干旱区植物群落土壤水盐及根系生物量的空间分布格局

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在蒸散发大于降水补充的干旱、半干旱区,土壤易溶盐类随土壤水分的运动而迁徙和积累,地下水上行易导致盐分在土壤表层的积累并形成盐渍化。土壤盐渍化不仅严重损害土壤的生产潜力,给农业生产带来损失,而且盐分积累也会破坏植物生长的环境,导致植物群落退化,并对群落中各物种间相互关系产生影响;而植物也可通过群落结构、种群格局、种间关系等进行适应,并对环境条件产生影响,但相关研究多集中于群落的地上部分,如种群分布格局、群落分布与环境之间的相互关系等,对群落地下部分的生态过程的研究相对较少,且主要集中于植物的水分利用方式、利用效率、根系对水分的吸收与调节作用,以及不同土地利用方式对土壤水盐分布规律的影响等。干旱区的相关研究揭示,土壤水分是控制植物吸收根垂直分布的关键因子,而植物根系分布和水分吸收易导致土壤含盐量变化,但群落中植物根系水平方向的异质性分布及其与土壤中水分、盐分空间梯度的相互关系,以及不同植物根系间的空间关系的研究却较少。本文选择位于宁夏回族自治区平罗县西大滩的发育于碱性龟裂土的沙枣一芨芨草植物群落为研究对象,研究了土壤中水、盐的分布特征及植物根系的空间分布格局,以期探讨干旱半干旱区植物群落根系分布对土壤中水、盐再分配的影响及其对干旱生境的适应机制。   在群落中设一个50m×50m的样方,调查样方内所有乔木及草本植物的种类、多度、丛径(草本)、胸径(乔木)、高度、冠幅,并记录每株(丛)植物的中心点坐标。群落调查的结果表明,沙枣平均树高7.9m,平均冠幅6.5m,平均胸径29cm,群落冠层投影盖度为38.5%,林下草本层主要由芨芨草组成,约占群落总多度的97.8%。   在群落中选择具有代表性的沙枣,从立木以辐射状向空旷地,以沙枣立木冠幅的20%为带宽,分别挖掘长1米、宽1米、深度1.5米的土壤剖面,由立木向空旷地依次划分8个冠幅梯度带(Z1-Z8),重复五次。分别采集表土层以及深度为0~10cm、10~30cm、30~60cm、60~100cm,100~150cm的5个层次的土样,每层次取3个重复,测定各层次土壤的理化指标,同时采集各层根系生物量。结果表明:随着离沙枣立木距离的增加,群落中植物根系生物量密度逐渐减小,总根系生物量密度较高层次的埋深渐次增加,各层次土壤含水率及不同土壤层次间土壤含水率的差异性依次变大,表浅层土壤溶液电导率趋势性上升,但在较深层次,位于立木冠层垂直投影区边缘的Z3带的电导率最低,向沙枣立木方向、空旷地方向两侧递增;同时发现,群落中两种主要物种间根系生物量密度较高的土壤层次总体上相互分离,离立木较近各带出现下层土壤含水率低于上层的逆含水率梯度层。总体上,群落中地下生物量、土壤水分、土壤溶液电导率的垂直与水平分布特征揭示,植物根系吸水与土壤水分蒸发是影响土壤剖面中盐分、水分分布与运动的两个主导因子。   在对沙枣-芨芨草群落(乔草型)土壤水盐与根系生物量空间分布格局研究的基础上,与该地其他具有地区代表性的芨芨草-苦豆子群落(草本型)和白刺-芨芨草群落(灌草型)的根系与土壤水盐梯度分布进行比较研究,结果表明:(1)各群落内部的过渡区与空旷区表浅层细根生物量密度往往低于相应剖面的较深层次,但有较好荫蔽条件的群落中的冠盖区土壤表浅层细根生物量密度则在相应剖面中较高,说明干旱区受阳光曝晒的表浅层土壤不利于植物根系的生长与分布。(2)在各群落的冠盖区,均发现下层土壤含水率低于上层的逆水势梯度现象,表明降水为研究地植物生长水分需求的主要来源;土壤稳渗率最高的乔草型群落的土壤含水率最高,土壤稳渗率较低的草本型群落和灌草型群落的土壤含水率相对较低,草本型群落的空旷区存在逆含水率梯度。表明土壤对降水的入渗能力的差异性等造成的土壤水分条件差异可能是相应立地植被类型及群落生活型构成差异的重要因为。(3)各群落均表现出表层土壤的含盐量明显高于其他土层的现象,盐分表聚作用明显。草本型群落与乔草型群落具有较为相似的土壤溶液电导率的梯度分布,即在冠幅区的土壤溶液电导率最低,从冠幅区向立木及空旷地两个方向土壤溶液的电导率均逐渐增高,而灌草型群落的土壤溶液电导率及其梯度变化比较显著,表明各群落的土壤溶液电导率分布与根系生物量密集分布层次与植物荫蔽作用从而导致的水分上行密切相关。
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