荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理變化

唐莊生，安　慧，鄧　蕾，上官周平西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊陵　72002寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏大學(xué)西部生態(tài)與生物資源開發(fā)聯(lián)合研究中心，銀川　75002

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荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理變化

唐莊生1，安慧2，*，鄧?yán)?，上官周平1
1西北農(nóng)林科技大學(xué)黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊陵712100
2寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏大學(xué)西部生態(tài)與生物資源開發(fā)聯(lián)合研究中心，銀川750021

摘要:沙漠化是草地退化最嚴(yán)重的形式之一。以空間代替時(shí)間的方法，通過對(duì)寧夏中北部荒漠草原沙漠化過程中植物群落特征和土壤物理特性的研究，探討草地植物群落與土壤物理特性對(duì)沙漠化的響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明:(1)潛在沙漠化階段草地以牛枝子、豬毛蒿、中亞白草為優(yōu)勢(shì)種，輕度沙漠化階段草地以中亞白草、苦豆子為優(yōu)勢(shì)種，中度沙漠化階段草地以狗尾草、蟲實(shí)為優(yōu)勢(shì)種，重度沙漠化階段草地以沙米、賴草、狗尾草為優(yōu)勢(shì)種，極度沙漠化階段草地以沙米為優(yōu)勢(shì)種。(2)隨著沙漠化程度的加劇草地植物群落生物量、Shannon-Wiener指數(shù)、豐富度指數(shù)、蓋度均呈降低趨勢(shì)，但輕度沙漠化階段草地植被生物量比潛在沙漠化增加了23%。(3)草地沙漠化導(dǎo)致土壤容重和土壤粗砂粒含量增加，而土壤水分，土壤細(xì)砂粒和粘粉粒含量降低。荒漠草原沙漠化導(dǎo)致了土壤環(huán)境和植被明顯退化，草地生產(chǎn)力明顯降低。

關(guān)鍵詞:荒漠草原;沙漠化;土壤水分;土壤機(jī)械組成;生物量

唐莊生，安慧，鄧?yán)?，上官周?荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理變化.生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(4):991-1000.

Tang Z S，An H，Deng L，Shang G Z P.Changes in the plant community and soil physical properties during grassland desertification of steppes.Acta Ecologica Sinica，2016，36(4):991-1000.

近年來，由于人類對(duì)草地資源的過度利用和受氣候變化的影響，造成全球大多數(shù)地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出不同方式與程度的退化［1-2］。沙漠化是草地退化的極端表現(xiàn)形式，也是土地荒漠化的主要形式之一，其發(fā)生面積、危害程度已遠(yuǎn)超出其它類型的土地退化方式［3］。我國北方沙區(qū)退化與沙漠化草地面積達(dá)4389.93萬hm2，占沙區(qū)可利用草地總面積41.15%，其中，寧夏中北部的草地退化與沙漠化較為嚴(yán)重，退化與沙漠化草地約占草地總面積的97%，沙漠化草地占可利用草地總面積的33%［4］。隨著“退耕還林還草”和“封育禁牧”等生態(tài)工程的實(shí)施，該區(qū)荒漠草原總體質(zhì)量逐漸得到改善［5-6］，但該生態(tài)系統(tǒng)具有一定脆弱性，表現(xiàn)出對(duì)人類干擾和氣候變化的反應(yīng)敏感且自身穩(wěn)定性較低。因此，在干旱生境中進(jìn)行草地植被恢復(fù)與重建成為應(yīng)對(duì)未來氣候變化的重要內(nèi)容，成為生態(tài)學(xué)、草原學(xué)與土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)，并受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

植被與土壤的相互關(guān)系是生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域［7］，關(guān)于土壤特性和植被特征已開展了大量研究工作。邱開陽［8］等對(duì)毛烏素沙地南緣沙漠化臨界區(qū)域土壤水分和植被空間格局的研究表明，土壤水分空間分布沿沙漠化臨界區(qū)域的變化規(guī)律與植物群落物種數(shù)基本一致，但與植被蓋度、密度的差別較大;Chen等［9］對(duì)毛烏素沙地東南緣植被的空間異質(zhì)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，植被蓋度和植物群落物種數(shù)都具有鑲嵌的空間結(jié)構(gòu)和多尺度的空間變異，而以小尺度的空間變異為主;Ferreira等［10］對(duì)巴西草原的研究指出，依賴于密度的植被特征的空間變異格局與土壤上層4 m的植物有效水分的空間變異性非常相似;胡相明［11］等對(duì)黃土丘陵區(qū)地形、土壤水分與草地的景觀格局的研究指出海拔對(duì)草地群落蓋度，坡位、坡向?qū)Σ莸厝郝涞奈锓N豐富度和生物多樣性有著重要影響。

