馬樹彪，許永利，馬文喜

(1.內(nèi)蒙古錫盟烏拉蓋水庫管理局，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

干旱是世界農(nóng)業(yè)所面臨的最嚴重問題之一，據(jù)統(tǒng)計，世界干旱半干旱地區(qū)占陸地面積的1/3，我國干旱半干旱地區(qū)約占國土面積的50%。特別是我國的廣大北方草原地區(qū)[1-3]，由于氣候、地理和社會因素的綜合影響，降水稀少而且季節(jié)分配不均，植被稀少，蒸散強烈，水分是制約當?shù)匕l(fā)展的關鍵因子[4]?；哪菰幱谖覈珊蛋敫珊祬^(qū)，該區(qū)地表植被是土壤水分限制型生態(tài)系統(tǒng)，由于干旱長期作用，地表植被退化愈加嚴重，因此迫切需要對荒漠草原植被保水抗旱技術進行研究，防止植被退化、草原沙漠化。

目前草地上的抗旱保水研究主要集中在生態(tài)學的研究領域中進行，很多學者研究了植物自身的抗旱生理特性，在水分脅迫作用下的自身滲透調(diào)節(jié)、水分利用效率、蒸騰速率等，基本理論成果很多，但是由于植物自身蒸騰難以控制、土壤水分蒸發(fā)速度快，都沒有真正解決草地植被的節(jié)水抗旱。針對植物保水抗旱技術，許多學者在農(nóng)田應用了保水劑，效果良好；還有應用PAM作為土壤結構改良劑或穩(wěn)定劑，可以增加土壤表層顆粒間的凝聚力，維持良好的土壤結構，防止土壤結皮，增加土壤入滲率[5-6]等。筆者于2011年開展了荒漠草原保水劑應用技術研究，通過野外小區(qū)試驗，研究了采取不同形式施加保水劑后荒漠草原土壤的持水、保水性能以及植物群落的生物學特征，為增加荒漠草原地區(qū)土壤蓄水能力、提高植被水分利用效率提供了新的理論依據(jù)與技術支撐。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于水利部草地水土保持生態(tài)試驗研究中心試驗基地內(nèi)，該試驗基地屬于希拉穆仁荒漠草原，地理位置111°20′～111°23′ E，41°12′～42°03′ N，平均海拔高度1 602 m。試驗區(qū)氣候?qū)僦袦貛О敫珊荡箨懶约撅L氣候，年平均降水量284 mm，蒸發(fā)量2 305 mm，降雨主要集中在7、8、9月份；草群結構簡單，以克氏針茅(Stipakrylovii)、羊草(Aneurolepidiumchinense)為主，地帶性土壤為沙質(zhì)粟鈣土，質(zhì)地粗糙，土壤平均厚度28 cm。地下水埋藏較深，故地下水補給可忽略。

2 試驗設計與方法

2.1試驗小區(qū)設計試驗小區(qū)設在草地坡面中部，自然坡度3.0°～3.8°，坡向坐北朝南，坡面地勢比較平整。試驗區(qū)植被以克氏針茅、冷蒿(Artemisiafrigida)為主，長勢均一，植被蓋度28%，有效土層平均厚度40 cm，土壤容重1.56 g/cm3，土壤有機質(zhì)平均含量為2.62%。試驗小區(qū)垂直等高線呈“一”字型排列，每小區(qū)面積5 m×5 m，小區(qū)之間隔帶寬2.5 m，每種措施采取3個重復，對照區(qū)1處，共計建立10個試驗小區(qū)。

2.2材料與方法試驗所用保水劑為AQUASORB系列(法國產(chǎn))，型號MP3005KB，成分為鉀-聚丙烯酸脂-聚丙烯酞服共聚體，規(guī)格0.3～0.8 mm，吸水倍率200～400倍，白色顆粒狀固體，吸水膨大后呈無色凝膠狀。稱取一定質(zhì)量保水劑后和對應質(zhì)量的干土攪拌均勻后，采用不同方式施加在試驗小區(qū)內(nèi)，以不作任何處理作為對照(CK)。試驗施加保水劑采取3種方式，分別為條撒、面撒覆土、打孔。條撒：將保水劑與干土混合后，人工播撒在壟溝里，壟溝垂直坡面方向，壟溝深5～8 cm，壟距10 cm，保水劑用量10 g/m2；面撒覆土：在試驗小區(qū)地表上面撒拌和后的保水劑，然后再均勻鋪設一薄層沙土，保水劑用量10 g/m2；打孔：在試驗小區(qū)內(nèi)打地孔，孔直徑為2.2 cm，孔深10 cm，然后在孔內(nèi)施加保水劑后灌滿沙土，保水劑用量10 g/m2。

