荒漠－綠洲過渡帶不同生境蘆葦草地群落土壤含水率與機(jī)械組成特征研究

趙艷麗，郭春秀，李發(fā)明，朱淑娟、張瑩花，劉淑娟，張曉娟

（甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地／甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070）

蘆葦（Phragmitesaustralis）是禾本科（Poaceae）多年生草本植物，是形態(tài)上高度分化的草甸與濕地植被建群種［1］。在干旱荒漠區(qū)，蘆葦群落具有較高的生態(tài)價(jià)值，是荒漠植被型中的一個(gè)重要代表群系，同時(shí)還具有一定的飼用、觀賞及藥用價(jià)值［2］。蘆葦又是優(yōu)良纖維植物，是我國(guó)重要的造紙?jiān)现?，是紡織業(yè)、人造纖維的原料以及農(nóng)用建筑的材料，被人們譽(yù)為“第二森林”［3］。蘆葦?shù)纳鷳B(tài)幅較大，抗逆性強(qiáng)，具有耐干旱、耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐貧瘠、抗風(fēng)沙等特性［4］，在年降水量110～200mm的流沙地、沙質(zhì)荒地、古河床以及干旱黃土高原上均有分布［5－7］。蘆葦群落是民勤荒漠區(qū)一類很重要的草地植被資源，是發(fā)展當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的精華所在，已在畜牧業(yè)上廣泛地用作放牧地和割草地。

蘆葦?shù)纳L(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境條件有密切的關(guān)系，不同生境條件下蘆葦生長(zhǎng)發(fā)育不同，蘆葦生長(zhǎng)發(fā)育受土壤水分、溫度、鹽堿含量等因子影響較為顯著［8］。通過對(duì)分布于河西走廊不同生境蘆葦?shù)男螒B(tài)解剖、生理生化特征、細(xì)胞學(xué)以及種群遺傳結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析，主要?jiǎng)澐殖錾城鹛J葦、重度鹽化草甸蘆葦、輕度鹽化草甸蘆葦和沼澤蘆葦?shù)?種生態(tài)型［9－12］。目前，在干旱荒漠區(qū)對(duì)蘆葦?shù)难芯恐饕性谔J葦碳同化途徑［13］、水分生理代謝［6］、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、種群特征及其與環(huán)境因子的相互關(guān)系［14－19］以及蘆葦?shù)纳硖匦裕?，6，20］、構(gòu)件生物量與地下水埋深關(guān)系［21］、生化代謝和利用蘆葦生產(chǎn)混合飼料等方面的研究［22，23］。這些研究對(duì)揭示蘆葦種群的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)內(nèi)在規(guī)律奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。選擇民勤縣荒漠綠洲區(qū)，研究蘆葦草地不同生境條件下土壤的物理性狀變化特征，為民勤蘆葦荒漠草地退化、保護(hù)與恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于民勤荒漠－綠洲過渡帶，海拔1 366～1 388m；屬典型的大陸性荒漠氣候，冬季寒冷，夏季酷熱，晝夜溫差大，降水量小，蒸發(fā)量大，氣候干燥，盛行西北風(fēng)。年均氣溫7.6℃，年均降水量113mm，主要集中在7，8和9月份；全年風(fēng)沙日可達(dá)83d，多集中在2～5月。土壤為灰棕漠土和風(fēng)沙土，pH 7.5～9.0。蘆葦分布區(qū)以前為當(dāng)?shù)刂饕姆拍羺^(qū)之一，近年來過牧及人為破壞等原因?qū)е轮脖怀霈F(xiàn)嚴(yán)重退化，因此，政府部門對(duì)研究區(qū)采取了封育措施，此次研究區(qū)域處于封育狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)材料和取樣

2012年9月，蘆葦生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)段，在民勤縣白土井選取3種覆沙地、鹽堿地、鹽沼不同生境進(jìn)行蘆葦群落特征調(diào)查。每個(gè)樣地設(shè)置50m×50m的樣方3個(gè)；用“五點(diǎn)法”在樣方內(nèi)的四角和中心再設(shè)置5個(gè)1m×1m的小樣方，在小樣方內(nèi)進(jìn)行調(diào)查與取樣。調(diào)查內(nèi)容主要包括植物種、植物種數(shù)量、株數(shù)、冠幅和高度等［24］。土壤按0～10，10～20，20～30，30～40cm深度分層取樣，將每層采集的5個(gè)樣點(diǎn)土壤樣品混合均勻，按四分法分3袋裝，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土壤含水率與土壤機(jī)械組成的測(cè)定與分析［25］。

