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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反映.精品文档.极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反映第15卷2001芷第3期9月干旱区资源与环境JournalofAridLandResourcesandEnvironmentVo1.15NO.3Sep.2001文章编号:10o37578(200ij035z一05极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反映何念鹏周道玮吴冷t东北师范学国家草地生态工程实验室植被生志科学重点实啦室,长春.130024)提要:自然干旱是一和干扰.本文研究了极端干里干扰松嫩草原二壤含水量和植物的反映.结果表明:极端自然
2、干旱下,羊草地上生物量,株高与植物根系囊中分布土层的含水量呈显着线性相关,相关系数分别寿0.98和0.94;同生境羊草群落,同植物群落间土壤含水量卸干里深度差异明显最后,提出了平价然干旱亍扰强度的指标:当地优势植物群落在典型生境下的地上生哥量和根系集分布主层的含水量.关键词:干扰自然干里土壤含水量植物生长中图分类号:q948.2?3文献标识码:A干扰(disturbance)是自然界普遍存在的一种现象.生态学家已认识到自然干扰与人为干扰对生态系统的发展和存在起着决定性的作用,认为研究生态系统对干扰的反映比研究其静态平衡能更好的理解生态系统.概括的说,干扰的定义是群落外部不连续存在,间断发生因子
3、的突然作用或连续存在因子的超正常范围的波动;这种作用或波动能引起有机体或群落发生全部或部分明显的变化.使生态系统的结构和功能发生位移0.干扰发生的时空尺度变化非常大,要准确的列出各干扰因素存在着围难,尤其是一些因素已被人们认为是正常的环境因素.人们广泛接受的自然干扰因素主要有火,风暴,雪压和雪暴,土壤潜运动,温度波动,降水变化以及河岸和海岸的冲积,沉淀口.对自然干扰的生态作用研究,可以深刻提示生态系统的存在与发展机理,最终利用自然干扰的工具属性来更好的管理自然.干扰是生态演变过程中不可缺少的自然现象,会引起局部地区,短时期内植物光,水,能量,土壤养分等因素的改变,进而导致微生态环境的变化.近年
4、来对自然产生的干扰已引起生态学家的广泛注意,火是研究最多的干扰因素.对自然干旱干扰研究较少,对植物水分胁迫的研究主要是在室内进行,在野外进行自然干旱干扰的研究还是一种新的尝试.1研究地点与研究方法实验样地位于松嫩草原中部,吉林省长岭县种马场内.430W,1233E附近,本区属于半干旱半湿润带季风气候.年平均风速3.5米/秒;年降雨量35045Omm之间,降雨月份间不均,多集中在69月份,占全年降雨量的86.年蒸发量1600mm;10C积温2463374C,年日照平均值为2882h.实验地本底是羊草草原,植物建群种为羊草(nroP户fmChinensis(Trim).Kitag),伴有虎尾草(C
5、hloriaVirgatasw),牛鞭草(1-emarthriaJaponica)(Hack.)Roshev),箭头唐松草(ThalictrumSinplesL.)和碱蓬(S.glaucaBunge等植物由于人的过渡干扰,出现不同程度的盐碱地.2000年长岭县遭受到百年不遇的干旱.出现了春旱连夏旱的严重干旱状况.实验于7月1920日收稿日期:200103一i2.基金项目;国家重点基础研究发展规划项目:G2000028606怍者简舟:何念鹏(1976.4),男,四Jll进宁凡,硬士研究生.主要研究方向为草地生志学与乡村生恋学第3期何念鹏等极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反映?53?进行采
6、样(7月21日下雨),在此之前降雨量仅为67ram,明显低于正常年份144mm的平均值,当年玉米欠收5070.在土壤,地势等较均一的实验样地中,首先根据草地状态对羊草群落进行采样设计,按典型羊草群落(纯羊草群落),轻度退化羊草群落(羊草群落退化,多种杂草丛生出现少量碱斑),中度退化羊草群落(碱斑占群落总面积20一5o),重度退化羊草群落(碱斑占群落面积5o以上,羊草呈斑块状分布,也称羊草岛)四种生境,以裸碱地为对照;对当地较多的虎尾草群落,虎尾草+糙隐子草群落,牛鞭草+羊草+箭头唐松草群落和玉米地五种生境,进行土壤取样,每10cm一层,共7层.重复5次取样,用烘干称重法测定土壤含水率.并用如下
7、公式计算土壤含水率:$一二生100%f上i2结果分析2.1极端干旱干扰下羊草群落的干旱程度囊1一/=一./一一?一l0203040506070土层深度(cm)圈l不同土层的含水量Fig.1.Watercontentindifferentsoildepth(】典型羊草群落il轻度退化羊草群落;-中度退化羊草群落IIV重度退化羊草群落-v锞碱斑.)自然干旱条件下,不同生境羊草群落的土壤含,一一/一=兰三尹一,盈/_/,./一.,.;,一兰二二二土层深度(cm)圈2不同群落土壤含水量变化Fig.2.Changesofsoilwatercontenlindifferentplantcommunity.