2.3指標測定實施保水劑后，在試驗小區(qū)內(nèi)監(jiān)測土壤含水量及植被狀況，監(jiān)測如下指標。土壤含水量：小區(qū)中心安置時域反射儀(Time Domain Refletrometry，TDR)分層(10 cm一層)對土壤水分進行定位觀測。植被調(diào)查：于植物生長旺季做1 m×1 m樣方記錄植被蓋度、建群種高度、物種組成及多度、各物種地上生物量干重，并計算各物種的重要值=(相對重量+相對多度+相對蓋度)/3[7-8]。

3 結果與分析

3.1保水劑對土壤水分的影響由于研究區(qū)域土壤有效厚度最大僅有45 cm，絕大部分地區(qū)土壤厚度在25～30 cm，因此土壤水分觀測土層深度限于0～30 cm即可。表1給出了希拉穆仁荒漠草原植物生長期施加保水劑后不同深度土層土壤含水量。

表1 生長期不同深度土壤含水量

由表1可以看出，施加保水劑改變了土壤的含水量，在植被整個生長期內(nèi)，土層的含水量基本高于對照；在條撒、打孔和面撒覆土3種方式中，0～10 cm土層條撒方式保水效果明顯；10～20 cm土層打孔和面撒覆土方式保水效果顯著；4、5月份由于降雨偏少，在無灌溉條件下，保水劑不能發(fā)揮保水效果；6月份開始有降雨，施加保水劑后土壤水分平均高出對照23%，此期正值該區(qū)旱季，降雨次數(shù)少，蒸發(fā)量大，土壤水分重度虧缺，而保水劑處理有效維持了土壤水分、減緩蒸發(fā)，從而在一定程度上緩解了植物生長中出現(xiàn)的水分供需矛盾；7～9月，施加保水劑的土壤含水率仍然平均高出對照8.2%，但增高幅度較前期小，主要由于降雨次數(shù)增多，土壤水分含量高，保水劑保水效果對比性不明顯。

3.2保水劑對植物生長的影響土壤水分是植物生長發(fā)育的重要限制因素，水分含量及其空間分布直接影響草場的恢復過程，施加保水劑后，由于其保水作用，植被生長狀況發(fā)生變化，在8月中下旬進行了植被樣方調(diào)查，結果見表2。

表2 各樣地群落數(shù)量特征(平均值±95%置信區(qū)間)

由表2可以看出，荒漠草原施加保水劑改善了草群結構，增加了草群蓋度、高度和生物量。施加保水劑后植被高度較對照平均增加了9.5 cm，種類數(shù)平均增加了1.2個，蓋度平均增加了9.3%，群落生物量平均增加了65.9 g/m2。

4 結論

荒漠草原生長期內(nèi)，施加保水劑明顯提高了0～20 cm層土壤的含水率，在條撒、面撒覆土和打孔3種方式中，打孔及面撒覆土方式保水效果最為顯著。10～30層土壤含水量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)規(guī)律，不同方式施加保水劑對深層土壤水分沒有顯著影響。

荒漠草原施加保水劑改善了草群結構，增加了草群蓋度、高度和生物量。3種不同方式保水劑處理均不同程度改善了植物生長狀況，其中施加保水劑后覆土處理改善效果最為明顯。

[1] 周廣勝.中國東北樣帶(NECT)與全球變化-干旱化、人類活動和生態(tài)系統(tǒng)[M].北京：氣象出版社，2002：3-6.

[2] 宋松泉，王彥榮.植物對干旱脅迫的分子反應[J].應用生態(tài)學報，2002，13(8)：1037-1044.

[3] 張強，趙雪，趙哈林.中國沙區(qū)草地[M].北京：氣象出版社，1998：1-7.

[4] 馬治華，劉桂香，李景平，等.內(nèi)蒙古荒漠草原生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價[J].中國草地學報，2007，29(6)：17-21.

[5] 馮浩，吳淑芳，吳普特.高分子聚合物對土壤物理及坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的影響[J].中國水土保持科學，2006，4(1)：15-19.

[6] AL-HUMAID A I.Effects of hydrophilic polymer on the survival of buttonwood(Conocarpuserectus)seedlings grown under drought stress[J].European Journal of Horticultural Science，2005，70(6)：283-288.

[7] 黃占斌，萬會娥，鄧西平，等.保水劑在改良土壤和作物抗旱節(jié)水中的效應[J].水土保持學報，1999，5(4)：52-55.

[8] 黃占斌，朱書全，張鈴春，等.保水劑在農(nóng)業(yè)改土節(jié)水中的效應研究[J].水土保持研究，2004，11(3)：57-60.