黑河流域中游人工濕地不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)對土壤及植物多樣性影響研究

任璞 劉文麗 白梅花

摘要： 黑河流域是絲綢之路文化孕育和發(fā)展的搖籃，濕地資源是其良好的自然生態(tài)環(huán)境屏障，對維護流域生態(tài)安全，構(gòu)建人與自然和諧相處時空格局，促進生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。為了加速退化濕地的人工修復(fù)進程，開展了黑河流域中游退化濕地人工生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，研究結(jié)果表明：1）人工濕地不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)對0～40 cm土壤層的容重全鹽量、全磷、速效磷、有機碳、全氮含量有較大的影響，土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)出的差異程度相異；不同濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)對土壤的pH值的影響不大；2）人工濕地不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)濕地植被的蓋度變化具有自然修復(fù)<隔離保護+定期灌溉<隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)的特征；3）不同人工修復(fù)濕地技術(shù)措施對濕地植物群落物種豐富度的影響程度相異，其物種豐富度指數(shù)的變化具有自然修復(fù)＞隔離保護+人工造林灌溉＞隔離保護+定期灌溉的特征。

關(guān)鍵詞：? 人工濕地；? 生態(tài)修復(fù)；? 理化性質(zhì)；? 植被；? 黑河流域

中圖分類號：? ?S 948. 116; S 7? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0041 － 04

濕地是一種特殊的土地資源和生態(tài)環(huán)境，具有調(diào)節(jié)氣候、調(diào)蓄水源、保護生物多樣性和維持區(qū)域生態(tài)平衡等多種功能[ 1 ]，是世界上最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一[ 2 ]，故保護濕地對生態(tài)資源具有重要意義[ 3 ]。但近年來隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，濕地生態(tài)系統(tǒng)遭到了不同程度的沖擊，導(dǎo)致了濕地生態(tài)環(huán)境退化，生物多樣性下降，資源損失， 已威脅到了人居環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。為加快濕地生態(tài)恢復(fù)進程，在濕地生態(tài)恢復(fù)方面諸多學(xué)者的研究取得了矚目的成就，如濕地退化機制、退化濕地恢復(fù)與重建、人工濕地構(gòu)建生態(tài)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)[ 4 - 7 ]和濕地恢復(fù)有利于提高物種多樣性、土壤碳恢復(fù)和植被生長等[ 8 - 10 ]方面取得了豐富的研究成果。

黑河是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸河流[ 11 ]，特殊的地理位置和復(fù)雜多樣的氣候條件孕育了豐富的內(nèi)陸河流域濕地資源，在流域尺度上，濕地類型分布具有一個地區(qū)內(nèi)有多種濕地類型和一個濕地類型分布于多個地區(qū)的特點[ 12 ]，濕地環(huán)境資源是絲綢之路文化孕育和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展的搖籃，保護和合理利用黑河流域珍貴濕地資源，已成為今天必須認真對待的問題[ 13 ]。本研究以黑河流域中游的人工濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)作為研究對象，開展?jié)竦厣鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)研究，旨在為人工濕地植被生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐和生態(tài)修復(fù)技術(shù)的參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于100°28′32.87″E， 38°59′6.14″N，為典型的溫帶大陸性氣候，有充足的光照資源。氣候干旱、降雨量少（主要在6～9月集中分布）、蒸發(fā)量大。年均氣溫7℃左右，最高、最低溫分別為37.4℃和-28℃；年均風(fēng)速2 m/s。分布植物主要有賴草（Leymus secalinus）、蘆葦（Phragmites australis）、假葦拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）、水蔥（Scirpus? validus）、香蒲（Typha orientalis）、多莖萎陵菜（Potenilla multicaulis）、菖蒲（Acorus calamus）和苔草（Carex spp.）、檉柳（Tamarix chinensis）、沙棗（Elaeagnus angustifolia）等；土壤類型主要為灰漠土和灰棕漠土。

2 材料與方法

2. 1 試驗方法

2017年開始在人工濕地內(nèi)采取土壤改良、引水灌溉、植物栽植、柵欄封育措施等進行了濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)試驗研究，試驗采用了3種修復(fù)方式，每種修復(fù)方式的試驗面積為20 hm2，分別是：

