砒砂岩区沙棘人工林的水平空间结构类型
砒砂岩区种植沙棘后不同时期的景观异质性
Ｆ 一 ＞：Ｎ ／ （ ・ Ａ）
式 中 ：ｎ表示景 观类 型 的数 目；Ｎ 为第 ｉ 景 观 类
ｓｒ ｅ ｓ ｕ ｇ ｎ ）和 紫花 苜蓿 （ ｄｃ ｇ ｔ ａ 等 。 Ｍｅ ｉ ｏｓ ｉ ） ａ ａｖ
一
１ 研 究 区概 况
砒砂 岩 区 地 处 黄 土 高 原 北 部 的鄂 尔 多 斯 高
原 ，介 于北 纬 ３ 。 Ｏ ～４ 。０ ，东 经 １ ８４ ８ １ Ｏ １ ０ 。 ５ ～ １ １３ 间 ，黄 河 环 绕 于 高 原 的 东 、北 、西 ３ １ 。１之
面 。根 据 地 表 覆 盖 物 质 ，砒 砂 岩 区可 划 分 为 裸 露
３ 控 制 年 份 的景 观 异 质 性 对 比分 析 ，以期 从 理 论 上 进 行 高 度 概 括 ，更 好 地 指 导 类 似 生 态 工 程 建 设 项 目。 个 在 种 植 沙 棘 后 的砒 砂 岩 区 ，沙 棘 斑 块 密 度 、边 缘 密 度 、聚集 度 等 指 数 ，从 ２ ０ ０３年 向 ２ ０ 年 略有 增 加 。区 ０８ 域 内持 续 的 沙 棘 生 态 工 程建 设 ，形 成 区域 化 、片 段 化 的 沙 棘林 ，导 致 了这 些 指 数 的变 大 。沙 棘 破 碎化 指 数 从 呈 微 弱 减 小 趋 势 ，在 造林 面积 几 乎 增 加 一 倍 的 前 提 下 ，部 分 斑 块 整 合 到 一 起 ，致 使 破 碎 度 指 数 有 所 下 降 。随 着 沙 棘 等 生 态 工 程 的 不 断推 进 ， 区域 内景 观 多 样 性 指 数 和 均 匀 度指 数 都 有 所 提 高 ， 同时 整 个 景 观 优 势 度 指 数 逐 渐 降 低 ，向 更 加 和谐 的景 观 系统 转 变 。 关 键 词 ：砒 砂 岩 ；沙 棘 ；斑 块 密度 ；边 缘 密 度 ；聚 集 度 ；破 碎度 ；多 样 性 指 数 中 图分 类 号 ：ｓ９ ． ７３６ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ７－８ ６ （０ ２ １０ １－７ ６ ２４ ３ ２ １ ）０－０ ２０
砒砂岩区沙棘平茬更新技术研究
研究 区多年平均气温 ７ ． ３ ℃， 多年平 均降 雨量 ４ ０ ０ ｍｍ， 多
年平均 径 流 深 ６ ０ ｍ ｍ， 多年 平 均 蒸 发 量 １ ３ ０ ｏ ｍ ｍ， 无 霜 期
４ 研瓷 结果 与分 析
４ ． １ 不 同 平茬 强度 沙棘 林木 结构 特 征
１ ２ ８ ｄ ， 平均风速 ２ ． ４～ ３ ． ０ ｒ ｎ ／ ｓ ， 植 被 类型 为干 旱草 原植 被 ， 主 要植物 有刺槐 、 油松、 柠条 、 沙棘 、 长芒 草 、 蒿类 等 ， 植 被覆盖 度
区， 沟道砒砂岩裸露 ， 总 面积 ２ ５ ５ ． ０ ０ ｋ ｍ ， 其中， 五花 子沟小 流 域 面积 ４ １ ． ７ ０ ｋ ｍ ， 水土流失面积 ２ ４ ９ ． ９ ０ ｋ ｍ ， 多年平均侵蚀模
数 １ ６ ５ ０ ０ ｋ ｍ ・ ａ 。
计算 其干重 。
３ ． 阿拉 善 盟 水 利 工 程 质 量监 督 站 ， 内蒙 古 阿左 旗 ７ ５ ０ ３ ￣）
［ 摘
要］ 文章 以内蒙古准格 尔旗五花子 沟小流域 为研 究 区， 选择典型样地 ， 结合水 土保 持部 门生产 实践 ， 对砒砂岩 坡
面 不 同平 茬 强 度 沙棘 更 新 进 行 了研 究 。
（ １ ） 盖度 ： 不同平茬强度沙棘盖度统计 ， 见图４ 。
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图 ４ 不 同平 茬 强 度 沙 棘 盖 度 统 计 分 析
（ ２ ） 多样性指数 的计算 ： ① 物种 丰富度 ： 应 用最小二 乘法 ，
①记 录小流域 内荒山砒砂岩 区治理植被配 置模式 。②沙棘平 茬
砒砂岩区种植沙棘后不同时期的景观要素组成结构
进 一步 体现 斑块 被人 工造林 等 干扰 的效 果 。居 民
地 景观 斑块 数量 增加 显著 ，斑 块平 均面 积 明显 减 小 ，体 现其 建设 初期 的人 为干 扰特 征 。水 域表 现
稳定 。
３ 工程 实 施最 后 一年 （ ０ ８年 ） 砒 ２０
砂 岩 区各 景 观 类 型 的 组成 结 构
Ａ 一∑
Ｊ＝ １
广 ，则该 景观 要 素 在 景 观 中可 能起 较 大 的 作 用 ，
对景 观整 体 的结 构 、功 能 和变化 特征 有更 大 的控 制作 用 。 ］
收 稿 日期 ：２ １——０ ０ １３１
式 中 ：Ｎ 为 第 ｉ类 景 观 要 素 的斑 块 总 数 （ 下
面积 的 ２ ． ９ ，其 斑 块 数 占景 观 斑 块 总 数 的 ９ ８
４ ．９ ０ ２ （ １。 表 ）
表 １ １９ ９ ８年 砒 砂 岩 区景 观 组 成 结构
因此 ，１ ９ ９ ８年 研 究 区 的 土 地 利 用 与 覆 盖 是
项 目，到 ２０ ０ ３年 沙 棘 面 积 达 到 １ ５ ２． ４ ｍ ， １ ５ ２ ７ｈ ２
项 目。
红 、棕 红 、灰 白、黄等 。这种 岩石 的特 征 ，无 水
时硬如 石 ，遇水 则 软如 泥 ，特别是 由于冷热 、干 湿 交替 造成 的影 响 ，岩石 表层 常形 成一 定厚 度 的 碎 屑层 ，在 风 、水 、 重 力 等 影 响 下 极 易 发 生 侵 蚀 。砒 砂 岩 区是 我 国 土 壤 侵 蚀 最 为 严 重 的地 ］ 区 ， 自然 侵蚀 造 成 了千 沟 万 壑 的现 象 。于 １ ９ ９９
区 域 内 ２ ０ 年 沙 棘 面 积 增 加 至 ０８ １ ４ ８ ． １ ｍ ， 占总 面 积 的 ８ ３ ，居 于 第 ５ ６２ ２８ ｈ ．３
砒砂岩区沙棘群落根系层的垂直分布规律
砒砂岩区沙棘群落根系层的垂直分布规律
胡建忠;刘丽颖;殷丽强;郭海;杜文嫣
【期刊名称】《防护林科技》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】砒砂岩区沙棘根系的根质量、根长、根数等参数,在从土表向下面深层延伸的过程中,一般先是由少到多,急剧增加;然后再由多到少,慢慢递减.计八沙棘林下侵入的草本层根系后,即沙棘群落根系随土深的空间分布可用CUBIC和INVERSE 两类模型很好地表示.沙棘群落根系主要分布在0-50 cm的表土层中.这种规律既有利于沙棘群落吸收季节性降水渗漏水分和地表径流补给水分,对维持沙棘群落生长起着重要促进作用,也有利于对面蚀、沟蚀的防治,有效减少入河泥沙.