上述研究分別從不同角度揭示了植被和土壤在不同生態(tài)系統(tǒng)中的相互關(guān)系，對(duì)理解不同生態(tài)學(xué)過程對(duì)土壤特性、植被結(jié)構(gòu)與功能及其影響因素具有積極作用。但是荒漠草原作為重要的生態(tài)系統(tǒng)單元，目前就荒漠草原區(qū)植被分布格局與土壤物理特性的協(xié)同關(guān)系及其變異規(guī)律亟待進(jìn)一步研究。為此，本研究以寧夏中北部鹽池縣不同沙漠化階段的草地為對(duì)象，以空間代替時(shí)間研究草地植物群落特征、土壤物理特性的變化及其相互關(guān)系，探討荒漠草原植被群落結(jié)構(gòu)，生物量及土壤特性對(duì)草地沙漠化的響應(yīng)機(jī)理。以期為干旱與半干旱地區(qū)荒漠草原的生態(tài)恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣花馬池鎮(zhèn)皖記溝村(37°49'N，107°30'E)(圖1)，海拔1411—1435 m。該區(qū)屬于中溫帶半干旱區(qū)，年平均氣溫8.2℃，7月(最熱)平均氣溫22.4℃，1月(最冷)平均氣溫－8.7℃; ≥10℃的年積溫為2751.7℃。年均降水量為280 mm，降雨主要集中在7—9月，占全年降水量的60%以上，且年際變率大，年蒸發(fā)量2710 mm。年無霜期為165 d，風(fēng)沙天多集中于冬、春季，年平均風(fēng)速2.8 m/s，年大風(fēng)(風(fēng)速＞17 m/s)日數(shù)為24.2 d［12］。

該區(qū)屬鄂爾多斯臺(tái)地向黃土高原過渡地帶，地勢(shì)南高北低。地帶性土壤主要有黃綿土和灰鈣土(淡灰鈣土)，非地帶性土壤主要有風(fēng)沙土、鹽堿土和草甸土等，其中風(fēng)沙土在中北部分布廣泛。土壤質(zhì)地多為輕壤土、沙壤土和沙土，結(jié)構(gòu)松散，肥力較低。該區(qū)植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被，其中灌叢、草原、沙地植被數(shù)量較大，分布也廣。研究區(qū)土壤為風(fēng)沙土，植被類型主要包括花棒(Hedysarum scoparium)，檸條(Caragana korshinskii)，油蒿(Artemisia ordosica)等灌木，主要草本植物有豬毛菜(Salsola collina)，山苦荬(Ixeris chinensis)，中亞白草(Pennisetum centrasiaticum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)等。

1.2樣地的選擇

由于自然條件差異和人為干擾，不同地貌類型植被經(jīng)過長期分化和演化，形成了不同的生態(tài)系統(tǒng)類型。沙地沙漠化過程主要表現(xiàn)為固定沙丘(地)的活化和流沙擴(kuò)展，梁地沙漠化過程主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕、水蝕交替作用而造成的土壤流失和地表組成物質(zhì)粗化，灘地和河谷地的沙漠化過程主要是土壤鹽漬化。因此，不同的沙漠化過程也將同時(shí)伴隨著植物群落類型和特征的一系列演變過程，沙地活化過程總體上表現(xiàn)為固定沙丘(地)—半固定沙丘(地)—半流動(dòng)沙丘(地)—流動(dòng)沙丘(地)的動(dòng)態(tài)演化序列。

該區(qū)在空間上鑲嵌分布著不同沙漠化程度的草地類型，根據(jù)植被的指示性及蓋度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［13］(表1)，在研究區(qū)域內(nèi)選擇處于不同沙漠化階段的潛在沙漠化(CK，未沙漠化草地)、輕度沙漠化(LD，固定沙地)、中度沙漠化(MD，半固定沙地)、重度沙漠化(SD，半流動(dòng)沙地)和極度沙漠化(VSD，流動(dòng)沙地)草地作為取樣地，以潛在沙漠化(CK)作為對(duì)照，每種生境中設(shè)置3個(gè)50 m×50 m的重復(fù)取樣區(qū)，每個(gè)沙漠化取樣地間地形與環(huán)境條件基本一致。采樣點(diǎn)的地理位置如圖1所示。

