民勤连古城保护区荒漠植物群落与土壤关系的研究

摘 要：以甘肃民勤连古城国家级自然保护区为研究试验区，探讨了不同荒漠植物群落的土壤理化特性，包括土壤的有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、水分等含量和pH值。通过采集样品和实验室分析，研究了这些土壤特性在不同荒漠植物群落中的差异及其对生态系统的影响。研究发现，土壤特性与植物群落结构密切相关，不同植物群落的土壤理化特性存在显著差异，这对于理解荒漠生态系统的功能和稳定性具有重要意义。

关键词：荒漠植物群落；土壤理化特性；生态系统

中图分类号：Q948 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

民勤连古城国家级自然保护区，地处甘肃省武威市民勤县，石羊河流域下游，位于38°10′～39°09′N，

103°30′～103°57′E，南北长约90 km，东西宽6.5～

125 km，海拔1 180～1 500 m，气候干旱，降雨量少，地表蒸发强烈，属于典型的大陆干旱荒漠气候。民勤连古城保护区属典型的荒漠生态系统类型保护区，是民勤荒漠天然植被群落最完整、分布最多的区域。民勤连古城保护区作为河西走廊北部生态屏障的重要组成部分，从北、西、南三面护卫着民勤绿洲，扼守着河西走廊的腰部，是民勤天然植被群落最完整、分布最多的区域。保护对象为极端脆弱的荒漠生态系统、荒漠天然植被群落、珍稀濒危野生动植物和古人类文化遗址。

民勤连古城保护区生态区位的重要性主要体现在4个方面：一是阻挡巴丹吉林和腾格里两大沙漠合拢；二是保卫民勤绿洲；三是维系区域生态平衡；四是保护荒漠生态系统及其生物多样性和重要的物种基因库。特殊的地理环境和位置，决定了民勤连古城保护区对于维护甘肃西部的生态平衡乃至我国西部的国土安全，保护、保存珍贵的荒漠物种基因及生物多样性，以及加快丝绸之路经济带建设等具有重要的作用。区内有裸果木、绵刺、发菜等国家一级保护植物，有蒙古扁桃、沙冬青、肉苁蓉、麻黄、沙拐枣、甘草、沙芦草、短芒披碱草等二级保护植物，以及麻黄群落、盐爪爪群落、柽柳群落、白刺群落、沙拐枣群落、霸王群落、红砂群落、梭梭群落等多种荒漠植物群落。

1 研究意义

植被群落是某一地段上全部植物的综合，拥有一定的种类组成和种间的数量比例，一定的结构和外貌，其中植物与植物、植物与环境间存在一定的相互关系。荒漠植物在生长过程中，一方面，植被以土壤为基础，通过根系不断从土壤中吸取养分来满足自身生长和发育的需求；另一方面，植物的根系又向周围的土壤分泌有机物质，吸引大量的微生物，促使其生长繁殖，不断改变根际土壤理化性状、土壤微环境，进而影响植物的群落结构。同时，荒漠植物枯落物蓄积与分解能有效改善土壤中水分运输与空间分布，并为土壤注入更多的有机质和养分元素，从而改变土壤理化性质，进而影响植物群落的演替[1]。群落的结构特征以及植物与土壤因子之间的相互关系是群落生态学研究的热点问题，当植物群落随环境因子变化时，群落物种组成变化较大，而且这些变化往往具有连续性和可预测性。在荒漠植物群落中，土壤资源的异质性会影响植物的群落组成和物种分布格局。土壤生境的差异会导致土壤环境因子的不同，而在不同生境条件下，植物群落结构特征、优势种群及群落类型又存在不同之处。植被物种组成和结构特征，以及物种多样性与土壤理化特性、酶活性及微生物学性质之间都有非常密切的关系[2]。

