伊犁河谷东部不同草地类型土壤-植被硒元素特征

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　　摘要：硒是环境中重要的生命元素之一，研究植物和土壤中的硒含量对区域土地质量和农作物经济价值均有重要意义。以不同类型草地为研究对象，通过采集、分析、测定不同海拔高度野外样品，研究土壤、植物样品的硒含量特征及不同海拔高度下的空间差异。结果表明，不同类型草地土壤中硒含量为0.20～0.43 mg/kg，平均值为 0.32 mg/kg，其中山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。草地地上部硒含量为0.06～0.14 mg/kg之间，平均值为0.08 mg/kg。
　　关键词：草地类型;海拔高度;土壤硒含量;植被硒含量
　　中图分类号：S154.4   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）17-0257-04
　　土壤是草地的重要组成部分，是一个时空连续的变异体，具有高度的空间异质性，为植物生长提供了基础的养分和水分[1-2]。近年来，草地大量元素和微量元素空间异质研究逐渐受到关注。其中，大量元素研究较多，微量元素相对较少。土壤中多数微量元素随着区域和土壤类型的不同均表现出不同的差异[3]。在不同尺度上，土壤存在空间异质性，这是土壤重要的属性之一，在一定程度上影响草地群落的组成。同时，土壤养分是土壤肥力的重要物质基础，草地土壤养分含量对于草地的生长有着重要的影响，其含量及分布状况在一定程度上制约着草地生态系统的演替过程和草地多样性及对环境变化的响应。
　　硒是人和动物所必需的微量营养元素。植物性食材作为人体的主要硒源，其硒含量高低对人体硒营养健康起到关键作用[4-5]。硒也是维持生命正常功能所必需的化学微量元素，牲畜缺硒会引起白肌病，如果硒过量会引起中毒[6]。硒与畜牧业及人类健康关系紧密。目前，植物富硒研究大多集中在水稻、小麦、玉米、油菜、果蔬等作物[7-10]，对于草地的研究相对较少。
　　伊犁哈萨克自治州巩乃斯河流域是重要的草原牧区，草地对牧民生活起重要的作用。在过去的生产实践中，该流域草地由于过度放牧、人为不当开垦、气候变化等因素的影响，造成土壤养分大量流失。研究该地区草地植物和土壤中硒含量的空间异质性及格局分布，对于伊犁哈萨克自治州巩乃斯河流域草地环境的生态监测工作具有重要的意义，也对改善和提高当地畜牧产品品质起着重要的作用，能为草地保护和畜牧业发展提供参考依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 研究区域
　　研究区位于新疆伊犁哈萨克自治州新源县境内的巩乃斯河流域（43°01′～43°40′ N，82°28′～84°57′ E），海拔在850～3500 m之间，属大陆性半干旱气候区。该地区属西风环流气候，降雨四季分配不均，无霜期较短。因受西來湿润气流的影响，冬暖夏凉，山地气候特点明显。全年平均气温6.1～9.3 ℃，历史年降水量270～880 mm之间。位于新疆伊犁河谷上游区域，发源于天山山脉的那拉提山、阿吾拉勒山以及依连哈比尔尕山交界处。河流自东向西流，在巩乃斯种羊场西部与特克斯河汇合后，又与喀什河在雅马渡汇合后注入伊犁河[11-12]。沿巩乃斯河流域选取了典型具有代表性的草地类型进行考察，并采集了不同类型草地的土壤和植物样品。采样点植被类型分别为荒漠草地（DG）、半荒漠草地（SG）、山地草甸（MM）、高寒草甸（AM）、山地草甸草原（MS）（图1、表1）。
　　1.2 研究方法
　　本研究采用野外样地调查和室内测定分析相结合的方法。于2014年植物生物量最大时期的7月份，在10 m×10 m的面积内，设置5个1 m×1 m 样方，利用收获法采集地上植物样品，将整个样方的植物体装入大的塑料袋内，带回实验室后，根据实际体积量分别装入档案袋或信封内，80 ℃下烘干（48 h），称质量（精确到0.01 g）。植物地上样品粉碎后测定不同指标养分含量和地上植物量。植物地下样品采集：利用挖坑法采集，待地上部分生物量采集完毕后，进行根系部分的采集，主要采集0～20 cm地下根部分。
　　土壤硒元素含量的测定：采用原子吸收光谱法进行测定，根据NY 1104—2006《土壤中全硒的测定》测定土壤中的全硒含量[13];采用FOSS全自动定氮仪测定土壤中的全氮含量;采用紫外分光光度计测定土壤中的全磷含量;用火焰光度计法测定土壤中的全钾含量[14]。
　　土壤容重的测定：采用环刀法测定。样方内用100 cm3（内径5.047 cm，高5.000 cm）已知质量的环刀分别取0～20、20～40、40～60 cm不同土壤层次测定环刀和土壤质量，每个样品重复3次;在同层采样处，用铝盒采样，带回实验室烘干称质量，测定土壤含水量。
　　土壤容重计算公式如下：
　　土壤容重=环刀内湿土质量×100（100+土壤含水质量）×环刀体积。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同草地群落土壤养分基本特征及理化性质