8、(【典型羊草群落;I虎尾草群落:-虎尾羊+糙隐子草群落;牛鞭草+羊草+箭头唐抡草群落;玉米:裸喊水量具有明显的差异.从图1的数据可以看出:O一斑a)10cm和1O一20cm的土层中,不同生境羊草群落土层含水量差异明显,在这两层土壤中,重度退化的岛状羊草群落含水量最大,分别达到4.9和8.2,从0一lOcm土层到020cm土层的含水量增加最大,增加值为3.3,而轻度退化羊草群落各土层含水量明显最低,010cm土壤含水量仅为3.3,1020cm土层含水量为5.5.20cm以下四种生境的土壤含水量呈现递增的趋势,相互间的差异缩小.但典型羊草群落中的土壤含水量在2Ocm一60cm这一段中土壤含水量都很
9、小,5060cm的土壤含水量仅为8.9,2060cm这一段土壤含水量可以得出,典型羊草群落由于植物的强蒸腾作用,干旱深度达到60cm,在轻度退化羊草群落和中度退化羊草群落中植物相对少,蒸腾作用也较弱,干旱深度较浅,只达到40cm,重度退化羊草群落中虽然岛状羊草蒸腾旺盛,但周围碱斑可以提供足量的水份,所以干旱深度反而最浅,lO-20cm层土壤的水分为8.2.与对照组的裸碱地相比,四种生境羊草群落在040cm的土壤含水量远远低于裸碱斑,一方面由于裸碱斑表面形成盐层,增强土壤吸湿水的能力,阻止了水份的蒸发,又固为没有植物的蒸腾作用,所以裸碱斑在O一40cm土层中具有明显高的含水量,表层土壤水分含量达
10、到8.7.不同生境的羊草群落的各土层含水量变化明显,在干旱干扰下的干旱深度明显不同.2.2干旱干扰下不同植物群落的干旱程度干旱干扰下,不同植物群落中的土壤含水量存在明显的差异.从图2可以看出,具有羊草的群落I和有较高的010cm土壤含水量,分别为4.5和4.8,典型羊草群落在1030cm土层含水量较高,但干旱的深度也较深,达到60cm.在虎尾草群落和虎尾草+糙隐子草群落中植物全部枯死,植物失?54?干旱区资源与环境第15卷去水份蒸腾能力,强烈的蒸发作用使0一lOcm土壤的含水量很低,分别为3.oH和1.9,但是它的土壤干旱深度仅达到40cm,玉米地也由于玉米的强蒸腾能力造成土壤含水量低,0一l
11、oom土壤含水量为2.4.与对照相比,040cm土层含水量相差较大,40cm以下各种群落的土壤水份含量较一致.不同植物群落由于植物自身的耐旱能力和蒸腾能力差异,在干旱干扰下土层含水量不同,土壤的干旱深度也不同.2.3极端自然干旱下植物的反映2.3.1羊草地上生物量对土壤上层含水量的反映严重干旱干扰下羊草地上生物量与上层土壤水份含量显着相关.由于羊草的根茎较浅,在O-20cm土壤中羊草地下生物量占总地下生物量的95以上,所以020cm深度的土壤含水量对羊草的生长起着至关重要的作用.本实验分析了自然干旱干扰状态下O-20cm土壤的水份含量与羊草群落地上生物量之间的关系(如图3).结果表明:自然干旱
12、干扰下O-20cm土壤含水量与羊草地上生物量呈较明显的正相关关系,相关系数为0.98.典型羊草群落中O一20cm土壤含水量为5.9,地上生物量为324.5g/m.;在轻度退化的羊草群落中020cm土壤含水量为4.4,羊草地上生物量也最小,仅为214.8g/m;中度退化羊草群落中0-20cm土壤含水量为4.5,羊草地上生物量为261.7g/m.;严重退化的羊草群落中,O-20cm土壤含水量为6.5,地上生物量达到344.5g/m.土壤表层含水量与羊草地上生物量的预测方程为y一45.2x+173.4,羊草地上生物量与0-20cm土壤含水量呈较好的线性关系,即随着上层土壤含水量的增加,羊草地上生物量
13、较快速度的增加.严重干旱干扰下,羊草地上生物量可作为松嫩草原干旱干扰强度的反映指标之一.上层壤含水量()一图3地上生物量对土壤上层含水量反映Fig一3.ThereflectionofabovegroundbomassofAneurolepielichinensOnwatereonterttin$tlrfa.cesoit土壤上层台水量()图4羊草株高对上层土壤含水量的反映Fig一4TheofreflectionA.chinensisheightOnwatercontentinSurfacesoil2.3.2羊草株高对土壤上层含水量的反映严重干旱干扰下植物株高与土壤含水量显着相关.自然干旱干扰状态