国内外很多学者对土壤的理化性质进行了研究，分析了各地、各土壤类型、不同土地利用方式下的土壤理化性质特点，探讨了土壤理化性质的分布规律，为合理利用土地，对各地区的生态环境的恢复与重建有重要的指导意义。民勤连古城保护区所处的地理位置特殊，自然条件恶劣，气候干燥，降水稀少，风沙频繁，生态系统和功能脆弱，在河西走廊生态保护乃至甘肃省国家生态安全屏障综合试验区建设中发挥着重要作用。本研究对民勤连古城保护区典型荒漠植物群落的土壤理化特性进行了调查研究，测定荒漠植物群落土壤中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、水分等含量和pH值，探讨影响不同植物群落形成的主要土壤理化性质，以期为合理利用土地、维持物种多样性、生态环境的恢复与重建等提供助力。

2 研究内容和研究对象

2.1 研究内容

以甘肃民勤连古城国家级自然保护区为研究试验区，选取不同荒漠植物群落集中分布的有代表性的地块为样方，通过取样和室内实验，测定不同荒漠植物群落土壤中水分、pH值、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾等含量，研究不同荒漠植物群落的土壤理化特性。

2.2 研究对象

花儿园莱菔山红砂群落、花儿园毛条林柠条群落、花儿园霸王坑霸王群落、勤锋民西路梭梭群落、连古城黄蒿坑沙拐枣群落。

3 技术路线和试验过程

3.1 技术路线

采用典型调查和定量分析相结合的方法进行研究。

步骤一：样地选择。根据植被分布，选择不同荒漠植物群落集中分布的典型地块作为研究样地，在样地内设置100 ｍ×100 ｍ的样方。

步骤二：样品采集。先将铝盒编号称重，重量记为W1。在每个样方内选择1个样点，用土钻钻取20、40、60、80、100 cm共五层土壤，各取土钻中段土壤样品

20 g，迅速装入已编号的铝盒内，称重铝盒和新鲜土壤样品的重量，记为W2，带回实验室。

步骤三：实验室测定。将采集的土壤样品通过室内实验，测定土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾的含量，以及土壤pH值和水分的含量。

步骤四：数据分析。对实验室测定得到的数据进行统计和分析，比较不同荒漠植物群落的土壤理化特性差异，探讨其对生态系统的影响。

3.2 试验设计

以民勤连古城国家级自然保护区荒漠植物群落土壤作为研究对象，结合2019、2020、2021年民勤县遥感数据，依照植被分布图在不同荒漠植物群落典型地段设置100 ｍ×100 ｍ的样方，在样方内进行植物种类、数量、高度、冠幅、经度、纬度、生境等指标因子的调查，采集土壤样品。

3.3 试验过程

（1）土壤水分测定。将装有样土的铝盒打开盖子（盖子放在铝盒旁边），放到105 ℃的恒温烘箱中烘干6 h，盖好盖子，将铝盒置于干燥器冷却30 min，称重。重复前面步骤再次放入恒温烘箱中烘干3 h。前后两次称重相差不超过0.05 g，即可认为已达到恒重，重量记为W3。结果计算公式：

土壤含水量占比/%=（W2-W3）/（W3-W1）×100

（2）土壤pH值测定。将土壤样品风干磨细过2 mm筛，称取10 g样品两份，各放入50 mL的烧杯，一份加无二氧化碳蒸馏水，另一份加1 mol/L氯化钾溶液，间歇搅拌30 min，放置30 min后用酸度计测定。

（3）土壤有机质测定。取适量样品，放入90 ℃恒温箱中烘干12 h，取出后称重，准备烤盘称重后放在灯上预热5 min，将烘干称好的土壤样品放进烤盘，铺平、搅拌均匀，放进加热器内燃烧4～6 h，取出待完全冷却后称重样品，计算有机质含量。

（4）土壤全氮测定采用半微量凯氏法，全磷测定采用NaOH熔融—钼锑抗显色紫外分光光度法，土壤速效磷测定采用浸提—钼锑抗比色法。

（5）创新点。全面掌握该区域内不同荒漠植物群落土壤中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾等含量和pH值、土壤水分。这将为了解荒漠生态系统的功能和稳定性提供全面的数据支持。掌握不同荒漠植物群落土壤理化性质的差异，有助于深入理解不同植物群落的适应性和生态功能。