隔離保護+定期灌溉修復(fù)方式：在處理區(qū)周邊人為搭建柵欄隔離起來，沒有人類及動物的踩踏等干擾，定期引水灌溉補水。

隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)方式：在處理區(qū)周邊人為搭建柵欄隔離起來；同時在林木郁閉度低于0.3的區(qū)域內(nèi)，選擇自然繁殖能力強的河柳、檉柳、蘆葦、胡楊等優(yōu)質(zhì)的I、II級苗木，采取ABT生根粉、保水劑、菌根劑等新技術(shù)對苗木進行處理后植苗造林。

自然修復(fù)方式：以自然恢復(fù)為主，不采取人為干預(yù)等管理措施。

2. 2 數(shù)據(jù)采集方法

在不同的生態(tài)修復(fù)區(qū)域內(nèi)，分別設(shè)置3～5個樣地，于2019年進行了修復(fù)效果調(diào)查。土壤設(shè)置3個樣地，用環(huán)刀法進行取樣，取0～40 cm表層土進行土壤理化性質(zhì)的測定[ 14 ]，其中：土壤pH值的測定用酸度計；全鹽量的測定為重量法；土壤容重的測定選擇烘干法；有機碳的測定用重鉻酸鉀容量法；全氮的測定方法選擇開式消煮法；全磷的測定選擇硫酸-高氯酸消煮法；速效磷的測定方法選擇雙酸浸提-鉬銻抗比色法。植被調(diào)查設(shè)置5個樣地，在植物生長旺季7月進行植物物種的組成、高度、蓋度、豐富度指數(shù)等指標的調(diào)查。

2. 3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2. 3. 1 指標計算方法

（1）覆蓋度

采用樣方量算法，在3中植被恢復(fù)區(qū)，分別草本選用1 m×1 m的樣方20個，灌木選用2 m×2 m的樣方10個，分別調(diào)查樣方中植物的垂直投影面積，然后計算其覆蓋度。

植被蓋度通常采用樣方內(nèi)植物遮蓋地面的面積與該樣地面積的百分比，即：

植被蓋度=樣方內(nèi)植物遮蓋地面的面積/樣地面積×100%[ 15 ]。

（2）植物相對豐富度指數(shù)（R）

豐富度是描述植物群落中不同植物種類的總數(shù)。計算公式如下：

R=M/Mmax×100%

式中，R為相對豐富度指數(shù)（%）；M為群落中不同植物種總數(shù)；Mmax為群落中最大可能的植物種數(shù)[ 16 ]。

2. 3. 2 統(tǒng)計分析方法

采用 Excel 2003 和 SPSS 21.0 進行描述性統(tǒng)計和相關(guān)性分析，使用Duncan統(tǒng)計法對數(shù)據(jù)差異性進行檢測分析。

3 結(jié)果與分析

3. 1 不同修復(fù)技術(shù)對土壤理化性質(zhì)的影響

基于人工濕地不同修復(fù)技術(shù)對濕地土壤的影響，使得土壤中營養(yǎng)元素的含量產(chǎn)生了較大變化，土壤理化性質(zhì)也相繼發(fā)生了變化，尤其是土壤中0～40 cm理化性質(zhì)表現(xiàn)出的差異程度不一。

從表1可以看出，自然修復(fù)土壤容重、全鹽量、全磷、速效磷分別為12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均與隔離保護+定期灌溉修復(fù)和隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)技術(shù)的處理差異顯著，而人工修復(fù)措施二者之間差異不顯著；有機碳、全氮含量均以隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)技術(shù)處理下分別為17.45 g/kg和2.32 g/kg，較隔離保護+定期灌溉修復(fù)分別提高45.42%和55.7%；較自然修復(fù)分別提高54.29%和92.56%；在隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)下，隨著修復(fù)時間的延長，植物生長環(huán)境得到了改善，增加了植被群落的物種多樣性，植被的生長量在環(huán)境的協(xié)同作用下得以增大，從而增加了地表枯枝落葉的累積量，隨著枯落物降解逐漸形成了較好的養(yǎng)分并在土壤表層富集，有效的增加了土壤碳氮含量，由此說明，在干旱半干旱地區(qū)，植被是影響土壤養(yǎng)分積累和分布的重要因素，不同濕地修復(fù)技術(shù)土壤的pH值差異不顯著。

