松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關系

楊 帆，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍

(中國科學院東北地理與農業生態研究所, 長春 130012)

松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關系

楊 帆*，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍

(中國科學院東北地理與農業生態研究所, 長春 130012)

土壤水鹽；地表積水；微地形；植物群落分布；驅動因子

松嫩平原西部是世界上三大蘇打鹽漬土集中分布區之一，生態環境脆弱，是我國北方土地荒漠化最嚴重的地區之一。松嫩平原植被類型分布與土壤類型和土壤鹽漬化程度密切相關，特別是低平原區，由于微地形的存在，導致了水文過程的變化，這種變化使土壤含鹽量在很小的區域范圍內差異較大，使不同鹽漬化程度土壤呈鑲嵌分布，土壤鹽分空間變異顯著[1]。植物生長受土壤中鹽類組分的影響較大，在不同鹽漬化土壤中，個體植物生長受到限制，當鹽漬化程度超出個體植物生存范圍，其他植物種入侵和存活，優勢種逐漸失去作用，土壤鹽漬化程度的改變促進了植物群落演替[2]。在松嫩平原微域尺度范圍內，以往的研究主要集中于植物個體對水鹽的響應[3- 4]，對于群落間的演替研究較少[5- 7]，而對于群落間演替的環境驅動因子研究，未見報道。因此本研究通過典范對應分析方法(CCA)，進一步分析植物與環境之間的關系，以及確定植物群落間演替的驅動因子，為蘇打鹽漬土區生態保護和重建提供依據。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

試驗在中國科學院東北地理與農業生態研究所大安堿地生態試驗站進行。地理坐標為東經123°50′27″—123°51′31″，北緯45°35′58″—45°36′28″。該區屬中溫帶大陸季風氣候，多年平均降水量413.7 mm，年均蒸發量為1696.9 mm。試驗站周圍地區屬嫩江古河道低漫灘，目前的演替方向是由中-輕度鹽漬土向中-重度鹽漬土轉化，植物群落也相應的向鹽生植物演替，即處于退化過程中。而且區內輕、中、重度鹽漬土呈現的復合鑲嵌格局，使該區不同的植物群落依據土壤水鹽變化呈斑塊狀分布，松嫩平原是我國土壤鹽漬化具有突出特色的地區[8]。

1.2 方法與試驗設計

圖1 測量點布置圖Fig.1 Distribution of measuring points in the experiment site

選擇具有微地形特征的不同鹽漬化程度鹽漬土復區為研究樣地。試驗小區面積為10000 m2, 南北長100 m，東西寬100 m，小區內不同高程的小丘和洼地鑲嵌分布，最大相對高差為36.3 cm。從微域尺度上看，為了滿足區域鹽堿土復合鑲嵌體重復出現的空間要求，將小區分成10 m×10 m的網格，從中隨機選取40個網格作為測量點。具體樣點布置如圖1。小區內的主要植物群落為以蘆葦、虎尾草、堿蓬、堿茅為優勢種的植物群落。

1.3 樣品采集與測試方法

試驗數據為兩年數據，分別為2005年(豐水年)和2007年(枯水年)。試驗從5月1日開始到10月1日結束。地表積水時間和地表水深的測量從5月1日開始到10月1日結束，每5d觀測1次，降雨后加密觀測。土壤含水率分別在5月、7月和9月的月末進行采樣，含水率為3次的平均值。土壤離子測定樣品均在每年的9月末進行采樣，植物群落調查每月1次。

(1)

式中，[Na+]、[Ca2+]和[Mg2+]為Na+、Ca2+、Mg2+的的濃度(mmolc/L)。

土壤含水率：采用烘干稱重法測定。

微地形相對高程：采用DSN232型水準儀測量。

1.3 數據定量分析方法

2 結果與分析

2.1 降雨變化規律

由圖2可知，2005年5月、9月較干旱，降雨量少。降雨主要集中在6、7和8月，其中6月12日和6月22日的兩場降雨均在50 mm以上，7月29日一場強降雨高達86 mm。5—10月降水總數為455 mm，較以往降雨平均值高，該年為豐水年。2007年，降雨較少，且降雨頻次也少，主要降雨集中在7月，最大一次降雨量為7月15日的34.5 mm， 5—10月降雨量為224.5 mm，明顯低于多年平均降雨量，為枯水年。