采用Excel 2003軟件，分別對(duì)不同生境土壤的含水率及機(jī)械組成數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

1.3 土壤含水量測(cè)定

采用烘干稱重法進(jìn)行土壤含水量測(cè)定［25，26］，在野外采得土樣，用0.1g精度的天平稱干凈鋁盒重（Wl）和土樣的重量（Ws）。將裝有土樣鋁盒帶回實(shí)驗(yàn)室，在105℃的烘箱內(nèi)將土樣烘8h，然后，測(cè)定烘干土樣與鋁盒重，計(jì)算土壤含水率（T）。

T＝（Wl＋Ws－Wr）／（Wr－Wl）×100%式中：Wr為干重。

1.4 土壤粒度測(cè)定

土壤粒度使用馬爾文激光粒度儀（Master 2000）進(jìn)行測(cè)定，首先對(duì)樣品進(jìn)行處理，（1）樣品在自然風(fēng)干剔除了植物細(xì)根等雜質(zhì)后過2mm的篩，稱取4～5g樣品放入100mL燒杯中，加入體積分?jǐn)?shù)為10%的雙氧水10mL放置于電熱板上加熱，并用玻璃棒攪拌，使其充分反應(yīng)去除有機(jī)質(zhì)，直至無(wú)氣泡為止；（2）用洗瓶不斷清洗杯壁后加入體積分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸10 mL使其充分反應(yīng)，以去除碳酸鹽物質(zhì)；（3）反應(yīng)完全后加純凈水至100mL定容，靜置一夜，抽去上層清液；（4）燒杯中加入質(zhì)量濃度為4%的六偏磷酸鈉分散劑10mL放入超聲波清洗器中振蕩5min后，再進(jìn)行土壤粒徑體積百分含量的測(cè)定，通過Master 2000輸出所需的參數(shù)。該儀器的測(cè)量范圍為0.02～2 000 μm，重復(fù)測(cè)量誤差＜2%。

土壤粒徑分級(jí)以國(guó)際制為標(biāo)準(zhǔn)，即0～0.002mm為粘粒，0.002～0.02mm 為粉粒，0.02～0.2mm 為細(xì)沙粒；0.2～2mm 為粗沙粒［25］。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘆葦群落特征

在覆沙地、鹽堿地和鹽沼3種生境條件下，蘆葦皆為建群種，也是優(yōu)勢(shì)種。但是，蘆葦?shù)纳鷳B(tài)型不同（表1）。在覆沙地和鹽堿地，物種豐富度也相對(duì)較大。覆 沙 地 有 沙 蒿（Artemisiaareanaria）和 沙 蓬（Agriophyllumsquarrosum）兩種沙生植物。鹽堿地則分布黑果枸杞（Lyciumruthenicum）等鹽生植物，蘆葦以沙蘆（Phragmitescommunis）和鹽蘆兩種類型出現(xiàn)。在鹽沼地，蘆葦?shù)?種生態(tài)型種類都有，植被蓋度是3種生境最高，達(dá)到95%以上，但伴生植物種類和數(shù)量較少，伴生種只有鹽爪爪（Kalidiumfoliatum），鹽生草（Halogetonglomeratus），白刺（Nitraria tangutorum），霧 冰 藜（Bassiadasyphylla），豬 毛 菜（Salsolacollina），賴 草（Leymussecalinus）。 蘆 葦 密度大的生境，伴生植物較少，這說明蘆葦對(duì)伴生植物有一定的抑制作用，減少了生境內(nèi)植物群落的多樣性，而在覆沙地和鹽堿地中，蘆葦植被蓋度相應(yīng)較小，耐旱植被種類及數(shù)量相應(yīng)增加。

表1 不同生境蘆葦生態(tài)型及其草地群落特征Table1 Community charactors of Phragmites australis in different habitats

