科尔沁沙地南缘不同立地土壤状况与植被生物量的关系

刘建华

(辽宁省沙地治理与利用研究所，辽宁 阜新 123000)

植被是森林生态系统的重要组成部分，科尔沁沙地南缘土壤瘠薄，养分含量低，保水保肥能力差，限制着该区林、牧业生产的发展，分析沙地植被生物量与养分、水分的关系，有助于了解沙地修复的进程及营养的积累和循环，对于该地区的生态系统结构和功能有重要意义[1]，本研究通过不同类型的沙地植被分析，为沙化土地治理提供材料积累，为今后植被研究提供参考。

1 试验区概况

试验地位于辽宁省阜新市科尔沁沙地东南边缘的彰武章古台固沙造林实验林场万亩林工区，地处42°43′—42°51′ N，121°53′—122°22′ E，海拔226.5 m。属亚湿润干旱区，干旱多风是这里的最大特点。年降水量480 mm，且多集中于6—8月，年蒸发量约为降水量的3倍，空气相对湿度60.4%。年均气温6.1 ℃，1月份平均气温-13.7 ℃，7月份平均气温24.1 ℃，极端最低气温-34.1 ℃，极端最高气温43.2 ℃，≥10 ℃积温3 000～3 300 ℃，无霜期154 d。该地区降水年度变化也很大，最大年降水量为744.8 mm，最小年降水量为262.3 mm，光照充足，日照时数为2 680～2 853 h。年均风速3.0～3.7 m·s-1，最大风速达25 m·s-1，年风速≥3 m·s-1的日数为160 d。以风沙土为主。

2 研究方法

土壤全N测定采用凯氏定氮法；土壤全P测定采用NaOH熔融-钼锑抗比色法；土壤全K采用NaOH熔融-火焰光度法[2]。

2017年在万亩林工区内，选择起源相同的半流动沙地、固定沙地、30年生樟子松林地，设置10 m×10 m的样方，在样方内选择5个点，每个点设1 m×1 m的小样方进行植被调查，并选择一块50 cm×50 cm的地块进行地上地下生物量测量[3]，对地下部分按照0～10、10～20、20～30和30～40 cm进行分层收集。土壤含水率采用烘干称重法测量。

3 结果分析

3.1 降雨与土壤含水率及植物根系生物量的关系

从图1中可以看出，土壤含水率和降雨量呈正相关关系，7月含水率小，8月增大，9月降至新低。固定沙地的含水率变化较大，在7月时较低，8月升高，9月达到最低，林地整体含水量较高，受降雨因素影响最小，其中0～40 cm土层含水率相差不大，但10～20 cm土层含水率普遍较高。

图1 不同立地土壤含水率与降雨的关系

图2不同深度土层含水率和植被生物量的关系

从图2可见，随着土层深度的增大，植被根系生物量呈下降趋势，大部分生物量都集中在0～20 cm土层当中，这个趋势随着植被的稳定程度增加而增加，半流动沙地30～40 cm土层中仍有10%～20%的生物量，固定沙地的生物量2%～7%，林地则为1%以下。

3.2 不同立地土壤养分状况

表1 不同立地土壤养分含量

从表1中可以看出三种立地中有机质含量林地较高，速氮含量半流动沙地略高，速磷、速钾含量半流动沙地略低，土壤养分含量为表层大于深层，三种立地之间养分含量综合比较差异不大，半流动沙地速氮量较大。

3.3 不同立地与植被生物量关系

不同立地的生物量见图3，固定沙地生物量最大，林地其次，最小的是半流动沙地的生物量，但是地下部分生物量最大的是林地，林地地上部分生物量小于半流动沙地。按照年内时间顺序来看，林地和固定沙地都是8月生物最大，7月次之，9月最小，半流动沙地则是7月略大于8月。

图3 不同立地植被生物量的变化

3.4 当前立地与20年前立地土壤养分对比

表2 与20年前土壤养分对比 %

2017年与20年前当地草场土壤养分对比见表2。由表2可知，全磷略有下降，全氮、全钾基本保持一致，总体上看土壤养分含量变化不大。

4 结论与讨论

3种立地中林地土壤含水率最大，固定沙地土壤含水率最小，这与地上部分生物量呈正相关。与地下部分生物量相关性有待进一步验证。

随着土层深入，养分略有降低；水分基本一致，但10～20 cm这一层次水量普遍略大；根系生物量集中在0～20 cm这一层次，随着土层加深，生物量急剧减少。可见植被生物量与土壤养分相关性不大，主要是受水分条件影响。

经过20年的利用，土壤中全磷有所降低，这意味着生产消耗了林地中的磷元素，且一直未得到有效补充，今后适当补充林地磷元素会有助于林地向好的方向演替。