吉林省西部土壤pH對羊草碳含量的影響

徐夢瑤， 張 忻， 蘇堪劍， 杜 萌， 豐 碩

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130061)

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吉林省西部土壤pH對羊草碳含量的影響

徐夢瑤， 張 忻， 蘇堪劍， 杜 萌， 豐 碩

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130061)

摘要[目的]研究土壤pH對羊草碳含量的影響，為吉林省西部草地生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)。[方法]基于生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論，以吉林省西部鹽堿化草地羊草為研究對象，研究不同鹽堿化程度草地對羊草不同部位碳元素含量的影響。[結(jié)果]隨著土壤pH的增大，羊草碳含量整體變化不明顯。土壤pH大于9.73時，羊草根部碳元素含量有明顯的下降趨勢；羊草莖部碳元素含量整體近似恒定；羊草葉部碳元素含量波動較大，但整體變化不大。羊草主要器官維持自身穩(wěn)定的能力由大到小依次為莖、根、葉。[結(jié)論]羊草耐鹽堿性很強(qiáng)，是吉林省西部鹽堿化草地重建的優(yōu)勢牧草。

關(guān)鍵詞生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)；鹽堿化草地；碳；pH

草地是世界上分布最廣的植被類型之一，具有防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水分、調(diào)節(jié)氣候、改善土壤等功能，是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)有著不同于其他生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)特的生物地球化學(xué)過程，對氣候變化和人類活動影響的反映十分敏感[2]。然而，近50年來，受全球變化和人為因素的影響，造成土壤鹽堿化，致使羊草數(shù)量減少，植被覆蓋度下降，生產(chǎn)力降低，土壤板結(jié)，草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變。究其原因，主要是鹽堿化土壤多以NaHCO3、Na2CO3堿性鹽為主，這些鹽分破壞了土壤的理化性質(zhì)，降低了土壤有機(jī)質(zhì)和碳養(yǎng)分含量。

鹽堿化土壤是以堿性危害為主的一種低產(chǎn)土壤，由可溶性鹽類浸漬而成。鹽堿會對植物產(chǎn)生很大危害，如影響植物正常吸收營養(yǎng)，引起植物的生理干早，傷害植物組織，影響植物氣孔關(guān)閉等[3]。吉林省西部草地鹽堿化土壤在未受到人為干擾的條件下，其有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分在生物學(xué)小循環(huán)中維持在與其所處的自然環(huán)境相適應(yīng)的平衡點(diǎn)水平上。但受人為因素的干擾，植被遭到破壞,打破了這種循環(huán)鏈，使土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量迅速下降[3-4]，同時引起土壤養(yǎng)分的比例失調(diào)。鑒于此，筆者以吉林西部草地為研究區(qū)，以羊草為研究對象，通過取土壤樣品18件，羊草樣品53件，研究吉林省西部土壤pH對羊草碳含量的影響，旨在為草地生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況吉林西部位于松嫩平原西南，地理坐標(biāo)為123°09′～124°22′E，44°57′～45°46′N，總面積約47 000km2，包括松原市與白城市2 個地級市，10 個縣(市、區(qū))。該區(qū)為典型的半濕潤半干旱季風(fēng)氣候，四季分明，春季多風(fēng)干燥，夏季高溫多雨，秋季晴朗多日照，冬季寒冷漫長。研究區(qū)多年平均氣溫約4.5 ℃，7 月氣溫最高，為23 ℃，1 月氣溫最低，為-17.5 ℃。多年平均降水量約400mm，集中于7、8 月份，平均蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。

該區(qū)主要河流有第二松花江、嫩江、霍林河和洮兒河等，松花江和嫩江位于該區(qū)邊界，且海拔較低，不易利用，洮兒河和霍林河近年來水量顯著減少，全區(qū)地表水缺乏。該區(qū)主要地貌類型為平坦的河流低階地、傾斜的河流高階地、河漫灘、湖積沖積平原、沙丘等。土壤類型有淡黑鈣土、草甸土、風(fēng)沙土、黑鈣土、堿土和栗鈣土等。在地勢較低的地區(qū)往往分布著鹽堿湖泊，湖泊周圍為鹽堿土或鹽堿化的草甸土[5-6]。

1.2樣品采集根據(jù)土壤的退化程度及羊草群落的不同密度[7]，于2015年7月在吉林省西部大安市、長嶺縣和前郭縣選取具有代表性的采樣點(diǎn)，共采集土壤樣品18件，羊草樣品53件。采集植物樣品時，將羊草植株全部取出，盡量減少根系損失量，撿出植物的枯死體，采用四分法取樣，裝入牛皮紙信封保存并標(biāo)記。采回的新鮮羊草樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，須立即將根、莖、葉3部分剪開，以免養(yǎng)分運(yùn)轉(zhuǎn)，用蒸餾水沖洗后用吸水紙吸干，在105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中殺青15min，降溫至65 ℃烘12h，使水分去除干凈。在采集羊草樣品的樣方內(nèi)同時采集土壤樣品，采樣深度為0～30cm，去除土壤中植物根系及雜物，每個樣點(diǎn)采土樣1kg左右，放入樣品袋內(nèi)，做好野外采樣記錄。

