土壤水分变化与土壤呼吸对梭梭生长的影响

李引湣

(和田师范专科学校综治办，新疆 和田 848000)



土壤水分变化与土壤呼吸对梭梭生长的影响

李引湣

(和田师范专科学校综治办，新疆 和田 848000)

位于古尔班通古特大沙漠西南缘的国家级梭梭林甘家湖自然保护区，属于森林与沙漠过渡地带，起廊道作用的同时，也对防风固沙起着非常重要的作用。本文主要的目的是对甘家湖地区梭梭植被恢复研究提供科学的理论依据，通过野外观察和实验的方法，对比分析生长优势区梭梭、生长疏林区梭梭和退化区梭梭的呼吸率以及相应根部土壤水分的变化对梭梭生长的影响。生长优势区梭梭12:00～16:00之间消耗水分值为10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1之间，一直处于增长状态，同时梭梭呼吸速率达到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之间，耗水与呼吸率成正比有利于梭梭生长。疏林区梭梭10:00～16:00之间消耗水分值为8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之间，呼吸速率同时间达到一天的最小值，在373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1之间，梭梭在长时间大量消耗水分中使梭梭枯萎。退化区梭梭林12:00～18:00之间消耗水分处于波动期，而呼吸速率在12:00～18:00之间达到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之间，消耗水分与呼吸速率形成很大反差，对梭梭生长不利，加剧了退化。

土壤呼吸；梭梭林；碳通量；呼吸速率；退化

一、土壤水分变化与梭梭生长的关系

经过现场测量，梭梭林退化区主要分布在荒漠地和盐碱地，梭梭生长中等区主要是27-31cm以下的湿润土，水分多，生长优势区土壤主要是25-30cm以下的湿润土，团粒结构，水分多。土壤水分变化与梭梭生长的关系具体状况如下：

表1 梭梭生长土壤水分状况

类型名称高度特征荒漠地和盐1-5cm干土质松软含沙粒多无水分碱地6-21cm干湿水分较少22-35m以下湿润土水分多疏梭梭林1-8cm腐殖质层土质松软水分极少9-26cm干土质硬度较大水分少27-31cm以下湿润土水分多梭梭密林1-8cm表层土壤干燥龟裂水分极少9-24cm土质松软含沙粒多有水分25-30cm以下湿润土团粒结构水分多

二、土壤呼吸变化与梭梭生长的关系

甘家湖梭梭林自然保护区,不同点浅层土壤湿度状况如图表(1), 浅层土壤湿度影响梭梭林的生长,梭梭生长优势区不同层次的湿度表明水分含量多,荒漠地和盐碱地湿度主要集中在下层。梭梭林地土壤湿度介于0.9%～2.0%之间时，梭梭单株样树日耗水量随着林地土壤湿度的降低而升高，梭梭单株样树日耗水量与土壤湿度呈现线性函数关系。[1]

通过LI-8100土壤碳通量测定仪对甘家湖保护区不同土地利用方式土壤呼吸进行测定与分析.结果表明,不同地区土地土壤温度变化趋势较为一致, 不同地区呼吸速率最大值出现的时间不同;不同地区的土壤呼吸速率的日变化幅度较小,[2]但不同梭梭生长区域土壤呼吸速率差异显著(P<0.05)。

呼吸速率在12:00～16:00之间达到一天的最大值371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1,梭梭密林区(梭梭生长优势区)14:00和16:00达到最小值372.20 mg.m-2s-1梭梭生长优势区土壤呼吸速率昼变化趋势大致呈双峰变化，见图(1)。

图(1)

梭梭密林区(梭梭生长优势区)早晨8:00到10:00土壤水分含量最少8.40 g.m-2s-1，12:00～16:00之间消耗水分值为10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，一直处于增长状态，20:00达到一天中最大值11.98 g.m-2s-1是一天中的最高峰值，见图(2)。

图(2)

梭梭扎根于土壤中,从土壤中吸收水分，将水分从土壤中携带到1～3米高梭梭树的树叶，梭梭的叶片在阳光下利用二氧化碳和水合成碳水化合物，是有机物的合成作用，也是光能转变为化学能贮藏在碳水化合物的过程。把这种光合作用的产物供给梭梭生长发育繁衍种群，而水分的输送不易也最直接地影响梭梭的生长。在梭梭树木顶端的叶片有严重的抽水症状，同时，加上12:00～16:00之间梭梭呼吸作用减弱，消耗水分最大，梭梭因蒸腾失水，使梭梭退化。

土壤呼吸随着不同季节土壤温度的变化相异,8月最高,11月受低温限制,呼吸作用微弱，同时，土壤水分与土壤呼吸呈负相关，相关显著性双侧检验为-0.47，土壤含水量(0～10cm)分别与表层土壤CO2 通量呈负相关关系，[3]引起梭梭不能正常生长。在粘土沙障固定沙丘和丘间低地退化梭梭林地，由于粘土沙障和生物等因素的共同作用在表面形成3～7cm 厚的物理粘土结皮层 , 限制了雨水的下渗[4],导致土壤含水率低于梭梭的土壤凋萎含水量(0.821%),使梭梭脱水枯萎死亡。

