荒漠－绿洲过渡带不同生境芦苇草地群落土壤含水率与机械组成特征研究

赵艳丽，郭春秀，李发明，朱淑娟、张莹花，刘淑娟，张晓娟

（甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室 省部共建国家重点实验室培育基地／甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070）

芦苇（Phragmitesaustralis）是禾本科（Poaceae）多年生草本植物，是形态上高度分化的草甸与湿地植被建群种［1］。在干旱荒漠区，芦苇群落具有较高的生态价值，是荒漠植被型中的一个重要代表群系，同时还具有一定的饲用、观赏及药用价值［2］。芦苇又是优良纤维植物，是我国重要的造纸原料之一，是纺织业、人造纤维的原料以及农用建筑的材料，被人们誉为“第二森林”［3］。芦苇的生态幅较大，抗逆性强，具有耐干旱、耐高温、耐严寒、耐贫瘠、抗风沙等特性［4］，在年降水量110～200mm的流沙地、沙质荒地、古河床以及干旱黄土高原上均有分布［5－7］。芦苇群落是民勤荒漠区一类很重要的草地植被资源，是发展当地畜牧业的精华所在，已在畜牧业上广泛地用作放牧地和割草地。

芦苇的生长发育与环境条件有密切的关系，不同生境条件下芦苇生长发育不同，芦苇生长发育受土壤水分、温度、盐碱含量等因子影响较为显著［8］。通过对分布于河西走廊不同生境芦苇的形态解剖、生理生化特征、细胞学以及种群遗传结构等进行分析，主要划分出沙丘芦苇、重度盐化草甸芦苇、轻度盐化草甸芦苇和沼泽芦苇等4种生态型［9－12］。目前，在干旱荒漠区对芦苇的研究主要集中在芦苇碳同化途径［13］、水分生理代谢［6］、细胞结构、种群特征及其与环境因子的相互关系［14－19］以及芦苇的生理特性［5，6，20］、构件生物量与地下水埋深关系［21］、生化代谢和利用芦苇生产混合饲料等方面的研究［22，23］。这些研究对揭示芦苇种群的生物学和生态学内在规律奠定了扎实的基础。选择民勤县荒漠绿洲区，研究芦苇草地不同生境条件下土壤的物理性状变化特征，为民勤芦苇荒漠草地退化、保护与恢复提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于民勤荒漠－绿洲过渡带，海拔1 366～1 388m；属典型的大陆性荒漠气候，冬季寒冷，夏季酷热，昼夜温差大，降水量小，蒸发量大，气候干燥，盛行西北风。年均气温7.6℃，年均降水量113mm，主要集中在7，8和9月份；全年风沙日可达83d，多集中在2～5月。土壤为灰棕漠土和风沙土，pH 7.5～9.0。芦苇分布区以前为当地主要的放牧区之一，近年来过牧及人为破坏等原因导致植被出现严重退化，因此，政府部门对研究区采取了封育措施，此次研究区域处于封育状态。

1.2 试验材料和取样

2012年9月，芦苇生长最旺盛的时段，在民勤县白土井选取3种覆沙地、盐碱地、盐沼不同生境进行芦苇群落特征调查。每个样地设置50m×50m的样方3个；用“五点法”在样方内的四角和中心再设置5个1m×1m的小样方，在小样方内进行调查与取样。调查内容主要包括植物种、植物种数量、株数、冠幅和高度等［24］。土壤按0～10，10～20，20～30，30～40cm深度分层取样，将每层采集的5个样点土壤样品混合均匀，按四分法分3袋装，带回实验室进行土壤含水率与土壤机械组成的测定与分析［25］。

采用Excel 2003软件，分别对不同生境土壤的含水率及机械组成数据进行计算。

1.3 土壤含水量测定

采用烘干称重法进行土壤含水量测定［25，26］，在野外采得土样，用0.1g精度的天平称干净铝盒重（Wl）和土样的重量（Ws）。将装有土样铝盒带回实验室，在105℃的烘箱内将土样烘8h，然后，测定烘干土样与铝盒重，计算土壤含水率（T）。

T＝（Wl＋Ws－Wr）／（Wr－Wl）×100%式中：Wr为干重。

1.4 土壤粒度测定

土壤粒度使用马尔文激光粒度仪（Master 2000）进行测定，首先对样品进行处理，（1）样品在自然风干剔除了植物细根等杂质后过2mm的筛，称取4～5g样品放入100mL烧杯中，加入体积分数为10%的双氧水10mL放置于电热板上加热，并用玻璃棒搅拌，使其充分反应去除有机质，直至无气泡为止；（2）用洗瓶不断清洗杯壁后加入体积分数为10%的盐酸10 mL使其充分反应，以去除碳酸盐物质；（3）反应完全后加纯净水至100mL定容，静置一夜，抽去上层清液；（4）烧杯中加入质量浓度为4%的六偏磷酸钠分散剂10mL放入超声波清洗器中振荡5min后，再进行土壤粒径体积百分含量的测定，通过Master 2000输出所需的参数。该仪器的测量范围为0.02～2 000 μm，重复测量误差＜2%。