2.2 土壤水分變化

在研究區(qū)的覆沙地、鹽堿地和鹽沼3種不同生境，0～40cm土壤含水率變化趨勢(shì)都是表層土壤含水量最低（表2），隨著土壤深度的增加，土壤含水量逐漸增大。3種生境0～40cm土壤含水率高低順序?yàn)楦采车兀见}堿地＜鹽沼，但不同生境不同深度的土壤含水率差異較大。在0～10cm，覆沙地土壤含水率是鹽沼的5.9%，鹽堿地是鹽沼的43.6%。在30～40cm，鹽堿地土壤含水率是鹽沼的土壤含水率的67.2%。同一生境，隨著深度增加，各土層土壤含水率差異較小。在覆沙地，0～10cm土層的土壤含水率是10～20cm土層的26.5%，是10～20cm土層含水率的41.2%，20～30cm土層的土壤含水率是30～40cm土層的67.1%。在鹽堿地，0～10cm土層的土壤含水率是10～20cm的52.3%，10～20cm的含水率是20～30cm土層的73.5%，20～30cm土層的土壤含水率是30～40cm土層的90.5%。在鹽沼，0～10cm土層的土壤含水率是10～20cm的61.7%，10～20cm的含水率是20～30cm土層的91.1%，20～30cm土層的土壤含水率是30～40cm土層的95.4%，土壤含水率越大。同一生境不同深度土層含水率的變異系數(shù)隨深度變小，隨著深度的增加，不同生境的土層含水率差異變小。

表2 不同生境蘆葦草地0～40cm土層的土壤含水率（%）變化Table2 Variation of soil moisture within 0to 40cm in different habitats

2.3 土壤機(jī)械組成變化

在蘆葦草地不同生境，各層次間土壤粒度組成數(shù)量不同。在0～40cm土層，覆沙地和鹽沼的粘粒和粉粒含量隨著深度增加而變少。在0～10cm土層，土壤粒度的差異性最大。在鹽堿地和鹽沼，各層土壤顆粒含量則表現(xiàn)出不同差異。覆沙地粒度相對(duì)于其他兩類土壤比較均勻，土壤粒度變異系數(shù)變化相對(duì)較小，各層土壤的粉粒和沙粒平均占93.6%。覆沙地土壤質(zhì)地變異性最大的土層是20～30cm，此層土壤的粗沙含量也最大。在0～10cm土層，覆沙地粘粒含量只有鹽堿地和鹽沼地粘粒含量的30%，也是各層粘粒含量最多的土層。鹽堿地的鹽沼地粘粒、粉粒和細(xì)沙的含量都是隨著深度的增加而含量減少，兩者都是細(xì)沙含量最大，鹽堿地的細(xì)沙含量最大為57.64%，鹽沼地細(xì)沙含量最大為66.92%。

表3 不同生境蘆葦草地0～40cm土層的土壤粒度分布格局Table3 The particle grade composition of soil in 0to 40cm depth in different habitats

在同生境蘆葦草地相同土層，各類生境土壤的粘粒含量均小于6.5%，土壤質(zhì)地為粉沙質(zhì)壤土或沙質(zhì)壤土。在覆沙地各層土壤顆粒含量粗沙＞細(xì)沙＞粉沙＞粘粒。覆沙地相對(duì)于鹽堿地和鹽沼0～40cm的細(xì)沙含量較小，粗沙含量最大，為61.26%。鹽堿地各層土壤粒度變異是3種土壤中最小的，各層土壤粒度變異系數(shù)為9.92%～12.89%，而其他兩類土壤的粒度變異系數(shù)為22.06%～33.52%，鹽堿地土壤相對(duì)比較均勻。鹽沼地與鹽堿地的各層土壤粒度變化相似，細(xì)沙含量較高，其次，粉粒，細(xì)沙含量達(dá)到了47.5%。隨著深度增加含量減少，而粗沙含量則表現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。相對(duì)于其他兩類土壤，鹽沼地的粗沙含量隨著深度增加而增多，粘粒、粉粒和細(xì)沙的含量則隨著深度增大而成梯度減小，0～10cm的細(xì)沙含量最大達(dá)66.92%，是鹽堿地的細(xì)沙含量1.16倍，是覆沙地細(xì)沙含量的1.16倍。而鹽沼地的0～10cm土層粘粒含量則是鹽堿地的0.89倍，是覆沙地粘粒含量的3.07倍。覆沙地粗沙含量最大，而鹽堿地和鹽沼地的細(xì)沙含量最多。

