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古尔班通古特沙漠土壤理化性质的空间变异及对植物多样性的影响

冯雷  
【摘要】:植被是防风固沙主体,而其分布与土壤属性之间具有紧密联系。土壤是沙漠生态系统的主要基底,在风力波动作用下,不同土壤颗粒被分选,理化属性分布格局重新形成,并表现出时空异质性。研究沙漠土壤理化性质的空间变异及对植物多样性的影响对于了解风蚀变化、沙丘移动状况,剖析植物多样性分布机制等方面具有重要意义。古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠,植物多样性相对内亚沙漠丰富,但受油田开采、放牧等人类活动影响,植被退化,植物多样性降低。因此本文首次从沙漠土壤属性的空间分布特征上,以及对植物多样性的影响,为分析沙丘变化特点,了解植被分布机制,进而为植被恢复奠定基础。本文以植物多样性分布具有代表性的古尔班通古特沙漠南部为研究区,根据沙丘起伏、降水大小和距离绿洲远近,将整个研究区分为古玛纳斯湖地区、沙漠西部、沙漠腹地、沙漠东部和绿洲边缘区域五个部分,使用地统计学等方法分析整个南部和五个分区的局域尺度沙漠理化性质的空间分布,使用除趋势典范对应分析(DCCA)土壤理化性质和植物多样性特征之间的关系,结果表明:一、古尔班通古特沙漠区域与局域尺度土壤理化性质空间变异较大区域尺度上,土壤p H、电导率、硫酸根从沙漠西向东和从北向南递减;全氮、速效钾、速效磷、全磷从西向东的递增;有机质从西北向东南和沙漠南、北两侧向沙漠腹地递减趋势;钠离子从沙漠东、西两侧向沙漠腹地递减;但全氮、速效钾和有机质在局部具有斑块状分布特征。土壤平均粒径表现为从沙漠西北向沙漠东南递减。古玛纳斯湖地区土壤电导率显著高于其它区域,平均粒径介于142.2-152.2μm;绿洲边缘地区土壤有机质和全氮含量最高,平均粒径介于92.2-102.2μm之间;沙漠腹地地区土壤速效钾含量较高,平均粒径介于122.2-132.2之间。局域尺度上,土壤有机质、全氮、钠离子、硫酸根、速效钾和速效磷的含量从坡顶向坡底递增。土壤有机质含量、全氮含量、速效钾含量和速效磷含量的最大值均出现在东坡底,硫酸根和钠离子含量最高值出现在西坡底。沙漠南部表层土壤平均粒径多介于90μm–160μm,尤其在南部绿洲边缘地区与沙漠腹地土壤粒径存在显著差异。沙漠腹地土壤分形维数介于1.08–2.10,绿洲边缘分形维数介于1.64–2.48,沙漠腹地土壤分选强烈。二、不同分区物种组成及分布差异较大沙漠主要分布于藜科、菊科、十字花科、豆科、禾本科、紫草科。优势的物种有梭梭Haloxylon ammodendron、早熟猪毛菜Salsola praecox、角果藜Ceratocarpus arenarius、沙蓬Agriophyllum squarrosum、卷果涩荠Malcolmia scorpioides、琉苞菊Hyalea pulchella、庭荠Alyssum desertorum、倒披针叶虫实Corispermum lehmannianum、弯花黄耆Astragalus flexus、羽芒三芒草Aristida adscensionis、尖花天芥菜Heliotropium acutiflorum、疏齿千里光Senecio subdentatus。古湖区、沙漠西部、沙漠腹地、沙漠东部和绿洲边缘分别分布物种52种、42种、69种、73种和81种。三、沙漠沙粒的粘粒含量和斑块呈现动态变化中2010年到2014年,5年内不同区域土壤均有粗化发展的趋势。绿洲至沙漠腹地的土壤退化程度不同,绿洲边缘地带,土壤粗化的现象明显高于沙漠腹地,沙漠腹地粘粒损失率为36%,而绿洲边缘地带损失率为129%。土壤分形维数的变化能够综合反映土壤结构和土壤养分的变化。研究表明三种沙漠主要斑块(裸地、草本和灌丛)防止风蚀能力不同,5年间,裸地土壤分形维数减小了0.15,草本基部分形维数增加了0.28,灌丛基部维数增加了0.11。依据Raupach的模型模拟绿洲边缘两种地表阻挡风蚀的作用,当植被盖度达到上限35%时,地表临界摩擦速度是1.44m/s,增加了起沙风速阈值;裸地区域地表临界摩擦速度是0.65m/s,表层土壤极易流失,为土壤重新分布提供了重要动力。四、沙漠不同物种对不同土壤属性的依赖差异较大DCCA分析发现电导率、平均粒径、海拔、坡度等土壤环境因子对物种分布的影响极大。蝎尾菊、准噶尔无叶豆、碱蓬、棱果芥、弯花黄耆主要受速效钾、全氮和有机质影响;氯离子主要影响骆驼蓬、刺头菊;平均粒径、坡度和海拔影响螺喙荠,矮蝇子草,沙大戟;速效磷、全磷和电导率影响椭圆叶天芥菜、柽柳、庭荠、犁苞滨藜、喜沙黄耆。综上所述,古尔班通古特沙漠南部土壤理化性质具有明显的空间分布异质性,主要受风蚀、玛纳斯湖、地下水位等因素的影响。沙漠不同分区区域的物种组成及分布差异较大,沙漠土壤属性对植物多样性分布产生显著影响,但不同物种对不同土壤属性的依赖差异较大。沙漠沙粒的粘粒含量和斑块呈现动态变化中。


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