松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系

楊 帆，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍

(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 長春 130012)

松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系

楊 帆*，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍

(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所, 長春 130012)

土壤水鹽；地表積水；微地形；植物群落分布；驅(qū)動因子

松嫩平原西部是世界上三大蘇打鹽漬土集中分布區(qū)之一，生態(tài)環(huán)境脆弱，是我國北方土地荒漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。松嫩平原植被類型分布與土壤類型和土壤鹽漬化程度密切相關(guān)，特別是低平原區(qū)，由于微地形的存在，導(dǎo)致了水文過程的變化，這種變化使土壤含鹽量在很小的區(qū)域范圍內(nèi)差異較大，使不同鹽漬化程度土壤呈鑲嵌分布，土壤鹽分空間變異顯著[1]。植物生長受土壤中鹽類組分的影響較大，在不同鹽漬化土壤中，個體植物生長受到限制，當(dāng)鹽漬化程度超出個體植物生存范圍，其他植物種入侵和存活，優(yōu)勢種逐漸失去作用，土壤鹽漬化程度的改變促進(jìn)了植物群落演替[2]。在松嫩平原微域尺度范圍內(nèi)，以往的研究主要集中于植物個體對水鹽的響應(yīng)[3- 4]，對于群落間的演替研究較少[5- 7]，而對于群落間演替的環(huán)境驅(qū)動因子研究，未見報道。因此本研究通過典范對應(yīng)分析方法(CCA)，進(jìn)一步分析植物與環(huán)境之間的關(guān)系，以及確定植物群落間演替的驅(qū)動因子，為蘇打鹽漬土區(qū)生態(tài)保護(hù)和重建提供依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大安堿地生態(tài)試驗站進(jìn)行。地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°50′27″—123°51′31″，北緯45°35′58″—45°36′28″。該區(qū)屬中溫帶大陸季風(fēng)氣候，多年平均降水量413.7 mm，年均蒸發(fā)量為1696.9 mm。試驗站周圍地區(qū)屬嫩江古河道低漫灘，目前的演替方向是由中-輕度鹽漬土向中-重度鹽漬土轉(zhuǎn)化，植物群落也相應(yīng)的向鹽生植物演替，即處于退化過程中。而且區(qū)內(nèi)輕、中、重度鹽漬土呈現(xiàn)的復(fù)合鑲嵌格局，使該區(qū)不同的植物群落依據(jù)土壤水鹽變化呈斑塊狀分布，松嫩平原是我國土壤鹽漬化具有突出特色的地區(qū)[8]。

1.2 方法與試驗設(shè)計

圖1 測量點布置圖Fig.1 Distribution of measuring points in the experiment site

選擇具有微地形特征的不同鹽漬化程度鹽漬土復(fù)區(qū)為研究樣地。試驗小區(qū)面積為10000 m2, 南北長100 m，東西寬100 m，小區(qū)內(nèi)不同高程的小丘和洼地鑲嵌分布，最大相對高差為36.3 cm。從微域尺度上看，為了滿足區(qū)域鹽堿土復(fù)合鑲嵌體重復(fù)出現(xiàn)的空間要求，將小區(qū)分成10 m×10 m的網(wǎng)格，從中隨機(jī)選取40個網(wǎng)格作為測量點。具體樣點布置如圖1。小區(qū)內(nèi)的主要植物群落為以蘆葦、虎尾草、堿蓬、堿茅為優(yōu)勢種的植物群落。

1.3 樣品采集與測試方法

試驗數(shù)據(jù)為兩年數(shù)據(jù)，分別為2005年(豐水年)和2007年(枯水年)。試驗從5月1日開始到10月1日結(jié)束。地表積水時間和地表水深的測量從5月1日開始到10月1日結(jié)束，每5d觀測1次，降雨后加密觀測。土壤含水率分別在5月、7月和9月的月末進(jìn)行采樣，含水率為3次的平均值。土壤離子測定樣品均在每年的9月末進(jìn)行采樣，植物群落調(diào)查每月1次。

(1)

式中，[Na+]、[Ca2+]和[Mg2+]為Na+、Ca2+、Mg2+的的濃度(mmolc/L)。

土壤含水率：采用烘干稱重法測定。

微地形相對高程：采用DSN232型水準(zhǔn)儀測量。

1.3 數(shù)據(jù)定量分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨變化規(guī)律

由圖2可知，2005年5月、9月較干旱，降雨量少。降雨主要集中在6、7和8月，其中6月12日和6月22日的兩場降雨均在50 mm以上，7月29日一場強(qiáng)降雨高達(dá)86 mm。5—10月降水總數(shù)為455 mm，較以往降雨平均值高，該年為豐水年。2007年，降雨較少，且降雨頻次也少，主要降雨集中在7月，最大一次降雨量為7月15日的34.5 mm， 5—10月降雨量為224.5 mm，明顯低于多年平均降雨量，為枯水年。