3 討論與結(jié)論

蘆葦是喜水的禾本科植物，生態(tài)幅較寬，隨生境演化出多種生態(tài)型，不同的生態(tài)型分別對(duì)各自的生境脅迫具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和耐受性［1］。在適應(yīng)我國(guó)西北干旱少雨環(huán)境的過程中，逐漸分化形成了水生蘆葦（水蘆或大蘆葦）、鹽化草甸蘆葦（鹽蘆或小蘆葦）、沙丘蘆葦（沙蘆或中蘆葦）、水生向陸生的過渡蘆葦（過渡蘆葦或中蘆葦）等幾種生態(tài)類型，其中，后3種生態(tài)型蘆葦?shù)纳姝h(huán)境由水域演替為陸地，分布在干旱區(qū)綠洲農(nóng)田外圍、鹽堿地甚至一些沙漠地區(qū)，成為干旱區(qū)特有的旱生型蘆葦［2，22］。

（1）不同蘆葦草地的土壤物理性質(zhì)與植被相一致，表現(xiàn)出不同特性。土壤物理性狀的變化與沙化程度和植被蓋度有較為密切的關(guān)系［26］。在民勤白土井，蘆葦草地群落中，覆沙地、鹽堿地和鹽沼3種生境中都是粉沙土含量最大，這類土滲水性差，土壤堅(jiān)實(shí)，根系發(fā)育不良。但鹽沼地土壤含水率高，蘆葦生長(zhǎng)良好。在鹽堿地和覆沙地中，土壤水分含量低，蘆葦常呈干旱狀態(tài)，在這樣條件下生長(zhǎng)的蘆葦稀疏矮小，產(chǎn)量較低。

（2）分布蘆葦?shù)母采车亍Ⅺ}堿地和鹽沼3種不同生境，土壤層次的垂直變化是依深度增加土壤含水率增大，但變化平緩。土壤水分動(dòng)態(tài)對(duì)土壤物理性質(zhì)和植被生長(zhǎng)狀況有重要影響，只有水、土、植物相適宜，植被才能生長(zhǎng)繁茂。但是由于氣候、土壤和植被之間的相互作用，特別是干旱荒漠區(qū)沙地土壤水分在空間上具有一定的變異性，在不同生境也具有一定的變化特征［27］。分布蘆葦?shù)母采车?、鹽堿地和鹽沼3種生境表層土壤含水量最低，0～20cm土層的土壤含水率一般為2.329%。在0～40cm，隨著土層深度的增加，土壤含水量從上層向下逐漸增大，但變化平緩。這是與干旱氣候相一致，也與其他類型的生境研究結(jié)果相同 。但是，3種生境都是沙質(zhì)土壤，表層因?yàn)楦缮硨涌梢宰璧K深層土壤水分的散失，這有利于入滲水分的保存。

（3）覆沙地、鹽堿地和鹽沼的蘆葦草地土壤含沙量豐富，機(jī)械組成整體較粗。土壤基本的物理性質(zhì)之一，也是影響土壤水肥狀況的關(guān)鍵因子［30］。在民勤白土井，覆沙地、鹽堿地和鹽沼3種生境的土壤形成的基礎(chǔ)不同，土壤物理性質(zhì)有較大的差別。3種不同生境的蘆葦草地土壤顆粒組成的粉粒與沙粒占60%以上，最高達(dá)到95.2%，土壤為粉沙質(zhì)壤土與沙質(zhì)壤土。

［1］ 王振慶，王麗娜，吳大千，等.中國(guó)蘆葦研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)［J］.山東林業(yè)科技，2006（6）：85－87.

［2］ 郭春秀，李發(fā)明，張瑩花，等.河西走廊蘆葦荒漠草地資源及其保護(hù)利用［J］.草原與草坪，2012，32（4）；93－96.

［3］ 李春和.蘆葦?shù)目焖俜敝臣霸耘喙芾恚跩］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，1990（5）：17－21.

［4］ 田福平，張自和.西部地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)要重視草［J］.草原與草坪，2004（1）：22－24.

［5］ 鄭學(xué)平，張承烈，陳國(guó)倉(cāng).河西走廊蘆葦?shù)墓夂咸纪緩綄?duì)生境條件的適應(yīng)［J］.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào)，1993，17（1）：1－8.

［6］ 朱學(xué)藝，王鎖民，張承烈.河西走廊不同生態(tài)型蘆葦對(duì)干旱和鹽脅迫的響應(yīng)調(diào)節(jié)［J］.植物生理學(xué)通訊，2003，39（4）；371－376.

