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        土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

        2016-12-05 07:20:50李引湣
        關(guān)鍵詞:梭梭林梭梭土壤濕度

        李引湣

        (和田師范??茖W(xué)校綜治辦,新疆 和田 848000)

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        土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長的影響

        李引湣

        (和田師范專科學(xué)校綜治辦,新疆 和田 848000)

        位于古爾班通古特大沙漠西南緣的國家級梭梭林甘家湖自然保護(hù)區(qū),屬于森林與沙漠過渡地帶,起廊道作用的同時,也對防風(fēng)固沙起著非常重要的作用。本文主要的目的是對甘家湖地區(qū)梭梭植被恢復(fù)研究提供科學(xué)的理論依據(jù),通過野外觀察和實(shí)驗(yàn)的方法,對比分析生長優(yōu)勢區(qū)梭梭、生長疏林區(qū)梭梭和退化區(qū)梭梭的呼吸率以及相應(yīng)根部土壤水分的變化對梭梭生長的影響。生長優(yōu)勢區(qū)梭梭12:00~16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1~11.57 g.m-2s-1之間,一直處于增長狀態(tài),同時梭梭呼吸速率達(dá)到一天的最大值,在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間,耗水與呼吸率成正比有利于梭梭生長。疏林區(qū)梭梭10:00~16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1~8.98 g.m-2s-1之間,呼吸速率同時間達(dá)到一天的最小值,在373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1之間,梭梭在長時間大量消耗水分中使梭梭枯萎。退化區(qū)梭梭林12:00~18:00之間消耗水分處于波動期,而呼吸速率在12:00~18:00之間達(dá)到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間,消耗水分與呼吸速率形成很大反差,對梭梭生長不利,加劇了退化。

        土壤呼吸;梭梭林;碳通量;呼吸速率;退化

        一、土壤水分變化與梭梭生長的關(guān)系

        經(jīng)過現(xiàn)場測量,梭梭林退化區(qū)主要分布在荒漠地和鹽堿地,梭梭生長中等區(qū)主要是27-31cm以下的濕潤土,水分多,生長優(yōu)勢區(qū)土壤主要是25-30cm以下的濕潤土,團(tuán)粒結(jié)構(gòu),水分多。土壤水分變化與梭梭生長的關(guān)系具體狀況如下:

        表1 梭梭生長土壤水分狀況

        類型名稱高度特征荒漠地和鹽1-5cm干土質(zhì)松軟含沙粒多無水分堿地6-21cm干濕水分較少22-35m以下濕潤土水分多疏梭梭林1-8cm腐殖質(zhì)層土質(zhì)松軟水分極少9-26cm干土質(zhì)硬度較大水分少27-31cm以下濕潤土水分多梭梭密林1-8cm表層土壤干燥龜裂水分極少9-24cm土質(zhì)松軟含沙粒多有水分25-30cm以下濕潤土團(tuán)粒結(jié)構(gòu)水分多

        二、土壤呼吸變化與梭梭生長的關(guān)系

        甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū),不同點(diǎn)淺層土壤濕度狀況如圖表(1), 淺層土壤濕度影響梭梭林的生長,梭梭生長優(yōu)勢區(qū)不同層次的濕度表明水分含量多,荒漠地和鹽堿地濕度主要集中在下層。梭梭林地土壤濕度介于0.9%~2.0%之間時,梭梭單株樣樹日耗水量隨著林地土壤濕度的降低而升高,梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現(xiàn)線性函數(shù)關(guān)系。[1]

        通過LI-8100土壤碳通量測定儀對甘家湖保護(hù)區(qū)不同土地利用方式土壤呼吸進(jìn)行測定與分析.結(jié)果表明,不同地區(qū)土地土壤溫度變化趨勢較為一致, 不同地區(qū)呼吸速率最大值出現(xiàn)的時間不同;不同地區(qū)的土壤呼吸速率的日變化幅度較小,[2]但不同梭梭生長區(qū)域土壤呼吸速率差異顯著(P<0.05)。

        呼吸速率在12:00~16:00之間達(dá)到一天的最大值371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1,梭梭密林區(qū)(梭梭生長優(yōu)勢區(qū))14:00和16:00達(dá)到最小值372.20 mg.m-2s-1梭梭生長優(yōu)勢區(qū)土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化,見圖(1)。

        圖(1)

        梭梭密林區(qū)(梭梭生長優(yōu)勢區(qū))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之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1~11.57 g.m-2s-1,一直處于增長狀態(tài),20:00達(dá)到一天中最大值11.98 g.m-2s-1是一天中的最高峰值,見圖(2)。

        圖(2)

        梭梭扎根于土壤中,從土壤中吸收水分,將水分從土壤中攜帶到1~3米高梭梭樹的樹葉,梭梭的葉片在陽光下利用二氧化碳和水合成碳水化合物,是有機(jī)物的合成作用,也是光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能貯藏在碳水化合物的過程。把這種光合作用的產(chǎn)物供給梭梭生長發(fā)育繁衍種群,而水分的輸送不易也最直接地影響梭梭的生長。在梭梭樹木頂端的葉片有嚴(yán)重的抽水癥狀,同時,加上12:00~16:00之間梭梭呼吸作用減弱,消耗水分最大,梭梭因蒸騰失水,使梭梭退化。

        土壤呼吸隨著不同季節(jié)土壤溫度的變化相異,8月最高,11月受低溫限制,呼吸作用微弱,同時,土壤水分與土壤呼吸呈負(fù)相關(guān),相關(guān)顯著性雙側(cè)檢驗(yàn)為-0.47,土壤含水量(0~10cm)分別與表層土壤CO2 通量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,[3]引起梭梭不能正常生長。在粘土沙障固定沙丘和丘間低地退化梭梭林地,由于粘土沙障和生物等因素的共同作用在表面形成3~7cm 厚的物理粘土結(jié)皮層 , 限制了雨水的下滲[4],導(dǎo)致土壤含水率低于梭梭的土壤凋萎含水量(0.821%),使梭梭脫水枯萎死亡。

