科尔沁沙地不同生态型植物多样性与土壤含水量的关系

武 晶

（辽宁林业职业技术学院，辽宁沈阳 110101）

试验研究

科尔沁沙地不同生态型植物多样性与土壤含水量的关系

武 晶

（辽宁林业职业技术学院，辽宁沈阳 110101）

为探索生境破碎化对植物多样性影响的机制问题，该文以科尔沁沙地丘间低地为研究对象，选取12块面积大小不等的丘间低地，调查丘间低地内植物种类、频度、多度，分析丘间低地不同生态型植物多样性与土壤含水量的关系。结果表明：沙生植物丰富度与0～10 cm土壤含水量呈正相关关系，与0～20 cm土壤含水量无显著相关关系，沙生植物频度、相对多度与0～10 cm、0～20 cm土壤含水量呈负相关关系（P＜0.05）；沼泽-草甸植物和草原植物丰富度、频度、相对多度与0～10 cm、0～20 cm土壤含水量呈正相关关系（P＜0.05），但沙生植物、沼泽-草甸植物与草原植物丰富度、频度和相对多度与10～20 cm土壤含水量均无显著相关关系。土壤含水量随破碎斑块面积增加呈现增加的趋势，土壤含水量与植物多样性存在显著相关关系。

土壤含水量；生态型；生境；多样性

Abstract：In order to discover the influence mechanism of habitat fragmentation on plant diversity,sandy land of Horqin was taken as study object,12 lowlands among sandy dunes with different areas were selected,and the species,frequency,abundance of plants were investigated,and the relationship between plant diversity and soil moisture in lowlands were analyzed.The results indicated that sammophyte richness was positively correlated with the soil moisture content of 0～10 cm,and has no significant correlation with soil water content of 0～20 cm;Frequency and relative abundance of psammophyte were negatively correlated with the soil moisture contents of 0～10 cm and 0～20 cm(p＜0.05).Richness,frequency and abundance of meadow pants and grassland plants were positively correlated with the soil moisture contents of 0～10 cm and 0～20 cm(p＜0.05),however there had no significant correlations between soil moisture content of 10～20 cm and richness,frequency and abundance of psammophytes,meadow pants and grassland plants.In conclusion,soil moisture contents increased with the incensing of fragmentation areas,and soil moisture contents were significantly correlated with plant diversity.

KeyWords：soil moisture;ecotype;habitat;diversity

生物多样性是人类赖以生存的物质基础[1]。近年来，物种灭绝速率的加剧，遗传多样性的减少，以及生态系统的大规模破坏，引起了国际社会对生物多样性问题的极大关注[2-4]。

生境破碎化是指原来连续成片的生境，被分割、破碎，形成分散、孤立的岛状生境或生境碎片的现象[5-6]。生境破碎化不仅引起生物条件变化，而且造成了非生物条件的改变，如光照、风速、土壤含水量的改变，进而影响斑块中有机体的变化等。生境破碎化还可能导致斑块局部小气候发生变化，如果植物不能适应，那么迁移和灭绝事件就不可避免。但目前生境破碎化如何影响植物多样性的机制问题依然尚未解决，也是该领域面临的挑战。

目前，关于科尔沁沙地丘间低地植被与土壤含水量之间的关系尚未见报道，因此，本研究以科尔沁沙地丘间低地为研究对象，分析丘间低地面积与土壤含水量的关系及土壤含水量与地上植被物种丰富度、频度和多度的相关性，探索生境破碎化对植物多样性影响的机制问题。

1 研究区自然概况

研究地点位于科尔沁沙地西部，内蒙古赤峰市翁 牛 特 旗 的 乌 兰 敖 都 地 区 (119°39´-120°02´E，42°29´-43°06´N)，海拔480 m。乌兰敖都地区是科尔沁沙地的典型地区。年均降水量为340 mm，年均气温6.3℃。3月初至5月底是风季，主风向是西北方向；6月初至9月底是雨季，主风向是西南方向。风沙活动强烈。目前，当地90%的土地已经荒漠化，70%的草甸盐碱化，具有科尔沁沙地典型的坨甸相间地貌。

过度放牧是科尔沁沙化的主因。从20世纪50-80年代，乌兰敖都地区的流动沙丘经历了严重的放牧阶段。从20世纪80年代至今，乌兰敖都地区的流动沙丘开始围封。该地区流动沙丘被大面积（＞600 hm2）永久围封的天然草地所包围。流动沙丘和天然草地经历了相同的气候条件。在过度放牧前，群落中主要植物为芦苇Phragmites communis和拂子茅Calamagrostis epigejos等多年生植物，在过度放牧后，沙生植物得以生长。

2 研究方法

2.1 植被调查

2011年6-9月在科尔沁地区按丘间低地面积大小选择12块样地。按照机械取样法每隔10 m设置样带，每条样带上每隔10 m做1个1 m×1 m的样方。记录样方内植物种类和多度。丛生禾草如隐子草Cleistogenes squarrosa，以丛数作为多度。克隆植物如黄柳Salix gordejevii和芦苇，以分株数作为多度。对于分离的个体如沙蓬Agriophyllum squarrosum，以个体数量作为多度。

2.2 土壤取样

2011年9 月在流动沙丘区的每个破碎斑块（丘间低地）按随机组群取样法（中心取1个样，在中心和边缘之间随机取4个样）分2层（0～10 cm、10～20 cm）取土壤样品，使用带盖的铝盒采集样品带回室内后，采用烘干法测定土壤含水量。

