黃土丘陵區(qū)典型植被類型草本層生態(tài)學(xué)特性與環(huán)境解釋

張海東, 汝海麗, 焦 峰,2,

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

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黃土丘陵區(qū)典型植被類型草本層生態(tài)學(xué)特性與環(huán)境解釋

張海東1, 汝海麗3, 焦 峰1,2,3

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上研究黃土丘陵區(qū)4種典型植被類型(達(dá)烏里胡枝子群落、白羊草群落、人工刺槐林、人工檸條林)草本層生態(tài)學(xué)特性，通過室內(nèi)土壤養(yǎng)分和水分含量測定分析群落間環(huán)境因子的差異，并對群生態(tài)學(xué)指標(biāo)和環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)分析。研究結(jié)果表明：(1) 豆科、禾本科、菊科植物重要值在4種群落中均很高，群落間各科物種重要值差異顯著。(2) 群落物種多樣性表現(xiàn)為：人工刺槐林>人工檸條林>達(dá)烏里胡枝子群落>白羊草群落；群落蓋度表現(xiàn)為人工刺槐林>白羊草群落>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林；草本群落地上生物量表現(xiàn)為：白羊草群落>人工刺槐林>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林。(3) 土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和速效鉀含量表現(xiàn)為：工刺槐林>白羊草群落>達(dá)烏里胡枝子群落>人工刺槐林，達(dá)烏里胡枝子群落和白羊草群落土壤全磷、速效磷含量較高。(4) 土壤水分含量表現(xiàn)為：白羊草群落(8.43%)>達(dá)烏里胡枝子群落(7.60%)>人工檸條林(6.43%)>人工刺槐林(5.85%)。(5) 群落蓋度、草本群落地上生物量與土壤養(yǎng)分指標(biāo)正相關(guān)，物種多樣性與土壤養(yǎng)分的關(guān)系相對復(fù)雜；群落蓋度及物種多樣性均與土壤水分含量負(fù)相關(guān)，草本群落地上生物量與土壤水分含量相關(guān)性不顯著。

黃土丘陵區(qū); 典型植被; 物種多樣性; 土壤養(yǎng)分; 土壤水分

植被是生態(tài)環(huán)境的主要生態(tài)因子之一，在改善土壤理化狀況、保持水土等方面具有重要作用。在黃土丘陵區(qū)，植被恢復(fù)與重建是生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵，對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1-2]。黃土丘陵區(qū)土壤理化性質(zhì)較差，水土流失嚴(yán)重，植被草本層良好的生態(tài)學(xué)特性，是群落減少水土流失的重要條件[3-5]。在黃土丘陵區(qū)，生態(tài)環(huán)境治理和植被恢復(fù)是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，目前，該區(qū)植被恢復(fù)的主要手段是自然恢復(fù)和人工恢復(fù)，自退耕還林還草實(shí)施以來，植被恢復(fù)程度因恢復(fù)方式以及環(huán)境因子的差異而有所不同，其生態(tài)學(xué)特性也各有差異。植被恢復(fù)過程中群落的主要優(yōu)勢種會構(gòu)成不同植被類型[6]，不同植被類型的科屬組成、生物量、物種多樣性有很大差異[7-8]，而群落科屬組成是研究群落結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容，對認(rèn)識植物的起源、分布、結(jié)構(gòu)等具有重要的參考價(jià)值[9]，生物量是生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的集中表現(xiàn)，也是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要方面[10]，物種多樣性表征了群落的結(jié)構(gòu)、演替階段及生境差異，在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中占有重要地位[11-12]。

