科爾沁沙地不同生態(tài)型植物多樣性與土壤含水量的關(guān)系

武 晶

（遼寧林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110101）

試驗(yàn)研究

科爾沁沙地不同生態(tài)型植物多樣性與土壤含水量的關(guān)系

武 晶

（遼寧林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110101）

為探索生境破碎化對(duì)植物多樣性影響的機(jī)制問(wèn)題，該文以科爾沁沙地丘間低地為研究對(duì)象，選取12塊面積大小不等的丘間低地，調(diào)查丘間低地內(nèi)植物種類(lèi)、頻度、多度，分析丘間低地不同生態(tài)型植物多樣性與土壤含水量的關(guān)系。結(jié)果表明：沙生植物豐富度與0～10 cm土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系，與0～20 cm土壤含水量無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，沙生植物頻度、相對(duì)多度與0～10 cm、0～20 cm土壤含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；沼澤-草甸植物和草原植物豐富度、頻度、相對(duì)多度與0～10 cm、0～20 cm土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），但沙生植物、沼澤-草甸植物與草原植物豐富度、頻度和相對(duì)多度與10～20 cm土壤含水量均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。土壤含水量隨破碎斑塊面積增加呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，土壤含水量與植物多樣性存在顯著相關(guān)關(guān)系。

土壤含水量；生態(tài)型；生境；多樣性

Abstract：In order to discover the influence mechanism of habitat fragmentation on plant diversity,sandy land of Horqin was taken as study object,12 lowlands among sandy dunes with different areas were selected,and the species,frequency,abundance of plants were investigated,and the relationship between plant diversity and soil moisture in lowlands were analyzed.The results indicated that sammophyte richness was positively correlated with the soil moisture content of 0～10 cm,and has no significant correlation with soil water content of 0～20 cm;Frequency and relative abundance of psammophyte were negatively correlated with the soil moisture contents of 0～10 cm and 0～20 cm(p＜0.05).Richness,frequency and abundance of meadow pants and grassland plants were positively correlated with the soil moisture contents of 0～10 cm and 0～20 cm(p＜0.05),however there had no significant correlations between soil moisture content of 10～20 cm and richness,frequency and abundance of psammophytes,meadow pants and grassland plants.In conclusion,soil moisture contents increased with the incensing of fragmentation areas,and soil moisture contents were significantly correlated with plant diversity.

KeyWords：soil moisture;ecotype;habitat;diversity

生物多樣性是人類(lèi)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。近年來(lái)，物種滅絕速率的加劇，遺傳多樣性的減少，以及生態(tài)系統(tǒng)的大規(guī)模破壞，引起了國(guó)際社會(huì)對(duì)生物多樣性問(wèn)題的極大關(guān)注[2-4]。

生境破碎化是指原來(lái)連續(xù)成片的生境，被分割、破碎，形成分散、孤立的島狀生境或生境碎片的現(xiàn)象[5-6]。生境破碎化不僅引起生物條件變化，而且造成了非生物條件的改變，如光照、風(fēng)速、土壤含水量的改變，進(jìn)而影響斑塊中有機(jī)體的變化等。生境破碎化還可能導(dǎo)致斑塊局部小氣候發(fā)生變化，如果植物不能適應(yīng)，那么遷移和滅絕事件就不可避免。但目前生境破碎化如何影響植物多樣性的機(jī)制問(wèn)題依然尚未解決，也是該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。

目前，關(guān)于科爾沁沙地丘間低地植被與土壤含水量之間的關(guān)系尚未見(jiàn)報(bào)道，因此，本研究以科爾沁沙地丘間低地為研究對(duì)象，分析丘間低地面積與土壤含水量的關(guān)系及土壤含水量與地上植被物種豐富度、頻度和多度的相關(guān)性，探索生境破碎化對(duì)植物多樣性影響的機(jī)制問(wèn)題。