土壤粒径分级以国际制为标准，即0～0.002mm为粘粒，0.002～0.02mm 为粉粒，0.02～0.2mm 为细沙粒；0.2～2mm 为粗沙粒［25］。

2 结果与分析

2.1 芦苇群落特征

在覆沙地、盐碱地和盐沼3种生境条件下，芦苇皆为建群种，也是优势种。但是，芦苇的生态型不同（表1）。在覆沙地和盐碱地，物种丰富度也相对较大。覆 沙 地 有 沙 蒿（Artemisiaareanaria）和 沙 蓬（Agriophyllumsquarrosum）两种沙生植物。盐碱地则分布黑果枸杞（Lyciumruthenicum）等盐生植物，芦苇以沙芦（Phragmitescommunis）和盐芦两种类型出现。在盐沼地，芦苇的3种生态型种类都有，植被盖度是3种生境最高，达到95%以上，但伴生植物种类和数量较少，伴生种只有盐爪爪（Kalidiumfoliatum），盐生草（Halogetonglomeratus），白刺（Nitraria tangutorum），雾 冰 藜（Bassiadasyphylla），猪 毛 菜（Salsolacollina），赖 草（Leymussecalinus）。 芦 苇 密度大的生境，伴生植物较少，这说明芦苇对伴生植物有一定的抑制作用，减少了生境内植物群落的多样性，而在覆沙地和盐碱地中，芦苇植被盖度相应较小，耐旱植被种类及数量相应增加。

表1 不同生境芦苇生态型及其草地群落特征Table1 Community charactors of Phragmites australis in different habitats

2.2 土壤水分变化

在研究区的覆沙地、盐碱地和盐沼3种不同生境，0～40cm土壤含水率变化趋势都是表层土壤含水量最低（表2），随着土壤深度的增加，土壤含水量逐渐增大。3种生境0～40cm土壤含水率高低顺序为覆沙地＜盐碱地＜盐沼，但不同生境不同深度的土壤含水率差异较大。在0～10cm，覆沙地土壤含水率是盐沼的5.9%，盐碱地是盐沼的43.6%。在30～40cm，盐碱地土壤含水率是盐沼的土壤含水率的67.2%。同一生境，随着深度增加，各土层土壤含水率差异较小。在覆沙地，0～10cm土层的土壤含水率是10～20cm土层的26.5%，是10～20cm土层含水率的41.2%，20～30cm土层的土壤含水率是30～40cm土层的67.1%。在盐碱地，0～10cm土层的土壤含水率是10～20cm的52.3%，10～20cm的含水率是20～30cm土层的73.5%，20～30cm土层的土壤含水率是30～40cm土层的90.5%。在盐沼，0～10cm土层的土壤含水率是10～20cm的61.7%，10～20cm的含水率是20～30cm土层的91.1%，20～30cm土层的土壤含水率是30～40cm土层的95.4%，土壤含水率越大。同一生境不同深度土层含水率的变异系数随深度变小，随着深度的增加，不同生境的土层含水率差异变小。

表2 不同生境芦苇草地0～40cm土层的土壤含水率（%）变化Table2 Variation of soil moisture within 0to 40cm in different habitats

2.3 土壤机械组成变化

在芦苇草地不同生境，各层次间土壤粒度组成数量不同。在0～40cm土层，覆沙地和盐沼的粘粒和粉粒含量随着深度增加而变少。在0～10cm土层，土壤粒度的差异性最大。在盐碱地和盐沼，各层土壤颗粒含量则表现出不同差异。覆沙地粒度相对于其他两类土壤比较均匀，土壤粒度变异系数变化相对较小，各层土壤的粉粒和沙粒平均占93.6%。覆沙地土壤质地变异性最大的土层是20～30cm，此层土壤的粗沙含量也最大。在0～10cm土层，覆沙地粘粒含量只有盐碱地和盐沼地粘粒含量的30%，也是各层粘粒含量最多的土层。盐碱地的盐沼地粘粒、粉粒和细沙的含量都是随着深度的增加而含量减少，两者都是细沙含量最大，盐碱地的细沙含量最大为57.64%，盐沼地细沙含量最大为66.92%。