4 研究的相关数据、分析过程与结论

土壤水分是荒漠植物群落的关键因素之一。受地区和气候影响，不同植被在不同深度的土壤水分含量存在明显差异。经检测，多数植被所处地20 cm处土层的含水量最少，40 cm处土层含水量较为丰富。不同的荒漠植物对土壤水分的利用能力各不相同，一些植物物种在较深层次的土壤中寻找水分资源，如柠条；一些植物则更依赖浅层土壤的水分，如红砂、霸王、梭梭、沙拐枣等。同一深度的土壤中红砂群落土壤水分含量均较其他植被群落高（表1）。

土壤pH值是影响荒漠区植被群落生长与分布的重要因子，连古城保护区土壤pH值在7%～9%之间，呈中性偏碱性。监测结果显示，保护区生长的荒漠植被均较耐碱，所监测的5种植物群落中尤属沙拐枣群落最为耐碱，土层不同深度的土壤pH值相差不大，但不同植被所处土壤pH值各有差异，柠条在中性土壤生长较好，其余4种植被在碱性土壤中生长表现较好（表2）。

氮磷钾和有机质既是植物生长发育必不可少的物质，又是决定土壤肥力的重要指标。同为荒漠保护区植被，柠条群落所处土壤中有机质、全氮、全磷、全钾的含量均比其他4种植被群落高，而红砂群落所处土壤中有机质和全钾的含量最低，梭梭群落所处土壤中速效氮、速效钾的含量最低（表3、表4）。

5 结论

土壤水分的垂直分布与不同植物群落的组成和分布密切相关，土壤的pH值在荒漠植物群落土壤所表现出弱变异水平[3]，植物的枯枝落叶、死根腐烂分解后，可释放出氮、磷、钾、硫等大量元素，是荒漠植被生长的主要养分，这种腐殖质的存在能够增强土壤的吸水、保肥能力，改良土壤物理性质，促进植被生长[4]。其中，柠条的枯落物分解转化应用率相对较高。土壤质地的异质性在荒漠植被的空间分布中也起着重要作用。

荒漠植物群落与土壤之间存在密切的关系，土壤pH值、土壤微生物的活动、有机质的合成和分解、各种营养元素的转化和释放及有效性、土壤保持养分的能力之间息息相关，土壤结构和养分状况是度量生态系统生态功能恢复与维持的关键指标之一，土壤内部各因子相互作用和影响[4]，这一关系对于荒漠生态系统的稳定性和生物多样性维护具有重要作用。在民勤连古城荒漠区造林中，在土壤pH值允许的情况下，建议将梭梭与柠条间作，柠条枯落物的有效转化可满足梭梭养分的需求，而梭梭的蓄水性较好，可为柠条提供相对充足的水分，两者对各自的生长起着相互促进的作用。

本次研究的红砂群落、柠条群落、霸王群落、梭梭群落、沙拐枣群落等5种荒漠类型植被群落土壤中水分、pH值、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾等含量，均是在同一季节同一时期检测得出的数据。在不同季节，检测出的不同植物土壤水分、pH值和养分的含量会有显著差异[5]。

参考文献

[1] 李学斌，陈林，樊瑞霞，等.围封条件下荒漠草原4种典型植物群落枯落物输入对土壤理化性质的影响[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2015，41（1）：101-110.

[2] 王长庭，龙瑞军，王根绪，等.高寒草甸群落地表植被特征与土壤理化性状、土壤微生物之间的相关性研究[J].草业学报，2010，19（6）：25-34.

[3] 宋丹鸿，张雪妮，杨继粉，等.荒漠植物不同功能群性状特征及其与土壤环境的关系[J].生态学报，2023，43（18）：7403-7411.

[4] 杜茜，沈海亮，王季槐.宁夏荒漠草原植物群落结构和物种多样性研究[J].生态学杂志，2006（2）：222-224.

[5] 张东东.极旱荒漠植物土壤微生物群落结构及功能多样性季节动态研究[D].保定：河北大学，2021.

基金项目：民勤连古城保护区荒漠植物群落土壤理化特性调查研究课题（2022kj065）。

作者简介：邱晓菲（1988—），女，甘肃民勤人，工程师，研究方向为生态环境保护。