近自然恢復(fù)狀態(tài)下荒漠草原不同群落表土粒度特征分析

近自然恢復(fù)狀態(tài)下荒漠草原不同群落表土粒度特征分析

內(nèi)蒙古西拉木仁牧場是中國北方重要的草地生態(tài)系統(tǒng)，在氣候調(diào)節(jié)、水土保護(hù)和荒漠化防治等生態(tài)功能中發(fā)揮著特殊的生態(tài)作用。在整個歐亞大陸的農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展中，也發(fā)揮著重要作用。地上植被與地下土壤存在密切的關(guān)系基于此，本文以內(nèi)蒙古陰山北麓中部的希拉穆仁荒漠草原圍封16年的蒙古韭（Alliummongolicum）、銀灰旋花（Convoloulusammannii）、克氏針茅（Stipakrylovii）、羊草（Leymuschimensis）、洽草（Koeleriaglauca）、短花針茅（Stipabrevii))6種類型群落表層土壤為研究對象，通過對不同類型群落地表0～2cm土壤粒度參數(shù)的測定，分析退化草原在圍封后恢復(fù)到近自然狀態(tài)下不同群落植被蓋度的土壤風(fēng)蝕粗?；町惣疤卣?，并對地表土壤易受風(fēng)蝕顆粒分布頻率范圍進(jìn)行判別，為該地區(qū)草原利用地表粗化程度進(jìn)行評估和植被群落穩(wěn)定、制定合理圍封等退化防治策略提供依據(jù)。1材料和方法1.1仁草原氣候特點研究區(qū)位于內(nèi)蒙古高原中部地帶的南緣達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗（簡稱達(dá)茂旗）南部希拉穆仁草原（111°13′39″E,41°21′1″N），該區(qū)域?qū)俚蜕角鹆觐愋停匦蔚途徠鸱?，平均海拔高?600m。中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量為279.40mm，主要集中在7—9月；全年多風(fēng)，年均風(fēng)速4.50m·s1.2樣品環(huán)境和樣品采集試驗于2018年8月中旬在希拉穆仁荒漠草原水利部水土保持試驗中心圍封區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。為了研究圍封區(qū)內(nèi)不同群落草地在自然風(fēng)蝕狀態(tài)下的特征1.3顆粒直徑的測定土壤樣品烘干處理后利用土壤篩去除直徑大于3.50mm的粗物質(zhì)顆粒和植物根系，稱取5.00g置于燒杯中，加入45.00mL蒸餾水充分浸沒樣品，滴入1～2滴濃度為30%H首先通過Udden～Wenworth粒級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分粒級，之后轉(zhuǎn)換為利于計算的Ф值式中：d為以mm計算的顆粒直徑。粒度參數(shù)采用Foil-Ward的圖解法平均粒徑：標(biāo)準(zhǔn)偏差：偏度：平均粒徑d1.4土壤粒度累積頻率土壤粒度累積頻率分布間平均距離D與土壤粒度累積頻率曲線共同反映不同群落類型間土壤質(zhì)地的顆粒差異及變化分布情況，判別研究區(qū)地表顆粒向粗?