1 研究區(qū)自然概況

研究地點(diǎn)位于科爾沁沙地西部，內(nèi)蒙古赤峰市翁 牛 特 旗 的 烏 蘭 敖 都 地 區(qū) (119°39′-120°02′E，42°29′-43°06′N(xiāo))，海拔480 m。烏蘭敖都地區(qū)是科爾沁沙地的典型地區(qū)。年均降水量為340 mm，年均氣溫6.3℃。3月初至5月底是風(fēng)季，主風(fēng)向是西北方向；6月初至9月底是雨季，主風(fēng)向是西南方向。風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈。目前，當(dāng)?shù)?0%的土地已經(jīng)荒漠化，70%的草甸鹽堿化，具有科爾沁沙地典型的坨甸相間地貌。

過(guò)度放牧是科爾沁沙化的主因。從20世紀(jì)50-80年代，烏蘭敖都地區(qū)的流動(dòng)沙丘經(jīng)歷了嚴(yán)重的放牧階段。從20世紀(jì)80年代至今，烏蘭敖都地區(qū)的流動(dòng)沙丘開(kāi)始圍封。該地區(qū)流動(dòng)沙丘被大面積（＞600 hm2）永久圍封的天然草地所包圍。流動(dòng)沙丘和天然草地經(jīng)歷了相同的氣候條件。在過(guò)度放牧前，群落中主要植物為蘆葦Phragmites communis和拂子茅Calamagrostis epigejos等多年生植物，在過(guò)度放牧后，沙生植物得以生長(zhǎng)。

2 研究方法

2.1 植被調(diào)查

2011年6-9月在科爾沁地區(qū)按丘間低地面積大小選擇12塊樣地。按照機(jī)械取樣法每隔10 m設(shè)置樣帶，每條樣帶上每隔10 m做1個(gè)1 m×1 m的樣方。記錄樣方內(nèi)植物種類(lèi)和多度。叢生禾草如隱子草Cleistogenes squarrosa，以叢數(shù)作為多度。克隆植物如黃柳Salix gordejevii和蘆葦，以分株數(shù)作為多度。對(duì)于分離的個(gè)體如沙蓬A(yù)griophyllum squarrosum，以個(gè)體數(shù)量作為多度。

2.2 土壤取樣

2011年9 月在流動(dòng)沙丘區(qū)的每個(gè)破碎斑塊（丘間低地）按隨機(jī)組群取樣法（中心取1個(gè)樣，在中心和邊緣之間隨機(jī)取4個(gè)樣）分2層（0～10 cm、10～20 cm）取土壤樣品，使用帶蓋的鋁盒采集樣品帶回室內(nèi)后，采用烘干法測(cè)定土壤含水量。

2.3 物種多樣性測(cè)度

物種豐富度：群落內(nèi)部的物種數(shù)量；

各功能型植物的頻度和相對(duì)多度：

稀有種：將頻度和相對(duì)多度均小于15%的物種定義為稀有種[7-8]。

2.4 植物生態(tài)型的劃分

根據(jù)文獻(xiàn)[9-12]學(xué)名及其生態(tài)型，從植物生境差異的角度，將植被劃分為沙生植物、沼澤－草甸植物和草原植物。沙生植物是沙丘的先鋒植物，主要生長(zhǎng)在流動(dòng)沙丘區(qū)和半固定沙丘區(qū)上；沼澤－草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分條件優(yōu)越的生境；草原植物一般生長(zhǎng)在干旱的生境。

2.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel、Sigmaplot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤含水量與斑塊面積的關(guān)系

隨著破碎斑塊面積增加，0～10 cm、0～20 cm土層土壤含水量均呈增加趨勢(shì)，10～20 cm土壤含水量隨斑塊面積的增加呈先增加后降低再增加的變化趨勢(shì)。0～10 cm土層土壤含水量普遍高于0～20 cm、10～20 cm土層，當(dāng)斑塊面積為5.01 hm2時(shí)，0～10 cm土層土壤含水量達(dá)到最高（表1）。總體來(lái)看，與森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)相比，科爾沁沙地丘間低地各層土壤含水量均處于較低水平。

表1 各斑塊不同深度土壤含水量

3.2 土壤含水量與地上植物多樣性相關(guān)性分析

3.2.1 土壤含水量與沙生植物多樣性相關(guān)性分析

表2中相關(guān)分析表明，0～20 cm土層土壤含水量與頻度、相對(duì)多度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；0～10 cm土層土壤含水量與頻度、相對(duì)多度呈顯著（P＜0.05）和極顯著（P＜0.01）負(fù)相關(guān)關(guān)系；破碎斑塊沙生植物物種豐富度、頻度和相對(duì)多度與10～20 cm土壤含水量均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。沙生植物是沙丘的先鋒植物，對(duì)于土壤含水量需求不高，因此，沙生植物頻度和相對(duì)多度與表層土壤含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表2 沙生植物多樣性與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)