　　不同草地群落类型的表层土壤养分含量不同。由表2可知，山地草甸的总磷、有机碳含量最高，荒漠草地和半荒漠草地的总氮、总磷、有机碳含量最低，5个样点总氮、总磷、有机碳含量平均值分别为2.76、1.37、45.2 g/kg。
　　由表3可知，高寒草甸土壤含水量最高，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地的土壤含水量较低，平均值为9.77%;高寒草甸的容重最小，荒漠草地、山地草甸草原和半荒漠草地容重较高，平均值为0.96 g/cm3。
　　2.2 不同草地群落不同部位硒含量的变化规律
　　从图2可知，土壤硒含量为山地草甸>山地草甸草原>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地。平均值为0.32 mg/kg，其中山地草甸土壤硒含量最大，荒漠草地最小，分别为0.43、0.20 mg/kg。植物地上部硒含量从大到小依次为半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。平均值为0.08 mg/kg，其中半荒漠地土壤硒的含量最大，为0.14 mg/kg，属于中硒植物（表4）;山地草甸土壤硒含量最小，约为0.06 mg/kg，属于低硒和中硒之间的植物。不同草地类型根、硒含量从大到小依次为半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。半荒漠草地的根系中硒含量最大，为0.250 mg/kg，属于中硒植物。荒漠草地根系中硒含量最小，为0.055 mg/kg，属于中硒植物和低硒植物之间。 　　2.3 随海拔变化的土壤养分元素含量空间分布特征
　　从图3可以看出，不同海拔高度下，研究区不同类型草地植物群落土壤硒含量为0.20～0.47 mg/kg，平均值为0.36 mg/kg，土壤硒含量随海拔高度呈先增加后减少的趋势，可能是因为受环境因素的影响。植物地上部硒含量为0.03～0.14 mg/kg，平均值为0.07 mg/kg。根硒含量为0.06～0.25 mg/kg，平均值为0.14 mg/kg。植物地上部硒含量和根硒含量隨海拔高度变化呈先减少后增加的趋势，这种变化趋势与土壤硒含量的变化趋势相反。
　　2.4 草地植物硒含量与土壤养分元素的相关性分析
　　由表5可以看出，土壤硒含量与土壤有机质、总氮含量极显著正相关（P<0.01），相关系数分别为0.902 8、0.928 4。土壤硒含量与土壤总钾含量、全磷含量、植物地上部硒含量及植物根部硒含量相关性不显著;植物地上部硒含量与土壤硒含量、有机质、总碳含量、总磷含量相关性不显著。植物根部硒含量与其他养分元素相关性不大，为以后区域草地硒含量研究提供了基础数据。
　　3 结论与讨论
　　不同草地类型的土壤和植物硒含量有差异。自然界的土壤硒含量在0.1～2.0 mg/kg之间，一般硒含量为0.5 mg/kg或0.3 mg/kg，平均值为 0.25 mg/kg，缺硒地区的土壤硒含量小于或等于 0.1 mg/kg[17]。本研究不同类型草地植物群落中山地草甸土壤中硒含量最大，为0.43 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小为0.2 mg/kg，本研究区的土壤硒含量在正常范围。土壤硒的有效性受到土壤pH值、土壤氧化还原状况和土壤质地及土壤有机质含量的影响[18]。未来在草地管理中，应该科学合理地保护草地。
　　半荒漠草地中植物地上部分硒含量最大，为0.14 mg/kg;山地草甸的硒含量最小值为 0.06 mg/kg。半荒漠草地中根硒含量最大，为 0.25 mg/kg;荒漠草地的硒含量最小，为 0.055 mg/kg。可以看出，该地区土壤硒含量充足，植物属于中度硒水平，土壤属于中度及以上，研究区土壤和植物不缺硒，目前人工施用硒肥可以不考虑。在实际生产中，应该继续保护草地。
　　随海拔高度的升高，土壤中硒含量先增加后减少。这一研究结果与杨玉雪等的研究结果[17]一致。山地草甸土壤的硒含量最高，山地草甸>高寒草甸>半荒漠草地>荒漠草地的土壤硒含量，从海拔空间梯度看，1 200～2 500 m土壤的硒含量最高;植物地上部和根中硒含量呈先减少后增加的趋势，这与土壤硒含量的变化趋势相反。不同草地类型地上部硒含量依次为半荒漠草地>山地草甸草原>荒漠草地>高寒草甸>山地草甸。不同类型草地，其根硒含量依次为半荒漠草地>高寒草甸>山地草甸>山地草甸草原>荒漠草地。土壤和植物中硒养分元素的统计分析，可以有效评价该地区植被的生长条件。
　　硒元素与土壤不同养分元素的相关性分析结果表明，土壤硒含量与土壤有机质、总氮含量极显著正相关（P<0.01），这与杨兰芳的研究结果[18]一致。可以看出，植物根部硒含量与其他养分元素相关性不大，为以后区域草地硒研究提供了基础数据。
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