14、下,羊草的株高与020cm土壤含水量有密切的关系通过分析0-20cm土壤含水量与羊草的株高的关系(如图4),结果表明:自然干旱干扰下,羊草的株高与O-20cm土壤含水量有显着的正相关,相关系数为0.94.典型羊草群落中O-20cm土壤含水量为5.9,羊草株高为36.Ocm,轻度退化羊草群落020cm土壤含水量为4.4,羊草株高为21.2cm,中度退化羊草群落O-20cm土壤含水量为4.5,羊草株高为35.1cm重度退化岛状羊草群落中,O一20m土壤含水量为65,羊草株高为59.3era.对表层土壤含水量与植物株高的关系进行预测,其方程为y=11.5x+9.1,表现出了较好的线性关系;即在严重干
15、旱干扰下,随着上层土壤含水量的增加,植物株高快增加.严重干旱干扰下,羊草株高可作为松嫩草原干旱干扰强度的指标之一2.4干旱干扰下植物生长状态的反映自然干旱干扰状态下,植物群落的生长状态与干旱干扰强度紧密相关,它与土壤上层含水量具有重要的关系.从表1可以看出:典型羊草群落上层土壤水分含量较高,0-20cm土壤含水量分别为4.5和7.2,羊草仅出现轻度水分胁迫,羊草少量卷叶:重度退化的岛状羊草群落020cm土壤含水量分别为4.9和8.2%,羊草未表现出任何水分胁迫,羊草生长旺盛;轻度退化羊草群落在三个羊草群落土TTT一000u00口一霹圳叫粤第3期何念鹏等极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反
16、映?55?壤含水量最低,羊草水分严重胁迫,羊草大部份卷叶.牛鞭草+羊草+箭头唐松草群落中牛鞭草水分严重胁迫,牛鞭草几乎全部枯死,羊草水份中度胁迫,部份卷叶,箭头唐松草水分干扰而枯死;另外几个群落中020cm土壤含水量低,虎尾草水分严重胁迫至死,糙隐子草也全部枯死,玉米重度水分胁迫,大部分卷叶.严重干旱干扰下,植物的生长状态是自然干旱干扰强度的重要反映,可以利用植物的生长状态来评定自然干旱干扰的强度表1干旱状况下土壤含水量与植物生长状态Tab.1.soilWatercontetltandplantgrowingsituationunderdroughtdisturbance010cm古水量10-
17、20cm古水量植物群落生长状态典型羊草群落4.572水矗轻度胁迫,有少量卷叶轻度退化羊草群落335.7水份胁迫严重.大都份卷叶重度退化羊草群落498.2未表现水份啡迫,羊草生长旺盛虎尾草群落3.04.8水份严重胁迫,虎尾草枯死虎尾草+糙隐子草群落193.8水份严重胁迫两种植物均枯死牛鞭草枯死,羊草术份中度胁迫部分牛鞭草+羊草+箭头唐松草群落4846卷叶,箭头唐抡草枯死玉米地2446重度水份胁迫,玉米太部井卷叶棵喊斑地86129无植物生长,纯棵喊地3结论与讨论3.1干旱干扰的意义干旱是一种干扰n,但一些生态学家把它认为是正常的环境囤素.自然干旱是一种不连续存在,间断发生的因子,引起植物个体或群落
18、水,能量,土壤养分获取能力的变化,干旱还往往造成地裂.是一种自然的松土过程,同时抑制不耐旱性植物的生长发育,从而影响植物群落的组成.连续的干旱干扰或极端干旱干扰对植物群落演替产生影响,如干旱干扰下沼泽边缘植被扩展n以及对森林,草原荒漠植被类型的影响口.通过对干旱干扰的深入研究,揭示自然界植物在水分胁迫下的反映以及对植物群落的影响,并利用植物反映和土壤含水量来确定干旱干扰的强度自然干旱干扰也具有其它干扰相似的性质:即它的强度和属性与干扰强度,干扰周期,干扰时期,干扰地植被状况和干扰地自然状况等因素紧密相关.自然干旱干扰研究一直进展不大,一方面是由于自然干旱的难预测性和难受控性,另一方面由于自然干