［7］ Zhu X Y，Zhang C L.Photosynthesis electron transmit and resist oxygen protect system of two ecological mold reed［J］.Acta Botanica Physiology Sinica，2000，26（6）：476－480.

［8］ 王金爽.鹽分與蘆葦生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2012（7）：4－5.

［9］ Chinese Wetland Vegetation／s Commission.Wetland Vegetation in China［M］.Beijing：Science Press，1999：174－180.

［10］ Lin W F，Chen L J，Zhu X Y.An analysis of genetic diversity of different ecotypes of need（PhragmitescommunisTrin.）by molecular marker techniques［J］.Journal of Plant Physiology and Molecular Biology，2007，33（1）：77－84

［11］ Chen Q C，Zhang G L.The ecology of dominant species in the middle and lower reaches of the Shule River Basinthe basic study of morphological anatomy［J］.Journal of Lanzhou University（Natural Science），1961（3）：61－69.

［12］ Ren D T，Zhang C L，Chen G C，etal.Principal component analysis for diffent ecotypes of reed（Phragmites communisTrin）based on their indexes［J］.Acta Ecology Sinica，1994，14930：266－273.

［13］ 鄭學(xué)平，張承烈，陳國(guó)倉(cāng).河西走廊蘆葦?shù)墓夂咸纪緩綄?duì)生境條件的適應(yīng)［J］.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào)，1993，17（1）：1－8.

［14］ Gao H Y，Li W J，Tursunay，etal.Study on leaf water potential，transpiration and water use efficiency in different growth forms of reed in plain desert area of northern Xinjiang［J］.Grassland of China，1995，17（5）：60－66.

［15］ Gao H Y，Li W J，Xu J，etal.Diurnal course of photosynthesis and respiration in reed leaves of different growth for ms in pain desert area of northern Xinjiang［J］.Grassland of China，1995，17（5）：53－59.

［16］ Chen K Y，Ye H C，Chen J L，etal.A salt to learnt variant of Phragmites communities and its cytological characterization［J］.A cta B otanica Sinica，1994，36（12）：930－933.

［17］ Chen K Y，Ye H C.Cytology appraisal of reed plant variation［J］.Journal of Botany，1993，10（2）：44－46.

［18］ Wang Z H，Sang H Y，Yang H L.etal.Reed bio－productivity and response to increase of air CO2［J］.Acta Grass－industry Sinica，1994，3（1）：1－6.

［19］ Zhu X Y，Zhang C L.Photosynthesis electron transmit and resist oxygen protect system of two ecological mold reed［J］.Acta Botanica Physiology Sinica，2000，26（6）：476－480.

［20］ 蘇芳莉，王鐵良，王政.不同濃度NaCl處理對(duì)蘆葦和香蒲葉片某些生理特性的影響［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2009，24（2）：302－306.

［21］ 趙文智，常學(xué)禮，李啟森，等.荒漠綠洲區(qū)蘆葦種群構(gòu)件生物量與地下水埋深關(guān)系［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，20023，23（6）：1139－1146.

［22］ 任東濤.張承烈.河西走廊不同生態(tài)型蘆葦核酸代謝季節(jié)動(dòng)態(tài)研究［J］.植物學(xué)報(bào)，1994，36（5）：385－392.

［23］ Д.Цздзв，劉興義.利用蘆葦生產(chǎn)混合飼料［J］.草原與草坪，1983（5）：33－34.

［24］ 李亞，李得祿，朱國(guó)慶，等.民勤荒漠區(qū)霸王群落植物生態(tài)位研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（1）：120－124.

［25］ 中國(guó)科學(xué)院土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978：15－87.

［26］ 方正三，朱成珙，王偉康.甘肅省民勤沙地水分初步研究［C］／／全國(guó)地理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（自然地理），北京：科學(xué)出版社，1962：85

［27］ 趙成義，王墳朝.荒漠－綠洲邊緣區(qū)土壤水分時(shí)空動(dòng)態(tài)研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2005，19（1）：124－127.

［28］ 李修倉(cāng)，胡順軍，李岳坦，等.干旱區(qū)旱生蘆葦根系分布及土壤水分動(dòng)態(tài)［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2008，17（2）：17－25.

［29］ 陳文瑞，張繼賢.流動(dòng)沙丘的水分狀況與固沙造林［C］／／治沙研究，北京：科學(xué)出版社，1962：27.