表1　草地沙漠化分級(jí)指數(shù)Table1　The grading index of grassland desertification

圖1　研究區(qū)地理位置示意圖Fig.1Location diagram of study area

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1植被特征調(diào)查及生物量

2013年8月在每個(gè)50 m×50 m取樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)設(shè)置30 個(gè)1 m×1 m小樣方，調(diào)查植被特征，包括物種數(shù)、個(gè)體數(shù)、高度和蓋度等指標(biāo)。隨機(jī)選取10個(gè)樣方，將樣方內(nèi)地面以上所有植物剪下，同時(shí)收集枯落物(立枯和凋落物)帶回實(shí)驗(yàn)室，105℃殺青30 min，在65℃下烘干稱取植物地上和枯落物生物量。在地上生物量收獲后的調(diào)查樣方內(nèi)，用直徑9 cm根鉆收集0－40 cm土層的根系樣品，每個(gè)小樣方內(nèi)5鉆混合，編號(hào)后裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室用0.5 mm篩網(wǎng)沖洗，洗凈后的根系105℃殺青30 min，在65℃下烘干稱取植物地下生物量。

植物群落α多樣性指數(shù)選用Shannon-Wiener多樣性指數(shù):

均勻度指數(shù)選用Pielou指數(shù):

豐富度指數(shù):R=S

式中，S為物種的種類數(shù)，ni為第i個(gè)物種的多度，N為群落中所有物種的多度之和，Pi為第i物種的多度占所有物種的多度之和的比例。

1.3.2土壤物理特性的測(cè)定

用直徑9 cm根鉆收集根系樣品的同時(shí)采集0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm和30—40 cm土壤樣品，每個(gè)小樣方內(nèi)5鉆土壤混合而成，裝入干燥的鋁盒內(nèi)稱其鮮重，進(jìn)行土壤含水量和機(jī)械組成測(cè)定。土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測(cè)定，土壤含水量采用烘干法測(cè)定，土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)與分析

采用SPSS(17.0)統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。植被特征和生物量采用One-Way ANOVA方法進(jìn)行單因素方差分析，土壤水分、容重和機(jī)械組成采用雙因素方差分析，所有數(shù)據(jù)均采用LSD方法進(jìn)行多重比較，用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同沙漠化階段草地植物多樣性和蓋度的變化特征

沙漠化對(duì)荒漠草原植物群落多樣性、均勻度和豐富度影響顯著(P＜0.05)。隨著草地沙漠化程度的加劇，植物多樣性和均勻度呈先增加后降低的趨勢(shì)(表2)。從潛在沙漠化階段(未沙漠化草地)到極度沙漠化階段(流動(dòng)沙地)，物種多樣性Shannon-Wiener指數(shù)由1.55下降到0.18，物種均勻度指數(shù)由0.50下降到0.26。從潛在沙漠化階段到中度沙漠化階段(半固定沙地)，物種豐富度從23降至13，下降了77%;從中度沙漠化階段到極度沙漠化，物種豐富度從13降至2，說明植物物種數(shù)隨著草地沙漠化程度的增加而下降。

表2　不同沙漠化階段草地植被群落特征Table2　Community characteristics of grasslands in different desertified stage

植被覆蓋度及其變化是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的重要指示特征。從潛在沙漠化階段到極度沙漠化階段，草地植被蓋度由74.02%下降到6.63%，且隨著草地沙漠化程度的加劇，植被蓋度變異性增大。潛在沙漠化階段草地以牛枝子(Lespedeza potaninii)、豬毛蒿(Artemisia scoparia Walds)和中亞白草(Pennisetum centrasiaticum)為優(yōu)勢(shì)種，輕度沙漠化主要以中亞白草和多年生草本豆科植物苦豆子(Sophora alopecuroides)為優(yōu)勢(shì)種，中度沙漠化以上的草地則主要以一些耐旱的草本植物為主要優(yōu)勢(shì)種。