19、旱强度难以衡量.本文偿试用土壤的含水量和植物群落的反映来衡量自然干扰强度.2.5干旱干扰下土壤水分的反映干旱通过一段时同内土壤水分的供求失衡来影响植物,因此土壤水分是衡量干旱干扰强度的指标之一.不同生境的植物群落土壤水分含量不一致,如松嫩草原的羊草群落,在020cm的土层中集中了95的根系,所以应以020cm的土壤含水量为标准.实验中典型羊草群落020cm土壤含水量为5.9,轻度退化的羊草群落中020cm土壤含水量为4.4A,中度退化羊草群落02O层土壤含水率为4.5,重度退化羊草群落0-20cm土壤含水率为6.5,利用土壤含水量评价干旱干扰强度时主要应利用植物根系集中的中上层土壤含水量不同植
20、物群落间土壤含水量不同,松嫩草原典型羊草群落由于其强烈的蒸腾能力,上层土壤含水量较高,干旱深度达到60cm,在60cm深度的土壤含水量仅为89,而其它植物群落虽说上层土壤水分含量低,但干旱深度较浅,虎尾草群落干旱深度为30cm.因此,当地优势种植物根系主要集中的土层的土壤含水量应是干旱干扰强度的一个重要反映.2.6干旱干扰下植物的反映植物群落的反映是衡量干旱干扰的另一个重要指标.干旱干扰限制了植物水分的正常获取,从而影响植物生长;因此可以利用植物群落的反映来衡量干旱干扰的强度.实验的结果表明:植物群落地上生物量和植物群落的株高与土壤含水量呈显着的线性关系,羊草群落的地上生物量,株高可以在橙嫩草
21、原56?干旱区资源与环境第15卷用作衡量自然干旱干扰程度的指标.干旱干扰下不同植物群落表现出了不同的生长状态,实验中,虎尾草群落枯死,糙隐子草群落枯死,典型羊草受轻度水分胁迫,少量卷叶,根据不同植物受水分胁近的强弱与生长状态结合来衡量干旱干扰的强度.植物群落(尤其是本地的优势种植物群落)的一些生长指标和不同植物群落的生长状态是衡量自然干旱干扰强度的一个指标.参考文献Pickett,R.A.andWhite,P.A.Theeologyofnaturaldisturbanceandpatchdynamics,OrlandoAcademicPressLNC1985Hobhs,R.JandLAtkin
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27、nEcologyofMmstoryEducation,NortheastNormalUniversity,Changchun130024)AbstractNaturaldroughtisakindofdisturbance.Authorsstudiedwatercontentinsoilandplantsreflee.tionunderextremenaturaldroughtonSongnengrasslandinthispaper.Theresultsshow;thereexistsignificantlylinearrelationbetweenAneurolepidiuraChinen
28、sisabovegroundbiomassandheightandwatercontentwheretherootsofplantwerefocused,thecoefficientindexesare0.98and0.94respeetively,whichshowthewatercontentandnaturaldroughtdeptharesignificantlydifferent,Thenormstovaluetheintensityofnaturaldroughtdisturbanceabovegroundbiomassandwatercontentwheretherootofplantisfocusedinnativedominantplantcommunityundertypicalhabitareputforwardalso.Keywords:disturbance,naturaldrought,soilwatercontent,plantgrowth忉mmm