【总页数】5页(P15-19)
【作者】胡建忠;刘丽颖;殷丽强;郭海;杜文嫣
【作者单位】水利部水土保持植物开发管理中心,北京,100038;中国林业科学研究院;水利部水土保持植物开发管理中心,北京,100038;水利部水土保持植物开发管理中心,北京,100038;水利部水土保持植物开发管理中心,北京,100038
【正文语种】中文
【中图分类】S793.6
【相关文献】
1.山西霍山植物群落主要层LAI垂直分布规律 [J], 杨志芳;刘任涛;毕润成
2.砒砂岩区沙棘根系的初步调查与分析 [J], 陈江南;李贵
3.砒砂岩区不同立地条件下沙棘根系发育状况研究 [J], 殷丽强;梁月
4.降雨条件下砒砂岩区淤积层垂直入渗特征试验研究 [J], 白乐;苏晓慧;李恩宽;殷会娟
5.砒砂岩区不同留茬高度及坡向下沙棘根系分形特征 [J], 刘晓宇;郭月峰;姚云峰;刘璐;祁伟
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211235508_砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比
第37卷第3期2023年6月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .3J u n .,2023收稿日期:2022-11-04资助项目:国家自然科学基金项目(31960329);内蒙古自然科学基金项目(2022M S 03029);内蒙古自治区关键技术攻关计划项目(2021G G 0085);内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(B R 22-15-01);鄂尔多斯重点研发项目(2021E E D S C X Q D F Z 011);鄂尔多斯技术攻关项目(2021Y Y 社106-55) 第一作者:郭月峰(1982 ),女,博士,副教授,硕士生导师,主要从事水土保持研究㊂E -m a i l :g u o y u e f e n g 0525@126.c o m 通信作者:郭月峰(1982 ),女,博士,副教授,硕士生导师,主要从事水土保持研究㊂E -m a i l :g u o y u e f e n g0525@126.c o m 砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比郭月峰1,张志强1,祁伟2(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;2.内蒙古自治区水利事业发展中心,呼和浩特010020)摘要:对砒砂岩区各主要灌木树种根系形态进行定量研究,探究哪种水土保持植物可以有效地抵抗砒砂岩区的复合型侵蚀,以该区分布较广的灌木树种沙棘(H i p p o p h a er h a m n o i d e s L .)㊁酸枣(Z i z i p h u s j u ju b a M.)㊁连翘(F o r s y t h i a s u s p e n s a V.)㊁文冠果(X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B .)㊁黄刺玫(R o s a x a n t h i n a L .)和蒙古扁桃(A m y g d a l u sm o n g o l i c a R.)单株个体为研究对象,对其根系分布范围㊁几何形态,拓扑指数㊁单根力学特性,降维进行综合分析,筛选出在砒砂岩地区固土效果较好的灌木植物㊂结果表明:(1)文冠果和连翘以倾斜根为主,沙棘㊁酸枣㊁黄刺玫和蒙古扁桃以水平根为主;细根长文冠果(2368.54c m )>沙棘(1746.12c m )>黄刺玫(1463.15c m )>蒙古扁桃(1162.81c m )>酸枣(928.69c m )>连翘(817.45c m );文冠果拓扑指数0.54且根系呈叉状分支结构;连翘拓扑指数0.71且呈鱼尾型分支结构㊂(2)根系平均抗拉强度文冠果(30.45M P a )>黄刺玫(18.21M P a )>连翘(17.03M P a )>蒙古扁桃(16.62M P a )>酸枣(16.34M P a )>沙棘(15.35M P a )㊂基于主成分分析法对不同灌木树种根系固土效应进行对比,其中,文冠果的综合主成分指标最高达到2.28,则综合固土效果最好㊂研究结果可为砂岩地区选出适宜的土保持灌木,同时为灌木林的可持续发展提供理论参考㊂关键词:砒砂岩区;根系构型;单根抗拉;拓扑系数;固土能力中图分类号:S 728.2 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)03-0273-08D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.03.035C o m pa r i s o no fR o o t S t r u c t u r e a n dR o o t T e n s i l eR e s i s t a n c e o f D i f f e r e n t S h r ub s i nA r s e n ic S a nd s t o n eA re aG U O Y u e f e n g 1,Z H A N GZ h i q i a n g 1,Q IW e i 2(1.C o l l e g e o f D e s e r tM a n a g e m e n t ,I n n e rM o n g o l i aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,Ho h h o t 010018;2.D e p a r t m e n t o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,I n n e rM o n g o l i a W a t e rC o n s e r v a n c y D e v e l o p me n tC e n t e r ,H o h h o t 010020)A b s t r a c t :T h e r o o tm o r p h o l o g y of t h e m a i ns h r u bs p e c i e s i nt h ea r s e n i cs a n d s t o n ea r e aw a s q u a n t i t a t i v e l ys t u d i e d t o e x p l o r ew h i c hs o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n p l a n t s c o u l de f f e c t i v e l y r e s i s t t h e c o m po s i t ee r o s i o no f t h e a r s e n i c s a n d s t o n ea r e a ,a n dt h es h r u bs p e c i e s H i p p o p h a er h a m n o i d e s L .㊁Z i z i p h u s j u b a M.㊁F o r s yt h i a s u s p e n s a V.