毛乌素沙地油蒿群落土壤水分分布与动态

发布时间：2020-08-23 10:58

【摘要】：地处农牧交错带的毛乌素沙地是我国北方重要的生态屏障。油蒿(Artemisia ordosicaKrasch)是毛乌素沙地最重要的建群植物之一，其群落面积约占沙区总面积的31.2%，是毛乌素沙地面积最大的群落类型。油蒿具有耐旱、耐沙埋、耐贫瘠、抗风蚀、易繁殖等特性，在维持毛乌素沙地生态系统稳定中起着重要作用。在毛乌素沙地，油蒿群落经历着从流动沙地先锋物种阶段——半固定沙地稀疏阶段——固定沙地建成阶段——老固定沙地退化阶段——流动沙地，这样一个循环演替的过程。已有的研究认为土壤水分是驱动油蒿群落演替的重要因素，然而目前对毛乌素沙地油蒿群落土壤水分的研究多是定时、定点取样，数据量少，且缺少连续性，无法反映土壤水分动态。本研究通过对固定、半固定和流动沙地上分别处于建成阶段、稀疏阶段和先锋物种阶段的油蒿群落土壤水分长期连续监测，分析不同固定程度油蒿群落土壤水分特征、降水对土壤水分的补给状况、生物结皮对降水再分配过程的影响；同时结合油蒿的生理生态特征，深入探讨土壤水分在油蒿群落演替过程中的作用，以期为毛乌素沙地植被的合理保护提供科学依据。主要研究结论如下： 1.3种样地土壤水分均存在时间和空间上差异，流动沙地各层土壤含水率均显著高于固定和半固定沙地；土壤含水率受降水影响较大，降水量大小是影响土壤水分补给深度的重要因素，小于10mm的降水主要被表层土壤吸收，10～20mm的降水对土壤水分的补给深度超过30cm，不及60cm，大于30mm而小于40mm的降水补给深度大于60cm，但不及100cm；30cm及其上层土壤水分波动剧烈，60cm处土壤水分主要受大于20mm降水事件影响，波动较小，100cm以下土壤水分只受较大降水事件的影响，土壤含水率较稳定；降水补给深度及植被根系需水的层次差异是导致3种样地土壤水分时间和空间上异质性的重要因素。 2.水分是干旱、半干旱区生态系统中最重要的限制因子，而根系是植物吸收水分的重要器官。固定、半固定和流动沙地油蒿根系均以粗根最多，中粗根次之，细根最少，且随着土层深度的增加，3种级别的根量均呈指数递减；固定、半固定和流动沙地0~40cm范围内细根所占比重分别为：79.11%、74.71%和53.23%，固定和半固定沙地油蒿植株主要利用0~40cm范围内的土壤水分，而流动沙地油蒿植株能更多地利用40cm以下土层中的水分。3种样地油蒿的叶水势均在日出前5：00最高，中午13:00左右达到最低值，此后随着太阳高度角的降低，叶水势又逐渐开始升高；油蒿叶水势变化主要受大气温度和光合有效辐射强度的影响；中午13:00以前3种样地油蒿叶水势的基本情况是流动沙地半固定沙地固定沙地，而15：00-17:00这段时间3种油蒿叶水势与中午相反，这主要是由不同固定程度沙地上油蒿植株的年龄差异及浅层土壤水分的差异导致的。 3.毛乌素沙地油蒿群落中固定沙地生物结皮平均盖度为83.74%，半固定沙地生物结皮平均盖度为23.54%，固定沙地中苔藓、地衣和澡类结皮所占比例分别为28%、21%和51%，半固定沙地中苔藓、地衣和藻类结皮所占比例分别为6.3%、2.5%和91.2%；油蒿群落中半固定沙地生物结皮绝大部分是处于初期发育阶段的澡类结皮，而固定沙地苔藓和地衣结皮所占比例接近总盖度的一半。无论降水量大小，相同深度有结皮覆盖处(BSC)土壤水分的响应时间均显著大于无结皮覆盖处(NBSC)，且同一降水事件下，BSC的初始入渗系数和平均入渗系数均显著低于NBSC，说明生物结皮的存在阻碍降水入渗，在小降水事件时这种阻碍作用表现的更为明显；油蒿的吸收根主要分布在40cm以上土层中，主要利用这个层次内的土壤水分，而生物结皮的发育对小于20mm的降水事件具有较强的阻碍作用，在研究区降水事件以小于20mm降水为主的情况下，导致40cm以上土层水分恶化，久之将导致固定沙地油蒿群落的衰退；同时研究区降水格局的改变将对土壤水分及植被演替产生重要影响。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S714.2
【图文】：

生物结皮,黏粒,粉粒,细颗粒

图 1-1 生物结皮的不同发育阶段Fig. 1-1 Different stage of biological soil crust许多研究都发现，土壤中细颗粒(主要包括粉粒和黏粒)含量是影响生物结皮形成的重要因素(凌裕泉等，1993；段争虎等，1996；李新荣等，2000)。生物结皮中的细颗粒主要来自风对流沙的分选，而大气降尘带来的颗粒物是生物结皮中细颗粒的又一重要来源(方海燕等，2005)。大气降尘不仅使固定地表的黏粉粒含量进一步增加，而且降尘内的盐分具有表层积聚作用，促进和加速了结皮的形成；此外，降尘内的元素含量改变了土壤物理性状，为微生物结皮的发育奠定了基础；地表固定是生物结皮形成的前提，大气降尘和降水加速和促进了生物结皮的形成和发展(李新荣等. 2000；Noti et al. 2003；朱远达等2004；Chen et al. 2009)。

示意图,生物结皮,机理,土壤颗粒

假根图 1-2 生物结皮中几种生物的固沙机理示意图ig. 1-2 Sketch map of the sand-fixation mechanism of several kinds of organisms in the biological soil crust：A. 微鞘澡属主导的结皮，凝胶状壳体将土壤颗粒粘结在一起；B. 念珠藻属占优势的生物结皮里，珠藻在表层土壤的不断繁殖起到捆绑土壤颗粒的作用；C. 石块下蓝细菌的固沙过程；D. 地衣占优的生物结皮中，土壤颗粒被假根固定的过程。A. Microcoleus dominated soil crust, gelatinous sheathsluing soil particles together; B. Nostoc-dominated soil crust.While adult Nostoc colonies are on the soilurface, the motile phase (hormogonia) lives insidethe soil; C. Crust formation by hypolithic growth;yanobacteria dominated crusts develop Underneath translucent rocks of all sizes where enough light reacheshem, thus stabilizing the soil; D. lichen-dominated soil crust, the soil particles are kept together by rhizinesnd rhizohyphae.

毛乌素沙地,地理位置

第二章研究区概况2.1 自然概况2.1.1 地理位置毛乌素沙地位于北纬 37027.5′～39022.5′，东经 107020′～111030′。包括内蒙古自治区鄂尔多斯市的南部、陕西省榆林市的北部风沙区和宁夏回族自治区盐池县东北部，总面积约为 3.98 万平方公里。大部分地区海拔 1100～1300 米，西北部稍高，达 1400～1500米，个别地区可达 1600 米左右，东南部河谷低至 950 米。

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