Plant, Cell & Environment, 31(1): 11-38.

BUTLER S M, MELILLO J M, JOHNSON J E, et al. 2012. Soil warming alters nitrogen cycling in a New England forest: implications for ecosystem function and structure [J]. Oecologia, 168(3): 819-828.

CHAVES M M, FLEXAS J, PINHEIRO C. 2009. Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell [J]. Annals of Botany, 103(4): 551-560.

FERERES E, SORIANO M A. 2007. Deficit irrigation for reducing agricultural water use [J]. Journal of Experimental Botany, 58(2): 147-159.

ROOT T L, PRICE J T, HALL K R, et al. 2003. Fingerprints of global warming on wild animals and plants [J]. Nature, 421(6918): 57-60.

TANG M C, GAO X Q. 1997. Some statistical characteristics of geo-thermal vortex in China during 1980-1993(Ⅱ) [J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 40(6): 569-576.

TAYLOR A, SCHRÖTER D, PFLUG A, et al. 2004. Response of different decomposer communities to the manipulation of moisture availability: potential effects of changing precipitation patterns [J]. Global Change Biology, 10(8): 1313-1324.

WALTHER G R, POST E, CONVEY P, et al. 2002. Ecological responses to recent climate change [J]. Nature, 416(6879): 389-395.

XIA J Y, WAN S Q. 2012. The effects of warming-shifted plant phenology on ecosystem carbon exchange are regulated by precipitation in a semi-arid grassland [J]. PLoS One, 7(2): e32088.

ZAVALLONI C, VICCA S, BÜSCHER M, et al. 2012. Exposure to warming and CO2 enrichment promotes greater above-ground biomass, nitrogen, phosphorus and arbuscular mycorrhizal colonization in newly established grasslands [J]. Plant and Soil, 359(1-2): 121-136.

ZHAO H L, HE Y H, ZHOU R L, et al. 2009. Effect of desertification on soil organic C and N content in sandy farmland and grassland of Inner Mongolia [J]. Catena, 77(3): 187-191.

陈静, 李玉霖, 崔夺, 等. 2014. 氮素及水分添加对科尔沁沙地4种优势植物地上生物量分配的影响[J]. 中国沙漠, 34(3): 696-703.

戴万宏, 黄耀, 武丽, 等. 2009. 中国地带性土壤有机质含量与酸碱度的关系[J]. 土壤学报, 46(15): 851-861.

高正中. 1988. 宁夏植被[M]. 银川: 宁夏人民出版社.

何燕宁, 杨芳. 1996. 内蒙古自治区环境土壤有机质背景值研究[J]. 内蒙古环境, 8(1): 40-41.

侯颖, 王开运, 张超. 2008. 大气二氧化碳浓度与温度升高对红桦幼苗养分积累和分配的影响[J]. 应用生态学报, 19(1): 13-19.

牛书丽, 万师强, 马克平. 2009. 陆地生态系统及生物多样性对气候变化的适应与减缓[J]. 中国科学院院刊, 24(4): 421-427.

刘任涛. 2012. 荒漠草原土壤动物与降雨变化研究现状[J]. 生态学杂志, 31(3): 760-765.

吕晓敏, 王玉辉, 周广胜, 等. 2015. 温度与降水协同作用对短花针茅(Stipa breviflora)生物量及其分配的影响[J]. 生态学报, 35(3): 752-760.

马瑞芳. 2007. 内蒙古草原区近50年气候变化及其对草地生产力的影响[D]. 北京: 中国农业科学院硕士学位论文.

时忠杰, 高吉喜, 徐丽宏, 等. 2010. 内蒙古地区近25年植被对气温和降水变化的影响[J]. 生态环境学报, 20(11): 1594-1601.

宋长春, 王毅勇. 2006. 湿地生态系统土壤温度对气温的响应特征及对CO2排放的影响[J]. 应用生态学报, 17(4): 625-629.

王长庭, 王启基, 沈振西, 等. 2003. 模拟降水对高寒矮嵩草草甸群落影响的初步研究[J]. 草业学报, 12(2): 25-29.