㊁X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B .,R o s a x a n t h i n a L .a n d A m y g d a l u sm o n go l i c a R.w a s t h er e s e a r c h o b j e c t ,a n d t h e r o o t d i s t r i b u t i o n r a n g e ,g e o m e t r i cm o r p h o l o g y ,t o p o l o g i c a l i n d e x ,m e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f a s i n g l e r o o t ,a n dd i m e n s i o n a l i t y r e d u c t i o nw e r ec o m p r e h e n s i v e l y a n a l yz e d ,a n ds h r u b p l a n t sw i t h g o o d s o i l c o n s o l i d a t i o ne f f e c t i na r s e n i c s a n d s t o n e a r e aw e r e s c r e e n e d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t :(1)O b l i q u e r o o t s w e r e t h em a i no n e s f o r X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B .a n d F o r s y t h i a s u s pe n s a V.,w h i l eh o r i z o n t a l r o o t sw e r e d o m i n a t e db y H i p p o p h a e r h a m n o i d e s L .,Z i z i p h u s j u b a M.,R o s a x a n t h i n a L .a n d A m y g d a l u sm o n g o l i c a R.;T h i nr o o t sa n dl o n g r o o t s ,X a n t h o c e r a ss o r b if o l i u m B .(2368.54c m )>H i p p o ph a er h a m n o i d e s L .(1746.12c m )>R o s a x a n t h i n a L .(1463.15c m )>A m y g d a l u sm o n g o l i c a R.(1162.81c m )>Z i z i p h u s ju b a M.(928.69c m )>F o r s y t h i a s u s pe n s a V.(817.45c m ),l o n g y t h i a t o p o l o g i c a l i n d e xof 0.54a n d f o r k -s h a p e d b r a n c hs t r u c t u r e ,f o r s y t h i at o p o l og i c a l i n d e xo f 0.71a n df i sh t ai l -s h a p e db r a n c h i n g s t r u c t u r e .(2)A v e r a ge t e n s i l e s t r e n g t ho fr o o t s ,X a n t h o c e r a ss o r b i fo l i u m B .(30.45M P a )>R o s a x a n t h i n a L .(18.21M P a )>F o r s y t h i a s u s p e n s a V.(17.03M P a )>A m y g d a l u sm o n g o l i c a R.(16.62M P a )>Z i z i p h u s ju b a M.(16.34Copyright ©博看网. All Rights Reserved.M P a)>H i p p o p h a er h a m n o i d e s L.(15.35M P a).B a s e do nt h e p r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i s m e t h o d,t h e r o o t s o i lc o n s o l i d a t i o ne f f e c to fd i f f e r e n ts h r u bs p e c i e s w a sc o m p a r e d,a n dt h ec o m p r e h e n s i v e p r i n c i p a l c o m p o n e n t i n d e xo f t h e X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B u n g e.r e a c h e d2.28,w h i c hw a s t h eb e s t c o m p r e h e n s i v e s o i l c o n s o l i d a t i o ne f f e c t,w h i c h c o u l d s e l e c t s u i t a b l e s o i l c o n s e r v a t i o n s h r u b s f o r s a n d s t o n e a r e a s a n d p r o v i d e t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r t h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o f s h r u b f o r e s t s i n t h i s a r e a.K e y w o r d s:a r s e n i c s a n d s t o n e a r e a;r o o t c o n f i g u r a t i o n;s i n g l e a n t i-t e n s i o n;t o p o l o g i c a l c o e f f i c i e n t s;a b i l i t y t oc o n s o l id a te s o i l内蒙古砒砂岩区是黄土高原乃至世界水土流失最为严重的地区之一,属于我国典型的风水复合侵蚀区,处于全球变化的敏感带㊂由于砒砂岩具有无水坚硬如石㊁遇水松软如泥独特性质,加之地区气候干燥,不仅造成黄河下游河道严重泥沙淤积,而且还引发系列的重大生态环境问题[1]㊂近年来,关于砒砂岩区环境治理的研究主要集中在生态修复方面[2],结果不仅改善地区水土流失现状,也对当地的经济发展有促进作用㊂从20世纪80年代至今,对于砒砂岩治理主要以生态修复为主,沙棘和油松在砒砂岩区生态修复出色[1],也促进当地经济发展㊂生态修复通过种植水土保持植物达到固持水土作用[3],用植物根系固持土壤,阻止水土流失㊁改善土壤环境和改善区域小环境[4]㊂植物根系是植物水分和养分传导通道[5],根系的生长在土壤中受到空间异质性和自身基因的影响[6],根系构型就是植物根系在土壤中生长情况的直观体现,不仅反映植物根系对土壤环境的生长适应情况而且还体现根系的固土效果,所以,植物根系构型的研究就显得十分重要㊂植物根构型指根系在生长介质中的形态特征㊁拓扑结构㊁几何分布和空间位置㊂由于根构型特征在很大程度上决定着根系整体在土壤加固中的作用,因此,对根构型特征定量描述是研究者们想要得到解决的问题㊂为定量描述植物根构型的数量化指标,在对根构型进行研究过程中,目前,能够很好体现根构型特征的指标一般为根系长度㊁根表面积㊁根体积㊁直径㊁根数㊁根系分布范围㊁根系倾斜角度㊁根重㊁拓扑指数以及根系结构类型等[7]㊂植物根系的固土效果主要以根系的材料力学特性和根-土复合体的力学特性为主,从力学角度出发研究植物抵抗根变形和根-土变形的能力[8],随着生态修复技术研究的推进,根系构型也成为研究植物综合固土效果的重要内容㊂目前,关于砒砂岩区植物固土保水效果的研究报道较少,多集中在固土力学方面,不能较全面反映植物的固土能力,拟将地区分布较广的耐旱灌木树种沙棘(H i p p o p h a e r h a m n o i d e s L.)㊁酸枣(Z i z i p h u s j u-j u b a M.)