羊草及芨芨草草原和西北針茅草原土壤質(zhì)量評價(jià)

張麗星，海春興，常耀文，高曉媚，高文邦，解云虎

（1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010022；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)高原環(huán)境與全球變化實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特010022；3.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京100093；4.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭師范學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭014030）

在草地生態(tài)系統(tǒng)中，植被群落組成的不同會(huì)直接影響累積在地表的凋落物及輸入土壤的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而改變土壤中養(yǎng)分儲(chǔ)量及物質(zhì)能量流動(dòng)［1-2］。羊草（Leymus chinensis）及芨芨草（Achnatherum splendens）具有耐旱、耐堿的特性，由于其生長區(qū)水熱條件差，常出現(xiàn)土壤鹽堿化現(xiàn)象［3］。西北針茅（Stipa sareptana）具有較強(qiáng)的抗旱性［4］，對土壤鹽分的反應(yīng)很敏感，即使在輕度鹽化的土壤上，也難以見到它的生長。植被群落結(jié)構(gòu)以及生物多樣性發(fā)生改變，使得土壤性質(zhì)也發(fā)生了微妙的變化［5］。不同植物種類對土壤化學(xué)性質(zhì)存在顯著影響［6-7］，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和其他養(yǎng)分含量與植被群落均表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性［8-9］。

土壤是植被生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，植被群落結(jié)構(gòu)與土壤質(zhì)量狀況密切相關(guān)。在土壤生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，土壤質(zhì)量在維持生物生產(chǎn)能力、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量及促進(jìn)動(dòng)植物健康等方面具有重要作用［10］。目前土壤質(zhì)量指數(shù)（soil quality index，SQI）廣泛用于土壤質(zhì)量評價(jià)。土壤質(zhì)量指數(shù)通常由土壤指標(biāo)的選取、指標(biāo)評分及將指標(biāo)評分合并成綜合指數(shù)這3個(gè)部分組成［11-12］。許多土壤質(zhì)量評價(jià)僅是基于表層（0～30 cm）土壤性質(zhì)［11-13］，使用整個(gè)剖面的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的很少。雖然表層土壤容易采集、測量和評估，但是卻提供不了完整的信息［14］。草原土壤剖面由于淋溶層和鈣積層的存在，空間差異較強(qiáng)［15］。能夠反映土壤質(zhì)量的指標(biāo)繁多，選取少量且代表性強(qiáng)的指標(biāo)是科學(xué)評價(jià)草原土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)［16］。因此，為更好地了解羊草及芨芨草群落與西北針茅群落的土壤質(zhì)量，本研究選擇鑲黃旗典型草原區(qū)羊草及芨芨草草原和西北針茅草原土壤為研究對象，按照土壤發(fā)生層采樣，選擇適宜的10項(xiàng)土壤指標(biāo)進(jìn)行測驗(yàn)，旨在分析兩類不同草原A1～C層土壤性質(zhì)的差異；并建立土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）模型，揭示兩種不同草原植被群落下A1～C層土壤質(zhì)量狀況，可為草原土壤質(zhì)量調(diào)控，退化草原改良和合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣地布設(shè)

研究區(qū)選擇在內(nèi)蒙古自治區(qū)中部、錫林郭勒盟西南端鑲黃旗，處于蒙古高原南部邊緣，北部為波狀起伏的高原，常出現(xiàn)地表基巖裸露；南部為起伏較大的丘陵和盆地。該區(qū)屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，光能充足，降水少蒸發(fā)大，氣候干燥，年均溫3.6℃，穩(wěn)定通過10℃的年積溫為2333.9℃，年均降水量264.9 mm，年均日照時(shí)數(shù)3024.8 h，年均風(fēng)速4.4 m·s-1［17］。