表3 不同生境芦苇草地0～40cm土层的土壤粒度分布格局Table3 The particle grade composition of soil in 0to 40cm depth in different habitats

在同生境芦苇草地相同土层，各类生境土壤的粘粒含量均小于6.5%，土壤质地为粉沙质壤土或沙质壤土。在覆沙地各层土壤颗粒含量粗沙＞细沙＞粉沙＞粘粒。覆沙地相对于盐碱地和盐沼0～40cm的细沙含量较小，粗沙含量最大，为61.26%。盐碱地各层土壤粒度变异是3种土壤中最小的，各层土壤粒度变异系数为9.92%～12.89%，而其他两类土壤的粒度变异系数为22.06%～33.52%，盐碱地土壤相对比较均匀。盐沼地与盐碱地的各层土壤粒度变化相似，细沙含量较高，其次，粉粒，细沙含量达到了47.5%。随着深度增加含量减少，而粗沙含量则表现相反的变化趋势。相对于其他两类土壤，盐沼地的粗沙含量随着深度增加而增多，粘粒、粉粒和细沙的含量则随着深度增大而成梯度减小，0～10cm的细沙含量最大达66.92%，是盐碱地的细沙含量1.16倍，是覆沙地细沙含量的1.16倍。而盐沼地的0～10cm土层粘粒含量则是盐碱地的0.89倍，是覆沙地粘粒含量的3.07倍。覆沙地粗沙含量最大，而盐碱地和盐沼地的细沙含量最多。

3 讨论与结论

芦苇是喜水的禾本科植物，生态幅较宽，随生境演化出多种生态型，不同的生态型分别对各自的生境胁迫具有较强的适应性和耐受性［1］。在适应我国西北干旱少雨环境的过程中，逐渐分化形成了水生芦苇（水芦或大芦苇）、盐化草甸芦苇（盐芦或小芦苇）、沙丘芦苇（沙芦或中芦苇）、水生向陆生的过渡芦苇（过渡芦苇或中芦苇）等几种生态类型，其中，后3种生态型芦苇的生存环境由水域演替为陆地，分布在干旱区绿洲农田外围、盐碱地甚至一些沙漠地区，成为干旱区特有的旱生型芦苇［2，22］。

（1）不同芦苇草地的土壤物理性质与植被相一致，表现出不同特性。土壤物理性状的变化与沙化程度和植被盖度有较为密切的关系［26］。在民勤白土井，芦苇草地群落中，覆沙地、盐碱地和盐沼3种生境中都是粉沙土含量最大，这类土渗水性差，土壤坚实，根系发育不良。但盐沼地土壤含水率高，芦苇生长良好。在盐碱地和覆沙地中，土壤水分含量低，芦苇常呈干旱状态，在这样条件下生长的芦苇稀疏矮小，产量较低。

（2）分布芦苇的覆沙地、盐碱地和盐沼3种不同生境，土壤层次的垂直变化是依深度增加土壤含水率增大，但变化平缓。土壤水分动态对土壤物理性质和植被生长状况有重要影响，只有水、土、植物相适宜，植被才能生长繁茂。但是由于气候、土壤和植被之间的相互作用，特别是干旱荒漠区沙地土壤水分在空间上具有一定的变异性，在不同生境也具有一定的变化特征［27］。分布芦苇的覆沙地、盐碱地和盐沼3种生境表层土壤含水量最低，0～20cm土层的土壤含水率一般为2.329%。在0～40cm，随着土层深度的增加，土壤含水量从上层向下逐渐增大，但变化平缓。这是与干旱气候相一致，也与其他类型的生境研究结果相同 。但是，3种生境都是沙质土壤，表层因为干沙层可以阻碍深层土壤水分的散失，这有利于入渗水分的保存。

（3）覆沙地、盐碱地和盐沼的芦苇草地土壤含沙量丰富，机械组成整体较粗。土壤基本的物理性质之一，也是影响土壤水肥状况的关键因子［30］。在民勤白土井，覆沙地、盐碱地和盐沼3种生境的土壤形成的基础不同，土壤物理性质有较大的差别。3种不同生境的芦苇草地土壤颗粒组成的粉粒与沙粒占60%以上，最高达到95.2%，土壤为粉沙质壤土与沙质壤土。

［1］ 王振庆，王丽娜，吴大千，等.中国芦苇研究现状与趋势［J］.山东林业科技，2006（6）：85－87.

［2］ 郭春秀，李发明，张莹花，等.河西走廊芦苇荒漠草地资源及其保护利用［J］.草原与草坪，2012，32（4）；93－96.

［3］ 李春和.芦苇的快速繁殖及栽培管理［J］.现代化农业，1990（5）：17－21.

