荒漠－綠洲過渡帶不同生境蘆葦草地群落土壤含水率與機械組成特征研究

趙艷麗，郭春秀，李發明，朱淑娟、張瑩花，劉淑娟，張曉娟

（甘肅省荒漠化與風沙災害防治重點實驗室 省部共建國家重點實驗室培育基地／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，是形態上高度分化的草甸與濕地植被建群種［1］。在干旱荒漠區，蘆葦群落具有較高的生態價值，是荒漠植被型中的一個重要代表群系，同時還具有一定的飼用、觀賞及藥用價值［2］。蘆葦又是優良纖維植物，是我國重要的造紙原料之一，是紡織業、人造纖維的原料以及農用建筑的材料，被人們譽為“第二森林”［3］。蘆葦的生態幅較大，抗逆性強，具有耐干旱、耐高溫、耐嚴寒、耐貧瘠、抗風沙等特性［4］，在年降水量110～200mm的流沙地、沙質荒地、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一類很重要的草地植被資源，是發展當地畜牧業的精華所在，已在畜牧業上廣泛地用作放牧地和割草地。

蘆葦的生長發育與環境條件有密切的關系，不同生境條件下蘆葦生長發育不同，蘆葦生長發育受土壤水分、溫度、鹽堿含量等因子影響較為顯著［8］。通過對分布于河西走廊不同生境蘆葦的形態解剖、生理生化特征、細胞學以及種群遺傳結構等進行分析，主要劃分出沙丘蘆葦、重度鹽化草甸蘆葦、輕度鹽化草甸蘆葦和沼澤蘆葦等4種生態型［9－12］。目前，在干旱荒漠區對蘆葦的研究主要集中在蘆葦碳同化途徑［13］、水分生理代謝［6］、細胞結構、種群特征及其與環境因子的相互關系［14－19］以及蘆葦的生理特性［5，6，20］、構件生物量與地下水埋深關系［21］、生化代謝和利用蘆葦生產混合飼料等方面的研究［22，23］。這些研究對揭示蘆葦種群的生物學和生態學內在規律奠定了扎實的基礎。選擇民勤縣荒漠綠洲區，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、保護與恢復提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區位于民勤荒漠－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，蒸發量大，氣候干燥，盛行西北風。年均氣溫7.6℃，年均降水量113mm，主要集中在7，8和9月份；全年風沙日可達83d，多集中在2～5月。土壤為灰棕漠土和風沙土，pH 7.5～9.0。蘆葦分布區以前為當地主要的放牧區之一，近年來過牧及人為破壞等原因導致植被出現嚴重退化，因此，政府部門對研究區采取了封育措施，此次研究區域處于封育狀態。

1.2 試驗材料和取樣

2012年9月，蘆葦生長最旺盛的時段，在民勤縣白土井選取3種覆沙地、鹽堿地、鹽沼不同生境進行蘆葦群落特征調查。每個樣地設置50m×50m的樣方3個；用“五點法”在樣方內的四角和中心再設置5個1m×1m的小樣方，在小樣方內進行調查與取樣。調查內容主要包括植物種、植物種數量、株數、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個樣點土壤樣品混合均勻，按四分法分3袋裝，帶回實驗室進行土壤含水率與土壤機械組成的測定與分析［25］。

采用Excel 2003軟件，分別對不同生境土壤的含水率及機械組成數據進行計算。

1.3 土壤含水量測定

采用烘干稱重法進行土壤含水量測定［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驗室，在105℃的烘箱內將土樣烘8h，然后，測定烘干土樣與鋁盒重，計算土壤含水率（T）。

T＝（Wl＋Ws－Wr）／（Wr－Wl）×100%式中：Wr為干重。

1.4 土壤粒度測定

土壤粒度使用馬爾文激光粒度儀（Master 2000）進行測定，首先對樣品進行處理，（1）樣品在自然風干剔除了植物細根等雜質后過2mm的篩，稱取4～5g樣品放入100mL燒杯中，加入體積分數為10%的雙氧水10mL放置于電熱板上加熱，并用玻璃棒攪拌，使其充分反應去除有機質，直至無氣泡為止；（2）用洗瓶不斷清洗杯壁后加入體積分數為10%的鹽酸10 mL使其充分反應，以去除碳酸鹽物質；（3）反應完全后加純凈水至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，再進行土壤粒徑體積百分含量的測定，通過Master 2000輸出所需的參數。該儀器的測量范圍為0.02～2 000 μm，重復測量誤差＜2%。