試驗(yàn)區(qū)具體設(shè)置在距鑲黃旗市區(qū)北偏東6 km處，選擇了兩種草原植被群落，以羊草及芨芨草為主的羊草+芨芨草群落（羊草+芨芨草草原）和以西北針茅為主的西北針茅群落（西北針茅草原）（圖1，表1）。為保證兩類草原利用強(qiáng)度一致，均選擇未受干擾的圍封區(qū)（大約從2003年開始圍封）。在兩類草原樣地中進(jìn)行隨機(jī)植被群落樣方調(diào)查（1 m×1 m），羊草及芨芨草草原內(nèi)植被主要有羊草、芨芨草、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）、木地膚（Kochia prostrate）、阿爾泰狗娃花（Heteropappus altaicus）、駱駝蓬（Peganum harmala）和冷蒿（Artemisia frigida）；西北針茅草原內(nèi)植被主要有西北針茅、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）、木地膚、野韭菜（Allium japonicurn）、蒙古韭（Allium mongolicum）、尖齒糙蘇（Phlomis dentosa）、寸苔草（Carex duriuscula）。試驗(yàn)地土壤為栗鈣土（圖2），參考《中國土壤發(fā)生與系統(tǒng)分類》［18］以及《野外土壤描述與采樣手冊》［19］完成土壤剖面發(fā)生層劃分，為腐殖質(zhì)層（humus horizon，A1）、淋溶層（eluvial horizon，A2）、過渡層（transition horizon of humus and illuviation，AB）、鈣積層（calcic horizon，Bk）、埋藏層（buried horizon，Bb）和母質(zhì)層（parent material horizon，C）。

圖1 研究區(qū)植被狀況Fig.1 Vegetation of study area

表1 樣地位置及群落信息Table 1 Plot location and information of plant community about sampling sites

1.2 樣品采集及指標(biāo)測定

2018年10月在兩類草原樣地分別挖取土壤剖面并對其分層（圖2）。隨后采用梅花形布點(diǎn)法，采樣工具為荷蘭產(chǎn)EK0105型根鉆（內(nèi)徑8 cm，高15 cm），在兩類草原按照土壤發(fā)生層采樣，每個(gè)樣地設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)土樣分別做3個(gè)重復(fù)，各共計(jì)165個(gè)土樣。利用烘干法測定土壤含水量，采用環(huán)刀法測定土壤容重，采用pH計(jì)測定pH（水土比為2.5∶1），利用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率（水土比為5∶1）。采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用半自動(dòng)凱氏定氮儀測定土壤速效氮含量，采用0.5 mol·L-1NaHCO3比色法測定土壤速效磷含量，采用火焰光度計(jì)測定土壤速效鉀含量［20］。利用J200激光光譜元素分析儀測定土壤全氮、全磷含量［21］。

圖2 研究區(qū)土壤樣點(diǎn)分布及土壤剖面Fig.2 Distribution of soil sampling sites and soil profile in the study area

1.3 土壤質(zhì)量評價(jià)方法

土壤質(zhì)量指數(shù)可以綜合評價(jià)土壤特性，土壤質(zhì)量指數(shù)越大，土壤質(zhì)量越高。為了更好地量化土壤質(zhì)量，使用總數(shù)據(jù)集和最小數(shù)據(jù)集方法計(jì)算土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）。本研究一共測量了10個(gè)土壤指標(biāo)，總數(shù)據(jù)集包含測量的所有土壤數(shù)據(jù)，最小數(shù)據(jù)集選擇主成分分析篩選后的數(shù)據(jù)。

運(yùn)用SPSS 25.0對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取特征值≥1的主成分，將同一主成分載荷≥0.5的指標(biāo)分為1組，若某土壤指標(biāo)同時(shí)在兩個(gè)主成分中載荷都≥0.5，則將其劃分到與其他土壤指標(biāo)相關(guān)性較低的那一組［12］。分組后，各組內(nèi)選取與最高Norm值相差10%范圍內(nèi)，且相關(guān)性較高（Pearson相關(guān)系數(shù)≥0.6）的土壤指標(biāo)，只有1個(gè)可以入選最小數(shù)據(jù)集，其余將被剔除［22］。Norm值的計(jì)算公式為：

式中：Nik為第i個(gè)變量在特征值≥1的前k個(gè)主成分上的綜合載荷；uik為第i個(gè)變量在第k個(gè)主成分上的載荷，反映了第i個(gè)變量在第k個(gè)主成分的相對重要性；λk是第k個(gè)主成分的特征值。

每個(gè)土壤指標(biāo)數(shù)據(jù)通過非線性賦分方程被轉(zhuǎn)換為0～1變化的無量綱分?jǐn)?shù)，公式如下：

式中：SNL是介于0～1的土壤指標(biāo)得分；a為最大得分，在這里被確定為1；x是土壤實(shí)測指標(biāo)值；x0為相應(yīng)的指標(biāo)平均值；b為方程的斜率，“越多越好”型指標(biāo)被確定為-2.5，“越少越好”型指標(biāo)被確定為2.5［23］。

