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东祁连山不同退化程度高寒草甸草原土壤有机质特性及其对草地生产力的影响

高超  
【摘要】: 通过对东祁连山高寒草甸植物群落组成和结构特征的调查,划分了未退化、中度退化和重度退化3类不同退化程度的草地并选取样地,研究了土壤有机质含量在不同土层、月份及退化程度上的变化规律,以及土壤有机质各组分特征变化,土壤有机质与氮、磷养分和草地初级生产力和植物群落多样性的关系。 1.不同退化程度高寒草地植物群落特征 由于长期持续放牧干扰,高寒草地出现不同程度的退化,植物群落优势种嵩草(Kobresia spp.)、珠芽蓼(Polygonum viviparum)等逐渐被棘豆(Oxytropis spp.)、马先蒿(Pedicularis spp.)、龙胆(Gentiana spp.)等毒杂草代替,同时伴有其它毒草。草地植被总盖度和地上植物量随着草地退化程度的加重而逐渐降低,在5~11月份间重度退化草地植被总盖度分别比中度退化草地和未退化草地平均低2.05%和6.3%,地上植物量分别平均低55.33%和73.38%。 2.不同退化程度草地土壤物理性质特征 不同退化程度高寒草地的土壤理化性质依土层由上到下表现出明显的垂直变化,各土层土壤含水量从上到下依次降低(MD是先增大后减小)而容重依次升高。从未退化到重度退化草地,随放牧压力增大,土壤越紧实,土壤含水量逐渐降低,而土壤容重逐渐升高。 3.不同退化程度高寒草地土壤有机质含量及其组分特征的变化 不同退化程度高寒草地土壤有机质含量在土层、月份及退化程度等因素的影响下表现出不同的变化规律。土壤有机质含量依土层从上到下逐渐下降,并表现出显著(p0.05)或极显著(p0.01)的差异性。因月份不同,土壤有机质含量变化趋势明显,从5月到11月土壤有机质有先增加后降低的趋势,在9月份其含量达到最大值,5月份其值最低。不同退化程度草地土壤有机质含量间差异显著(p0.05)或极显著(p0.01)。随着草地退化程度的加剧和土层的加深,土壤腐殖质、胡敏酸(HA)和富里酸(FA)含量逐渐降低,与总有机碳含量呈正相关关系;胡敏酸和富里酸比值(HA/FA)变化范围从0.95至1.35,在同一深度土层中HA/FA比值为NDMDHD,ND的HA/FA比值最大可达到1.35;在土层深度上,随着土层深度的增加,各样地土壤HA/FA的比值逐渐下降,0~10cm土层的HA/FA比值最大,分别为1.35、1.17和1.14;随着草地退化程度的加重和土层的加深,胡敏酸光密度E4/E6比值逐渐减小,腐殖质向“成熟”化发展;腐殖质含氧官能团的羧基和酚羟基的含量也逐渐降低,不利于土壤有机质的腐殖质化,土壤质量下降。 4.不同退化程度高寒草地土壤有机质含量与氮、磷养分含量的关系 有机质与土壤全氮、全磷、速效磷之间存在极显著的相关关系(p0.01),与速效氮之间为显著相关(p=0.019,0.01 p0.05),其中与全磷的相关性最大,相关系数达到0.960。即土壤全氮、速效氮和全磷的含量随土壤有机质含量的增加而增加。有机质含量与全氮、速效氮、全磷和速效磷含量之间的回归方程分别为Y=31.049X-52.486 R2=0.932 ; Y=0.538X-137.422 R2=0.753 ;Y=1279.676X+50.496 R2=0.960;Y=3.231X+21.095 R2=0.802。 5.退化草地土壤有机质特性对草地生态系统净初级生产力的影响 土壤有机质的含量多少及其特征也会影响到草地群落的初级生产力。初级生产力与有机质含量以及腐殖酸总量、HA含量和HA/FA值呈极显著正相关,Pearson相关系数为0.969、0.985、0.966、0.961(p0.01),与FA含量有显著负相关关系,相关系数r值为-0.730(p0.05)。初级生产力与有机质含量、腐殖酸总量、HA含量、FA含量以及HA/FA之间的一次回归方程为:y=4.378x-591.4,R~2=0.9395;y=0.0055x+2.9577,R~2=0.9687;y=0.0043x+1.5367,R2=0.9111;y=-0.0009x+1.6239,R~2=0.5727 ;y=0.0043x+2.2742,R~2=0.9323。 6.退化草地土壤有机质对草地生态系统群落多样性的影响 退化草地的土壤有机碳含量、腐殖质含量与Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及均匀度指数之间存在显著或是较大的正相关关系,其相关系数均0.900,它们与丰富度指数的相关性较小,其中有机碳与Shannon-Wiener指数,腐殖质与Simpson指数之间相关性显著。结果还表明胡敏酸与丰富度间的关联性较大外与另外三个多样性指数的关联性很小。富里酸与四种多样性指数间都成负关联。


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