民勤連古城保護區荒漠植物群落與土壤關系的研究

摘 要：以甘肅民勤連古城國家級自然保護區為研究試驗區，探討了不同荒漠植物群落的土壤理化特性，包括土壤的有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀、水分等含量和pH值。通過采集樣品和實驗室分析，研究了這些土壤特性在不同荒漠植物群落中的差異及其對生態系統的影響。研究發現，土壤特性與植物群落結構密切相關，不同植物群落的土壤理化特性存在顯著差異，這對于理解荒漠生態系統的功能和穩定性具有重要意義。

關鍵詞：荒漠植物群落；土壤理化特性；生態系統

中圖分類號：Q948 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

民勤連古城國家級自然保護區，地處甘肅省武威市民勤縣，石羊河流域下游，位于38°10′～39°09′N，

103°30′～103°57′E，南北長約90 km，東西寬6.5～

125 km，海拔1 180～1 500 m，氣候干旱，降雨量少，地表蒸發強烈，屬于典型的大陸干旱荒漠氣候。民勤連古城保護區屬典型的荒漠生態系統類型保護區，是民勤荒漠天然植被群落最完整、分布最多的區域。民勤連古城保護區作為河西走廊北部生態屏障的重要組成部分，從北、西、南三面護衛著民勤綠洲，扼守著河西走廊的腰部，是民勤天然植被群落最完整、分布最多的區域。保護對象為極端脆弱的荒漠生態系統、荒漠天然植被群落、珍稀瀕危野生動植物和古人類文化遺址。

民勤連古城保護區生態區位的重要性主要體現在4個方面：一是阻擋巴丹吉林和騰格里兩大沙漠合攏；二是保衛民勤綠洲；三是維系區域生態平衡；四是保護荒漠生態系統及其生物多樣性和重要的物種基因庫。特殊的地理環境和位置，決定了民勤連古城保護區對于維護甘肅西部的生態平衡乃至我國西部的國土安全，保護、保存珍貴的荒漠物種基因及生物多樣性，以及加快絲綢之路經濟帶建設等具有重要的作用。區內有裸果木、綿刺、發菜等國家一級保護植物，有蒙古扁桃、沙冬青、肉蓯蓉、麻黃、沙拐棗、甘草、沙蘆草、短芒披堿草等二級保護植物，以及麻黃群落、鹽爪爪群落、檉柳群落、白刺群落、沙拐棗群落、霸王群落、紅砂群落、梭梭群落等多種荒漠植物群落。

1 研究意義

植被群落是某一地段上全部植物的綜合，擁有一定的種類組成和種間的數量比例，一定的結構和外貌，其中植物與植物、植物與環境間存在一定的相互關系。荒漠植物在生長過程中，一方面，植被以土壤為基礎，通過根系不斷從土壤中吸取養分來滿足自身生長和發育的需求；另一方面，植物的根系又向周圍的土壤分泌有機物質，吸引大量的微生物，促使其生長繁殖，不斷改變根際土壤理化性狀、土壤微環境，進而影響植物的群落結構。同時，荒漠植物枯落物蓄積與分解能有效改善土壤中水分運輸與空間分布，并為土壤注入更多的有機質和養分元素，從而改變土壤理化性質，進而影響植物群落的演替[1]。群落的結構特征以及植物與土壤因子之間的相互關系是群落生態學研究的熱點問題，當植物群落隨環境因子變化時，群落物種組成變化較大，而且這些變化往往具有連續性和可預測性。在荒漠植物群落中，土壤資源的異質性會影響植物的群落組成和物種分布格局。土壤生境的差異會導致土壤環境因子的不同，而在不同生境條件下，植物群落結構特征、優勢種群及群落類型又存在不同之處。植被物種組成和結構特征，以及物種多樣性與土壤理化特性、酶活性及微生物學性質之間都有非常密切的關系[2]。