㊁连翘(F o r s y t h i as u s p e n s a V.)㊁文冠果(X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B.)㊁黄刺玫(R o s a x a n t h i-n a L.)和蒙古扁桃(A m y g d a l u sm o n g o l i c a R.)6种灌木根系构型的形态表征和单根抗拉力学特性进行量化处理,得到根系构型和单根抗拉力学特性的共18个指标数据,运用主成分分析法,分析指标数据对根系固土效果影响,并综合分析6种植物的根系固土效果,构建植物的综合评价模型,比较耐旱灌木树种的固土效果,研究结果可丰富砒砂岩区灌木林固土保水的内容,选出适宜砒砂岩地区种植的水土保持灌木,为该地区灌木林的可持续发展提供科学依据㊂1材料与方法1.1研究区概况及样本选择研究区位于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗暖水乡砒砂岩区水土保持科技示范区(39ʎ42' 39ʎ50'N, 110ʎ25' 110ʎ48'E),该地区属于典型的中温带半干旱大陆性季风气候,四季分明,太阳辐射强烈,日照时间长,平均日照时间为2900~3100h㊂年均降水量约400mm,年均蒸发量约2093mm,年平均气温为6.2~8.7ħ,年总辐射值为143.4k C a l/m2㊂区域内春季风力大㊁持续时间较长,年平均风速3.2m/s,最大风速为32m/s,年平均大风天数为10~30天[9]㊂该地区地貌沟壑较多,土壤侵蚀严重,水土流失严重,地带性土壤类型主要是栗钙土,并有少量的为黄绵土和风沙土,区域内分布砒砂岩景观㊂该地区植被以人工林为主,主要造林树种为沙棘㊁油松㊁柠条锦鸡儿(C a r a g a n ak o r s h i n s k i i K.)和山杏等㊂主要草本植物主要为茵陈蒿(A r t e m i s i ac a p i l l a r i s T.)㊁藜(C h e-n o p o d i u ma l b u m L.)㊁羊草(L e y m u sc h i n e n s i s T.)㊁百里香(T h y m u s m o n g o l i c u s R.)㊁披碱草(E l y m u s d a h u r i c u s T.)等为主㊂通过资料查询和实地调研选择砒砂岩区种植的6种耐旱灌木树种,分别为沙棘㊁酸枣㊁连翘㊁文冠果㊁黄刺玫和蒙古扁桃(表1)㊂表1植物基本信息植物名称科属拉丁文沙棘胡颓子科沙棘属H i p p o p h a e r h a m n o i d e s.酸枣鼠李科枣属Z i z i p h u s j u j u b a M i l l.连翘木犀科连翘属F o r s y t h i as u s p e n s a V.文冠果无患子科文冠果属X a n t h o c e r a s s o r b i f o l i u m B u n g e.黄刺玫蔷薇科蔷薇属R o s ax a n t h i n a L i n d l.蒙古扁桃蔷薇科桃属A m y g d a l u sm o n g o l i c a(M a x i m.)R i c k e r.472水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.1.2试验根采集与制备(1)试验根的采集㊂在砒砂岩区水土保持科技示范区内,选择人工种植的沙棘㊁酸枣㊁连翘㊁文冠果㊁黄刺玫和蒙古扁桃人工林,6种灌木均在温室培养1年后,将大苗移植在室外,大苗移植时间为2020年7 8月,且移植样地兼顾生长环境㊁立地条件和管护措施条件基本一致㊂对6种灌木随机选取的3个16mˑ16m的试验样方,每个样方按照对角线选取3株植物,测量其株高㊁冠幅㊁地径㊂选取每组数据的平均值,确定6种灌木的标准株㊂表2为标准株调查情况㊂表2标准株地上调查标准株基径/mm株高/c m冠幅/c m枝重/g 沙棘14.13ʃ1.1259.50ʃ6.1442.47ʃ7.65174.24ʃ10.34酸枣9.47ʃ0.4545.83ʃ3.2632.08ʃ4.31142.37ʃ13.21连翘13.96ʃ1.3437.32ʃ5.2630.84ʃ5.94134.26ʃ9.64文冠果23.16ʃ1.1946.64ʃ7.9852.34ʃ10.97203.19ʃ16.18黄刺玫19.78ʃ0.8932.29ʃ6.3444.30ʃ8.53156.96ʃ9.41蒙古扁桃9.64ʃ0.7440.36ʃ9.5956.12ʃ6.32176.82ʃ7.52注:表中数据为平均值ʃ标准差㊂6种灌木的根采集于2021年7月,根系的采集主要用于收集根系构型数据和调查根系的分布范围㊂样方里选择与标准株地上形态部分相似的植株挖掘,每种灌木挖掘3~4株,根系挖掘前2h对每个样方进行浇水浸湿基质,作用是方便根系挖掘,防止根系取样时断裂㊂然后利用螺丝刀㊁镊子㊁小刷子等工具,将植株的地上部分从基部剪切,以主根为基点,半径30c m除去表层5 8c m的土壤和草本植物,从植株主根开始延伸挖掘,由内向外,由浅向深,挖掘时避免损伤根皮和细根,保持根系的完整性,如有根系断裂,拍照标记好位置并将根系放入自封袋中㊂整根挖掘过程中定时对暴露的根系喷洒水,避免根系因脱水失活,从而影响到根系形态,将挖掘出的整根放置于低温培养箱带回实验室,水流冲洗掉根际土,用于做根系扫描试验㊂6种灌木的力学试验根采集时间为2021年8 10月,选择生长状态良好,以地径为中心,从1个方向挖掘,将暴露的根选择根径1~5mm剪切下来,放置在黑色塑料中,覆上一些根际土,每隔一定时间进行喷水,保持湿润,用低温培养箱保存运输,试验根系在实验室保存于4ħ和90%湿度的恒温箱㊂(2)试验根的制备㊂制备试验根之前先去除根皮受损脱落㊁颜色变化的死根,并将较为平直㊁根径均匀的根按照试验长度进行剪切,抗拉试验测试的根共需要9c m,两端夹具各需2c m的根用于夹持固定,拉伸测试长度为5c m㊂统计力学试验根的总数量以及粗根㊁细根和中根的数量㊂依据根径选择适合的固定夹具,由于试验仪器夹具为金属材质,夹紧容易损伤根系,导致根系在夹紧处断裂,夹松试验根易滑落导致数据不准,为提高试验准确率在根系夹持部位缠绕医用胶布增加摩擦力[10]㊂由于根系的直径沿根轴向生长存在粗细变化,为减小误差,采用试验根两端和根中3个部位的直径,取平均值作为该段根系的直径[11]㊂为确保试验的准确性,只有试验的根系在中间断裂的数据有效㊂1.3根系构型特征的调查1.3.1根系基础数据利用E P S O N10000X L根系扫描仪对6种灌木根系进行扫描,通过根系分析软件W i n R H I Z O P r o L A2004对植物整根和不同径级的根长㊁根表面积㊁根体积等基础数据进行统计㊂依据根径分类法,0<根径ɤ2m m的根为细根,2<根径ɤ5m m的根为中根,根径>5m m为粗根,进行分类统计㊂1.3.2根系的拓扑结构根系的拓扑结构分为鱼尾型分支和叉状分支2种模式(图1),拓扑指数表达式:T I=l g A/l g M(1)式中:A为最长通道(连接最多的通道)的内部连接数; M为外部连接总数;T I为拓扑指数,T I的值越接近1表明A和M是近似相等的,即根系分支较少,根系越近似鱼尾型分支结构,越接近0.5表明根系存在相对更多的外部连接,根系越近似叉状分支结构[12]㊂图1根系拓扑结构示意1.3.3根系的分布范围原位挖掘出完整根系后,对根系的最大根幅分布范围和主要根幅分布范围进行原位测量,对根系生长的最大深度和主要生长深度进行测量㊂1.4根系单根抗拉的测定单根抗拉试验仪器选择江都市天源试验机械有限公司生产的T Y8000伺服控制材料试验机,力量传感器检测范围为0.1N~50K N(20t)㊂力量精度在0.005%㊂根系抗拉试验为垂直拉伸,将根系自然垂直固定于仪器夹具上,试验根根径范围为1~5m m,初始拉伸距离设置为5m m,拉伸类型设置为弹性拉伸,拉伸速率为50m m/m i n㊂共对6种植物共360个单根进行拉伸试验,根系拉伸试验成功共194个,成功率为53.89%㊂具体根系试验数据如见表3㊂单根抗拉强度计算公式为:P=4F/πD2(2)572第3期郭月峰等:砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比Copyright©博看网. All Rights Reserved.