2.2不同沙漠化階段草地植物群落生物量變化特征

不同沙漠化階段草地植物群落生物量變化顯著(P＜0.05)，潛在沙漠化階段草地植物群落地上生物量、地下和枯落物生物量均比輕度沙漠化階段低(表3)。與潛在沙漠化階段植物群落生物量相比較，中度、重度和極度沙漠化階段草地植物群落生物量呈顯著降低趨勢(shì)(P＜0.05)，其中，地上生物量分別降低了20.92%、51.29%和94.43%，地下生物量分別降低了62.55%、64.25%和98.39%，枯落物生物量分別降低了38.74%、39.98%和96.74%。而且沙漠化使植物群落地下生物量的變化比地上生物量的變化趨勢(shì)更加明顯。潛在沙漠化階段草地植被總生物量比輕度沙漠化階段草地降低了23%，與潛在沙漠化階段植物群落總生物量相比較，中度、重度和極度沙漠化階段草地植物群落總生物量分別降低了47%，56%和97%，且隨著草地沙漠化程度的加劇，群落生物量變異性逐漸增大。

表3　不同沙漠化階段草地植物群落生物量變化特征Table3　Change of plant community biomass of grasslands in different desertified stage

2.3不同沙漠化階段草地土壤水分及其垂直分布特征

隨著草地沙漠化程度的加劇，0—40 cm土壤含水量呈逐漸降低的趨勢(shì)(圖2)。輕度、中度、重度和極度沙漠化階段草地0—40 cm土壤含水量比潛在沙漠化階段草地分別下降了7.03%，25.27%，28.20%和28.21%。但是中度、重度和極度沙漠化階段0—40 cm土壤含水量的差異不顯著(P＞0.05)。

隨著土層深度的增加，不同沙漠化階段草地土壤含水量變化均顯著增加(P＜0.05，圖2)，且隨著土層深度的增加土壤含水量呈逐漸增加的趨勢(shì)。隨著草地沙漠化程度的加劇，不同沙漠化階段草地10—20、20—30和30—40 cm土壤含水量均呈降低趨勢(shì)，0—10 cm土壤含水量呈先降低后增加趨勢(shì)，在重度沙漠化階段達(dá)到最小值，極度沙漠化階段草地0—10 cm土壤含水量比重度沙漠化階段增加了9.85%，但其差異不顯著(P＞0.05)。

圖2　不同沙漠化階段草地土壤含水量及其垂直分布特征Fig.2Changes and vertical distribution of soil moisture in different desertified stage不同大寫字母表示不同沙漠化階段間在0.05水平差異顯著，不同小字母表示不同土壤層次間在0.05水平差異顯著

2.4不同沙漠化階段草地土壤容重與機(jī)械組成變化特征

不同沙漠化階段草地土壤容重和機(jī)械組成差異顯著(P＜0.05，圖3，表4)。隨著草地沙漠化程度的加劇，輕度、中度、重度和極度沙漠化階段草地土壤容重比潛在沙漠化草地分別增加了1.30%、3.58%、4.23%和4.68%。潛在、輕度、中度沙漠化階段草地0—40 cm土壤容重均與重度沙漠化和極度沙漠化階段差異顯著(P＜0.05)，而重度和極度沙漠化階段草地0—40 cm土壤容重差異不顯著(P＞0.05)。隨著草地沙漠化程度的加劇，輕度、中度、重度和極度沙漠化階段草地土壤粗砂粒含量比潛在沙漠化階段草地分別增加了4.07%、30.85%、35.40%和40.36%，而細(xì)砂粒和黏粉粒的含量分別減少了5.43%、47.10%、54.45%、62.54%和20.76%、80.28%、89.27%、94.81%(表4)。圖3不同沙漠化階段草地土壤容重變化及其垂直分布特征

Fig.3Changes and vertical distribution of soil bulk density in different desertified stage