群落演替過程與環(huán)境因子密切相關(guān)[13]，植被與環(huán)境因子的關(guān)系也是生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)和重要內(nèi)容，土壤理化性質(zhì)、水分含量、肥力等環(huán)境因素的差異以及恢復(fù)模式的不同影響著物種多樣性、生物量等生態(tài)學(xué)特性的變化[14-15]。在黃土丘陵區(qū)大范圍退耕至今，退耕年限為20～30 a的退耕地居多，自然演替植被群落以草本植物為主，而人工林中極少出現(xiàn)其他喬木、灌木種，草本層物種多樣性很大程度上決定了群落的物種多樣性。因此，黃土丘陵區(qū)的典型植被群落草本層是其生態(tài)學(xué)特性的主要方面。本文以黃土丘陵區(qū)延河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，以不同退耕年限和恢復(fù)方式的四個典型植被群落(退耕20 a的達(dá)烏里胡枝子群落、退耕30 a的白羊草群落以及30 a人工檸條林和刺槐林)草本層為對象，分別對其群落物種組成、生物量、物種多樣性進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合土壤養(yǎng)分含量及水分狀況進(jìn)行分析，旨在對黃土丘陵區(qū)植被修復(fù)和生態(tài)重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)在延河流域(36°23′—37°17′N，108°45′—110°28′E)，位于黃土高原腹地，流域全長286.9 km，總面積7 686 km2，研究區(qū)屬半干旱氣候區(qū)，平均海拔高度為1 218 m,年平均氣溫為9.0℃，年平均蒸發(fā)量為1 000 mm，流域多年平均降水量為506 mm，降雨年內(nèi)分配不均，多集中發(fā)生在7—9月份，且多暴雨。延河流域?qū)儆邳S土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)，地形破碎，主要土壤類型為黃土母質(zhì)上發(fā)育而來的黃綿土，土質(zhì)疏松，抗蝕抗沖性差，土壤侵蝕劇烈，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱。開始生態(tài)恢復(fù)后，形成不同演替階段的植物群落，多以禾本科、菊科以及豆科植物為主，其中豬毛蒿(ArtemisiascopariaWaldst.et Kit)、長芒草(StipabungeanaTrin)、鐵桿蒿(ArtemisiasacrorumLedeb)、茭蒿(ArtemisiagiraldiiPamp)、達(dá)烏里胡枝子(LespedezadavuricaLaxm.Schindl)、白羊草(BothriochloaischaemumL.Keng)等典型物種分布較為廣泛。

1.2 樣地設(shè)置與野外調(diào)查

在對延河流域植被類型進(jìn)行基本考察的基礎(chǔ)上，選取4種典型群落(退耕后自然恢復(fù)20 a達(dá)烏里胡枝子群落、30 a白羊草群落，生長30 a的檸條林和刺槐林)為研究對象，對其草本層及土壤環(huán)境進(jìn)行研究。為控制地形因子的影響，每種典型植被類型均選擇坡度為20°左右、半陽坡、中上部坡位，相對高差<200 m的共計(jì)3個重復(fù)樣地進(jìn)行調(diào)查采樣(2013年8月)。樣地共計(jì)12個，分布在109°14′—109°31′E，36°44′—36°52′N，基本情況如表1所示。

表1 樣地基本情況

在每個樣地設(shè)置10個2 m×2 m樣方進(jìn)行草本層調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括植物種類、蓋度、數(shù)量、高度、頻度和草本群落地上生物量等。草本群落地上生物量采用“收獲法”把樣方內(nèi)植物地上部分收割后帶回實(shí)驗(yàn)室稱重，在80℃恒溫下烘干至恒重，測得其干重并相加獲得群落的地上生物量。土壤養(yǎng)分采取S形隨機(jī)采樣，樣品分三層采集(0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm)，四分法取樣，將采集的土壤樣品風(fēng)干、研磨、過篩等。土壤水分采用土鉆(內(nèi)徑3 cm)法采樣，取樣深度5 m，取樣間隔20 cm，烘干法(105℃)測定。

1.3 室內(nèi)計(jì)算、測定與分析

1.3.1 物種重要值與多樣性指標(biāo)計(jì)算 重要值是一個實(shí)用的綜合指標(biāo)，用于植物群落的數(shù)量分類或優(yōu)勢種集中程度的分析等，本文采用的物種重要值公式為：Ⅳ=相對蓋度(Cr)+相對頻度(Fr)+相對密度(Dr)[16]。物種多樣性采用物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)來進(jìn)行評價(jià)。分別選取Margalef豐富度指數(shù)Ma，Gleason豐富度指數(shù)D，Simpson多樣性指數(shù)P，Shannon-wiener多樣性指數(shù)H′以及Pielou均勻度指數(shù)E來計(jì)算群落的物種豐富度、多樣性及均勻度，各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算公式參考前人研究[17]。