［4］ 田福平，张自和.西部地区的生态恢复要重视草［J］.草原与草坪，2004（1）：22－24.

［5］ 郑学平，张承烈，陈国仓.河西走廊芦苇的光合碳同化途径对生境条件的适应［J］.植物生态学与地植物学学报，1993，17（1）：1－8.

［6］ 朱学艺，王锁民，张承烈.河西走廊不同生态型芦苇对干旱和盐胁迫的响应调节［J］.植物生理学通讯，2003，39（4）；371－376.

［7］ Zhu X Y，Zhang C L.Photosynthesis electron transmit and resist oxygen protect system of two ecological mold reed［J］.Acta Botanica Physiology Sinica，2000，26（6）：476－480.

［8］ 王金爽.盐分与芦苇生长发育的关系［J］.现代农业，2012（7）：4－5.

［9］ Chinese Wetland Vegetation／s Commission.Wetland Vegetation in China［M］.Beijing：Science Press，1999：174－180.

［10］ Lin W F，Chen L J，Zhu X Y.An analysis of genetic diversity of different ecotypes of need（PhragmitescommunisTrin.）by molecular marker techniques［J］.Journal of Plant Physiology and Molecular Biology，2007，33（1）：77－84

［11］ Chen Q C，Zhang G L.The ecology of dominant species in the middle and lower reaches of the Shule River Basinthe basic study of morphological anatomy［J］.Journal of Lanzhou University（Natural Science），1961（3）：61－69.

［12］ Ren D T，Zhang C L，Chen G C，etal.Principal component analysis for diffent ecotypes of reed（Phragmites communisTrin）based on their indexes［J］.Acta Ecology Sinica，1994，14930：266－273.

［13］ 郑学平，张承烈，陈国仓.河西走廊芦苇的光合碳同化途径对生境条件的适应［J］.植物生态学与地植物学学报，1993，17（1）：1－8.

［14］ Gao H Y，Li W J，Tursunay，etal.Study on leaf water potential，transpiration and water use efficiency in different growth forms of reed in plain desert area of northern Xinjiang［J］.Grassland of China，1995，17（5）：60－66.

［15］ Gao H Y，Li W J，Xu J，etal.Diurnal course of photosynthesis and respiration in reed leaves of different growth for ms in pain desert area of northern Xinjiang［J］.Grassland of China，1995，17（5）：53－59.

［16］ Chen K Y，Ye H C，Chen J L，etal.A salt to learnt variant of Phragmites communities and its cytological characterization［J］.A cta B otanica Sinica，1994，36（12）：930－933.

［17］ Chen K Y，Ye H C.Cytology appraisal of reed plant variation［J］.Journal of Botany，1993，10（2）：44－46.

［18］ Wang Z H，Sang H Y，Yang H L.etal.Reed bio－productivity and response to increase of air CO2［J］.Acta Grass－industry Sinica，1994，3（1）：1－6.

［19］ Zhu X Y，Zhang C L.Photosynthesis electron transmit and resist oxygen protect system of two ecological mold reed［J］.Acta Botanica Physiology Sinica，2000，26（6）：476－480.

［20］ 苏芳莉，王铁良，王政.不同浓度NaCl处理对芦苇和香蒲叶片某些生理特性的影响［J］.云南农业大学学报.2009，24（2）：302－306.

［21］ 赵文智，常学礼，李启森，等.荒漠绿洲区芦苇种群构件生物量与地下水埋深关系［J］.生态学报，20023，23（6）：1139－1146.

［22］ 任东涛.张承烈.河西走廊不同生态型芦苇核酸代谢季节动态研究［J］.植物学报，1994，36（5）：385－392.

［23］ Д.Цздзв，刘兴义.利用芦苇生产混合饲料［J］.草原与草坪，1983（5）：33－34.

［24］ 李亚，李得禄，朱国庆，等.民勤荒漠区霸王群落植物生态位研究［J］.干旱区资源与环境，2013，27（1）：120－124.

［25］ 中国科学院土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海：上海科学技术出版社，1978：15－87.

［26］ 方正三，朱成珙，王伟康.甘肃省民勤沙地水分初步研究［C］／／全国地理学术会议论文集（自然地理），北京：科学出版社，1962：85

［27］ 赵成义，王坟朝.荒漠－绿洲边缘区土壤水分时空动态研究［J］.水土保持学报，2005，19（1）：124－127.

［28］ 李修仓，胡顺军，李岳坦，等.干旱区旱生芦苇根系分布及土壤水分动态［J］.草业学报，2008，17（2）：17－25.

［29］ 陈文瑞，张继贤.流动沙丘的水分状况与固沙造林［C］／／治沙研究，北京：科学出版社，1962：27.