圖2 不同年份降雨變化規(guī)律Fig.2 Variation of precipitation in different year

2.2 植物群落與環(huán)境因子關(guān)系

圖3 植物群落與相關(guān)因子CCA分析Fig.3 CCA of plant communities and correlation factorsH: 相對高程relative height; h: 地表積水深度 Ponding depth; d: 地表積水時間 Ponding time 0—10 cm、10—30 cm、30—60 cm、60—100 cm; 不同土壤層含水率 Soil moisture in different soil layer

2.3 不同植物群落適應(yīng)化學(xué)指標(biāo)范圍

由表1可知，不同群落適應(yīng)不同的陽離子含量范圍，稗草、蘆葦對陽離子的適應(yīng)范圍較接近，各離子之間差異不顯著。稗草、蘆葦適應(yīng)pH值范圍也較相近，均在8.5—10之間?；⑽膊荨A茅適應(yīng)陽離子范圍較接近，無顯著性差異。兩種群落對pH值適應(yīng)范圍也較接近，均在10以上。堿蓬適應(yīng)高Na+，低K+、Ca2+、Mg2+，且適應(yīng)的pH值較高，在10以上。

表1 不同植物群落土壤陽離子比較

同一列中標(biāo)有不同字母的數(shù)據(jù)間差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)

由表2可知，不同群落適應(yīng)陰離子范圍有所不同，堿蓬適應(yīng)的陰離子含量均高于其他群落，且EC也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他群落。其他植物群落土壤陰離子差異不顯著。

表2 不同植物群落土壤陰離子比較

同一列中標(biāo)有不同字母的數(shù)據(jù)間差異達(dá)到顯著水平(P﹤0.05)

表3 不同植物群落適應(yīng)鹽堿化指標(biāo)范圍

2.4 不同群落適應(yīng)水文指標(biāo)范圍

由表4可知，不同水文指標(biāo)下不同群落之間比較，不同群落之間在60—100 cm土壤層含水率無顯著性差異，在30—60 cm土壤層含水率呈顯著性差異，0—30 cm土壤含水率和地表積水深度、積水時間均呈極顯著性差異。因此植物群落之間的差異主要集中在地表水、表層土壤含水率，隨著土壤剖面的加深，群落間差異減小，60—100 cm土壤含水率對于地表植物的生長分布作用不大。

表4 不同植物群落水文指標(biāo)方差分析

由表5可知，表層積水時間和積水深度對群落之間影響較大，與其他植物群落相比，蘆葦?shù)乇硭钭罡?，積水時間最長。堿茅和蘆葦之間差異性不顯著。稗草和蘆葦盡管在土壤化學(xué)指標(biāo)適應(yīng)范圍相似，但他們對于水分適應(yīng)范圍明顯不同，當(dāng)?shù)乇矸e水深度大、積水時間長時，適應(yīng)蘆葦生長，卻不適合稗草生長。堿茅和蘆葦在地表水方面差異不顯著。說明堿茅適合于地表較濕的環(huán)境，虎尾草適合于地表較干的環(huán)境。因此地表水的積水時間和積水深度是區(qū)分稗草和蘆葦、虎尾草和堿茅生長分布的重要水文特征值。

表5 不同植物群落水文數(shù)據(jù)方差分析

3 結(jié)論

(2)由植物群落分布和微地形的關(guān)系可知，堿蓬分布在微地形高處，隨著微地形的下降，植物群落依次改變?yōu)榛⑽膊荨A茅、稗草和蘆葦群落。

(3)在枯水年由于水分的減少和鹽堿化的加重，稗草向虎尾草群落演替，虎尾草向堿蓬群落演替。而蘆葦和堿茅群落相對穩(wěn)定，只是由濕生向旱生轉(zhuǎn)化，群落間演替較慢。

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Thecorrelationbetweensoilwatersalinityandplantcommunitydistributionundermicro-topographyinSongnenPlain

YANG Fan*, WANG Zhichun, WANG Yunhe, AN Fenghua, ZHAO Changwei

NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130012,China

soil water; soil saline; surface ponding; micro-topography; plant community distribution; threshold value

中國科學(xué)院西部行動計劃重大資助項目 (KZCX3-XB3- 16); 國家自然科學(xué)基金資助項目(41071022); 國家科技支撐課題資助項目(2009BADA3B04)

2013- 06- 05;

2013- 07- 29

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangfan@neigae.ac.cn

10.5846/stxb201306051346

楊帆，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍.松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報,2013,33(19):6202- 6208.

Yang F, Wang Z C, Wang Y H, An F H, Zhao C W.The correlation between soil water salinity and plant community distribution under micro-topography in Songnen Plain.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6202- 6208.