；较虬l(fā)展?fàn)顩r土壤粒度累積體積頻率分布平均距離：式中：p為某一樣地土壤粒度累積頻率；為6個樣地土壤累積頻率平均值；K-1為自由度，2結(jié)果與分析2.1極細(xì)砂及粉粒百分含量由表2可知，蒙古韭、銀灰旋花、克氏針茅、羊草、洽草、短花針茅6種類型群落土壤粒度組成中均以砂粒和粉粒為主，砂粒平均體積百分含量分別為70.63%,63.94%,37.29%,75.97%,42.72%,41.75%；其中，克氏針茅地表極細(xì)砂平均含量顯著高于他5種群落（P<0.05）。粉粒平均百分含量除蒙古韭、銀灰旋花、羊草群落間基本無差異（P>0.05），其他3種群落粉粒百分含量均在50%以上，克氏針茅群落粉粒平均百分含量最高，為62.65%，短花針茅次之，為55.67%，顯著高于其他4種群落（P<0.05）。蒙古韭、羊草黏粒平均百分含量為0，其余4種群落表層土壤黏粒平均含量均未超過1%，彼此間差異顯著（P<0.05）?？耸厢樏┤郝浔韺拥[石含量為0，其余5種群落表層土壤礫石平均百分含量均顯著升高（P<0.05），但彼此間無差異(P>0.05）。2.2不同群落表土粒度組成由表3可知，6種群落表土粒度參數(shù)平均粒徑由大至小依次表現(xiàn)為羊草>蒙古韭>銀灰旋花>洽草>短花針茅>克氏針茅。標(biāo)準(zhǔn)偏差由大至小依次表現(xiàn)為洽草>短花針茅>羊草>蒙古韭>銀灰旋花>克氏針茅，即克氏針茅群落土壤分選性相比其他群落較差。偏度等級依次表現(xiàn)為正偏、近于對稱、負(fù)偏、近于對稱、極正偏、正偏，其中銀灰旋花、羊草群落表土頻率曲線形態(tài)對稱，其他4種群落表土頻率曲線形態(tài)不對稱，克氏針茅群落波峰偏向細(xì)顆粒一側(cè)，結(jié)合表2不同群落類型表土粒度組成分布情況，克氏針茅群落表土均以粉粒和砂粒中極細(xì)砂含量為主，細(xì)砂含量所占比例較少，且無中砂、粗砂、極粗砂、礫石存在，顆粒分布不對稱。蒙古韭、短花針茅、洽草群落波峰均表現(xiàn)為偏向較粗粒一側(cè)，顆粒以粗組分為主，其中洽草群落表土機(jī)械組成較蒙古韭、短花針茅群落較粗，土壤機(jī)械組成以砂粒為主，其中粗粒含量相對細(xì)砂、中砂含量較多，顆粒分布不對稱，整體偏向粗顆粒一側(cè)，粗化作用明顯。銀灰旋花、羊草群落在恢復(fù)過程中，表層土壤中細(xì)粒物質(zhì)含量均比其他群落高，粗顆粒含量較少，進(jìn)一步說明土壤顆粒組成狀況較復(fù)雜且表現(xiàn)出向均勻化的方向發(fā)展。蒙古韭、銀灰旋花、克氏針茅、羊草、洽草、短花針茅6種群落峰態(tài)分屬中等、中等、中等、寬平、寬平、尖窄，短花針茅群落土壤顆粒分布較集中，蒙古韭、銀灰旋花、克氏針茅3種群落土壤顆粒分布較羊草、洽草群落集中，結(jié)合表2不同群落表土粒度組成分布情況，克氏針茅群落粉粒為優(yōu)勢顆粒這與其負(fù)偏一致，表明顆粒組成向細(xì)粒物質(zhì)集中，而蒙古韭、銀灰旋花群落表現(xiàn)為向粗顆粒集中，砂粒含量比例較高，其偏度也表現(xiàn)為正偏與近于對稱。羊草、洽草群落表土峰態(tài)均表現(xiàn)為寬平，所占百分含量相對無占優(yōu)勢的顆粒，分布較復(fù)雜，與其偏度相對應(yīng)。2.3克氏針茅群落表土顆粒組成由圖1可以看出，6種不同群落間顆粒分布存在明顯差異?？耸厢樏┤郝洳ǚ遄顬槊黠@，呈單峰分布，其波峰出現(xiàn)在67μm附近。其他5種群落均表現(xiàn)為雙峰或多峰分布，其中洽草、短花針茅群落波峰較為靠前，出現(xiàn)在20～40μm附近，說明其表土顆粒主要為粉粒為主；而銀灰旋花、蒙古韭、羊草群落波峰出現(xiàn)在50～70μm附近，砂粒中細(xì)砂物質(zhì)含量較其他群落較低，且波峰高度隨地表粗粒的增大而降低。