荒漠草原优势植物水分利用策略与干旱适应机制：研究结果

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：在60 cm 以下土层，蒙古冰草样地的黏土成分显著高于短花针茅样地。如图2-3 所示，蒙古冰草样地具有灰钙土特征，而短花针茅样地属于典型的风沙土。研究区属于封育禁牧9年以上荒漠草原自然恢复区，群落中共有10 科29 种植物，其中，多年生草本植物占68.97%，一年生草本和半灌木分别只有6 种和3 种。

土壤质地差异会影响土壤的持水能力和容水能力，而土壤的颗粒组成则决定了土壤的物理和化学性质（陈文媛等，2017）。陈娟等（2018）研究了荒漠草原3 种土壤类型的入渗特点，认为风沙土结构松散，土壤机械组成较为单一，毛管力和持水性弱，土壤颗粒间空隙大，容易漏水。郑存德等（2014）研究认为，灰钙土具有非常黏重的钙积层，结构紧实，硬度较大，持水能力强，入渗性能较差。从研究区2 个试验样地的土壤特征分析中可以看出，2 个样地0 ～20 cm 土层的颗粒组成无显著差异，在20 ～40 cm 土层，蒙古冰草样地的黏土成分略高于短花针茅样地，细砂粒成分小于短花针茅样地。在60 cm 以下土层，蒙古冰草样地的黏土成分显著高于短花针茅样地。说明2 个样地表层土壤渗透性与通气状况较好，并且受植被与气候的影响较大。随着土层加深，蒙古冰草样地的细砂粒（0.05 ～0.1 mm）成分不断积累，在表层下黏土成分增加，植物成土作用增强，沙土黏粒和细粒沉降作用明显，由此可见，蒙古冰草样地的土壤结构更有利于增加表层土壤的持水能力和植物生长。如图2-3 所示，蒙古冰草样地具有灰钙土特征，而短花针茅样地属于典型的风沙土。因此，蒙古冰草样地土壤类型不利于水分的入渗，但利于水分贮存在土壤中层至深层；而短花针茅样地的土壤利于水分入渗，但持水性能差。

土壤容重可以反映土壤松紧状况，如果土壤容重小说明土壤疏松多孔，具有良好的渗透性与通气状况；土壤容重大则表明土壤紧实，具有相对较差的渗透性及通气状况（吴军虎等，2013）。田间持水量反映了土壤保水能力的大小。土壤孔隙度是毛管孔隙度和非毛管孔隙度之和，可以衡量土壤通气性的好坏，其中非毛管孔隙指的是通气空隙，其值的大小可直接影响土壤的通气性能，即影响土壤通气度的大小（陈文媛等，2017）。在2 个样地之间，除了非毛管孔隙度有显著差异外，其他指标差异不显著，蒙古冰草样地表层土层的非毛管孔隙度小于短花针茅样地，进一步说明蒙古冰草样地土壤的通气状况稍次于短花针茅样地，而且土壤的机械组成和非毛管孔隙度可能是影响研究区降水入渗的主要因素（张敬晓等， 2017）。

植物群落是生态系统能量和物质的主要提供者，也是生态系统维持的主要作用者。群落的组成结构可以反映出群落的多样性组成、均匀度状况和群落的生态优势度水平。物种多样性反映了群落结构和功能特征，还可以说明种群与环境相互作用的过程，是生态系统稳定的量度（李潮等，2013；秦建蓉等，2015）。研究区属于封育禁牧9年以上荒漠草原自然恢复区，群落中共有10 科29 种植物，其中，多年生草本植物占68.97%，一年生草本和半灌木分别只有6 种和3 种。各群落的物种多样性指数和丰富度指数在不同调查时间均有差异，而均匀度指数差异不显著，群落结构组成相对稳定。陶利波等（2018）研究认为随着禁牧封育年限的延长，宁夏荒漠草原多年生草本植物会在群落中的比重加大，草地植物生物多样性提高，群落组成趋于稳定，但土壤水分是影响群落分布的决定性环境因子，本研究调查结果与之相符。(www.chuimin.cn)

研究区在2016年与2017年全年降水量之间无显著差异。但在植物生长季不同月份的降雨量具有明显差异，致使植物生长季处于环境水分的剧烈变化中。随着降水增加，草地植物群落的土壤水分含量显著提高，其物种组成和结构也会发生变化，蒙古冰草、甘草、短花针茅和牛枝子的重要值居群落植被之首或次位，虽然在降水增多时期有所降低，但仍是群落的建群种和优势种；6 种常见伴生种如狭叶米口袋、银灰旋花、砂珍棘豆、丝叶山苦荬、糙隐子草、猫头刺等植物的重要值在降水量增多时期显著增加。其中，重要值仅次于这4 个优势种的猪毛蒿种群数量在雨水充沛期明显增加，而在水分匮乏的2017年，猪毛蒿种群数量急剧减少，因此，猪毛蒿是分布于这3 个群落的重要伴生种。一年生植物的重要值变化最明显，在2016年7月由于降水及时，瘤果虫实大量生长，而在2016年9月及第二年初夏，瘤果虫实数量骤减，使得其在群落中的重要值发生显著变化。

随着降水增多，各群落物种数量增加，植物多样性指数和丰富度指数也显著高于7月。其中，短花针茅群落的多样性指数和丰富度指数在2016年6月显著低于其他两个群落，而在2016年9月和2017年7月又无显著差异，说明短花针茅群落植被对降水的响应明显，对环境波动缓冲大，这也可能是群落物种组成对干旱少雨环境适应的结果。群落β多样性反映了生境的变化程度或指示生境被物种分隔的程度，β 相似性系数用来表示生物种类对环境异质性的反映（杨秀莲等，2009）。本研究中，群落的相似性系数在不同时期也变化明显，总体看，在2016年7月各群落之间的相似性系数差异较大，但在2016年9月和2017年7月差异变小，达到极相似水平。甘草群落在2016年7月与2017年7月之间的相似性系数为中等相似，短花针茅群落在2016年7月与9月之间的相似性系数为中等相似，进一步说明，短花针茅群落的物种组成对不同降水季的响应明显，而甘草群落的年际变化较大。可见，不同年份不同的降水季对群落植物物种组成与稳定性会产生影响，尤其在干旱少雨年份或季节，可能因为常见伴生种数量受限，或者是一年生植物萌发及生长受限，群落的物种丰富度和多样性受到影响（陶冶和张元明， 2011）。可见，土壤水分仍旧是影响群落植被组成和变化的主要因素，而降水和土壤质地等环境因子对土壤水分具有决定性的影响。

荒漠草原优势植物水分利用策略与干旱适应机制：研究结果

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