土壤粒徑分級以國際制為標準，即0～0.002mm為粘粒，0.002～0.02mm 為粉粒，0.02～0.2mm 為細沙粒；0.2～2mm 為粗沙粒［25］。

2 結果與分析

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，也是優勢種。但是，蘆葦的生態型不同（表1）。在覆沙地和鹽堿地，物種豐富度也相對較大。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。在鹽沼地，蘆葦的3種生態型種類都有，植被蓋度是3種生境最高，達到95%以上，但伴生植物種類和數量較少，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，這說明蘆葦對伴生植物有一定的抑制作用，減少了生境內植物群落的多樣性，而在覆沙地和鹽堿地中，蘆葦植被蓋度相應較小，耐旱植被種類及數量相應增加。

表1 不同生境蘆葦生態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為覆沙地＜鹽堿地＜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出不同差異。覆沙地粒度相對于其他兩類土壤比較均勻，土壤粒度變異系數變化相對較小，各層土壤的粉粒和沙粒平均占93.6%。覆沙地土壤質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、粉粒和細沙的含量都是隨著深度的增加而含量減少，兩者都是細沙含量最大，鹽堿地的細沙含量最大為57.64%，鹽沼地細沙含量最大為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%，土壤質地為粉沙質壤土或沙質壤土。在覆沙地各層土壤顆粒含量粗沙＞細沙＞粉沙＞粘粒。覆沙地相對于鹽堿地和鹽沼0～40cm的細沙含量較小，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為9.92%～12.89%，而其他兩類土壤的粒度變異系數為22.06%～33.52%，鹽堿地土壤相對比較均勻。鹽沼地與鹽堿地的各層土壤粒度變化相似，細沙含量較高，其次，粉粒，細沙含量達到了47.5%。隨著深度增加含量減少，而粗沙含量則表現相反的變化趨勢。相對于其他兩類土壤，鹽沼地的粗沙含量隨著深度增加而增多，粘粒、粉粒和細沙的含量則隨著深度增大而成梯度減小，0～10cm的細沙含量最大達66.92%，是鹽堿地的細沙含量1.16倍，是覆沙地細沙含量的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沙含量最多。

3 討論與結論

蘆葦是喜水的禾本科植物，生態幅較寬，隨生境演化出多種生態型，不同的生態型分別對各自的生境脅迫具有較強的適應性和耐受性［1］。在適應我國西北干旱少雨環境的過程中，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）等幾種生態類型，其中，后3種生態型蘆葦的生存環境由水域演替為陸地，分布在干旱區綠洲農田外圍、鹽堿地甚至一些沙漠地區，成為干旱區特有的旱生型蘆葦［2，22］。

（1）不同蘆葦草地的土壤物理性質與植被相一致，表現出不同特性。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，土壤堅實，根系發育不良。但鹽沼地土壤含水率高，蘆葦生長良好。在鹽堿地和覆沙地中，土壤水分含量低，蘆葦常呈干旱狀態，在這樣條件下生長的蘆葦稀疏矮小，產量較低。

（2）分布蘆葦的覆沙地、鹽堿地和鹽沼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。土壤水分動態對土壤物理性質和植被生長狀況有重要影響，只有水、土、植物相適宜，植被才能生長繁茂。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］。分布蘆葦的覆沙地、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果相同 。但是，3種生境都是沙質土壤，表層因為干沙層可以阻礙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，機械組成整體較粗。土壤基本的物理性質之一，也是影響土壤水肥狀況的關鍵因子［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不同，土壤物理性質有較大的差別。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，最高達到95.2%，土壤為粉沙質壤土與沙質壤土。

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