式中:P 为抗拉强度(M P a );F 为最大抗拉力(N );D为单根直径(mm )㊂表3 根系抗拉试验成功率单位:个植物种试验有效根数中根有效根数粗根有效根数细根有效根数沙棘330825酸枣313919连翘3521221文冠果260818黄刺玫323821蒙古扁桃3717291.5 数据分析试验数据使用E x c e l 2017软件采集统计和制表,使用O r i g i n2021软件制图㊂将根系构型相关数据和根系材料力学相关数据通过I B M S P S SS t a t i s -t i c s 22.0软件对数据进行主成分分析㊂2 结果与分析2.1 根系空间分布特征参数根的空间分布特性指根在水平方向和垂直方向上的分布范围以及与土壤表面的倾角,不仅决定植物个体的地下营养空间,还影响到根与剪切面之间的夹角,从而对土壤固土能力产生影响[13]㊂由表4可知,砒砂岩区各主要灌木主根宽度为260~570m m ,其中,以沙棘最大,比酸枣㊁连翘㊁文冠果㊁黄刺玫和蒙古杏仁高;根深度为230~590mm ,以文冠果的根系深度明显高于其他灌木㊂从根宽深比来看,连翘㊁文冠果的根宽深比分别为0.84和0.76,均<1,说明在纵向上具有明显的优势;沙棘㊁酸枣㊁黄刺玫㊁蒙古杏仁根宽深比都超过1,说明在横向上具有明显的优势㊂不同灌木每株总根数为15~41条,以文冠果的根基总数最大,显著高于沙棘㊁酸枣㊁连翘㊁黄刺玫和蒙古扁桃,其中连翘的根基总数最小㊂通过对6种灌木的水平根㊁倾斜根㊁垂直根的数量关系的研究发现,文冠果和连翘的倾斜根数量明显大于其水平根和垂直根的数量,呈现出以倾斜根为主,纵向发展的优势;而沙棘㊁酸枣㊁黄刺玫和蒙古扁桃的水平根数量明显大于各自的倾斜根和垂直根的数量,呈现出以水平根为主,横向发展的优势㊂表4 不同树种根系空间分布特征树种主要根幅/mm 主要根深/mm根宽深比水平根垂直根倾斜跟总基根数沙棘570ʃ16.00A a 230ʃ11.00B c 2.48ʃ0.24D a 16ʃ1.52C D b5ʃ1.00D b c 3ʃ1.52D c d 24ʃ4.58C b c 酸枣450ʃ13.05A b c320ʃ4.50B b 1.41ʃ0.80D b 8ʃ1.52D c 6ʃ2.08D b 4ʃ2.00D c 18ʃ3.51C c d 连翘260ʃ9.00B d310ʃ3.90A a0.84ʃ0.60D c 3ʃ1.32C D c2ʃ1.05D c9ʃ2.06C D b 15ʃ2.46C d 文冠果450ʃ15.00B b c 590ʃ15.00A b 0.76ʃ0.52D c9ʃ1.56D c13ʃ3.08D a 19ʃ4.01D a41ʃ5.64C a黄刺玫480ʃ14.00A b 310ʃ9.50B b1.55ʃ0.17D b 12ʃ1.23C D b 9ʃ2.86D a b6ʃ1.03D c d 27ʃ3.47C b蒙古扁桃420ʃ12.00A c 300ʃ9.60B b1.40ʃ0.20D b 12ʃ1.56C D b8ʃ2.30C D a b2ʃ0.89D d21ʃ4.23C c d注:同行不同大写字母表示同一树种不同径级间差异显著,同列不同小写字母表示同一径级不同树种间差异显著(p <0.05)㊂下同㊂2.2 根系几何形态特征参数根的长度㊁表面积㊁体积等参数通常被用来表示土壤的几何形态,其作用是直接影响根土界面的面积,从而影响植物对水分㊁养分的吸收效率,以及对土壤的固持性[14]㊂由表5可知,沙棘㊁文冠果的总根长比其他灌木都要高;黄刺玫和蒙古杏仁的总根长均比酸枣㊁连翘高出许多㊂从粗根根长来看,以酸枣粗根最短,而文冠果的粗根根长最长,明显高于其他灌木;从中根的根长来看,以连翘的根长为最短,而沙棘的中根最长㊂从细根根长来看,以连翘为最小,而以文冠果为最大,与其他灌木有明显的差异㊂砒砂岩地区灌木随着根直径的增加,根长呈下降趋势,细根根长约占总根长的71%~84%,细根根长显著大于中根和粗根,表明细根是根系总长的主要贡献者㊂由表6可知,文冠果的总根表面积最大,比其他灌木都要高,而连翘的根表面积最低,比其他灌木都要低㊂结果表明,在相同直径的不同灌木之间,文冠果的粗根㊁中根和细根的表面积都明显大于其他灌木㊂除了酸枣的中根表面积比其粗根大,砒砂岩区其他灌木根表面积都随着根直径的增加而减少,其中细根表面积占总根表面积的42%~77%,细根表面积明显大于中根和粗根,表明细根是根系总长的主要贡献者㊂由表7可知,砒砂岩地区主要灌木的总根体积存在显著差异,以文冠果总根体积最大,显著高于其他灌木,连翘的总根体积最小㊂结果表明,在相同直径的不同灌木之间根体积上,文冠果的粗根㊁中根和细根体积最大,比其他灌木的根体积都高㊂在相同灌木的不同径级间根体积上,除酸枣和蒙古扁桃树种内细根体积低于中根体积外,其他灌木根的体积随着根直径的减少而增大;细根体积占总体积的比重为38%~57%㊂2.3 根系拓扑系数由图2可知,6种植物的根系拓扑指数从大到小依次为酸枣>沙棘>连翘>蒙古扁桃>黄刺玫>文冠果,其中酸枣的拓扑指数最大,均值为0.82,而文冠果的拓扑指数最小,均值为0.54㊂沙棘㊁酸枣和连翘的植物根系拓扑指数接近1,表明根系结构比较单一,根系越接近鱼尾型分支㊂文冠果㊁黄刺玫和蒙古扁桃的根系拓扑指数均在0.60,根系分支较多,根系接近叉状分支结构㊂672水土保持学报 第37卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表5 不同树种根系各径级根长树种粗根根长/c m 占比/%中根根长/c m 占比/%细根根长/c m 占比/%总根长/c m沙棘86.17ʃ1.44D c 4.0621.47ʃ9.00C a25.01746.12ʃ22.84B b c71.02453.76ʃ47.93A b酸枣63.04ʃ1.34B d 6.0143.12ʃ2.11B e 13.0928.69ʃ10.94A d 82.01134.85ʃ67.78A d 连翘64.35ʃ1.56C d 6.0108.71ʃ2.79C f 11.0817.45ʃ18.34B d 83.0990.51ʃ28.97A d 文冠果165.45ʃ2.81D a 6.0426.65ʃ3.45C b 14.02368.54ʃ33.54B a 80.02960.64ʃ90.34A a 黄刺玫65.16ʃ1.49D d 4.0220.47ʃ2.03C d 13.01463.15ʃ9.88B b 84.01748.78ʃ50.76A c 蒙古扁桃125.22ʃ2.13D b8.0345.45ʃ2.46C c21.01162.81ʃ6.87B c71.01633.48ʃ45.31A c表6 不同树种根系各径级根表面积树种粗根根表面积/c m2占比/%中根根表面积/c m2占比/%细根根表面积/c m2占比/%总根表面积/c m 2沙棘27.45ʃ6.65D c 5.0116.39ʃ12.56C c19.0462.56ʃ33.56B b76.0606.40ʃ50.86A b 酸枣34.87ʃ5.25C b 11.0152.64ʃ13.28B b 47.0136.17ʃ15.26B f 42.0323.68ʃ20.46A e 连翘21.32ʃ2.86D c 9.060.47ʃ10.49C e 25.0164.65ʃ9.54B e 67.0246.44ʃ18.54A f 文冠果79.65ʃ6.69D a 8.0387.47ʃ48.65C a 40.0502.16ʃ60.58B a 52.0969.28ʃ90.57A a 黄刺玫32.24ʃ2.46D b 8.089.48ʃ23.58C d 22.0278.93ʃ20.47B d 70.0400.65ʃ21.48A d 蒙古扁桃34.73ʃ4.28D b7.081.91ʃ19.84C d16.0386.54ʃ48.51B c77.0503.18ʃ55.46A c表7 不同树种根系各径级根体积树种粗根根体积/c m 3占比/%中根根体积/c m 3占比/%细根根体积/c m 3占比/%总根体积/c m 3沙棘2.89ʃ0.14C c 9.014.63ʃ4.46B a45.015.24ʃ4.58B b47.032.76ʃ7.45A b酸枣2.86ʃ0.23D