荒漠草原主要植物蒸散对土壤含水量的响应

殷国梅 ，侯 英 ，张园园 ，薛艳林 ，王海明 ，田彦军 ，斯 琴

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.内蒙古武川县草原工作站，内蒙古 武川 011700；3.内蒙古鄂托克旗草原工作站，内蒙古 鄂托克旗 016200）

荒漠草原主要植物蒸散对土壤含水量的响应

殷国梅1，侯 英2，张园园1，薛艳林1，王海明1，田彦军3，斯 琴3

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.内蒙古武川县草原工作站，内蒙古 武川 011700；3.内蒙古鄂托克旗草原工作站，内蒙古 鄂托克旗 016200）

对荒漠草原不同放牧强度下主要植物的日蒸散量及其根部土壤含水量进行了研究。结果表明，短花针茅根部的土壤含水量随着放牧强度的增加呈增加趋势；冷蒿、无芒隐子草表层根部的土壤含水量随放牧强度的增加变化不大。相同放牧条件下，短花针茅个体日蒸散量相对较大，冷蒿个体日蒸散量相对较小。土壤含水量同植被日蒸散量具有高度的正相关关系。

荒漠草原；放牧强度；日蒸散量；土壤含水量

土壤含水量是限制植物生长发育的重要生态因子，植物群落的生长发育及其适宜生产力是由土壤资源中的土壤水分供给状况来决定的［1-2］。植物蒸散作为植物群落生长发育的主要过程，其测定是水分生态研究中的一个重要环节和内容。尽管过去已有很多学者对草本植物的水分蒸腾蒸散有过研究［3-5］，但对于天然牧草蒸散耗水量的比较研究却鲜有报道。该研究在天然放牧草地生态系统中，针对不同放牧强度下主要牧草的日蒸散量及植物根部土壤含水量进行了测定分析，其目的在于通过对不同种类牧草根部土壤含水量及蒸散的对比，揭示放牧强度引起的土壤含水量差异对不同种类植物蒸散的影响，从而为区域草地合理利用及草原科学经营提供基础理论依据。

1 试验区自然条件概况

试验区位于内蒙古自治区农牧业科学院乌兰察布市四子王旗王府一队试验基地。地处北纬41°47′17″，东经 111°53′46″，海拔为 1 450 m。 试验区域属于典型的大陆性气候，春季干旱、多风，夏季炎热，月平均温度最高值在7、8月 （分别为24.0、23.5℃），≥10℃的年积温为2 200～2 500℃，湿润度0.15～0.30，年均降雨量250 mm左右，降水主要集中在6—8月，无霜期为175 d左右。试验地的草地类型为短花针茅 （Stipa breviflora）+冷蒿（Artemisia frigida） + 无 芒 隐 子 草 （Cleistogenes songorica）荒漠草原。植物群落由20多种植物组成，植被草层低矮且较稀疏，盖度为17%～20%，种类组成较贫乏。建群种为短花针茅，优势种为冷蒿、无芒隐子草。土壤为淡栗钙土。

2 试验材料与方法

2.1 试验设计 试验小区共计4个处理，每个小区面积约为4.4 hm2，分别为重度放牧（HG）、中度放牧（MG）、轻度放牧（LG）和对照不放牧（CK）。 其中，载 畜率 水 平 分 别 为 ：2.71 （HG）、1.82（MG）、0.93（LG）、0（CK）羊单位/（hm2·半年），放牧羊只数分别为：12、8、4只，各小区 3次重复。放牧为每年 6月—12月初，各小区的管理措施一致。

2.2 测定内容与方法

图1 不同放牧区植物根部土壤含水量

2.2.1 植物个体日蒸散量的测定：5—9月采用“微型蒸渗仪法”（整体土柱称量法）在不同放牧强度的样地内选取短花针茅、无芒隐子草和冷蒿进行蒸散测定，同时选取同样地内空斑作为对照。每月测定一期，每期历时5 d，每期重复3次，如遇雨天将测定时间顺延。微型蒸渗仪为直径226mm、高250mm、体积10 000 cm3、重量17 kg的圆柱体。