2.3 物种多样性测度

物种丰富度：群落内部的物种数量；

各功能型植物的频度和相对多度：

稀有种：将频度和相对多度均小于15%的物种定义为稀有种[7-8]。

2.4 植物生态型的划分

根据文献[9-12]学名及其生态型，从植物生境差异的角度，将植被划分为沙生植物、沼泽－草甸植物和草原植物。沙生植物是沙丘的先锋植物，主要生长在流动沙丘区和半固定沙丘区上；沼泽－草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分条件优越的生境；草原植物一般生长在干旱的生境。

2.5 数据分析

采用Excel、Sigmaplot软件进行数据拟合，采用SPSS软件进行相关性分析。

3 结果与分析

3.1 土壤含水量与斑块面积的关系

随着破碎斑块面积增加，0～10 cm、0～20 cm土层土壤含水量均呈增加趋势，10～20 cm土壤含水量随斑块面积的增加呈先增加后降低再增加的变化趋势。0～10 cm土层土壤含水量普遍高于0～20 cm、10～20 cm土层，当斑块面积为5.01 hm2时，0～10 cm土层土壤含水量达到最高（表1）。总体来看，与森林生态系统、草地生态系统相比，科尔沁沙地丘间低地各层土壤含水量均处于较低水平。

表1 各斑块不同深度土壤含水量

3.2 土壤含水量与地上植物多样性相关性分析

3.2.1 土壤含水量与沙生植物多样性相关性分析

表2中相关分析表明，0～20 cm土层土壤含水量与频度、相对多度呈显著负相关关系（P＜0.05）；0～10 cm土层土壤含水量与频度、相对多度呈显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.01）负相关关系；破碎斑块沙生植物物种丰富度、频度和相对多度与10～20 cm土壤含水量均无显著相关关系。沙生植物是沙丘的先锋植物，对于土壤含水量需求不高，因此，沙生植物频度和相对多度与表层土壤含水量呈负相关关系。

表2 沙生植物多样性与土壤含水量的相关系数

3.2.2 土壤含水量与沼泽-草甸植物的相关性分析

破碎斑块沼泽-草甸植物物种丰富度、频度和多度与0～20 cm土壤含水量基本呈显著正相关关系；破碎斑块沼泽-草甸植物物种丰富度、频度和多度与0～10 cm土壤含水量基本呈显著正相关关系；破碎斑块沼泽-草甸植物物种丰富度、频度和相对多度与10～20 cm土壤含水量均无显著相关关系（表3）。沼泽-草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分条件优越的生境，因此，沼泽-草甸植物物种丰富度、频度和相对多度与土壤含水量基本呈现出显著正相关关系。

表3 沼泽-草甸植物多样性与土壤含水量的相关系数

3.2.3 土壤含水量与草原植物的相关性分析

破碎斑块草原植物物种丰富度与0～20 cm土壤含水量基本呈显著正相关关系，草原植物、频度相对多度与0～20 cm土壤含水量呈正相关关系；破碎斑块草原植物物种丰富度、频度和多度与0～10 cm土壤含水量基本呈显著正相关关系；破碎斑块草原植物物种丰富度、频度和相对多度与10～20 cm土壤含水量均无显著相关关系（表4）。

表4 草原植物多样性与土壤含水量的相关系数

草原植物一般生长在干旱的生境，当土壤含水量高时，草原植物物种丰富度高，因此，草原植物物种丰富度与土壤含水量呈显著正相关关系，但环境条件恶劣时草原植物通常采用无性系分株的方式扩展种群，因此，草原植物的相对多度与土壤含水量呈现出负相关关系。

4 结论与讨论

研究表明随着破碎斑块面积增加，土壤含水量呈上升趋势。以往研究表明大面积斑块更有利于涵养水源。在大面积斑块，风蚀和沙埋活动较弱，沙丘体移动缓慢，土壤的物理和化学性质发生变化，促使流动风沙土向地带性土方向发展[13]。大量粉砂级颗粒沉积，改变了流沙的粒度特征，土壤吸湿性、持水性明显提高[14-16]，从而截留了大部分降水。植被繁衍对不同层水分的竞争和需求不同，也能导致不同土层的土壤含水量不同。

研究表明土壤含水量与不同生态型植物多样性特征存在显著相关关系。沙生植物频度和相对多度与土壤含水量基本呈现出负相关关系；沼泽-草甸植物物种丰富度、频度和相对多度与土壤含水量基本呈现出显著正相关关系；草原植物物种丰富度与土壤含水量呈显著正相关关系，草原植物相对多度与土壤含水量呈现出负相关关系。不同生态型植物多样性与土壤含水量的相关性差异归因于不同生态型植物的植物功能特性差异，这种差异导致沙生植物、沼泽-草甸植物与草原植物对环境条件的适应能力不同。沙生植物是沙丘的先锋植物，主要生长在流动沙丘区和半固定沙丘区，环境需水量不高。沼泽-草甸植物主要定居在土壤含水量或地表水分条件优越的生境，而草原植物采用无性系分株的扩展种群的方式则有利于其生长在干旱的生境。

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(责任编辑：董莉莉)

The relationship of ecotype plant diversity and soil moisture content in sand land of Horqin

WU Jing
（LiaoningForestryVocationTechnicalCollege,Shenyang110101,China）

Q948.112.3

A

1001-1714（2017）05-0001-04

2017-04-10

国家自然科学青年基金（31600443）。

武晶（1984-），女，讲师，主要从事恢复生态学研究。E-mail：0227wujing@163.com。