土壤碳通量疏梭梭林呼吸速率在10:00～16:00之间达到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1, 疏梭梭林8:00和18:00达到最大值391.39 mg.m-2s-1和357.75 mg.m-2s-1见图(3)。

图(3)

土壤碳通量10:00～16:00之间长时间处于高峰期使土壤通气不良，造成土壤缺氧，二氧化碳浓度过高，短期内可使细胞呼吸减弱，影响根压继而阻碍吸水；时间较长，就形成无氧呼吸，产生和积累较多的酒精，根系中毒受伤，吸水更少反而表现出缺水现象，也是因为土壤空气不足影响吸水造成梭梭退化。

疏梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1一直处于增长状态，10:00～16:00之间消耗水分值为8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1，梭梭长时间大量消耗水分，容易使梭梭枯萎。消耗水分12:00达到一天中最大值9.06 g.m-2s-1是一天最高峰值，此时加上太阳辐射增强不利于梭梭生长,见图(4)。

图(4)

土壤碳通量在荒漠地和盐碱地周围梭梭林区(梭梭生长退化区)

土壤二氧化碳通量(该生态系统单位时间单位面积上的碳循环总量)呼吸速率在12:00～18:00之间达到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1, 荒漠地和盐碱地周围梭梭林8:00和10:00达到最大值382.96 mg.m-2s-1和388.18 mg.m-2s-1见图(5)。

图(5)

荒漠地和盐碱地周围梭梭林早晨8:00到10:00土壤水分含量最少在5.87 g.m-2s-1～8.39 g.m-2s-1之间，一直处于下降状态，16:00～18:00之间消耗水分值为7.31 g.m-2s-1～7.12 g.m-2s-1达到一天中最大值，12:00是一天上午最高峰值6.49g.m-2s-1。而水分需求最大时刻在12:00和15:00，二氧化碳土壤含量中午减少，由于梭梭植物呼吸作用耗费能量，见图(6)。

图(6)

土壤溶液所含盐分的高低，直接影响其水势的大小。根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须低于土壤溶液的水势。在一般情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系吸水；盐碱土则相反，土壤水分中的盐分浓度高，水势很低，梭梭吸水困难。梭梭有较大的蒸腾耗水量，干旱的环境条件和较为充足的水分供应是梭梭耗水量大的主要原因。[5]特别是沙质土，根系吸水困难，产生“烧苗”现象。

三、结论

甘家湖梭梭林自然保护区土壤水分变化与土壤呼吸对梭梭生长有密切的关系，梭梭单株样树日耗水量与土壤湿度呈现线性函数关系。梭梭生长优势区土壤呼吸速率昼变化趋势大致呈双峰变化，12:00～16:00之间消耗水分值为10.55 g.m-2s-1～11.57 g.m-2s-1，处于增长状态，梭梭呼吸速率在12:00～16:00之间达到一天的最大值，在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之间。疏林区梭梭10:00～16:00之间消耗水分值为8.39 g.m-2s-1～8.98 g.m-2s-1之间，梭梭在长时间大量消耗水分中使梭梭枯萎。土壤碳通量呼吸速率在10:00～16:00之间达到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1,土壤碳通量长时间处于高峰期使土壤通气不良，造成土壤缺氧，二氧化碳浓度过高，影响梭梭根压继而阻碍梭梭根部吸水，造成梭梭缺水枯萎死亡。退化区梭梭林12:00～18:00之间消耗水分处于波动期，12:00～14:00之间处于下降期值为,6.5 g.m-2s-1～5.38 g.m-2s-1之间；14:00～16:00之间处于上升期值为5.38 g.m-2s-1～7.38 g.m-2s-1之间；16:00～18:00之间又处于下降期值为7.38 g.m-2s-1～7.13 g.m-2s-1之间。而呼吸速率在12:00～18:00之间达到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之间，成逐渐减少的趋势，梭梭消耗水分与呼吸速率形成很大的差别对梭梭生长不利，造成大片梭梭退化。

[1] 常学向，赵文智.荒漠区固沙植物梭梭耗水特征[J].生态学报，2007(05)：27-5.

[2] 杨智杰，陈光水.中亚热带山区不同土地利用方式土壤呼吸的日动态变化[J].亚热带资源与环境学报,2009(02).

[3] 刘源月，江洪.亚热带典型森林生态系统土壤呼吸[J].西南交通大学学报，2009(04).

[4] 马全林，王继和.固沙树种梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征[J].西北植物学报，2003(12)：2120-2126.

[5] 许浩，张希明.塔克拉玛干沙漠腹地梭梭蒸腾耗水规律[J].生态学报,2008(28)：8.

2015-10-21

李引湣(1984-)，男，讲师，硕士研究生。研究方向：干旱区生态。