c 16.08.02ʃ2.24B b 46.06.68ʃ3.47C d 38.017.56ʃ6.85A c 连翘2.56ʃ0.45D c 17.05.52ʃ1.56C c 36.07.26ʃ3.56B d 47.015.34ʃ4.87A d 文冠果5.95ʃ1.12D a 15.015.21ʃ3.98C a 38.018.56ʃ6.01B a 47.039.72ʃ6.04A a 黄刺玫2.57ʃ0.56D c 14.05.26ʃ2.76C c 29.010.35ʃ3.14B c 57.018.18ʃ3.32A c 蒙古扁桃4.23ʃ0.84D b14.014.42ʃ5.47B a48.011.21ʃ2.17C c 38.029.86ʃ4.58A b2.4 根系抗拉力与抗拉强度根系抗拉力学特性作为根系固土力学的重要指标[15]㊂由图2可知,连翘根系平均抗拉力为44.92N ,文冠果根系平均抗拉力为124.28N ,黄刺玫根系平均抗拉力为66.56N ,蒙古扁桃根系平均抗拉力为71.78N ,沙棘根系平均抗拉力为63.79N ,酸枣根系平均抗拉力为65.93N ㊂文冠果根系平均拉力显著高于其他树种,连翘根系平均抗拉力最小㊂图2 6种植物根系拓扑指数根系最大抗拉强度是根在均匀拉伸速率条件下,测量的抵抗最大塑性变形的抗性[16]㊂植物根系抗拉强度体现根系自身抵抗外力的能力和根系形成的网格作用对土壤束缚能力[17]㊂由图3可知,连翘㊁文冠果㊁黄刺玫㊁蒙古扁桃㊁沙棘㊁酸枣根系平均抗拉强度为17.03,30.45,18.21,16.62,15.35,16.34M P a ㊂文冠果根系平均抗拉强度显著高于其他树种,沙棘根系平均抗拉强度最小㊂2.5 基于主成分分析法的植物根系固土效果对比主成分分析选取根系构型中根系生长的主要根幅㊁根系生长的主要深度㊁细根根长㊁中根根长㊁粗根根长㊁细根根体积㊁中根根体积㊁粗根根体积㊁细根根表面积㊁中根根表面积㊁粗根根表面积㊁总基根数㊁垂直根数㊁水平根数㊁倾斜根数㊁单根平均抗拉力㊁单根平均抗拉强度㊁拓扑系数共计18个与固土能力呈正向线性相关的指标,设为X i (i =1,2,3, ,18),通过主成分分析得到表8㊂以初始特征值>1为提取标准,第1主成分的特征值和方差贡献率分别为11.278%和62.657%,第2主成分的特征值和方差贡献率分别为3.834%和21.300%,第3主成分的特征值和方差贡献率分别为1.533%和8.514%,前3个成分的累计方差贡献率达到92.471%,已遵循 累计方差贡献率ȡ85%的标准㊂因此,选取772第3期 郭月峰等:砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比Copyright ©博看网. All Rights Reserved.前3个主成分作为评价护坡植物各指标数据分析的有效成分,它代表原有18个指标变量㊂注:不同字母表示不同树种间差异显著(p<0.05)㊂图36种植物根系平均抗拉强度与抗拉力在主成分载荷矩阵中,载荷系数绝对值越大,表示主成分的贡献率越大㊂由表9可知,主要根幅㊁根系生长的主要深度㊁细根根长㊁中根根长㊁粗根根长㊁细根根体积㊁中根根体积㊁粗根根体积㊁细根根表面积㊁中根根表面积㊁总基根数㊁垂直根数㊁水平根数㊁倾斜根数,在第1主成分上有较高载荷,说明第1主成分基本反映了这些指标的信息;中根根表面积㊁总基根数㊁垂直根数㊁倾斜根数㊁单根平均抗拉力㊁单根平均抗拉强度㊁拓扑系数在第2主成分上有较高载荷,说明第2主成分基本反映了这些指标的信息;中根根体积㊁中根根表面积㊁拓扑系数主要分布范围在第3主成分上有较高载荷,说明第3主成分基本反映了这些指标的信息㊂所以提取3个主成分是可以基本反映全部指标的信息,即可用3个新变量来代替原来的18个变量㊂表86种灌木指标的特征值和贡献率成分特征值总计方差贡献率/%累积方差贡献率/%X111.27862.65762.657 X23.83421.30083.957 X31.5338.51492.471 X40.7994.43996.910 X50.5563.090100.000 X61.423E-157.903E-15100.000 X76.734E-163.741E-15100.000 X84.453E-162.474E-15100.000 X93.259E-161.810E-15100.000 X103.044E-161.691E-15100.000 X117.859E-174.366E-16100.000 X124.400E-172.445E-16100.000 X139.374E-185.208E-17100.000 X14-1.149E-16-6.381E-16100.000 X15-2.246E-16-1.248E-15100.000 X16-4.583E-16-2.546E-15100.000 X17-5.942E-16-3.301E-15100.000 X18-1.295E-15-7.194E-15100.000以用3个新变量代替原来的18个指标对护坡效果进行综合评价,则得出线性组合(其中Z X1-Z X18均为标准化的变量)分别为:(1)F1=0.287Z X1+0.284Z X2+0.279Z X3+0.277Z X4+0.274Z X5+0.272Z X6+0.271Z X7+0.265Z X8+0.256Z X9+0.250Z X10-0.249Z X11+0.242Z X12+0.214Z X13+0.211Z X14+0.087Z X15+0.111Z X16+0.177Z X17-0.010Z X18(3) (2)F2=-0.084Z X1-0.039Z X2+0.073Z X3-158Z X4+0.143Z X5-082Z X6-004Z X7-163Z X8-0.032Z X9+0.244Z X10+0.125Z X11-0.294Z X12+258Z X13-0.335Z X14+0.446Z X15+0.380Z X16+0.370Z X17+0.258Z X18(4) (3)F3=0.012Z X1-0.176Z X2-0.241Z X3+0.008Z X4-0.099Z X5+0.290Z X6+0.327Z X7-0.116Z X8+0.015Z X9+0.044Z X10-0.063Z X11+0.026Z X12+0.256Z X13-0.122Z X14-0.145Z X15-0.359Z X16-0.102Z X17+0.670Z X18(5)权数选取第1㊁第2㊁第3主成分的方差贡献率α1(62.657%)㊁α2(21.300%)㊁α3(8.514%),构建综合评价模型:F=(0.62657F1+0.213F2+0.08514F3)/0.92471(6)采用主成分分析方法建立的模型与标准化数据相结合,得出6种不同类型的固土效应综合指数,并根据总主成分值进行排序(表10)㊂综合固土效果评价为:文冠果>蒙古扁桃>沙棘>黄刺玫>酸枣>连翘(图4),其中,文冠果的综合固土效果主成分最高,则综合固土效果最好,连翘综合排名最差㊂872水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.