1.3測定項(xiàng)目與方法植物樣品經(jīng)60 ℃烘干后，用粉碎機(jī)粉碎后保存于干燥器內(nèi)，用于測定羊草碳元素的含量。采用高溫催化氧化消解法測定植物碳含量。采用電位法測定土壤樣品pH。

2結(jié)果與分析

2.1不同pH對羊草根中碳含量的影響從圖1可見，吉林省西部鹽堿化草地中，羊草地下部分總碳量在39.95%～46.45%，均值為44.90%。隨著土壤pH的增大，羊草根部全碳含量總體呈下降趨勢。當(dāng)pH大于9.73時，羊草根部全碳含量有明顯下降的趨勢。

圖1　羊草根中碳元素含量隨土壤pH的變化情況Fig.1　The change of carbon content in roots of L. chinensis with pH

2.2不同pH對羊草莖中碳含量的影響從圖2可見，羊草莖的全碳含量為44.27%～45.39%，均值44.88%。隨著土壤pH的升高，羊草莖部全碳含量總體變化不大。

圖2　羊草莖中碳元素含量隨土壤pH的變化情況Fig.2　The change of carbon content in stems of L. chinensis with pH

2.3不同pH對羊草葉中碳含量的影響從圖3可見，羊草葉部全碳量為42.47%～47.91%，均值45.67%。隨著土壤pH的不斷增大，羊草葉部碳元素含量總體變化不大，當(dāng)pH為9.35時，碳含量達(dá)到峰值，之后有明顯下降，隨后又上升。

圖3　羊草葉中碳元素含量隨土壤pH的變化情況Fig.3　The change of carbon content in leaves of L. chinensis with pH

3結(jié)論

(1)土壤pH對羊草碳含量的影響總體并不明顯，主要原因是碳元素的固定方式幾乎不受土壤中營養(yǎng)元素的影響。隨著鹽堿化程度的加大，羊草根部碳含量整體呈下降趨勢，并在pH大于9.73時，有明顯的下降趨勢，原因是高鹽堿化土壤影響了羊草對碳元素的固定；羊草莖部碳元素含量整體變化不明顯，可見羊草莖部碳元素維持自身穩(wěn)定能力強(qiáng)；羊草葉部碳元素含量波動較大，但整體含量穩(wěn)定，當(dāng)pH為9.58～9.68時，有明顯上升趨勢，可能是刺激了羊草葉的補(bǔ)償生長機(jī)制。

(2)羊草主要器官根、莖、葉的碳元素含量整體變化不大。其中，維持自身穩(wěn)定的能力由大到小依次為莖、根、葉。這說明羊草耐鹽堿性強(qiáng)，是吉林省西部鹽堿化草地重建的優(yōu)勢牧草。

參考文獻(xiàn)

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[2] 燕新紅.不同改良方法對堿化草甸土理化性狀的影響[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[3] 齊玉春,董云社,耿元波,等.我國草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2003,22(4):342-352.

[4]GONGHY，LIYF，WANGDY,etal.RelationshipbetweenleafC,NandsoilC,N:AcasestudyofdegradedgrasslandinwesternJilinProvince,NEChina[J].Mineralogicalmagazine,2013,77(5):1191.

[5] 毛玉東，梁杜往，何忠俊，等.土壤pH對滇重樓生長、養(yǎng)分含量和總皂貳含量的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011(3):985-989.

[6] 柴錫周，馮新偉.土壤酸堿度對林木的影響[J].浙江林業(yè)科技,1984(2):9-12.

[7] 李博.中國北方草地退化及其防治對策[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1997,30(6):1-9.

基金項(xiàng)目2015年吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃(20150107891)。

作者簡介徐夢瑤(1995- )，女，遼寧鐵嶺人，本科生，專業(yè)：土地資源管理。

收稿日期2016-05-05

中圖分類號S 812.2;Q 146

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-129-02

TheInfluenceofSoilpHonCarbonContentsofLeymus chinensisinWesternJilinProvince

XUMeng-yao,ZHANGXin,SUKan-jianetal

(CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun,Jilin130061)

Abstract[Objective] The aim was to study effects of soil pH on carbon contents of Leymus chinensis, to provide scientific basis for grassland ecological management in western Jilin Province. [Method] Based on the ecological stoichiometry theory, with L. chinensis collected from saline-alkaline grassland in western Jilin Province as the study object, effects of different degrees of saline-alkaline grassland on carbon contents in each part of L. chinensis were studied. [Result] The results indicated that with the gradual rise of soil pH, the carbon contents tend to keep stable. To be more specific, the carbon contents in root decrease rapidly when soil pH>9.73; the carbon contents in leaf change more obviously but keep in around same value; the carbon contents in stems is nearly constant. The order of ability of maintaining its stability is stem>root>leaf. [Conclusion] The ability of L. chinensis resistance to saline-alkaline grassland is quite great, proving L. chinensis to be dominant grass for the reconstruction of saline-alkaline grassland in western Jilin Province.

Key wordsEcological stoichiometry; Saline-alkaline grassland; Carbon; pH