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浑善达克沙地不同微地形的土壤物理性质和草本群落分布及其相关性分析.docx

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上传人:科技星球 2024/4/23 文件大小:37 KB

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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。浑善达克沙地不同微地形的土壤物理性质和草本群落分布及其相关性分析??张志永,时忠杰,张晓,单楠,杨晓晖(中国林业科学研究院荒漠化研究所,北京100091)浑善达克沙地不同微地形的土壤物理性质和草本群落分布及其相关性分析张志永,时忠杰,张晓,单楠,杨晓晖①(中国林业科学研究院荒漠化研究所,北京100091)采用样方调查和室内检测相结合法对内蒙古浑善达克沙地迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地不同土层(0~10、10~20和20~40cm)的土壤物理性质(包括含水量、田间持水量、容重、总孔隙度和毛管孔隙度)及草本群落的生产力(包括盖度和地上部生物量)和物种多样性(包括Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数)进行比较分析;在此基础上,采用Pearson相关性分析法对不同微地形的土壤物理性质与草本群落各指标间以及草本群落生产力与物种多样性各指标间的相关性进行分析。结果表明:4种微地形的土壤物理性质总体上差异显著,但不同土层的土壤物理性质总体上无明显差异;从丘间地、背风坡、坡顶到迎风坡,土壤的含水量、田间持水量、总孔隙度和毛管孔隙度依次递减,而土壤容重则依次递增,说明迎风坡的土壤结构较差且水分散失较多,而丘间地的土壤结构和水分状况均相对较好。不同微地形间草本群落生产力和物种多样性总体上也存在明显差异,从背风坡、丘间地、坡顶到迎风坡,草本群落的生产力和物种多样性依次递减,仅Margalef丰富度指数表现为在丘间地最高、在迎风坡最低,说明迎风坡的草本群落物种多样性较低,群落稳定性差,而背风坡和丘间地的草本群落物种多样性和生产力水平均较高,群落稳定性较好。相关性分析结果表明:该区域的草本群落生产力和物种多样性与土壤容重呈负相关,与土壤的其他物理性状呈正相关,但仅部分指标间有显著或极显著相关性;草本群落生产力与物种多样性各指标间呈正相关,但多数指标间的相关性并不显著。研究结果显示:微地形能够显著影响浑善达克沙地的土壤物理性质和草本群落的分布特征,气候和人为干扰使该沙地的土壤物理性质受到严重破坏,导致草本群落生产力降低并处于不稳定状态。浑善达克沙地;微地形;土壤物理性质;草本群落生产力;物种多样性;相关性分析土壤作为植物生长的物质基础,是诸多生态过程的载体[1],因此,了解植物在维持自身生长过程中需要从土壤中获取的资源数量,是理解整个群落物质循环的基础[2-3]。草本群落由处于不同生态位的草本植物构成,其分布特征是种子扩散和环境筛选共同作用的结果[4];土壤和草本群落均处于整个生态系统的底层,其空间分布规律不仅受到上层树木的影响,而且在很大程度上受到外界环境的影响,尤其是地形条件的影响;地形对地表资源空间分布的影响主要表现在地表径流、光照条件、降水、风向等方面,且这些影响在干旱和半干旱环境中尤为突出[5-6]。浑善达克沙地位于中国北方的农牧交错带,曾是重要的牧草产区,但近30年来,在气候变化和放牧的双重作用下,整个区域的生态结构遭到破坏,出现草本群落稳定性降低、草地生产力下降、沙化面积扩大等一系列生态问题[7]。赵丽等[8]认为,由沙丘垄起形成的微地形直接影响沙化草地的资源异质性,在景观上呈现裸露沙土和草本群落相间分布的地貌特征。因此,研究不同微地形的土壤物理性质以及草本群落的空间分布规律,对于了解土壤的结构和功能具有重要参考价值;同时,对了解草本群落与土壤间的关系,以及整个生态系统物质和能量流动及草地承载力等具有重要意义。