2.2.2 土壤含水量测定：5—9月与测定植物蒸散同步，在取样植物根部 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm处分别取土样，采用烘干称重法，放入土壤盒后立即称鲜重，带回实验室于烘箱中105℃烘干48 h后，恒定称干重。土壤含水量单位是以土壤干重为基数的水分百分数（%）。

3 结果与分析

3.1 植物根部的土壤含水量 5—9月对不同放牧强度下主要优势植物根部土壤的含水量进行了测定（见图1）。由图1可知，不同土层中土壤含水量的变化规律不十分一致。在CK区中，0～10 cm土层中，主要植物根部及空斑的土壤含水量无显著差异（P＞0.05）， 空斑的土壤含水量相对较高；10～20 cm土层中，无芒隐子草根部的土壤含水量较高，与短花针茅无显著差异（P＞0.05），冷蒿较低，与短花针茅和无芒隐子草存在显著差异 （P＜0.05）；20～30 cm土层中，无芒隐子草与短花针茅、冷蒿及空斑具有显著差异（P＜0.05），短花针茅与冷蒿之间无显著差异（P＞0.05）。

LG区中，0～10 cm土层中，短花针茅、冷蒿、无芒隐子草根部及空斑土壤含水量依次升高，各植物根部土壤含水量之间差异显著（P＜0.05），其中无芒隐子草和冷蒿根部土壤含水量相对较高；10～20 cm土层中，无芒隐子草和短花针茅根部土壤含水量相对较高，但无显著差异（P＞0.05），而与冷蒿根部土壤含水量却具有显著差异（P＜0.05），空斑与植物根部土壤含水量具有显著差异（P＜0.05）；20～30 cm 土层中，短花针茅根部土壤含水量较高，与冷蒿、空斑具有显著差异（P＜0.05），但与无芒隐子草无显著差异（P＞0.05）。

MG区中，0～10 cm土层中，空斑含水量最高，无芒隐子草根部土壤含水量最低，各植物根部土壤含水量与空斑之间无显著性差异 （P＞0.05）；10～20 cm土层中，短花针茅根部土壤含水量相对较高，与其他植物根部及空斑土壤含水量存在显著差异（P＜0.05），但冷蒿、无芒隐子草和空斑三者之间无显著差异（P＞0.05）；20～30 cm 土层中，各植物根部土壤含水量与空斑土壤含水量之间均存在显著性差异（P＜0.05）。

HG区中，0～10 cm土层中，植物根部与空斑土壤含水量均存在显著差异（P＜0.05），其中无芒隐子草根部土壤含水量相对较高，冷蒿相对较低，3种植物之间无显著差异 （P＞0.05）；10～20 cm 土层中，短花针茅和冷蒿根部土壤含水量无显著差异（P＞0.05），与无芒隐子草与空斑的土壤含水量存在显著差异（P＜0.05）；20～30 cm 土层中，仅无芒隐子草根部土壤含水量与空斑土壤含水量之间无显著性差异（P＞0.05）。

图2 不同放牧强度植物个体日蒸散量

3.2 不同放牧利用条件下植物个体日蒸散量 不同放牧状态下不同月份的不同植物种类表现形式不一（见图2）。由图2可知，植物生长季中植物个体日蒸散量的大小依次排序为7月>5月>8月>9月>6月。整体来看，CK区5月短花针茅个体日蒸散量最大；6月无芒隐子草和短花针茅个体日蒸散量相对较大；7月为短花针茅、无芒隐子草个体日蒸散量较大；8月空斑日蒸散量比植物个体日蒸散量大；9月为短花针茅个体日蒸散量最高，其次为冷蒿、空斑和无芒隐子草。

LG区5月为空斑日蒸散量最高，植物中短花针茅个体日蒸散量较高，其次为无芒隐子草，冷蒿个体日蒸散量最低；6月为冷蒿与无芒隐子草个体日蒸散量较高，其次为短花针茅，空斑日蒸散量最低；7月为短花针茅与无芒隐子草个体日蒸散量较高，其次为冷蒿，空斑日蒸散量最低；8月为短花针茅个体日蒸散量最高，空斑与无芒隐子草次之，冷蒿个体日蒸散量最低；9月为短花针茅个体日蒸散量最高，冷蒿与无芒隐子草次之，空斑最低。