國內外很多學者對土壤的理化性質進行了研究，分析了各地、各土壤類型、不同土地利用方式下的土壤理化性質特點，探討了土壤理化性質的分布規律，為合理利用土地，對各地區的生態環境的恢復與重建有重要的指導意義。民勤連古城保護區所處的地理位置特殊，自然條件惡劣，氣候干燥，降水稀少，風沙頻繁，生態系統和功能脆弱，在河西走廊生態保護乃至甘肅省國家生態安全屏障綜合試驗區建設中發揮著重要作用。本研究對民勤連古城保護區典型荒漠植物群落的土壤理化特性進行了調查研究，測定荒漠植物群落土壤中有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀、水分等含量和pH值，探討影響不同植物群落形成的主要土壤理化性質，以期為合理利用土地、維持物種多樣性、生態環境的恢復與重建等提供助力。

2 研究內容和研究對象

2.1 研究內容

以甘肅民勤連古城國家級自然保護區為研究試驗區，選取不同荒漠植物群落集中分布的有代表性的地塊為樣方，通過取樣和室內實驗，測定不同荒漠植物群落土壤中水分、pH值、有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀等含量，研究不同荒漠植物群落的土壤理化特性。

2.2 研究對象

花兒園萊菔山紅砂群落、花兒園毛條林檸條群落、花兒園霸王坑霸王群落、勤鋒民西路梭梭群落、連古城黃蒿坑沙拐棗群落。

3 技術路線和試驗過程

3.1 技術路線

采用典型調查和定量分析相結合的方法進行研究。

步驟一：樣地選擇。根據植被分布，選擇不同荒漠植物群落集中分布的典型地塊作為研究樣地，在樣地內設置100 ｍ×100 ｍ的樣方。

步驟二：樣品采集。先將鋁盒編號稱重，重量記為W1。在每個樣方內選擇1個樣點，用土鉆鉆取20、40、60、80、100 cm共五層土壤，各取土鉆中段土壤樣品

20 g，迅速裝入已編號的鋁盒內，稱重鋁盒和新鮮土壤樣品的重量，記為W2，帶回實驗室。

步驟三：實驗室測定。將采集的土壤樣品通過室內實驗，測定土壤有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀的含量，以及土壤pH值和水分的含量。

步驟四：數據分析。對實驗室測定得到的數據進行統計和分析，比較不同荒漠植物群落的土壤理化特性差異，探討其對生態系統的影響。

3.2 試驗設計

以民勤連古城國家級自然保護區荒漠植物群落土壤作為研究對象，結合2019、2020、2021年民勤縣遙感數據，依照植被分布圖在不同荒漠植物群落典型地段設置100 ｍ×100 ｍ的樣方，在樣方內進行植物種類、數量、高度、冠幅、經度、緯度、生境等指標因子的調查，采集土壤樣品。

3.3 試驗過程

（1）土壤水分測定。將裝有樣土的鋁盒打開蓋子（蓋子放在鋁盒旁邊），放到105 ℃的恒溫烘箱中烘干6 h，蓋好蓋子，將鋁盒置于干燥器冷卻30 min，稱重。重復前面步驟再次放入恒溫烘箱中烘干3 h。前后兩次稱重相差不超過0.05 g，即可認為已達到恒重，重量記為W3。結果計算公式：

土壤含水量占比/%=（W2-W3）/（W3-W1）×100

（2）土壤pH值測定。將土壤樣品風干磨細過2 mm篩，稱取10 g樣品兩份，各放入50 mL的燒杯，一份加無二氧化碳蒸餾水，另一份加1 mol/L氯化鉀溶液，間歇攪拌30 min，放置30 min后用酸度計測定。

（3）土壤有機質測定。取適量樣品，放入90 ℃恒溫箱中烘干12 h，取出后稱重，準備烤盤稱重后放在燈上預熱5 min，將烘干稱好的土壤樣品放進烤盤，鋪平、攪拌均勻，放進加熱器內燃燒4～6 h，取出待完全冷卻后稱重樣品，計算有機質含量。

（4）土壤全氮測定采用半微量凱氏法，全磷測定采用NaOH熔融—鉬銻抗顯色紫外分光光度法，土壤速效磷測定采用浸提—鉬銻抗比色法。

（5）創新點。全面掌握該區域內不同荒漠植物群落土壤中有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀等含量和pH值、土壤水分。這將為了解荒漠生態系統的功能和穩定性提供全面的數據支持。掌握不同荒漠植物群落土壤理化性質的差異，有助于深入理解不同植物群落的適應性和生態功能。