1.3.2 土壤養(yǎng)分測定 采用重鉻酸鉀—外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)、半微量開氏法(K2SO4—CuSO4—Se蒸餾法)測定土壤全N、鉬銻抗比色法(HClO4—H2SO4法)測定土壤全P、堿解擴(kuò)散法測定土壤有效N、鉬銻抗比色法(0.5 mol/L的NaHCO3浸提法)測定土壤速效P、原子吸收光譜法(NH4OAC浸提法)測定土壤速效K。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入與整理，采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括通過單因素方差分析檢驗(yàn)不同群落各項(xiàng)指標(biāo)的差異，并用LSD法進(jìn)行多重比較，以及對群落生態(tài)學(xué)指標(biāo)、土壤養(yǎng)分指標(biāo)及土壤水分含量的相關(guān)分析等。采用SigmaPlot制作各群落0—500 cm土層深度土壤含水量圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型植被類型草本層生態(tài)學(xué)特性

2.1.1 典型植被類型植物科屬組成 通過對12個樣地共計(jì)120個樣方的調(diào)查，共記錄植物49種，隸屬37個屬，16個科。主要物種為達(dá)烏里胡枝子、長芒草、白羊草、鐵桿蒿等。其中禾本科植物最多，為7屬11種，菊科5屬10種、豆科6屬7種、薔薇科5屬6種，四科共計(jì)22屬33種。此外，還有其他科(包括鼠李科、毛莨科、藜科、蘿藦科、馬錢科、茜草科、瑞香科、傘形科、亞麻科、遠(yuǎn)志科百合科以及唇形科植物共計(jì)14屬15種。

表2 四種群落各科物種重要值多重比較

注：小寫字母不同代表在0.05水平上差異顯著。

4種群落優(yōu)勢種分別為豆科—禾本科、禾本科—豆科、豆科—禾本科、菊科—禾本科植物，分別占各自總體的69%，75%，77%，72%。與20 a達(dá)烏里胡枝子群落相比，30 a白羊草群落豆科植物物種重要值較低，而禾本科植物物種重要值高，且差異顯著(p<0.05)，其他科植物物種重要值為0(無其他科植物出現(xiàn))，顯著低于達(dá)烏里胡枝子群落(表2)。與白羊草群落相比，人工檸條林禾本科和薔薇科植物重要值較低，而豆科和其他科植物重要值較高，優(yōu)勢種集中程度比白羊草群落低。人工檸條林與達(dá)烏里胡枝子群落物種在科屬組成上相近，但物種組成不同。人工刺槐林禾本科、豆科和薔薇科物種重要值低與白羊草群落，而菊科物種重要值顯著高于其他3種群落(p<0.05)，優(yōu)勢種集中程度低于白羊草群落和人工檸條林。

2.1.2 典型植被類型草本層生態(tài)學(xué)指標(biāo)特征 對4種群落草本層的7個生態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行多重比較分析，發(fā)現(xiàn)除蓋度外，群落間其他7項(xiàng)指標(biāo)差異性均表現(xiàn)出顯著水平(p<0.05)。P，H′，Ma，D，E均表現(xiàn)為：人工刺槐林>人工檸條林>達(dá)烏里胡枝子群落>白羊草群落，其中人工檸條林H′及E與白羊草群落差異性顯著(p<0.05)，人工刺槐林P，H′，Ma，D，E均與白羊草群落差異性均達(dá)到顯著水平(p<0.05)。群落蓋度表現(xiàn)為人工刺槐林>白羊草群落>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林。草本群落地上生物量大小表現(xiàn)為：白羊草群落>人工刺槐林>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林，并且人工檸條林草本群落地上生物量顯著低于人工刺槐林和白羊草群落(p<0.05)(表3)。對4種典型植被群落間各項(xiàng)生態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，評價(jià)群落多樣性的各項(xiàng)指標(biāo)間存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。群落蓋度與草本群落地上生物量、群落多樣性呈正相關(guān)，草本群落地上生物量與群落多樣性存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不強(qiáng)。