        土壤碳通量疏梭梭林呼吸速率在10:00~16:00之間達(dá)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達(dá)到最大值391.39 mg.m-2s-1和357.75 mg.m-2s-1見圖(3)。

        圖(3)

        土壤碳通量10:00~16:00之間長時間處于高峰期使土壤通氣不良,造成土壤缺氧,二氧化碳濃度過高,短期內(nèi)可使細(xì)胞呼吸減弱,影響根壓繼而阻礙吸水;時間較長,就形成無氧呼吸,產(chǎn)生和積累較多的酒精,根系中毒受傷,吸水更少反而表現(xiàn)出缺水現(xiàn)象,也是因?yàn)橥寥揽諝獠蛔阌绊懳斐伤笏笸嘶?/p>

        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-1一直處于增長狀態(tài),10:00~16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1~8.98 g.m-2s-1,梭梭長時間大量消耗水分,容易使梭梭枯萎。消耗水分12:00達(dá)到一天中最大值9.06 g.m-2s-1是一天最高峰值,此時加上太陽輻射增強(qiáng)不利于梭梭生長,見圖(4)。

        圖(4)

        土壤碳通量在荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林區(qū)(梭梭生長退化區(qū))

        土壤二氧化碳通量(該生態(tài)系統(tǒng)單位時間單位面積上的碳循環(huán)總量)呼吸速率在12:00~18:00之間達(dá)到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1, 荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林8:00和10:00達(dá)到最大值382.96 mg.m-2s-1和388.18 mg.m-2s-1見圖(5)。

        圖(5)

        荒漠地和鹽堿地周圍梭梭林早晨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之間,一直處于下降狀態(tài),16:00~18:00之間消耗水分值為7.31 g.m-2s-1~7.12 g.m-2s-1達(dá)到一天中最大值,12:00是一天上午最高峰值6.49g.m-2s-1。而水分需求最大時刻在12:00和15:00,二氧化碳土壤含量中午減少,由于梭梭植物呼吸作用耗費(fèi)能量,見圖(6)。

        圖(6)

        土壤溶液所含鹽分的高低,直接影響其水勢的大小。根系要從土壤中吸水,根部細(xì)胞的水勢必須低于土壤溶液的水勢。在一般情況下,土壤溶液濃度較低,水勢較高,根系吸水;鹽堿土則相反,土壤水分中的鹽分濃度高,水勢很低,梭梭吸水困難。梭梭有較大的蒸騰耗水量,干旱的環(huán)境條件和較為充足的水分供應(yīng)是梭梭耗水量大的主要原因。[5]特別是沙質(zhì)土,根系吸水困難,產(chǎn)生“燒苗”現(xiàn)象。

        三、結(jié)論

        甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū)土壤水分變化與土壤呼吸對梭梭生長有密切的關(guān)系,梭梭單株樣樹日耗水量與土壤濕度呈現(xiàn)線性函數(shù)關(guān)系。梭梭生長優(yōu)勢區(qū)土壤呼吸速率晝變化趨勢大致呈雙峰變化,12:00~16:00之間消耗水分值為10.55 g.m-2s-1~11.57 g.m-2s-1,處于增長狀態(tài),梭梭呼吸速率在12:00~16:00之間達(dá)到一天的最大值,在371.92 mg.m-2s-1和367.52 mg.m-2s-1之間。疏林區(qū)梭梭10:00~16:00之間消耗水分值為8.39 g.m-2s-1~8.98 g.m-2s-1之間,梭梭在長時間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之間達(dá)到一天的最小值373.68 mg.m-2s-1和370.91 mg.m-2s-1,土壤碳通量長時間處于高峰期使土壤通氣不良,造成土壤缺氧,二氧化碳濃度過高,影響梭梭根壓繼而阻礙梭梭根部吸水,造成梭梭缺水枯萎死亡。退化區(qū)梭梭林12:00~18:00之間消耗水分處于波動期,12:00~14:00之間處于下降期值為,6.5 g.m-2s-1~5.38 g.m-2s-1之間;14:00~16:00之間處于上升期值為5.38 g.m-2s-1~7.38 g.m-2s-1之間;16:00~18:00之間又處于下降期值為7.38 g.m-2s-1~7.13 g.m-2s-1之間。而呼吸速率在12:00~18:00之間達(dá)到一天的最小值370.37 mg.m-2s-1和367.46 mg.m-2s-1之間,成逐漸減少的趨勢,梭梭消耗水分與呼吸速率形成很大的差別對梭梭生長不利,造成大片梭梭退化。

        [1] 常學(xué)向,趙文智.荒漠區(qū)固沙植物梭梭耗水特征[J].生態(tài)學(xué)報,2007(05):27-5.

        [2] 楊智杰,陳光水.中亞熱帶山區(qū)不同土地利用方式土壤呼吸的日動態(tài)變化[J].亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報,2009(02).

        [3] 劉源月,江洪.亞熱帶典型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2009(04).

        [4] 馬全林,王繼和.固沙樹種梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征[J].西北植物學(xué)報,2003(12):2120-2126.

        [5] 許浩,張希明.塔克拉瑪干沙漠腹地梭梭蒸騰耗水規(guī)律[J].生態(tài)學(xué)報,2008(28):8.

        2015-10-21

        李引湣(1984-),男,講師,碩士研究生。研究方向:干旱區(qū)生態(tài)。

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