表9主成分的载荷系数以及特征向量成分载荷系数成分1成分2成分3特征向量成分1成分2成分3X10.963-0.1650.0150.287-0.0840.012 X20.955-0.077-0.2180.284-0.039-0.176 X30.9360.142-0.2980.2790.073-0.241 X40.929-0.3100.0100.277-0.1580.008 X50.9210.280-0.1230.2740.143-0.099 X60.912-0.1600.3590.272-0.0820.290 X70.911-0.0080.4050.271-0.0040.327 X80.890-0.319-0.1440.265-0.163-0.116 X90.861-0.0620.0180.256-0.0320.015 X100.8380.4780.0550.2500.2440.044 X11-0.8350.245-0.078-0.2490.125-0.063 X120.812-0.5750.0320.242-0.2940.026 X130.7200.5060.3170.2140.2580.256 X140.708-0.656-0.1510.211-0.335-0.122 X150.2910.913-0.1800.0870.466-0.145 X160.3730.744-0.4440.1110.380-0.359 X170.5960.725-0.1260.1770.370-0.102 X180.0340.5060.8290.0100.2580.670表106种灌木固土效果综合评价指标植物种第1主成分第2主成分第3主成分综合主成分沙棘0.42205-0.478820.346930.19酸枣-1.761610.000580.58889-1.05连翘-2.98701-0.414130.45721-1.92文冠果4.550800.38224-1.367862.82黄刺玫-0.24772-0.59948-0.11648-0.29蒙古扁桃0.023491.109620.091310.26图46种灌木固土能力综合评价3讨论3.1不同树种根系构型特征的差异本研究发现,文冠果和连翘以倾斜根为主,相对于其他灌木有较好的剪切作用,在根系纵向分布上占优,有利于深层土壤的加固;根系中的水平根通常分布在土壤的地表附近,水平根通常的作用是吸收水分和营养物质,水平根数量越多,对于资源的吸收效率就越高,对于可利用资源的范围越大㊂沙棘㊁黄刺玫㊁酸枣㊁蒙古扁桃以水平根为主,说明4种灌木的耐旱性较好,在根系横向分布上占优,有利于浅层土壤的加固,适宜在砒砂岩区种植㊂根长度㊁表面积㊁根体积等特征参数能够较好地反映根系在土壤中的形态与作用,是定量描述根系结构的一个重要指标[14,18]㊂同时,不同灌木细根根长㊁根表面积占比最大,是总根长㊁总根表面积的主要贡献者,与朱广龙等[19]研究结果一致㊂从固土的抗蚀性观点来看,细根在固持土中是加筋作用,而粗根则是锚固作用[20]㊂由于文冠果的细根数量多,其根长㊁根表面积大,对土壤的加筋效果明显;连翘中的细根数量少㊁根长㊁根表面积都很小,对土壤的加筋效果不明显;沙棘㊁酸枣㊁黄刺梅㊁蒙古杏仁介于二者之间㊂拓扑指数反映不同植物根系的分支模式,拓扑指数接近1时,根系分支为鱼尾型分支模式,若拓扑指数接近0.5时,根系越接近叉状分支模式㊂叉状分根方式在收集养分,运输效率上较高,较为适应低养环境,根系通常生长范围广,根系单根抗拉强度高,在力的传导中距离更远,表现为较强的固土能力㊂相反鱼尾型长期适应于高养环境,根系分布较小,养分运输效率低㊂文冠果㊁黄刺玫和蒙古扁桃3种灌木根系拓扑指数分别为0.54,0.67,0.69接近0.5,由于根系分支较多,更容易细根之间形成网格加筋作用,固土保水能力较强,对于干旱和贫瘠的土壤环境有较强的适应能力㊂酸枣㊁沙棘和连翘3种灌木的根系拓扑指分别为0.82,0.73,0.71靠近1,其中酸枣的拓扑指数最接近1,根系分布较小,养分运输效率低㊂3.2植物根系构型对固土能力的影响植物的单根抗拉力是在植物固土力学中最常见的研究方法,是植物固土力学中最具有代表性的指标之一㊂平均抗拉强度是反映整根材料强度的重要指标,平均抗拉强度的大小反映抵抗根系变形和对土壤的束缚作用能力的强弱[21]㊂在砒砂岩地区文冠果的根系平均抗拉力和抗拉强度显著大于其他5种植物㊂单根极限抗拉力与根径间存在明显的尺寸效应,是由于随着植物根径的增大,导致根的横截面积增加,根系韧皮部面积变化,根系木质化程度加深,以及纤维素㊁半纤维素和综纤维素含量的变化,使得根系根径越大抵抗坡体变形能力越强,因此,抗拉力逐渐增加,粗根具有较大的抗拉力,其单根固土的作用更为明显,在土体中主要起到锚固的作用㊂通过主成分分析法将植物根系构型参数与根系平均抗拉力和抗拉强度进行植物固土综合评价㊂其中,文冠果的综合固土效果主成分最高,则综合固土效果最好,连翘综合排名最差,由于根系的不发达影响其固土能力㊂砒砂岩地区灌木随着根直径的增加,根长呈下降趋势,根表面积呈下降趋势,根体积呈上升趋势㊂符972第3期郭月峰等:砒砂岩区不同灌木根系构型及根系抗拉对比Copyright©博看网. 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砒砂岩区不同立地类型人工沙棘林下草本物种多样性环境解释
砒砂岩区不同立地类型人工沙棘林下草本物种多样性环境解释杨振奇;秦富仓;张晓娜;李晓琴;牛晓乐;刘力川【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2018(038)014【摘要】砒砂岩区是黄土高原区水土流失最为严重的地区之一.砒砂岩区沙棘人工林有良好的水土保持功能,沙棘林下草本植物是该人工林生物多样性的重要组成部分.目的是探明砒砂岩区人工沙棘林下草本物种多样性与环境的关系,依据生境条件的差异,沙棘林被划分为7个类型.野外调查记录了各类型所处的地形条件,采用样方法调查了每个样地草本的生物多样性,并取土样测定其养分和水分状况.采用Patrick 指数、Pielou指数、Shannon指数、Simpson指数对砒砂岩区不同立地类型人工沙棘林下草本植物进行了物种多样性分析,并通过CCA、PCCA方法研究了物种分布与环境的关系.结果表明:(1)砒砂岩区不同立地类型人工沙棘林下草本层优势种不同,阴坡混交林物种数最多为23种,阳坡混交林Pielou指数最高为0.89,阴坡纯林和混交林Shannon指数均为最高,Simpson指数没有明显差异.(2)影响砒砂岩区人工沙棘林下草本物种的分布的环境因子顺序为地形因子＞土壤因子＞灌木层因子,其中坡向、坡度、土壤含水量、土层厚度、郁闭度、混交结构所占解释量较大.本研究可为当地沙棘人工林生物多样性保护和植被建设提供基础数据.【总页数】9页(P5132-5140)【作者】杨振奇;秦富仓;张晓娜;李晓琴;牛晓乐;刘力川【作者单位】内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特010018【正文语种】中文【相关文献】1.不同林龄人工沙棘林结构与林下物种多样性研究 [J], 李玉新;赵忠;陈金泉2.承德县不同人工林类型草本层物种多样性研究 [J], 季卓瑛3.砒砂岩区不同人工林林下草本层植物的结构特征 [J], 袁勤;崔向新;蒙仲举4.亚热带5种森林类型林下植物物种多样性及其环境解释 [J], 黄润霞;徐明锋;刘婷;吴卓翎;苏志尧5.不同类型杉木人工林林下草本植物多样性特征 [J], 张涵丹;康希睿;邵文豪;杨旭;张建锋;刘学全;陈光才因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
沙棘人工林对砒砂岩地区土壤物理性质变化的影响
１ 研 究 区概 况
研究 区设 在 内蒙 古 自治 区鄂尔 多斯 市沙 棘生 态建 设 区 ，位 于东 经 １ ０ ０ ～ １ ７２ 、北 １ 。５ １ 。７ 纬 ３ 。６ ～ ４ 。 Ｏ 之 间 ，居 于 干 旱 、半 干 旱 ９１ Ｏ２
作 者 简介 殷 丽 强 （ ９ １ ，男 ，硕 士 。主 要 研 究 方 向 ：复合 农 林 规 划 设 计 。Ｅ ｍａ ：ｙ ｌ ｉｎ ４ ５ １３ ｃｒ １８ 一） － ｉ ｉ ｉ ａｇ ３ ＠ ６ ．ｏ ｌ ｎｑ ｎ
致 谢 本 文是 在 导 师 胡 建 忠 教 授 指 导 下 完 成 的 ，一 起 参 加 调 研 的还 有 水利 部水 土 保 持 植 物 开 发 管 理 中 心 的杜 文
摘 要 ： 以荒 地 为 对 照 地 ， 对砒 砂 岩 地 区 ８年 生 人 工 沙 棘 林 地 土壤 主 要 物 理 性 质 变 化 进 行 了 系统 研 究 。在 砒
砂 岩 地 区种 植 沙 棘 之 后 ， 土壤 物理 性 粘 粒 含 量 和 粉 粒 含 量 有 所 提 高 ，土 壤 不 同层 次 的砂 粒 含 量 降低 ； 土 壤 容 重 减 小 ，总 孔 隙 度 、毛 管孔 隙度 和 非 毛 管 孔 隙 度 有 一定 程 度 的 提 高 ，土壤 最 小 持 水 量 、最 大 持 水 量 和 毛
嫣 高 工 、 郭 海 工 程 师 ，以 及 刘 丽 颖 、何 京 亮 、 武 晶 、夏 博 、郭 建 英 等 同学 ，在 此 一并 表 示 谢 意 。