MG区5月为短花针茅个体日蒸散量相对较高，其次为冷蒿、无芒隐子草，空斑日蒸散量最低；6月为无芒隐子草个体日蒸散量较高，其次为短花针茅与冷蒿，空斑日蒸散量最低；7月为短花针茅与无芒隐子草的个体日蒸散量较高，冷蒿相对较低，空斑日蒸散量最低；8月为短花针茅个体日蒸散量最高，无芒隐子草次之，空斑与冷蒿的日蒸散量最低；9月为短花针茅个体日蒸散量最高，冷蒿次之，空斑与无芒隐子草最低。

HG区5月为短花针茅个体日蒸散量最高，其次为无芒隐子草、冷蒿，空斑日蒸散量最低；6月为无芒隐子草个体日蒸散量较高，其次为短花针茅与冷蒿，空斑日蒸散量最低；7月为短花针茅与冷蒿个体日蒸散量较高，其次为空斑，无芒隐子草较低；8月为短花针茅、空斑与无芒隐子草日蒸散量较高，冷蒿较低；9月为短花针茅个体日蒸散量最高，空斑与无芒隐子草次之，冷蒿最低。

3.3 植物个体日蒸散量与土壤含水量的关系 植物个体日蒸散量与土壤含水量的分析结果见图3。由图3可以看出：不同放牧强度下土壤含水量与植物个体日蒸散量的变化趋势有所不同。CK区中，土壤含水量的高低排序为5月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物个体日蒸散量的高低排序为7月＞5月＞8月＞9月＞6月；LG区中，土壤含水量的高低排序为5月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物个体日蒸散量的高低排序为7月＞5月＞8月＞9月＞6月；MG区中，土壤含水量的高低排序为5月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物个体日蒸散量的高低排序为7月＞5月＞9月＞6月＞8月；HG区中，土壤含水量的高低排序为5月＞9月＞7月＞8月＞6月，而各植物个体日蒸散量的高低排序为7月＞5月＞8月＞9月＞6月。虽然土壤含水量与植物个体日蒸散量的高低排序不十分一致，但两者的变化趋势基本相同，这说明土壤含水量与植物个体日蒸散量的关系十分密切，具有高度的正相关关系。

图3 植物个体日蒸散量与土壤含水量

4 结论与讨论

4.1 土壤含水量 研究结果表明，放牧强度对土壤表层的土壤含水量影响较大。短花针茅根部的土壤含水量随着放牧强度的增加呈增加趋势；冷蒿、无芒隐子草表层根部的土壤含水量随放牧强度的增加变化不大；随着放牧强度的增加，空斑的土壤含水量逐渐降低，充分说明放牧强度导致的裸露地表土壤含水量明显下降。在一定立地条件下，土壤水分条件越好，植物群落密度愈大，植物个体生物量越大，单位面积生产力愈高，这充分说明轻度放牧区植物生物量较高与土壤含水量较高的结果相符。在植物群落中，生长健壮的植物个体其生物量也相对较大，这就为该植物个体进一步生长发育创造了条件；而生长较差的植物个体生物量较小，对光、水等资源的竞争处于劣势［6］。

4.2 植物个体日蒸散量 放牧强度不同导致了同种植物在不同放牧区内的个体日蒸散量不尽相同。从植物个体日蒸散量的结果可以看出，短花针茅作为荒漠草原的优势植物，生物量相对较大，枝条相对较多，在各放牧处理区其个体日蒸散量均相对较高。无芒隐子草的个体日蒸散量只有在中度放牧区中表现为较高；冷蒿个体日蒸散量在各处理区中均表现为较低，但高于空斑日蒸散量。中度和重度放牧区中的空斑作为裸露的地表，无任何植物遮挡，土壤表层板结且土壤含水量较低，影响水分蒸发，蒸散量较小，相比之下，不放牧区和轻度放牧区的空斑尽管没有植物生长，土层内植物根系的交叉覆盖致使其具有较高的蒸散量。