總數(shù)據(jù)集和最小數(shù)據(jù)集方法的SQI值通過以下公式計(jì)算：

式中：Si為指標(biāo)得分；n為指標(biāo)數(shù)量；Wi為指標(biāo)權(quán)重值，通過主成分分析法計(jì)算，等于各指標(biāo)的公因子方差占所有指標(biāo)公因子方差之和的比例［12］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，應(yīng)用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和顯著性檢驗(yàn)。兩類草原各土壤指標(biāo)之間顯著性檢驗(yàn)采用配對T檢驗(yàn)。應(yīng)用Origin 9.0進(jìn)行線性回歸分析以及繪制柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊草及芨芨草草原與西北針茅草原土壤理化性質(zhì)對比分析

兩類草原土壤容重最低值均出現(xiàn)在A1層，在A1、AB和Bk層差異顯著，其他層無顯著差異（表2）。羊草及芨芨草草原土壤在A1、AB和Bk層容重顯著低于西北針茅草原（P＜0.05），分別低了7.89%、6.25%和10.71%。羊草及芨芨草草原土壤水分隨土壤深度增加先增加后減少，西北針茅草原土壤水分隨土壤深度增加而減少，二者在A2～Bk層差異顯著（P＜0.05），其他層無顯著差異。羊草及芨芨草草原土壤在A2、AB和Bk層水分顯著高于西北針茅草原（P＜0.05），分別高了34.34%、54.67%和335.06%。

羊草及芨芨草草原土壤剖面pH介于8.09～9.29，為堿性和強(qiáng)堿性土壤；西北針茅草原土壤剖面pH介于7.91～8.35，為堿性土壤（表2）。隨著土壤深度增加pH增大（除C層外），兩類草原土壤在A1～C層pH差異顯著。羊草及芨芨草草原土壤在A2和AB層pH比西北針茅草原顯著低2.97%和2.47%（P＜0.05），在A1、Bk和C層pH比西北針茅草原顯著高3.65%、6.70%和6.41%（P＜0.05）。土壤電導(dǎo)率隨土壤深度增加均先增加后減小，羊草及芨芨草草原土壤電導(dǎo)率在0.12～1.52 dS·m-1，西北針茅草原土壤電導(dǎo)率在0.06～0.13 dS·m-1。在A1～Bk層羊草及芨芨草草原土壤電導(dǎo)率顯著高于西北針茅草原（P＜0.05），土壤電導(dǎo)率均值相當(dāng)于西北針茅草原的8倍。由此表明羊草及芨芨草草原中下層土壤鹽堿化較為嚴(yán)重。

土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮和全磷多在土壤A1層出現(xiàn)最大值，整體呈現(xiàn)隨土壤深度增加而降低的趨勢（表2）。兩類草原土壤有機(jī)質(zhì)在A1層無顯著差異，羊草及芨芨草草原土壤有機(jī)質(zhì)在A2和AB層比西北針茅草原顯著高24.5%和12.9%（P＜0.05），在Bk和C層比西北針茅草原顯著低31.5%和85.3%（P＜0.05）。羊草及芨芨草草原土壤速效氮、速效磷和速效鉀在A1層比西北針茅草原顯著高2.8%、6.2%和15.5%（P＜0.05），兩類草原土壤在A2～C層速效氮和速效磷無顯著差異，羊草及芨芨草草原土壤速效鉀在Bk和C層顯著低于西北針茅草原（P＜0.05）。羊草及芨芨草草原土壤在A1層全氮和全磷分別比西北針茅草原顯著高20.9%和4.9%（P＜0.05），在A2、AB和Bk層全氮比西北針茅草原顯著低5.9%、48.8%和35.8%（P＜0.05）。羊草及芨芨草草原土壤Bb層和C層土壤各指標(biāo)在數(shù)值上雖有差異，但結(jié)果并不顯著。

2.2 土壤質(zhì)量評價(jià)