2.2 典型植被類型土壤和養(yǎng)分與水分特征

2.2.1 典型植被類型土壤養(yǎng)分特征 對本研究0—20，20—40，40—60 cm土層各土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)各群落土壤養(yǎng)分均具有不同程度的表聚性。各群落在0—60 cm土層內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮及速效鉀含量平均值表現(xiàn)為：人工刺槐林>白羊草群落>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林；土壤全磷含量表現(xiàn)為：白羊草群>人工刺槐林>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林；速效磷含量表現(xiàn)為：達(dá)烏里胡枝子群落>人工刺槐林>白羊草群落>人工檸條林(表4)。

表3 群落間生態(tài)學(xué)指標(biāo)多重比較分析

注：小寫字母不同代表在0.05水平上差異顯著。下表同。

表4 群落間土壤養(yǎng)分指標(biāo)多重比較分析

注：小寫字母不同代表在0.05水平上差異顯著。

與退耕20 a的達(dá)烏里胡枝子群落相比，30 a白羊草群落土壤有機(jī)質(zhì)及全氮、速效氮、速效鉀含量均較高，速效P含量略低，其中僅速效氮含量差異顯著(p<0.05)。人工刺槐林各項(xiàng)指標(biāo)均不同程度高于人工檸條林，其中速效磷和速效鉀的差異性達(dá)顯著水平(p<0.05)。人工刺槐林土壤養(yǎng)分多項(xiàng)指標(biāo)以微弱的優(yōu)勢高于白羊草群落，土壤養(yǎng)分總體狀況接近，而人工檸條林各項(xiàng)指標(biāo)均處于最低水平，其中土壤全磷、速效磷和速效鉀含量與白羊草群落差異顯著(p<0.05)。

2.2.3 典型植被類型土壤水分特征 4種群落在0—500 cm土層的平均土壤含水量為5.85%～8.43%，具體表現(xiàn)為白羊草群落(8.43%)>達(dá)烏里胡枝子群落(7.60%)>人工檸條林(6.43%)>人工刺槐林(5.85%)。變異系數(shù)以人工刺槐林最大，白羊草群落最小，其差異不顯著，總體均處于中等變異程度(0.1

表5 各群落土壤含水量及其標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)

在0—200 cm土層內(nèi)，4種群落土壤水分含量變化趨勢基本一致，即：在0—40 cm土層內(nèi)，土壤水分含量隨土層深度增加而下降；在40—200 cm土層內(nèi)，土壤水分隨土層深度增加而上升。而在200—400 cm土層內(nèi)，土壤水分含量相對穩(wěn)定。在400—500 cm土層內(nèi)，人工刺槐林與人工檸條林土壤水分含量接近，達(dá)烏里胡枝子群落與白羊草群落土壤水分含量接近，且兩種人工林土壤水分含量接近明顯低于達(dá)烏里胡枝子群落和白羊草群落(圖1)。

圖1 各群落土壤水分在土壤剖面上的分布規(guī)律

3 討 論

3.1 典型植被類型草本群落生態(tài)學(xué)特性

群落的物種組成是了解群落性質(zhì)的基礎(chǔ)，從科屬組成角度來看，本研究4種典型群落物種主要集中在禾本科、菊科、豆科、薔薇科，其他科物種少且分散，以白羊草、鐵桿蒿、達(dá)烏里胡枝子等典型物種為代表的禾本科、菊科及豆科植物對黃土丘陵區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，物種重要值相對較高，且分布廣泛，對植被恢復(fù)重建過程中物種的選擇與搭配具有一定的指導(dǎo)作用。本研究中各群落物種生活型以草本植物為主，且結(jié)構(gòu)簡單，與研究區(qū)干旱少雨且土壤相對貧瘠密切相關(guān)，隨著群落自然演替這一現(xiàn)象更加明顯。自然恢復(fù)30 a白羊草群落與20 a達(dá)烏里胡枝子群落相比，群落物種組成較為單一，物種多樣性較差，而草本層地上生物量較高，雖然在生產(chǎn)力上有所進(jìn)步，但不利于物種多樣性的保護(hù)。于自然恢復(fù)30 a的白羊草群落相比，30 a的人工檸條林與人工刺槐林的物種科屬組成均比白羊草群落豐富，其物種多樣性更好，可見兩種人工林在群落物種組成及物種多樣性方面產(chǎn)生了積極效應(yīng)，其中人工刺槐林作用更為明顯。因此，從物種多樣性保護(hù)的角度來看，植被恢復(fù)過程中人工造林確有其效，以刺槐為代表的喬木樹種和以檸條為代表的灌木樹種間效應(yīng)也有所差異。