植物的蒸散量是植物蒸腾量和植物间土壤蒸发量共同作用的结果，它是一个生理过程和物理过程的耦合系统［7］，因此对它的研究是十分复杂的。笔者对于植物蒸散的研究主要注重于植物个体水分的蒸散数量，并没有考虑与生态系统其他的物质循环和能量流动的关系。

4.3 植物个体日蒸散量与土壤含水量 天然植物的生长除与植物的生物量有关外，与土壤水分的关系也非常密切。表层土壤的水分含量波动剧烈，主要受大气降水的影响，对降水反应迅速，0～30 cm表层土壤水分含量的波动除受大气降水的影响以外，还与植物的生长发育节律与根系吸水有密切关系。随着放牧强度的增加，放牧家畜对草地植物的采食增加，地面植被覆盖的减少使土壤水分蒸发增加，土壤保水能力下降，同时放牧使草地牧草根系向表层土壤集中，增加了植物根系对水分的吸收利用。该研究中土壤含水量同植物个体日蒸散量具有高度的正相关关系，这与熊伟等［8］利用盆栽试验比较的宁夏南部地区苜蓿、芨芨草和长芒草的蒸散量中草本植物的蒸散量与土壤含水量呈高度相关的研究结果十分一致。

［1］李绍良.草原土壤水分状况与植物生物量关系的初步研究［C］//草原生态系统研究（第 1集）.北京：科学出版社，1985：195-202.

［2］李绍良.栗钙土水分状况与牧草生长［C］//草原生态系统研究（第 2 集）.北京：科学出版社，1988：10-14.

［3］程积民.黄土丘陵半干旱区几种牧草蒸腾作用的研究［J］.干旱区研究，1989（2）：62-65.

［4］宋炳煜.草原区不同植物群落蒸发蒸腾的研究［J］.植物生态学报，1995，19（4）：319-328.

［5］宋克超，康尔泗，金博文，等.黑河流域山区植被带草地蒸散发试验研究［J］.冰川冻土，2004，26（3）：349-356.

［6］杨文治，邵明安.黄土高原土壤水分研究［M］.北京：科学出版社，2000.

［7］王幼奇，樊军，邵明安，等.黄土高原水蚀风蚀交错区三种植被蒸散特征［J］.生态学报，2009，29（10）：5386-5394.

［8］熊伟，王彦辉，程积民，等.三种草本植物蒸散量的对比试验研究［J］.水土保持学报，2003，17（1）：170-172.

Responses of Evapotranspiration of Dominant Plants to Soil Moisture in Desert Steppe

YIN Guo-mei1，HOU Ying2，ZHANG Yuan-yuan1，XUE Yan-lin1，WANG Hai-ming1，TIAN Yan-jun3，Siqin3
（1.Inner Mongolia Academy of Agricultural&Animal Husbandry Sciences，Hohhot 010031，China；2.Wuchuan Grassland Workstation of Inner Mongolia,Wuchuan County 011700，China；3.Etuoke Banner Grassland Station of Inner Mongolia,Etuoke Banner 016200，China）

The daily evapotranspiration of dominant plants and soil moisture around their roots under different conditions of grazing intensity in desert steppe were studied.The results show that soil moisture around roots of Stipa breviflora increased with the increase of grazing intensity;soil moisture in the surface soil around roots of Artemisia frigida and Cleistogenes songorica did not change obviously with the increase of grazing intensity.Under the same condition of grazing intensity,the daily evapotranspiration of S.breviflora was relatively larger,while the daily evapotranspiration of A.frigida was relatively smaller.The daily evapotranspiration of vegetation had highly positive correlation with soil moisture.

desert steppe；grazing intensity；daily evapotransporation；soil moisture

S154.4；S812

A文章顺序编号1672-5190（2016）11-0018-04

2016－10－24

项目来源：内蒙古自治区农牧业科学院青年基金（2014QNJJM04）；国家牧草产业体系（CARS-35-27）；国家公益性行业科技专项资助（201303059）；国家重点研发计划课题（2016YFC0500604）。

殷国梅（1973—），女，研究员，博士，主要从事草地生态与管理研究工作。

（责任编辑：慕宗杰）