2.2.1 基于最小數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià) 前3個(gè)主成分特征根值＞1，且累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了83.35%（表3），表明這3個(gè)主成分解釋研究區(qū)土壤質(zhì)量能力較強(qiáng)。根據(jù)各主成分載荷因子大小，將土壤指標(biāo)分為3組，再通過計(jì)算Norm值，選取與最高Norm值10%范圍內(nèi)的指標(biāo)，確定以下土壤指標(biāo)為初選結(jié)果：有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、電導(dǎo)率、土壤水分和容重。然后通過Pearson相關(guān)性分析，比較同組內(nèi)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)（表4），最終確定最小數(shù)據(jù)集（minimum data set，MDS）土壤質(zhì)量指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率和容重。

最小數(shù)據(jù)集再次通過主成分分析獲得的公因子方差計(jì)算權(quán)重（表5），有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率和容重的權(quán)重分別為0.39、0.16和0.45。利用非線性賦分方程將最小數(shù)據(jù)集指標(biāo)轉(zhuǎn)化為0～1的分?jǐn)?shù)，數(shù)值越大土壤質(zhì)量越好（表6）。本研究中，有機(jī)質(zhì)表征了土壤中養(yǎng)分含量的多少，適用于“越多越好”型。電導(dǎo)率可以表示土壤全鹽量［24］，鹽度過高會(huì)影響植物的正常生長發(fā)育，所以適用于“越少越好”型。容重也適用“越少越好”型，因?yàn)橥寥廊葜卦酱?，孔隙?shù)量越少，透氣性越差，透水性能也越差［25］。

基于最小數(shù)據(jù)集的非線性土壤質(zhì)量評價(jià)（圖3），在A1層羊草+芨芨草草原SQI值（0.72）＞西北針茅草原（0.70），在A2、AB、Bk和C層，通過T檢驗(yàn)表明羊草+芨芨草草原SQI值顯著低于西北針茅草原（P＜0.05），分別低了15%、17%、30%和29%。在植被根系主要集中區(qū)A1和A2層（0～32 cm），羊草+芨芨草草原SQI均值（0.62）＜西北針茅草原（0.66），說明整體上西北針茅草原土壤質(zhì)量優(yōu)于羊草+芨芨草草原。由于西北針茅草原沒有Bb層，因此兩類草原土壤SQI值對比分析時(shí)Bb層不參與，而羊草+芨芨草草原中Bb層和C層SQI值近似相等，二者之間無顯著差異。

2.2.2 基于最小數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià)方法的適用驗(yàn)證 最小數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià)方法是對總數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià)方法的簡化，具有試驗(yàn)分析簡單化、省時(shí)省力等特點(diǎn)，但可能會(huì)導(dǎo)致評估準(zhǔn)確度下降，因此一般會(huì)使用總數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià)方法進(jìn)行驗(yàn)證。與最小數(shù)據(jù)集方法一樣，總數(shù)據(jù)集通過主成分分析獲得的公因子方差計(jì)算權(quán)重（表5），各土壤指標(biāo)平均值以及非線性賦分方程將各評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（表6），然后對基于總數(shù)據(jù)集的土壤質(zhì)量評價(jià)進(jìn)行分析。

表2 羊草及芨芨草草原和西北針茅草原土壤剖面各發(fā)生層土壤指標(biāo)分析TableTable 2 Analysis of soil indicators in the soil profiles of L.chinensis and A.splendens grassland and S.sareptana grassland

總數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)和最小數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)二者雖然在數(shù)值上存在差異（圖3），但二者在A1～C層變化趨勢完全相同，均隨土層深度增加而減小，在Bk層降到最低。進(jìn)一步對總數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)和最小數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行一元線性回歸（圖4）分析，二者呈極顯著正相關(guān)關(guān)系?；貧w方程為：y=1.266x-0.104（R2=0.947，P＜0.05），其中y代表最小數(shù)據(jù)集，x代表總數(shù)據(jù)集。由此說明建立的草原土壤質(zhì)量評價(jià)的最小數(shù)據(jù)集能夠較好地反映總數(shù)據(jù)集對草原土壤質(zhì)量評價(jià)的信息，且評價(jià)結(jié)果具有較好的代表性。