圖2表示不同群落表土粒度累積頻率分布情況，一般曲線越陡峻，顆粒分布越均勻。分析各類型群落表層土壤的分布均勻程度發(fā)現(xiàn)，克氏針茅群落表土顆粒組成以細(xì)粒物質(zhì)含量較多。短花針茅、洽草群落介于蒙古韭、銀灰旋花、羊草群落之間，其中，洽草群落表土粒度累計分布曲線開始時變化較陡峻，但約在163μm后逐漸變緩慢，短花針茅群落表土累計分布曲線開始時變化較陡峻，但約在105μm后開始變緩慢。6種群落均在100～300μm范圍內(nèi)斜率最大，說明各群落表土顆粒粒徑大部分集中在100～300μm。2.4異質(zhì)群落類型，顆?；鄳B(tài)度，群落間相互作用蒙古韭、銀灰旋花、克氏針茅、羊草、洽草、短花針茅6種群落間距離很近，各群落表層土壤顆粒頻率分布曲線（圖1）表現(xiàn)出不同程度的差異，其波峰、波谷的出現(xiàn)呈現(xiàn)出趨勢相同的一致性，在同類型群落中土壤母質(zhì)差別較小。不同群落土壤粒度累積頻率百分量反映出群落間顆粒差異變化情況，即定性描述顆粒在一定范圍內(nèi)受到風(fēng)蝕的影響。由圖2可知，各群落土壤粒度累積頻率間平均距離粒徑最大值出現(xiàn)在100～250μm區(qū)間內(nèi)，說明各群落整體顆粒粒徑在100～250μm區(qū)域間較大，因此可認(rèn)為研究區(qū)易風(fēng)蝕顆粒范圍為100～250μm。3不同類型植被土壤風(fēng)蝕顆粒頻率分布曲線希拉穆仁草原屬于荒漠草原類型，干旱少雨，土壤結(jié)構(gòu)干燥松散，地表植被覆蓋度低，易發(fā)生風(fēng)蝕現(xiàn)象土壤粒度特征與風(fēng)蝕強(qiáng)度的關(guān)系一直受到荒漠化防治學(xué)界的探討。相關(guān)研究表明，土壤風(fēng)蝕與粒度存在密切關(guān)系，董治寶等由表2可知，克氏針茅群落表層土壤黏粒、粉粒、砂粒中極細(xì)砂的平均含量均高于其他群落。砂粒中細(xì)砂含量雖有所降低，各群落間存在顯著差異（P<0.05）。隨著顆粒徑級變大，除中砂含量顯著偏低外，顆粒更粗的粗砂、極粗砂等含量均無顯著變化。進(jìn)一步對各群落表層土壤顆粒頻率分布曲線（圖2）分析可知，各類型植被土壤粒度累積頻率之間平均距離粒徑最大值出現(xiàn)在100～250μm區(qū)間內(nèi)，說明各類型草地整體差異在顆粒粒徑100～250μm之間差異較大，因此可認(rèn)為研究區(qū)易風(fēng)蝕顆粒范圍在100～250μm。各類型植被土壤粒度累積頻率之間平均距離最大值出現(xiàn)在111μm處，一般研究指明土壤顆粒在100～150μm范圍內(nèi)風(fēng)蝕顆粒運動活躍，運動方式主要以躍移為主綜合而言，蒙古韭、銀灰旋花、克氏針茅、羊草、洽草、短花針茅為優(yōu)勢種的6種群落地表土壤粗?；脑颍艿綒夂?、土壤母質(zhì)等自然因素的影響，各群落的土壤風(fēng)蝕情況雖有一定的改善，但相比之下近自然恢復(fù)狀態(tài)16年后改善半荒漠草原的土壤環(huán)境狀況還是比較緩慢的過程。因此，還需要堅持長期圍封，加強(qiáng)對脆弱生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和管理，防止該地區(qū)土壤向粗?；较虬l(fā)展。4不同群落土壤粒度組成特征希拉穆仁荒漠草原不同群落表層土壤粒度組成均以砂粒、粉粒為主，黏粒含量較低，其中粉粒含量在4