鉴于此,作者选择浑善达克沙地中典型沙丘的迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地,对0~10、10~20和20~40cm土层的土壤物理性质以及草本群落的生产力和物种多样性指标进行比较研究,并进行Pearson相关性分析,以期明确微地形对土壤物理性质和草本群落分布的影响,并探寻影响草本群落分布的限制因子,为客观了解浑善达克沙地地表资源的分布特征奠定研究基础,并为了解该区域草本群落的演替过程及制定植被保护和恢复对策提供理论依据。,地理坐标为东经116°09′~116°10′、北纬42°35′~42°36′。该区域属温带半干旱大陆性季风气候,℃,无霜期107d;,全年降水量分布不均,%[9]。地势由东南向西北倾斜,地貌复杂,沙丘和丘间地相间分布,沙丘相对高度3~15m[10]。区内土壤以风沙土为主,含水量低,稳固性差;丘间地常分布有栗钙土和草甸土,间有风沙土等类型土壤,~[11-13]。区内的木本植物主要有榆树(UlmuspumilaLinn.)、小叶锦鸡儿(CaraganamicrophyllaLam.)和耧斗菜叶绣线菊(SpiraeaaquilegifoliaPall.)等;草本植物主要有羊草〔Leymuschinensis()Tzvel.〕、冰草〔Agropyroncristatum(Linn.)Gaertn.〕、狗尾草〔Setariaviridis(Linn.).〕、灰绿藜(ChenopodiumglaucumLinn.)、委陵菜(PotentillachinensisSer.)、冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld.)、赖草〔Leymussecalinus(i)Tzvel.〕、糙隐子草〔Cleistogenessquarrosa(Trin.)Keng〕和叉分蓼(PolygonumdivaricatumLinn.)等。,于2015年8月选取典型沙丘,在垂直沙丘走向的方向上设置面积20m×240m的样带,并按照迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地4种微地形将样带分成12个面积20m×20m的样方,每种微地形各3个样方;按照“S”形在每个样方内设置9个面积1m×1m的小样方,共计108个小样方。记录每个小样方内所有植物的种名、盖度及株(丛)数等信息,并收集每个小样方内所有草本植物的地上部,用于测定草本群落地上部生物量。同时,在每个小样方内挖取深度50cm的土壤剖面,分别利用铝盒和环刀按照0~10、10~20和20~40cm3个土层进行土壤取样,每层3个土样,共计972个土样;将所有土样迅速带回实验室,用于检测土壤含水量、田间持水量、容重、总孔隙度和毛管孔隙度。整个采样及间隔期间无明显降水。[14]测定;田间持水量、容重、总孔隙度和毛管孔隙度均采用环刀法[15]测定。每个指标重复测定3次。[6,16]测定各小样方内所有草本植物地上部的总生物量,即为草本群落的地上部生物量。采用针刺法[17]测定各小样方内草本群落的盖度。参照孔凡洲等[18]的方法计算草本群落的物种多样性指数,包括Margalef丰富度指数(dMa)、Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(He′)、Pielou均匀度指数(Je)。;(one-wayANOVA)和Pearson相关性分析。。由表1可见:4种微地形间的土壤含水量有显著差异(P微地形Microtopography不同土层的土壤含水量/%Soilwatercontentindifferentsoillayers0-10cm10-20cm20-±±±±±±±±±±±±±±±±/%Fieldcapacityindifferentsoillayers0-10cm10-20cm20-±±±±±±±±±±±±±±±±)同列中不同的大写字母表示不同微地形间同一指标差异显著(P<).由表1还可见:4种微地形间的土壤田间持水量差异显著,其中,土壤田间持水量平均值在丘间地最高(%)、在迎风坡最低(%)、在背风坡和坡顶居中(%%)。4种微地形不同土层间的土壤田间持水量均无显著差异,且均表现为0~10cm土层最高、10~20cm土层最低。