腾格里沙漠东南缘植被格局对土壤资源的响应

摘要

本文运用地统计学和数量生态学方法，研究了腾格里沙漠东南缘特殊地理位置和气候条件下典型沙生植物白刺和沙冬青、地带性植物红砂和珍珠空间分布格局，并分析了生境土壤资源空间分布状况，探讨了该区植被分布格局对土壤资源的响应。研究结果表明： 1.分布在腾格里沙漠东南缘不同生境白刺灌丛群落，白刺灌丛对沙埋深度的响应差异主要体现在高生长和生物量上，白刺的盖度和密度不仅受沙埋和风蚀的影响，更主要的是受土壤资源中水分因子的限制。地下水的埋深和白刺植株发育状况的差异直接影响了白刺耐沙埋的能力，间接地影响了白刺沙堆的固沙效应。湖盆低地的白刺灌丛沙堆趋向于大斑块、小密度，空间自相关距离向较长的分布格局发展，而山前冲积扇区的则相反。湖盆低地自相关因素引起的灌丛沙堆大小和积沙体积空间异质性占主要部分，山前冲积扇区因随机因素引起的沙堆大小和积沙体积占控制着分布格局。 2.沙冬青生境地表的覆沙，导致了表层土壤质地比深层土壤质地粗的分布格局，这一特征有利于有限降水向深层土壤的入渗，有益于深根性灌木种的繁衍，从而验证了国内外学者提出有关土壤质地与植物生活型分布优势地位的“二分法”(Dichotomy)概念模型。深层30～100cm土壤水分的高度自相关空间异质性的细纹里格局为深根性灌木种的生存提供了有益的水环境，这也许是沙冬青这种古地中海孑遗植物种能够在该地区长期维持其稳定性并繁衍至今的重要原因之一。在同一生境，对沙冬青及其他几个优势种的分布格局分析表明：在较大尺度上土壤养分的异质性斑块和高度自相关促使沙冬青和油蒿呈聚集分布，霸王为均匀分布；而小尺度上油蒿和霸王呈均匀分布格局。受小尺度(30m)范围深层土壤水分和养分空间异质性的影响，当自相关尺度为30m时，种群多的空间依赖性由正相关变为负相关，多度的这种空间依赖性特点在一定程度上也决定着沙冬青种群的盖度、高度和生物量空间分布格局。与油蒿和霸王相比较，沙冬青种群各性状的空间异质性尺度最大，这在一定程度上暗示了沙冬青在该生境有较大斑块分布格局和潜在空间占据能力。 腾格里沙漠东南缘沙冬青种群的分布除受覆沙的影响外，还与其下深层土壤性状有着密切的关系。通过TWINSPAN聚类和CCA排序结果表明研究区沙冬青分为3组类群。沙冬青群落重要值和土壤资源参数CCA排序结果表明：沙冬青群落对土壤资源的要求以覆沙厚、pH、阳离子交换量、10～40cm土壤质地(分形维数)和40～60cm土层水分为主。伴生灌木种油蒿和霸王等种也有相近的资源需求，但是在土壤资源关系上，沙冬青与猫头刺、柠条、驼绒藜、矮脚锦鸡儿等有较大差异，这可解释为沙冬青常与油蒿、霸王有相同的生境分布，但在较小尺度上存在竞争关系的原因。 3.较大尺度上土壤资源的异质性斑块和高度自相关，导致荒漠化草原区和草原化荒漠区红砂种群及其伴生灌木种的空间分布呈聚集分布，而较小尺度上土壤资源的异质性和自相关性也使红砂种群呈聚集分布。红砂种群高生长不受土壤资源限制，但土壤资源的相对富饶增加了草原化荒漠区红砂种群的盖度、多度和单位面积生物量，提升了该植物种群落中的优势地位。较大尺度上荒漠化草原区较高的土壤资源异质性和细纹理格局，使红砂种群各性状的相对变异大于草原化荒漠区；小尺度上草原化荒漠区较高的土壤资源异质性和细纹理格局，导致草原化荒漠区红砂植株性状较高的相对变异。 不同土壤资源水平红砂植株个体性状无显著差异(p＞0.05)，但受土壤资源小尺度空间异质性的影响，草原化荒漠区红砂植株个体性状空间自相关性异质性小于荒漠化草原区，并且两生境红砂植株性状表现出受不同尺度自相关因素控制的格局；草原化荒漠区自相关主要体现在23m的小尺度，而荒漠化草原区主要体现在2m。草原化荒漠区红砂植株个体有较大的自相关尺度，说明红砂个体在该生境较强的空间占据能力，使其在该生境中有较高的优势地位。 红砂植物种对土壤基质有较强的适应性，使得其在腾格里沙漠东南缘表现出了较宽的生态适应性，但是利用TWINSPAN和CCA分析可将研究区红砂群系分为四个类群。就红砂本身而言，它与40～60cm土层水分和电导率有高度相关性，指示了红砂在土壤盐分运动中的重要生态学作用，在红砂种群性状与土壤资源的关系中，多度与水分和养分有较高的相关性，生物量仅与阳离子交换量有显著的相关关系。 4.较大尺度，受土壤资源异质性影响不同生境珍珠种群均呈聚集分布格局，小尺度受20～30cm土层水分较低空间异质性的影响呈均匀分布格局。水分条件优越的生境珍珠种群多度和生物量相对高，而种群的盖度和高度不受土壤资源影响。与草原化荒漠区相比，荒漠化草原区土壤资源相对大的变异导致了珍珠种群各性状较大的变异。不同生境珍珠植株个体性状的差异体现在冠幅和生物量上。荒漠化草原区珍珠个体植株空间异质性由小尺度自相关性控制着分布格局，草原化荒漠区植株个体性状空间异质性由自相关因素和随机因素共同导致。 分布在腾格里沙漠东南缘珍珠群系生境条件比较严酷，土壤养分贫瘠，TWINSPAN和CCA排序结果表明研究区珍珠群系主要分为两大类。就珍珠而言，珍珠与土壤参数中土壤剖面水分、电导率、速效磷和速效钾含量有密切关系。 。干旱区红砂和珍珠分布格局与土壤资源的关系，表征了地带性植被空间分布格局和对土壤资源的响应特征，也是该种群长期对环境胁迫响应和分布格局的适应对策。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章研究区概况及分析统计方法

第三章白刺分布格局及其对土壤资源的响应

第四章沙冬青分布格局及其对土壤资源的响应

第五章红砂分布格局及其对土壤资源的响应

第六章珍珠分布格局及其对土壤资源的响应

第七章结论与存在的问题

参考文献

附录

致 谢