圖2 不同年份降雨變化規律Fig.2 Variation of precipitation in different year

2.2 植物群落與環境因子關系

圖3 植物群落與相關因子CCA分析Fig.3 CCA of plant communities and correlation factorsH: 相對高程relative height; h: 地表積水深度 Ponding depth; d: 地表積水時間 Ponding time 0—10 cm、10—30 cm、30—60 cm、60—100 cm; 不同土壤層含水率 Soil moisture in different soil layer

2.3 不同植物群落適應化學指標范圍

由表1可知，不同群落適應不同的陽離子含量范圍，稗草、蘆葦對陽離子的適應范圍較接近，各離子之間差異不顯著。稗草、蘆葦適應pH值范圍也較相近，均在8.5—10之間。虎尾草、堿茅適應陽離子范圍較接近，無顯著性差異。兩種群落對pH值適應范圍也較接近，均在10以上。堿蓬適應高Na+，低K+、Ca2+、Mg2+，且適應的pH值較高，在10以上。

表1 不同植物群落土壤陽離子比較

同一列中標有不同字母的數據間差異達到顯著水平(P﹤0.05)

由表2可知，不同群落適應陰離子范圍有所不同，堿蓬適應的陰離子含量均高于其他群落，且EC也遠遠高于其他群落。其他植物群落土壤陰離子差異不顯著。

表2 不同植物群落土壤陰離子比較

同一列中標有不同字母的數據間差異達到顯著水平(P﹤0.05)

表3 不同植物群落適應鹽堿化指標范圍

2.4 不同群落適應水文指標范圍

由表4可知，不同水文指標下不同群落之間比較，不同群落之間在60—100 cm土壤層含水率無顯著性差異，在30—60 cm土壤層含水率呈顯著性差異，0—30 cm土壤含水率和地表積水深度、積水時間均呈極顯著性差異。因此植物群落之間的差異主要集中在地表水、表層土壤含水率，隨著土壤剖面的加深，群落間差異減小，60—100 cm土壤含水率對于地表植物的生長分布作用不大。

表4 不同植物群落水文指標方差分析

由表5可知，表層積水時間和積水深度對群落之間影響較大，與其他植物群落相比，蘆葦地表水深最高，積水時間最長。堿茅和蘆葦之間差異性不顯著。稗草和蘆葦盡管在土壤化學指標適應范圍相似，但他們對于水分適應范圍明顯不同，當地表積水深度大、積水時間長時，適應蘆葦生長，卻不適合稗草生長。堿茅和蘆葦在地表水方面差異不顯著。說明堿茅適合于地表較濕的環境，虎尾草適合于地表較干的環境。因此地表水的積水時間和積水深度是區分稗草和蘆葦、虎尾草和堿茅生長分布的重要水文特征值。

表5 不同植物群落水文數據方差分析

3 結論

(2)由植物群落分布和微地形的關系可知，堿蓬分布在微地形高處，隨著微地形的下降，植物群落依次改變為虎尾草、堿茅、稗草和蘆葦群落。

(3)在枯水年由于水分的減少和鹽堿化的加重，稗草向虎尾草群落演替，虎尾草向堿蓬群落演替。而蘆葦和堿茅群落相對穩定，只是由濕生向旱生轉化，群落間演替較慢。

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Thecorrelationbetweensoilwatersalinityandplantcommunitydistributionundermicro-topographyinSongnenPlain

YANG Fan*, WANG Zhichun, WANG Yunhe, AN Fenghua, ZHAO Changwei

NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130012,China

soil water; soil saline; surface ponding; micro-topography; plant community distribution; threshold value

中國科學院西部行動計劃重大資助項目 (KZCX3-XB3- 16); 國家自然科學基金資助項目(41071022); 國家科技支撐課題資助項目(2009BADA3B04)

2013- 06- 05;

2013- 07- 29

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangfan@neigae.ac.cn

10.5846/stxb201306051346

楊帆，王志春，王云賀，安豐華，趙長巍.松嫩平原微地形下土壤水鹽與植物群落分布的關系.生態學報,2013,33(19):6202- 6208.

Yang F, Wang Z C, Wang Y H, An F H, Zhao C W.The correlation between soil water salinity and plant community distribution under micro-topography in Songnen Plain.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6202- 6208.