总体上看,浑善达克沙地不同微地形间的土壤水分状况有明显差异,表现为从丘间地、背风坡、坡顶到迎风坡依次递减的趋势,而不同土层间的土壤水分状况总体上无明显差异。比较而言,丘间地的土壤水分状况最好,迎风坡的水分状况最差。、总孔隙度和毛管孔隙度的比较结果见表2。由表2可见:仅坡顶和背风坡间的土壤容重无显著差异,其他微地形间的土壤容重均有显著差异,其中,土壤容重平均值在迎风坡最高(·cm-3)、在丘间地最低(·cm-3)、在坡顶和背风坡居中(·cm-3)。各土层间的土壤容重总体上无显著差异,其中,迎风坡、坡顶和丘间地的土壤容重均表现为10~20cm土层最高、0~10cm土层最低;而背风坡的土壤容重则表现为10~20cm土层最高、20~40cm土层最低。由表2还可见:仅背风坡和丘间地的土壤总孔隙度和毛管孔隙度无显著差异,4种微地形间的土壤总孔隙度和毛管孔隙度总体上有显著差异,其中,土壤总孔隙度和毛管孔隙度的平均值均表现为在丘间地最高(%%)、在迎风坡最低(%%)、在背风坡和坡顶居中(%%,%%)。各土层间土壤总孔隙度和毛管孔隙度均无显著差异;其中,土壤总孔隙度均表现为0~10cm土层最高、10~20cm土层最低;土壤毛管孔隙度在迎风坡和坡顶均表现为0~10cm土层最高,在背风坡和丘间地均表现为0~40cm土层最高,在坡顶、背风坡和丘间地均表现为10~20cm土层最低,而在迎风坡表现为20~40cm土层最低。微地形Microtopography不同土层的容重/%Bulkdensityindifferentsoillayers0-10cm10-20cm20-±±±±±±±±±±±±±±±±/%Totalporosityindifferentsoillayers0-10cm10-20cm20-±±±±±±±±±±±±±±±±/%Capillaryporosityindifferentsoillayers0-10cm10-20cm20-±±±±±±±±±±±±±±±±)同列中不同的大写字母表示不同微地形间同一指标差异显著(P<).总体上看,浑善达克沙地不同微地形间的土壤容重和孔隙度总体上差异显著,其中,从丘间地、背风坡、坡顶到迎风坡,土壤容重依次递增,而孔隙度则依次递减;但不同土层间的土壤容重和孔隙度基本上无显著差异。比较而言,丘间地土壤的物理性质相对较好,表现为土壤容重更小、孔隙状况更佳、成土作用更强、土壤结构相对较好。(包括群落盖度和地上部生物量)的比较结果见表3。结果表明:草本群落盖度在丘间地与坡顶和背风坡间无显著差异,但在其他微地形间均有显著差异(P微地形Microtopography盖度/%Coverage地上部生物量/g·m-2Biomassofabove-±±±±±±±±)同列中不同的大写字母表示不同微地形间同一指标差异显著(P<).总体上看,浑善达克沙地不同微地形间草本群落盖度和地上部生物量有一定差异,表现出从背风坡、丘间地、坡顶到迎风坡依次递减的趋势。比较而言,草本植物生产力水平在背风坡最高、在迎风坡最低。(包括Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数)的比较结果见表4。Margalef丰富度指数在4种微地形间大多差异显著,仅在背风坡与坡顶和丘间地间无显著差异;其中,Margalef丰富度指数在丘间地最高()、在迎风坡最低()、在背风坡和坡顶居中()。Simpson多样性指数在4种微地形间大多差异显著,仅在丘间地与坡顶和背风坡间无显著差异;但Shannon-Wiener多样性指数则在迎风坡与坡顶、背风坡和丘间地间差异显著,而在后3种微地形间却无显著差异。其中,Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均在背风坡最高()、在迎风坡最低()、在丘间地和坡顶居中(,)。Pielou均匀度指数在迎风坡与坡顶、背风坡和丘间地间均有显著差异,而在后3种微地形间则无显著差异;其中,Pielou均匀度指数在背风坡最高()、在迎风坡最低()、在丘间地和坡顶居中()。

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