3.2 典型植被類型草本群落生態(tài)學(xué)特性與土壤養(yǎng)分

土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、全氮與速效氮含量顯著正相關(guān)(p<0.05)，表現(xiàn)出較好的耦合性。群落蓋度與土壤各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)間存在不同程度的正相關(guān)關(guān)系，說明良好的土壤養(yǎng)分狀況能促進(jìn)群落蓋度的增加，因此4種群落蓋度大小與養(yǎng)分總體狀況表現(xiàn)一致，即：人工刺槐林>白羊草群落>達(dá)烏里胡枝子群落>人工檸條林。草本群落地上生物量與土壤各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均存在不同程度的正相關(guān)關(guān)系，其中，與土壤全磷含量的相關(guān)性顯著(p<0.05)(表6)。

表6 群落生態(tài)學(xué)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分之間的Pearson相關(guān)性

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

焦峰等[18]研究發(fā)現(xiàn)，隨著植被恢復(fù)和群落演替的繼續(xù)，土壤養(yǎng)分呈增長趨勢，本研究中白羊草群落土壤速效氮含量顯著高于達(dá)烏里胡枝子群落，其他多項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)也較高，而群落蓋度及生物量與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)，因此白羊草群落較高的地上生物量和蓋度與其土壤養(yǎng)分含量，特別是速效氮含量密切相關(guān)。丁廣文等[19]在對西北干旱區(qū)植被恢復(fù)的土壤養(yǎng)分效應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)能明顯改善土壤肥力狀況，但不同恢復(fù)方式各有差異，許明祥等[20]研究發(fā)現(xiàn)，黃土丘陵區(qū)人工林肥力處于低水平，且各土壤養(yǎng)分指標(biāo)需30～50 a才能達(dá)到中上等水平。在本研究中，人工檸條林各項(xiàng)指標(biāo)均較低，30 a人工刺槐林各項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)均較高，可見，人工檸條林土壤養(yǎng)分恢復(fù)和積累較慢，經(jīng)過30 a的恢復(fù)仍處于較低水平，而30 a人工刺槐林土壤養(yǎng)分指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到中上等水平。因此，人工刺槐林在土壤肥力狀況的改善方面能發(fā)揮重要作用。人工刺槐林與人工檸條林相比，其更高的草本群落地上生物量與蓋度也是源于其更好的土壤養(yǎng)分狀況。

3.3 典型植被類型草本群落生態(tài)學(xué)特性與土壤水分

4種群落在0—200 cm土層土壤水分含量變化趨勢一致，淺層土壤水分因地表蒸發(fā)、植物生長需要和蒸騰作用耗損等而消耗，靠降雨和下層土壤水分上滲補(bǔ)給[21]，因此4種群落在0—200 cm土層內(nèi)土壤水分最為活躍。由于采樣時間正值雨季，降雨的補(bǔ)給是4種群落表層土壤水分含量較高的主要原因。由于草本植物細(xì)根分布較淺，植物生長需要和蒸騰作用耗損以及地表蒸發(fā)大量消耗淺層土壤水分，因而土壤水分含量減少，在40 cm土層處土壤含水量最少。而灌木和喬木根系分布較深，隨著土層加深，人工刺槐林和人工檸條林土壤水分仍然被植物生長和蒸騰作用消耗，因此其土壤水分含量明顯低于達(dá)烏里胡枝子群落和白羊草群落。由于刺槐屬于強(qiáng)耗水喬木樹種，而喬木根系比灌木扎入土層更深，所消耗的水分也就更大，因此其土壤水分含量更低。

相關(guān)分析表明，草本群落地上生物量和蓋度均與土壤水分含量相關(guān)性不明顯，物種多樣性與0—500 cm土層土壤水分含量顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。在黃土丘陵區(qū)，8月份降雨集中，水熱條件對植物生長發(fā)育極為有利，雖然人工刺槐林土壤水分含量低于其他群落，但足夠植物正常的生長發(fā)育，因而在此條件下土壤水分含量沒有成為植物生長的制約因素，土壤水分含量與群落蓋度的相關(guān)性也因此并不顯著。相比之下，此時土壤養(yǎng)分的作用顯得尤為突出。表8中土壤水分含量與物種多樣性表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系也并不是偶然。較好的土壤水分條件更利于群落優(yōu)勢種的生長發(fā)育，從而更加充分地占用群落有限的資源，在群落演替過程中，一些劣勢種便被淘汰，從而群落物種多樣性下降，這與群落的演替階段密切相關(guān)。