4 研究的相關數據、分析過程與結論

土壤水分是荒漠植物群落的關鍵因素之一。受地區和氣候影響，不同植被在不同深度的土壤水分含量存在明顯差異。經檢測，多數植被所處地20 cm處土層的含水量最少，40 cm處土層含水量較為豐富。不同的荒漠植物對土壤水分的利用能力各不相同，一些植物物種在較深層次的土壤中尋找水分資源，如檸條；一些植物則更依賴淺層土壤的水分，如紅砂、霸王、梭梭、沙拐棗等。同一深度的土壤中紅砂群落土壤水分含量均較其他植被群落高（表1）。

土壤pH值是影響荒漠區植被群落生長與分布的重要因子，連古城保護區土壤pH值在7%～9%之間，呈中性偏堿性。監測結果顯示，保護區生長的荒漠植被均較耐堿，所監測的5種植物群落中尤屬沙拐棗群落最為耐堿，土層不同深度的土壤pH值相差不大，但不同植被所處土壤pH值各有差異，檸條在中性土壤生長較好，其余4種植被在堿性土壤中生長表現較好（表2）。

氮磷鉀和有機質既是植物生長發育必不可少的物質，又是決定土壤肥力的重要指標。同為荒漠保護區植被，檸條群落所處土壤中有機質、全氮、全磷、全鉀的含量均比其他4種植被群落高，而紅砂群落所處土壤中有機質和全鉀的含量最低，梭梭群落所處土壤中速效氮、速效鉀的含量最低（表3、表4）。

5 結論

土壤水分的垂直分布與不同植物群落的組成和分布密切相關，土壤的pH值在荒漠植物群落土壤所表現出弱變異水平[3]，植物的枯枝落葉、死根腐爛分解后，可釋放出氮、磷、鉀、硫等大量元素，是荒漠植被生長的主要養分，這種腐殖質的存在能夠增強土壤的吸水、保肥能力，改良土壤物理性質，促進植被生長[4]。其中，檸條的枯落物分解轉化應用率相對較高。土壤質地的異質性在荒漠植被的空間分布中也起著重要作用。

荒漠植物群落與土壤之間存在密切的關系，土壤pH值、土壤微生物的活動、有機質的合成和分解、各種營養元素的轉化和釋放及有效性、土壤保持養分的能力之間息息相關，土壤結構和養分狀況是度量生態系統生態功能恢復與維持的關鍵指標之一，土壤內部各因子相互作用和影響[4]，這一關系對于荒漠生態系統的穩定性和生物多樣性維護具有重要作用。在民勤連古城荒漠區造林中，在土壤pH值允許的情況下，建議將梭梭與檸條間作，檸條枯落物的有效轉化可滿足梭梭養分的需求，而梭梭的蓄水性較好，可為檸條提供相對充足的水分，兩者對各自的生長起著相互促進的作用。

本次研究的紅砂群落、檸條群落、霸王群落、梭梭群落、沙拐棗群落等5種荒漠類型植被群落土壤中水分、pH值、有機質、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀等含量，均是在同一季節同一時期檢測得出的數據。在不同季節，檢測出的不同植物土壤水分、pH值和養分的含量會有顯著差異[5]。

參考文獻

[1] 李學斌，陳林，樊瑞霞，等.圍封條件下荒漠草原4種典型植物群落枯落物輸入對土壤理化性質的影響[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2015，41（1）：101-110.

[2] 王長庭，龍瑞軍，王根緒，等.高寒草甸群落地表植被特征與土壤理化性狀、土壤微生物之間的相關性研究[J].草業學報，2010，19（6）：25-34.

[3] 宋丹鴻，張雪妮，楊繼粉，等.荒漠植物不同功能群性狀特征及其與土壤環境的關系[J].生態學報，2023，43（18）：7403-7411.

[4] 杜茜，沈海亮，王季槐.寧夏荒漠草原植物群落結構和物種多樣性研究[J].生態學雜志，2006（2）：222-224.

[5] 張東東.極旱荒漠植物土壤微生物群落結構及功能多樣性季節動態研究[D].保定：河北大學，2021.

基金項目：民勤連古城保護區荒漠植物群落土壤理化特性調查研究課題（2022kj065）。

作者簡介：邱曉菲（1988—），女，甘肅民勤人，工程師，研究方向為生態環境保護。