3.2.2 土壤含水量與沼澤-草甸植物的相關(guān)性分析

破碎斑塊沼澤-草甸植物物種豐富度、頻度和多度與0～20 cm土壤含水量基本呈顯著正相關(guān)關(guān)系；破碎斑塊沼澤-草甸植物物種豐富度、頻度和多度與0～10 cm土壤含水量基本呈顯著正相關(guān)關(guān)系；破碎斑塊沼澤-草甸植物物種豐富度、頻度和相對(duì)多度與10～20 cm土壤含水量均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（表3）。沼澤-草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分條件優(yōu)越的生境，因此，沼澤-草甸植物物種豐富度、頻度和相對(duì)多度與土壤含水量基本呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系。

表3 沼澤-草甸植物多樣性與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)

3.2.3 土壤含水量與草原植物的相關(guān)性分析

破碎斑塊草原植物物種豐富度與0～20 cm土壤含水量基本呈顯著正相關(guān)關(guān)系，草原植物、頻度相對(duì)多度與0～20 cm土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系；破碎斑塊草原植物物種豐富度、頻度和多度與0～10 cm土壤含水量基本呈顯著正相關(guān)關(guān)系；破碎斑塊草原植物物種豐富度、頻度和相對(duì)多度與10～20 cm土壤含水量均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系（表4）。

表4 草原植物多樣性與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)

草原植物一般生長(zhǎng)在干旱的生境，當(dāng)土壤含水量高時(shí)，草原植物物種豐富度高，因此，草原植物物種豐富度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，但環(huán)境條件惡劣時(shí)草原植物通常采用無(wú)性系分株的方式擴(kuò)展種群，因此，草原植物的相對(duì)多度與土壤含水量呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

研究表明隨著破碎斑塊面積增加，土壤含水量呈上升趨勢(shì)。以往研究表明大面積斑塊更有利于涵養(yǎng)水源。在大面積斑塊，風(fēng)蝕和沙埋活動(dòng)較弱，沙丘體移動(dòng)緩慢，土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，促使流動(dòng)風(fēng)沙土向地帶性土方向發(fā)展[13]。大量粉砂級(jí)顆粒沉積，改變了流沙的粒度特征，土壤吸濕性、持水性明顯提高[14-16]，從而截留了大部分降水。植被繁衍對(duì)不同層水分的競(jìng)爭(zhēng)和需求不同，也能導(dǎo)致不同土層的土壤含水量不同。

研究表明土壤含水量與不同生態(tài)型植物多樣性特征存在顯著相關(guān)關(guān)系。沙生植物頻度和相對(duì)多度與土壤含水量基本呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系；沼澤-草甸植物物種豐富度、頻度和相對(duì)多度與土壤含水量基本呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系；草原植物物種豐富度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，草原植物相對(duì)多度與土壤含水量呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同生態(tài)型植物多樣性與土壤含水量的相關(guān)性差異歸因于不同生態(tài)型植物的植物功能特性差異，這種差異導(dǎo)致沙生植物、沼澤-草甸植物與草原植物對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力不同。沙生植物是沙丘的先鋒植物，主要生長(zhǎng)在流動(dòng)沙丘區(qū)和半固定沙丘區(qū)，環(huán)境需水量不高。沼澤-草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分條件優(yōu)越的生境，而草原植物采用無(wú)性系分株的擴(kuò)展種群的方式則有利于其生長(zhǎng)在干旱的生境。

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(責(zé)任編輯：董莉莉)

The relationship of ecotype plant diversity and soil moisture content in sand land of Horqin

WU Jing
（LiaoningForestryVocationTechnicalCollege,Shenyang110101,China）

Q948.112.3

A

1001-1714（2017）05-0001-04

2017-04-10

國(guó)家自然科學(xué)青年基金（31600443）。

武晶（1984-），女，講師，主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：0227wujing@163.com。