不同大寫字母表示不同沙漠化階段間在0.05水平差異顯著，不同小字母表示不同土壤層次間在0.05水平差異顯著

隨著土層深度的增加，不同沙漠化階段草地土壤容重變化規(guī)律不同(圖3)。潛在沙漠化和輕度沙漠化階段草地土壤容重隨著土層深度的增加呈先降低后增加趨勢(shì)，10—20 cm土壤容重小于其它土層。重度沙漠化和極度沙漠化階段草地土壤容重隨著土層深度的增加呈降低趨勢(shì)，30—40 cm土層土壤容重與其它土層差異顯著(P＜0.05)。隨著土層深度的增加，潛在沙漠化、輕度沙漠化階段草地土壤粗砂粒含量均呈逐漸增加的趨勢(shì)，而土壤細(xì)砂粒和黏粉粒呈顯著降低的趨勢(shì)(P＜0.05，表4)，中度、重度和極度沙漠化階段草地土壤粗砂粒含量呈先增加后降低趨勢(shì)，而土壤細(xì)砂粒和黏粉粒呈先降低后增加趨勢(shì)。

表4　不同沙漠化階段草地土壤機(jī)械組成的變化Table4　Changes of soil particle size distribution in different desertified stage

續(xù)表

2.5不同沙漠化階段草地植物群落特征與土壤物理特性的相關(guān)性

植物群落特征與土壤物理特性的相關(guān)性分析如表5。其中，土壤含水量、細(xì)砂粒和黏粉粒均與物種豐富度指數(shù)，植被蓋度，植被地上、地下、枯落物生物量極顯著正相關(guān)(P＜0.01);土壤容重和粗砂粒均與物種豐富度指數(shù)，植被蓋度，植被地上、地下、枯落物生物量，土壤含水量，細(xì)砂粒，黏粉粒極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。

3　討論

草地在沙化演替過程中，植被結(jié)構(gòu)與功能退化最為直觀和敏感。植被特征的變化是沙漠化程度的一種重要指征，也是沙漠化導(dǎo)致的草地生態(tài)系統(tǒng)功能改變的主要測(cè)度［5］。本研究中，隨著草地沙漠化程度的加劇，群落結(jié)構(gòu)由復(fù)雜逐漸趨于簡單，均勻度降低，植被蓋度逐漸減小，群落優(yōu)勢(shì)種種類逐漸趨向單一，且隨著草地沙化程度的發(fā)展優(yōu)良牧草的種類及產(chǎn)量逐漸降低，原因是在干旱、半干旱的荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境的嚴(yán)酷性決定了該系統(tǒng)的脆弱性和不穩(wěn)定性，使其植被成為沙漠化地區(qū)最活躍、最重要的生態(tài)單元。沙漠化過程中不同沙漠化階段對(duì)應(yīng)著適合本生境的典型群落類型，每一群落優(yōu)勢(shì)種的作用明顯，不同類型、強(qiáng)度和頻度的干擾對(duì)植物群落數(shù)量和分布格局以及群落的結(jié)構(gòu)和功能都有不同程度的影響［14-15］，且固定沙丘(地)的活化和流沙擴(kuò)展，風(fēng)蝕、水蝕交替作用而造成的土壤流失和地表組成物質(zhì)粗化等均影響群落類型和特征的演變過程［13］。草地植被生產(chǎn)力是草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的綜合體現(xiàn)，是植物生物學(xué)特性和外界環(huán)境條件共同作用的產(chǎn)物［16］，草地群落生物量主要受氣候變化特別是水分的影響［17-23］，水分是影響植被生存，生長，發(fā)育最關(guān)鍵的因素，對(duì)植被恢復(fù)或重建具有決定性作用［16］，荒漠草原土壤水分含量與草地群落地上、地下、枯落物生物量均顯著正相關(guān)，潛在沙漠化草地土壤水分條件相對(duì)較好，適合植被生長，致使?jié)撛谏衬莸刂脖簧锪枯^高，隨著沙漠化程度的加劇，植物生長所需的水分條件變差，植物生物量相應(yīng)減小，這與Zhou和樸起亨等人［24-25］的研究結(jié)果基本一致，但本研究中輕度沙漠化草地植被生物量比潛在沙漠化高23%，可能原因是該區(qū)輕度荒漠化草地是以生物量本身較大的苦豆子為優(yōu)勢(shì)種植物。