武建双, 李晓佳, 沈振西, 等. 2012. 藏北高寒草地样带物种多样性沿降水梯度的分布格局[J]. 草业学报, 21(3): 17-25.

杨梅焕, 曹明明, 朱志梅, 等. 2010. 毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤理化性质分析[J]. 水土保持通报, 30(2): 169-174

张清雨, 吴绍洪, 赵东升, 等. 2013. 内蒙古草地生长季植被变化对气候因子的响应[J]. 自然资源学报, 28(5): 754-764.

赵哈林, 李玉强, 周瑞莲, 等. 2011. 内蒙古东部两大沙地土壤理化特性沙漠化演变规律的比较[J]. 地球科学进展, 26(7): 779-786.

赵哈林, 大黑俊哉, 李玉霖, 等. 2008. 人类放牧活动与气候变化对科尔沁沙质草地植物多样性的影响[J]. 草业学报, 17(5): 1-8.

Comparison of Soil Properties and Vegetation Characteristics between Two Sandy Grassland under Exclosure in Northern China

LIU Rentao, ZHU Fan, WANG Shaokun
1. Ministry of Education Key Laboratory for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Northwestern China, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, CAS, Lanzhou 730000, China

The aim of this project was to elucidate the differences of soil properties and vegetation characteristics between Horqin sandy grassland and Mu Us sandy grassland, in order to provide the basis for the recovery of degraded sandy ecosystems, for the management and utilization, and for the strategies to climate changes in northern China. An investigation on soil physical-chemical properties and vegetation diversity indices were carried out in the two sandy grasslands. The results were shown that the soil water content (t=7.318, P=0.000), organic carbon (t=6.395, P=0.000) and total nitrogen (t=4.532, P=0.003) and soil C/N (t=2.491, P=0.041) were markedly higher in Horqin sandy grassland with much rainfall (397 mm) compared with the relatively arid Mu Us sandy grassland (292 mm), with the 2.5, 2.5, 2.2, 1.2 times more for the former than the latter, respectively. Soil pH (t=-39.576, P=0.000）, electrical conductivity (t=-10.031, P=0.000) and temperature (t=-11.559, P=0.000) was markedly lower in Horqin sandy grassland with low air temperature (Multi-annual average value, 6.3 ℃) compared with the hot Mu Us sandy grassland (7.7 ℃), with the 1.2, 1.8, 1.1 times more for the latter than the former, respectively. Plant density（t=-7.774, P=0.000), and Simpson index (t=-4.066, P=0.004) was markedly lower in Horqin sandy grassland compared with Mu Us sandy grassland, with the 10, 2 times more for the latter than the former, respectively. Whereas, plant height (t=7.003, P=0.000) and evenness index (t=2.829, P=0.025) was markedly higher in Horqin sandy grassland compared with Mu Us sandy grassland, with the 1.7, 1.4 times more for the former than the latter, respectively. However, no significant (P>0.05) differences in plant richness and Shannon index were found between these two sandy grassland. In conclusion, the changes of rainfall amount and temperature was found to indicate marked impact on both the soil physical-chemical properties and plant community structure, whereas the effect on plant diversity was limited and depended much on a threshold of water and temperature levels.

Horqin sandy grassland; Mu Us sandy grassland; soil property; vegetation characteristics; climate changes

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.001

S154.5；X171.1

A

1674-5906（2015）05-0729-06

刘任涛，朱凡，王少昆. 中国北方不同地带沙地封育草场土壤性质和植被特征比较[J]. 生态环境学报, 2015, 24(5): 729-734.

LIU Rentao, ZHU Fan, WANG Shaokun. Comparison of Soil Properties and Vegetation Characteristics between Two Sandy Grassland under Exclosure in Northern China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 729-734.

中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室开放基金项目（KLDD-2014-003）；国家自然科学基金项目（41101050）

刘任涛（1980年生），男，副研究员，博士，研究方向为土壤动物生态学与荒漠生态学。E-mail: nxuliu2012@126.com

2014-07-22