3 討論

在草地生態(tài)系統(tǒng)中，氣候、植被、土壤屬性及土地利用方式是影響土壤性質(zhì)的主要因素［26］。本研究中，羊草及芨芨草草原與西北針茅草原距離不超過1000 m，氣候、圍封時(shí)間及土地利用方式均一致。羊草及芨芨草草原土壤A層（0～32 cm）養(yǎng)分含量大于西北針茅草原，而在Bk～C層土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量均值均低于西北針茅草原。深層土壤養(yǎng)分主要來源于死亡根系，兩類草原鈣積層出現(xiàn)的位置和厚度不同，且鈣積層是其分布區(qū)的主要障礙層，會(huì)阻礙根系的延伸和生長，進(jìn)而導(dǎo)致二者深層土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生差異［27-28］。羊草及芨芨草草原土壤在A1～C層土壤水分和電導(dǎo)率顯著大于西北針茅草原（P＜0.05），在A2和AB層pH顯著小于西北針茅草原（P＜0.05），這與植被群落關(guān)聯(lián)密切。羊草及芨芨草草原的優(yōu)勢種主要是羊草和芨芨草，西北針茅草原的優(yōu)勢種是西北針茅。西北針茅不具有耐鹽性［29］，而羊草及芨芨草作為耐旱、耐鹽堿植物，其強(qiáng)大的根系從底層吸收水分和鹽分，再以殘落物的形式以及死亡根系被

分解將鹽分返還到土壤表層［30］。長此以往，羊草及芨芨草生態(tài)習(xí)性會(huì)加劇土壤鹽堿化［31-32］。

表3 土壤指標(biāo)主成分分析的結(jié)果及公因子方差和Norm值及分組Table 3 Results of principal component analysis of the soil indicators and their Norm values and groups

表5 土壤指標(biāo)的公因子方差及權(quán)重Table 5 Communality and weight of soil quality indicators

表6 各土壤指標(biāo)平均值以及非線性賦分方程Table 6 Mean of soil quality indicators and normalization equations of the scoring curves

圖3 最小數(shù)據(jù)集和總數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)Fig.3 Soil quality index of minimum data set（MDS）and total data set（TDS）同一土壤發(fā)生層不同小寫字母表示羊草及芨芨草草原與西北針茅草原土壤質(zhì)量指數(shù)差異顯著（P＜0.05）；不同大寫字母表示羊草及芨芨草草原Bb層和C層差異顯著（P＜0.05）。Different lowercase letters indicate significant difference between L.chinensis and A.splendens grassland and S.sareptana grassland soil quality index in the same soil horizon at the 0.05 level，and different capital letters indicate significant difference between Bb and C horizon in the L.chinensis and A.splendens grassland at the 0.05 level.

圖4 最小數(shù)據(jù)集（MDS）和總數(shù)據(jù)集（TDS）之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between minimum data set（MDS）and total data set（TDS）

土壤質(zhì)量是由物理、化學(xué)、生物特征決定的，土壤質(zhì)量評價(jià)需要測定大量的指標(biāo)。然而，對大量土壤指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析是比較困難的。研究人員試圖通過選取分析方法簡單、測試費(fèi)用少的土壤物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行土壤質(zhì)量的評價(jià)［16］。由于土壤類型復(fù)雜，土地利用方式多樣，不同類型土壤組分也不盡相同，目前對于土壤質(zhì)量評價(jià)尚未建立統(tǒng)一的指標(biāo)體系。土壤質(zhì)量評價(jià)的對象不同，指標(biāo)選取也存在差異。雖然土壤微生物、動(dòng)物等生物指標(biāo)對土壤環(huán)境具有一定的指示作用，但其與植被一樣主要依賴于土壤環(huán)境生存，而且與土壤理化性質(zhì)存在相關(guān)性［33］，故未將其納入羊草及芨芨草草原與西北針茅草原土壤質(zhì)量評價(jià)的指標(biāo)范圍。本研究選用了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、容重、土壤水分、pH和電導(dǎo)率等10項(xiàng)土壤性質(zhì)作為總數(shù)據(jù)集評價(jià)指標(biāo)，涵蓋了與土壤孔隙結(jié)構(gòu)和滲透性具有緊密關(guān)系的物理指標(biāo)、與土壤肥力直接相關(guān)的化學(xué)指標(biāo)，以及根據(jù)羊草及芨芨草和西北針茅植被的生態(tài)習(xí)性差異選用的土壤堿度和鹽度指標(biāo)。張曉娜等［34］在研究荒漠草原土壤質(zhì)量時(shí)選用的是土壤物理性質(zhì)、土壤養(yǎng)分和土壤鹽分這三方面的土壤指標(biāo)，本研究選用的土壤指標(biāo)與之類似。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［12］，土壤容重和pH是土壤質(zhì)量評價(jià)中必須考慮的指標(biāo)，使用頻率高達(dá)90%，全氮、有機(jī)質(zhì)和速效磷使用頻率分別為70%、60%和50%。本研究10個(gè)評價(jià)指標(biāo)有5個(gè)進(jìn)入土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)前10位，這說明該評價(jià)指標(biāo)具有較好的代表性，適宜評價(jià)草原土壤質(zhì)量。