退耕恢復(fù)30 a的白羊草群落土壤水分含量高于20 a的達(dá)烏里胡枝子群落，說明在退耕地植被恢復(fù)和群落演替20～30 a這一階段，土壤水分含量有所增加。有研究認(rèn)為，隨著退耕時間的延長，土壤水分含量有所下降并逐漸趨于穩(wěn)定，特別是在干旱地區(qū)的深層土壤[22]，這一點(diǎn)與有關(guān)土層干化效應(yīng)的研究相吻合，但與本文存在差異。本研究采樣時間正值雨季和近年來降雨有所增加是導(dǎo)致這一差異的主要原因，足見黃土丘陵區(qū)生態(tài)學(xué)研究的長期性和復(fù)雜性。兩種人工林土壤含水量在0—500 cm內(nèi)均顯著低于自然恢復(fù)植被群落，說明人工林可能會加劇土壤水分消耗，特別是對深層土壤水分消耗更為顯著。楊磊等在研究半干旱黃土丘陵區(qū)人工植被恢復(fù)土壤水分時發(fā)現(xiàn)各人工植被均存在不同程度的土壤水分虧缺[23]，郭軍權(quán)等發(fā)現(xiàn)自然恢復(fù)的土壤含水量>自然+人工恢復(fù)的土壤含水量>人工恢復(fù)的土壤含水量[24]。黃土高原半干旱丘陵區(qū)植被重建與生態(tài)修復(fù)受水分因素的制約，而植被群落也會影響到土壤水分含量的變化[25]。從黃土丘陵區(qū)土壤水分角度來看，人工林不利于區(qū)域內(nèi)深層地下水分的保持，且人工喬木林這一劣勢更為明顯。

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Biological Characteristic and Its Environmental Interpretation of Herbosa Under the Typical Vegetation Types in Loess Hilly Region

ZHANG Haidong1, RU Haili3, JIAO Feng1,2,3

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 3.InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

Community biological characteristics of herbosa under four typical vegetation types (Lespedezadauricacommunity, LDC;Bothriochloaischaemumcommunity, BIC; planted locust forest, ALF; planted caragana stand, ACS) were studied based on field investigation, environmental factors of each community were analyzed by measuring soil nutrient and moisture content, and analysis on correlation between biological indexes and environmental factors was carried out. The results were shown as the followings. (1) Important values of Leguminosae, Gramineae and Compositae plants are quite high in four communities, and significant differences existed in each family between four communities. (2) Species diversity showed the sequence: ALF>ACS>LDC>BIC; community coverage showed the order: ALF>BIC>LDC>ACS; above-ground biomass of herb showed the order: BIC>ALF>ACS>LDC. (3) Contents of soil organic matter, total nitrogen, available nitrogen and available potassium showed the order: ALF>BIC>LDC>ACS, higher contents of soil total phosphorus, available phosphorus were observed under BIC and LDC. (4) Soil moisture content showed the order: BIC(8.43%)>LDC(7.60%)>ACS (6.43%)>ALF(5.85%). (5) Positive correlation between community coverage, above-ground biomass and soil nutrient was found, relationship between species diversity and soil nutrient was complicated. Both community coverage and species diversity were negatively correlated with soil moisture content. Correlation between above-ground biomass and soil moisture was not significant.

loess hilly region; typical vegetation; species diversity; soil nutrient; soil moisture

2015-06-10

2015-06-25

國家自然科學(xué)資助項(xiàng)目(41271043,31370455);中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目

張海東(1991—),男,陜西咸陽人,在讀碩士,主要研究植物生態(tài)學(xué)。E-mail:632383942@qq.com

焦峰(1967—),男,陜西三原縣人,副研究員,博士,主要從事GIS應(yīng)用、水土保持與環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測評價(jià)研究。E-mail:jiaof@nwsuaf.edu.cn

Q948.1

1005-3409(2015)05-0100-06