在干旱、半干旱地區(qū)，以風(fēng)蝕為主的土地沙漠化是土壤退化最嚴(yán)重的形式之一［26］。土壤的退化首先改變土壤的緊實(shí)度，并繼而引發(fā)土壤水分等其它物理性質(zhì)的變化［27］。作為土壤緊實(shí)度的敏感指標(biāo)，土壤容重則是表征土壤質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)決定了水、氣、熱和養(yǎng)分在土壤中的蓄存能力和傳輸能力［28-29］。本研究表明土壤容重隨著草地沙漠化加劇而增大，土壤粗砂粒與土壤容重極顯著正相關(guān)，而土壤細(xì)砂粒和黏粉粒均與土壤容重極顯著負(fù)相關(guān)，這與趙哈林［30］等人對(duì)呼倫貝爾沙質(zhì)草地土壤理化特性的沙漠化演變規(guī)律及機(jī)制的研究結(jié)果一致?；哪菰寥李w粒結(jié)合松散，在草地沙化過程中風(fēng)蝕能夠有選擇的吹蝕土壤中的細(xì)顆粒使土壤粗化導(dǎo)致土壤容重增大［31］。本研究中隨著草地沙漠化程度的加劇，土壤含水量降低，這與邱開陽［8］等人對(duì)毛烏素沙地南緣沙漠化臨界區(qū)域土壤水分和植被空間格局的研究結(jié)果一致。土壤中粗砂粒含量和土壤容重的增加使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)喪失、土壤孔隙減小，滲透阻力增大［32-33］。土壤水分直接影響草地生產(chǎn)力的高低，且含水量較低的土壤容易遭到侵蝕［34］。因此，草地沙漠化在引起土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞的同時(shí)使土壤含水量降低，最終導(dǎo)致草地生產(chǎn)力降低。

4　結(jié)論

寧夏中北部荒漠草原沙漠化對(duì)植物群落特征和土壤物理特性均有一定影響。隨著草地沙漠化程度的加劇植被群落生物量、均勻度、植被蓋度降低，群落結(jié)構(gòu)由復(fù)雜逐漸趨于簡單。草地沙漠化造成土壤粗化使土壤容重增加，導(dǎo)致土壤水分含量隨著草地沙漠化程度的增加而減小。因此，荒漠草原沙漠化可使土壤更加沙質(zhì)化和干旱化，草地生產(chǎn)力明顯降低。

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Changes in the plant community and soil physical properties during grassland desertification of steppes

TANG Zhuangsheng1，AN Hui2，*，DENG Lei1，SHANGGUAN Zhouping1

1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau;Northwest A＆F University;Yangling 712100，China

2 Key Laboratory of Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in North-western China of Ministry of Education，United Center for Ecology Research and Bioresource Exploitation in Western China，Ningxia University，Yinchuan 750021，China

Abstract:Characteristics and soil physical properties of plant communities undergoing desertification in steppes located in north central Ningxia，China were studied.The investigation was carried out to probe the responses of plant communities and changes in soil physical properties that occur during desertification of steppes.It was found that the dominant species in steppes with potential for desertification were Lespedeza potaninii，Artemisia scoparia Walds，and Pennisetum centrasiaticum.In steppes subjected to only light desertification，Pennisetum centrasiaticum and Sophora alopecuroides were dominant.The species Utricularia australis and Corispermum hyssopifolium were dominant in steppes experiencing moderate desertification.In steppes subjected to severe desertification，Agriophyllum squarrosum，Aneurolepidium dasystachys and Utricularia australis were dominant，and in steppes with extremely severe desertification Agriophyllum squarrosum was dominant.When such grasslands experienced intensifying desertification，their biomass，Shannon-Wiener index，richness index，and ground cover tended to decline.The biomass of grasslands suffering light desertification was 23%higher than that of grasslands with potential for desertification.As desertification proceeded，the soil bulk density and coarse sand content of grasslands increased but their soil moisture and clay-silt content tended to decrease most significantly.The desertification of grasslands caused the soil to form a coarse texture and thus increase its bulk weight，with the consequence that soil moisture and siltbook=992,ebook=104content tended to decrease.As desertification intensified，these changes made the soil more susceptible to erosion，so that，directly or indirectly，the productivity of such grasslands inevitably must decrease.Therefore，the desertification of steppes involves progressively less retention of moisture and fine soil particles，leading to desiccation and erosion of the soil，changes in plant species，and ineviTableloss of productivity.

Key Words:desert grassland;desertification;soil moisture;soil mechanical composition;biomass

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:anhui08@163.com

收稿日期:2014-06-08;網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015-07-09

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31260125，41390463);科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2014FY210100)

DOI:10.5846/stxb201406081184