黑河流域中游人工湿地不同生态修复技术对土壤及植物多样性影响研究

任璞 刘文丽 白梅花

摘要： 黑河流域是丝绸之路文化孕育和发展的摇篮，湿地资源是其良好的自然生态环境屏障，对维护流域生态安全，构建人与自然和谐相处时空格局，促进生态经济可持续发展具有重要作用。为了加速退化湿地的人工修复进程，开展了黑河流域中游退化湿地人工生态修复技术研究，研究结果表明：1）人工湿地不同生态修复技术对0～40 cm土壤层的容重全盐量、全磷、速效磷、有机碳、全氮含量有较大的影响，土壤理化性质表现出的差异程度相异；不同湿地生态修复技术对土壤的pH值的影响不大；2）人工湿地不同生态修复技术湿地植被的盖度变化具有自然修复<隔离保护+定期灌溉<隔离保护+人工造林灌溉修复的特征；3）不同人工修复湿地技术措施对湿地植物群落物种丰富度的影响程度相异，其物种丰富度指数的变化具有自然修复＞隔离保护+人工造林灌溉＞隔离保护+定期灌溉的特征。

关键词：  人工湿地；  生态修复；  理化性质；  植被；  黑河流域

中图分类号：   S 948. 116; S 7               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０23）04 － 0041 － 04

湿地是一种特殊的土地资源和生态环境，具有调节气候、调蓄水源、保护生物多样性和维持区域生态平衡等多种功能[ 1 ]，是世界上最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一[ 2 ]，故保护湿地对生态资源具有重要意义[ 3 ]。但近年来随着社会经济的飞速发展，湿地生态系统遭到了不同程度的冲击，导致了湿地生态环境退化，生物多样性下降，资源损失， 已威胁到了人居环境和生态环境的可持续发展。为加快湿地生态恢复进程，在湿地生态恢复方面诸多学者的研究取得了瞩目的成就，如湿地退化机制、退化湿地恢复与重建、人工湿地构建生态恢复关键技术[ 4 - 7 ]和湿地恢复有利于提高物种多样性、土壤碳恢复和植被生长等[ 8 - 10 ]方面取得了丰富的研究成果。

黑河是我国西北地区第二大内陆河流[ 11 ]，特殊的地理位置和复杂多样的气候条件孕育了丰富的内陆河流域湿地资源，在流域尺度上，湿地类型分布具有一个地区内有多种湿地类型和一个湿地类型分布于多个地区的特点[ 12 ]，湿地环境资源是丝绸之路文化孕育和经济产业发展的摇篮，保护和合理利用黑河流域珍贵湿地资源，已成为今天必须认真对待的问题[ 13 ]。本研究以黑河流域中游的人工湿地生态恢复区作为研究对象，开展湿地生态修复技术研究，旨在为人工湿地植被生态修复提供数据支撑和生态修复技术的参考。

1 研究区概况

研究区位于100°28′32.87″E， 38°59′6.14″N，為典型的温带大陆性气候，有充足的光照资源。气候干旱、降雨量少（主要在6～9月集中分布）、蒸发量大。年均气温7℃左右，最高、最低温分别为37.4℃和-28℃；年均风速2 m/s。分布植物主要有赖草（Leymus secalinus）、芦苇（Phragmites australis）、假苇拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）、水葱（Scirpus  validus）、香蒲（Typha orientalis）、多茎萎陵菜（Potenilla multicaulis）、菖蒲（Acorus calamus）和苔草（Carex spp.）、柽柳（Tamarix chinensis）、沙枣（Elaeagnus angustifolia）等；土壤类型主要为灰漠土和灰棕漠土。

2 材料与方法

2. 1 试验方法

2017年开始在人工湿地内采取土壤改良、引水灌溉、植物栽植、栅栏封育措施等进行了湿地生态修复技术试验研究，试验采用了3种修复方式，每种修复方式的试验面积为20 hm2，分别是：

隔离保护+定期灌溉修复方式：在处理区周边人为搭建栅栏隔离起来，没有人类及动物的踩踏等干扰，定期引水灌溉补水。

隔离保护+人工造林灌溉修复方式：在处理区周边人为搭建栅栏隔离起来；同时在林木郁闭度低于0.3的区域内，选择自然繁殖能力强的河柳、柽柳、芦苇、胡杨等优质的I、II级苗木，采取ABT生根粉、保水剂、菌根剂等新技术对苗木进行处理后植苗造林。

自然修复方式：以自然恢复为主，不采取人为干预等管理措施。

2. 2 数据采集方法

在不同的生态修复区域内，分别设置3～5个样地，于2019年进行了修复效果调查。土壤设置3个样地，用环刀法进行取样，取0～40 cm表层土进行土壤理化性质的测定[ 14 ]，其中：土壤pH值的测定用酸度计；全盐量的测定为重量法；土壤容重的测定选择烘干法；有机碳的测定用重铬酸钾容量法；全氮的测定方法选择开式消煮法；全磷的测定选择硫酸-高氯酸消煮法；速效磷的测定方法选择双酸浸提-钼锑抗比色法。植被调查设置5个样地，在植物生长旺季7月进行植物物种的组成、高度、盖度、丰富度指数等指标的调查。

2. 3 数据统计分析

2. 3. 1 指标计算方法

（1）覆盖度

采用样方量算法，在3中植被恢复区，分别草本选用1 m×1 m的样方20个，灌木选用2 m×2 m的样方10个，分别调查样方中植物的垂直投影面积，然后计算其覆盖度。