3. 2 人工濕地不同修復(fù)技術(shù)對植被蓋度的影響

不同的修復(fù)技術(shù)措施對濕地植被的生長影響極大，其修復(fù)效果明顯。由圖1可以看出，不同修復(fù)技術(shù)處理下，植被的蓋度之間有較大的差異。其蓋度變化具有自然修復(fù)（49.3%）<隔離保護+定期灌溉（97.2%）<隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)（99.8%）的特征， 且自然修復(fù)與隔離保護+定期灌溉修復(fù)和隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)之間有顯著的差異。由此說明，不同的人工修復(fù)措施，為植物生長創(chuàng)造的生活環(huán)境相異，在植物環(huán)境協(xié)同作用下土壤得到了良好的發(fā)育，有助于增加土壤中全氮、有機質(zhì)的含量，給植物生長創(chuàng)造了良好的生存環(huán)境，為提高植物生長量和生物量奠定了基礎(chǔ)，這是造成不同人工修復(fù)措施植被覆蓋度差異的原因之一。

2. 3 人工濕地不同修復(fù)技術(shù)對植物群落物種豐富度變化的影響

人工濕地通過修復(fù)工程能夠改善濕地植被的生長環(huán)境，提高受損生態(tài)系統(tǒng)植被的生物量和群落生物多樣性水平。從圖2可以看出，不同人工修復(fù)濕地技術(shù)措施對濕地生物多樣性影響程度相異。自然修復(fù)技術(shù)處理的植物群落物種豐富度指數(shù)最高（3.41），隔離保護+人工造林灌溉技術(shù)處理的植物群落的物種豐富度指數(shù)次之（3.25），隔離保護+定期灌溉技術(shù)處理的植物群落的物種豐富度指數(shù)最低（2.45）。由此說明，不同的人工修復(fù)濕地技術(shù)均可提高濕地植物群落物種豐富度指數(shù)， 增加濕地植物的物種多樣性。

4 結(jié)論與討論

4. 1 結(jié) 論

4. 1. 1 人工濕地不同修復(fù)技術(shù)對0～40 cm土壤理化性質(zhì)變化的影響程度不一。自然修復(fù)土壤容重、全鹽量、全磷、速效磷分別為12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均與隔離保護+定期灌溉修復(fù)和隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)技術(shù)的處理差異顯著，而人工修復(fù)措施二者之間差異不顯著；有機碳、全氮含量均以隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)技術(shù)處理下分別為17.45 g/kg和2.32 g/kg，較隔離保護+定期灌溉修復(fù)分別提高45.42%和55.7%；較自然修復(fù)分別提高54.29%和92.56%；在干旱半干旱地區(qū)，植被是影響土壤養(yǎng)分積累和分布的重要因素。

4. 1. 2 不同的人工修復(fù)措施，為植物生長創(chuàng)造的生活環(huán)境相異，在植物環(huán)境協(xié)同作用下土壤得到了良好的發(fā)育，增加了土壤中全氮、有機質(zhì)的含量，給植物生長創(chuàng)造了良好的生存環(huán)境，使得不同人工修復(fù)措施植被的蓋度之間有較大的差異，其蓋度變化具有自然修復(fù)<隔離保護+定期灌溉<隔離保護+人工造林灌溉修復(fù)的變化特征。

4. 1. 3 不同人工修復(fù)濕地技術(shù)措施對濕地植物群落物種豐富度的影響程度相異。不同的修復(fù)措施，物種豐富度指數(shù)的變化具有自然修復(fù)＞隔離保護+人工造林灌溉＞隔離保護+定期灌溉的特征。故不同的人工修復(fù)濕地技術(shù)均可提高濕地植物群落物種豐富度指數(shù)，增加濕地植物的物種多樣性。

4. 2 討 論

本研究采用了自然修復(fù)、隔離保護+人工造林灌溉和隔離保護+定期灌溉3種措施，探討了黑河流域中游人工濕地不同生態(tài)修復(fù)技術(shù)，研究了不同措施對土壤理化性質(zhì)、植被蓋度和植物群落物種豐富度的等指標的變化特征，但就這3種植被恢復(fù)技術(shù)途徑來說，在人工濕地植被修復(fù)過程中，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的變化特征、群落演替特征、生態(tài)功能等方面的內(nèi)容有待進一步的深入研究。同時，由于人工濕地環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，其修復(fù)技術(shù)還需要在實踐中不斷完善和發(fā)展，許多新的修復(fù)技術(shù)還有待于進一步研發(fā)。

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