土壤質(zhì)量評價(jià)是草地可持續(xù)利用的一個(gè)重要思想。本研究將單指標(biāo)的評價(jià)通過主成分分析轉(zhuǎn)化為多指標(biāo)評價(jià)，綜合反映草地土壤質(zhì)量水平。通過主成分分析以及Norm值，最后確定土壤有機(jī)質(zhì)、容重和電導(dǎo)率這3個(gè)指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)和容重有助于土壤吸收、保持和釋放水分和養(yǎng)分，并具有對土壤管理做出反應(yīng)和抵抗土壤退化的能力［35］，土壤有機(jī)質(zhì)也是土壤肥力評價(jià)的重要指標(biāo)。電導(dǎo)率可以直接反映土壤中鹽分含量的大小和作物受鹽分脅迫的程度［24］，這一因素在維持植物根系正常生長以及提供土壤養(yǎng)分方面具有重要作用。總的來說，本研究選取的指標(biāo)能夠綜合反映土壤質(zhì)量，可為草地土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)篩選提供科學(xué)依據(jù)。土壤質(zhì)量指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，羊草及芨芨草草原土壤質(zhì)量指數(shù)只有在A1層略高于西北針茅草原，在A2～C層顯著低于西北針茅草原（P＜0.05）。這與土壤電導(dǎo)率密切相關(guān)，羊草及芨芨草草原土壤電導(dǎo)率在A2～Bk層大于或接近1 dS·cm-1，屬于極高鹽度（表7）［36］。土壤鹽分過高會(huì)直接影響土壤的生物活性，降低土壤肥力和有機(jī)質(zhì)含量，造成土壤中植物養(yǎng)分缺乏［37］，進(jìn)而對土壤質(zhì)量產(chǎn)生消極影響。

表7 電導(dǎo)率和等級［31］Table 7 Electrical conductivity and class

4 結(jié)論

1）羊草及芨芨草草原和西北針茅草原的土壤性質(zhì)存在差異，在A2～Bk層二者土壤水分、電導(dǎo)率和pH差異顯著（P＜0.05），在A1、AB和Bk層土壤容重差異顯著（P＜0.05）。羊草及芨芨草草原土壤在A層（0～32 cm）養(yǎng)分含量顯著高于西北針茅草原（P＜0.05），在Bk～C層有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量均值均低于西北針茅草原。

2）草原土壤質(zhì)量評價(jià)最小數(shù)據(jù)集由土壤有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率和容重組成，最小數(shù)據(jù)集可以較好反映兩類草原土壤質(zhì)量優(yōu)劣；對同一類草原而言，最小數(shù)據(jù)集與總數(shù)據(jù)集土壤質(zhì)量指數(shù)之間存在差異，但二者呈極顯著相關(guān)關(guān)系（R2=0.947），說明最小數(shù)據(jù)集能夠綜合反映草地土壤質(zhì)量信息。

3）土壤質(zhì)量指數(shù)表明兩類草原土壤質(zhì)量存在差異，羊草及芨芨草草原土壤在A1層土壤質(zhì)量指數(shù)略高于西北針茅草原，在A2～C層土壤質(zhì)量指數(shù)顯著低于西北針茅草原（P＜0.05）。綜上所述，羊草及芨芨草草原土壤存在鹽堿化趨勢，對土壤質(zhì)量產(chǎn)生消極影響。針茅草原土壤質(zhì)量整體上優(yōu)于羊草及芨芨草草原。在草地管理實(shí)踐中應(yīng)注重土壤質(zhì)量的改善，羊草及芨芨草草原土壤質(zhì)量低，建議采取低放牧強(qiáng)度，避免干擾破壞表層土壤，自然恢復(fù)為主。或通過水肥等調(diào)控措施降低土壤鹽堿度，提高土壤質(zhì)量。