植被盖度通常采用样方内植物遮盖地面的面积与该样地面积的百分比，即：

植被盖度=样方内植物遮盖地面的面积/样地面积×100%[ 15 ]。

（2）植物相对丰富度指数（R）

丰富度是描述植物群落中不同植物种类的总数。计算公式如下：

R=M/Mmax×100%

式中，R为相对丰富度指数（%）；M为群落中不同植物种总数；Mmax为群落中最大可能的植物种数[ 16 ]。

2. 3. 2 统计分析方法

采用 Excel 2003 和 SPSS 21.0 进行描述性统计和相关性分析，使用Duncan统计法对数据差异性进行检测分析。

3 结果与分析

3. 1 不同修复技术对土壤理化性质的影响

基于人工湿地不同修复技术对湿地土壤的影响，使得土壤中营养元素的含量产生了较大变化，土壤理化性质也相继发生了变化，尤其是土壤中0～40 cm理化性质表现出的差异程度不一。

从表1可以看出，自然修复土壤容重、全盐量、全磷、速效磷分别为12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均与隔离保护+定期灌溉修复和隔离保护+人工造林灌溉修复技术的处理差异显著，而人工修复措施二者之间差异不显著；有机碳、全氮含量均以隔离保护+人工造林灌溉修复技术处理下分别为17.45 g/kg和2.32 g/kg，较隔离保护+定期灌溉修复分别提高45.42%和55.7%；较自然修复分别提高54.29%和92.56%；在隔离保护+人工造林灌溉修复下，随着修复时间的延长，植物生长环境得到了改善，增加了植被群落的物种多样性，植被的生长量在环境的协同作用下得以增大，从而增加了地表枯枝落叶的累积量，随着枯落物降解逐渐形成了较好的养分并在土壤表层富集，有效的增加了土壤碳氮含量，由此说明，在干旱半干旱地区，植被是影响土壤养分积累和分布的重要因素，不同湿地修复技术土壤的pH值差异不显著。

3. 2 人工湿地不同修复技术对植被盖度的影响

不同的修复技术措施对湿地植被的生长影响极大，其修复效果明显。由图1可以看出，不同修复技术处理下，植被的盖度之间有较大的差异。其盖度变化具有自然修复（49.3%）<隔离保护+定期灌溉（97.2%）<隔离保护+人工造林灌溉修复（99.8%）的特征， 且自然修复与隔离保护+定期灌溉修复和隔离保护+人工造林灌溉修复之间有显著的差异。由此说明，不同的人工修复措施，为植物生长创造的生活环境相异，在植物环境协同作用下土壤得到了良好的发育，有助于增加土壤中全氮、有机质的含量，给植物生长创造了良好的生存环境，为提高植物生长量和生物量奠定了基础，这是造成不同人工修复措施植被覆盖度差异的原因之一。

2. 3 人工湿地不同修复技术对植物群落物种丰富度变化的影响

人工湿地通过修复工程能够改善湿地植被的生长环境，提高受损生态系统植被的生物量和群落生物多样性水平。从图2可以看出，不同人工修复濕地技术措施对湿地生物多样性影响程度相异。自然修复技术处理的植物群落物种丰富度指数最高（3.41），隔离保护+人工造林灌溉技术处理的植物群落的物种丰富度指数次之（3.25），隔离保护+定期灌溉技术处理的植物群落的物种丰富度指数最低（2.45）。由此说明，不同的人工修复湿地技术均可提高湿地植物群落物种丰富度指数， 增加湿地植物的物种多样性。

4 结论与讨论

4. 1 结 论

4. 1. 1 人工湿地不同修复技术对0～40 cm土壤理化性质变化的影响程度不一。自然修复土壤容重、全盐量、全磷、速效磷分别为12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均与隔离保护+定期灌溉修复和隔离保护+人工造林灌溉修复技术的处理差异显著，而人工修复措施二者之间差异不显著；有机碳、全氮含量均以隔离保护+人工造林灌溉修复技术处理下分别为17.45 g/kg和2.32 g/kg，较隔离保护+定期灌溉修复分别提高45.42%和55.7%；较自然修复分别提高54.29%和92.56%；在干旱半干旱地区，植被是影响土壤养分积累和分布的重要因素。

4. 1. 2 不同的人工修复措施，为植物生长创造的生活环境相异，在植物环境协同作用下土壤得到了良好的发育，增加了土壤中全氮、有机质的含量，给植物生长创造了良好的生存环境，使得不同人工修复措施植被的盖度之间有较大的差异，其盖度变化具有自然修复<隔离保护+定期灌溉<隔离保护+人工造林灌溉修复的变化特征。

4. 1. 3 不同人工修复湿地技术措施对湿地植物群落物种丰富度的影响程度相异。不同的修复措施，物种丰富度指数的变化具有自然修复＞隔离保护+人工造林灌溉＞隔离保护+定期灌溉的特征。故不同的人工修复湿地技术均可提高湿地植物群落物种丰富度指数，增加湿地植物的物种多样性。

4. 2 讨 论

本研究采用了自然修复、隔离保护+人工造林灌溉和隔离保护+定期灌溉3种措施，探讨了黑河流域中游人工湿地不同生态修复技术，研究了不同措施对土壤理化性质、植被盖度和植物群落物种丰富度的等指标的变化特征，但就这3种植被恢复技术途径来说，在人工湿地植被修复过程中，人工湿地生态系统生物多样性的变化特征、群落演替特征、生态功能等方面的内容有待进一步的深入研究。同时，由于人工湿地环境的复杂性和多变性，其修复技术还需要在实践中不断完善和发展，许多新的修复技术还有待于进一步研发。

参考文献

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