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沙棘 人 工林 对砒 砂 岩 地 区土 壤 物 理 性 质 变 ，无 霜期 １ ５ ，年降水 量 为 ４ ０ ｍ 左 ９ ４ｄ ０ｒ ａ 右 。土 质松 散 ，沙性 大 ，有机 含量 低 ，由于 气候
砒砂岩区沙棘根瘤分布特征
砒砂岩区沙棘根瘤分布特征摘要对具有结瘤特性的沙棘在砒砂岩区的根瘤分布研究表明,2~8年林龄的沙棘人工林分,其单株平均结瘤量为18.4 g,最高可达75.3 g;根瘤在10~30 cm土层分布最多;4~6年林龄沙棘地下结有更多根瘤;砒砂岩沟坡沙棘林地单株平均根瘤重达18.8 g,分别是盖土沟坡与盖沙土梁峁顶中的2、3倍;其根系粗度与根瘤重量呈正比,根系越粗,其上着生的根瘤越重。
沙棘能够在裸露砒砂岩区结瘤的特性,为治理砒砂岩区环境提供了更好的物质基础。
关键词沙棘;砒砂岩区;根瘤;分布特征TheDistributionCharacteristicsofSeabuckthornRootnoduleinSoftSandstoneAreaHU Jian-zhong 1LIU Li-ying 2YIN Li-qiang 1(1 Plant Development Center for Soil and Water Conservation,Ministry of Water Resources,Beijing 100038; 2 Chinese Academy of Forestry)AbstractThe distribution features of seabuckthorn root nodule in soft sandstone area was studied. For 2~8 years artificial seabuckthorn forest in the area,the average root nodule amount was 18.4 g,and 75.3 g for the highest. The most dense soil layer for root nodule was 10~30 cm,and the forest ages of 4~6 years had more nodules. The average root nodule amount for single plant of seabuckthorn in the site of soft sandstone gully slope was 18.8 g,which was 2 and 3 times as to that in the loess-covered gully slope and sand-covered hilltop,respectively. The thicker of root diameters,the more of root nodules. The characteristics of seabuckrhorn give a good basis for the environment in soft sandstone area.Key wordsseabuckthorn;soft sandstone area; root nodule;distribution characteristics砒砂岩区是我国生态建设的重要地区,该地区干旱少雨,地形破碎,植被稀少,水土流失十分严重,是黄河粗泥沙集中来源区的重要组成部分,也是黄河下游河床中淤积漏水的重要来源区[1-2]。
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这种 复 合 类 型 实 际 上 为 上 一 类 型 的 一 个 变
化 ，除梁 峁顶下 部 已整为 环状 梯 田被利 用为农 地
外 ，其 余 与上一 类 型完全 相 同 ，即顶部 栽植 有油 松 ，侵 蚀 沟谷分 布有 沙棘 。
１ ３ 梁 状 丘 陵 沟 壑 区 的 “ 地 ＋ 沙 棘 ” 复 合 ． 农 类 型 梁 状丘 陵沟 壑 区 主 要 分 布 在 砒 砂 岩 区 的 中
农 地 分布在 较 为平坦 的梁 地 ，而沙棘 种植 于 周边 侵蚀 沟谷 。通过 沙棘 对沟 谷各个 地段 的 防护 作用 ，使 得径流 的溯 源侵 蚀 、下切 侵蚀 和拓 宽侵 蚀都被 极大 地消 除 ，很 好 地保护 了上 部 的农 地 免 遭蚕食 ，确 保农 地面积 不被 减少 ，同时也 防止 了
作者 简介 ：胡建 忠 （９２） １６一，男 ，教授 ，农 学博 士 ，理 学博 士后 。主要研 究方 向 ：生 态工 程 。Ｅ ａ ： ｆｓ ｃ １３ｃｍ ｍ ｉ ｂｕｗ ＠ ６．ｏ ｌ
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砒 砂 岩 区 沙棘 人 工林 的 水平 空 间 结构 类型
第 ３期
西部。
道两侧 （ ２ ，萌 蘖 多 ，形 成郁 闭 度很 高 的 片 图 ）
复 合类 型
作者 在此 方 面开展 的一 些探讨 性 工作 ，供 有关人
员参 考 。
１ 砒 砂 岩 区沙 棘 种 植 地 区 中尺 度 上
的水 平 空 间结 构 类 型
本 文 所 指 中 尺 度 ，是 指 视 角 高 度 ２ ９ ｍ ．ｋ （ ． ９ ． １ ｍ）左 右 的影像 图尺 度 ；而水 平 空 ２ ８ ～２ ９ ｋ 间结构 ，指 在 这 一 尺度 上 ，沙棘 与其 他 林 、草 、 农 地 以及河 道 、路面 等 ，组 成 的各种 各样 的中尺
的 早 衰 和 死 亡 ；而 横 带 、纵 带 甚 至 零 散 分 布 类 型 ，应 为 适 应 于 当地 自然 条 件 的 最佳 水平 结 构 类 型 ，营 林 工 作中应予以培育 。 关 键 词 ：砒 砂 岩 ；沙 棘 ；人 工 林 ；中 尺 度 ；小 尺 度 ；水 平 分 布 ；结 构 中 图 分 类 号 ：￥ ９ ． ７３ ６ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ －８ ６ （００ ３０ ２－５ ６ ２４ ３ ２ １ ）０ －０ ５０
砒 砂岩 区开 展 以沙棘 为主要 树 种 的生态 环境
１ １ 峁 状 丘 陵 沟 壑 区 的 “ 松 ＋ 沙 棘 ” 复 合 ． 油
类 型
治理 ，其 目的之 一就 是追 求沙棘 人 工林对 地 表 的 覆被 ，防止 区 内发生 水土 流失 、荒 漠化 等 自然危 害 。而 沙棘林 的生态功 能 ，与其 水 平空 间结构 密
２１ ０ ０年 ９月第 ８卷 第 ３期
《 国际 沙 棘研 究 与 开 发 》
２ ５
砒 砂 岩 区 沙 棘 人 工 林 的 水 平 空 间 结 构 类 型
胡 建 忠
（ 利部水 土保 持植 物 开发 管理 中心 ，１ ０ ３ ，北 京） 水 ００ ８
摘 要 ：砒 砂 岩 区沙 棘 种 植 地 区 ，从 中尺 度 上 来 看 ，沙 棘 与其 他 林 、草 、农 地 、 河道 、路 面 等 一 起 ，组 成 了
的重 要植 物 措施 ，是 沟头 防护 的 重要 组 成 部 分 。
这些 片状 分布类 型 ，沙棘 林郁 闭度 一般 很高 ，密
集 聚在一起 ，属 于集 群分 布 。
区 ，原 先梁地 多 为耕地 ，后被 退耕 还林 。梁 地 主 要 沿等 高线种植 有 油松或 柠条 纯林 ，或 油松柠 条
度 上 的复合生 态类 型 。据研 究 ，砒砂 岩 区与 沙棘 有关 的复合生 态类 型 主要有 ６ ，呈 现着 不 同的 类
水 平空 间结构 。
பைடு நூலகம்
项 目名 称 ：晋 陕 蒙 砒 砂 岩 区 沙 棘 生 态 工 程 （ 规 计 ［ ９ ８ ｌｌ号 ） 水 １９ ］ １
收 稿 日期 ：２ １ — ７ １ ０ ００～２
农地 等之 间 的复合 生态 类型 的水 平结 构 。以下是
状 围绕 着梁 峁顶 ，继 续消 除着 经油 松拦截 的地 表
径 流 ，防止溯 源侵 蚀 。 油 松沿 等高 线 呈 环 状 分 布 ，而 沙棘 以 “ 品” 字 型填 充在几 乎 整个侵 蚀 沟谷 中 （ 由于 中尺度类 型 图的 尺寸很 大 ，在此 省 略 ，下 同） 。 １ ２ 峁 状丘 陵 沟 壑 区 的 “ 松 ＋ 农 地 ＋ 沙 棘 ” ． 油
切 相关 。
峁状 丘陵 沟壑 区 ，主要分 布在 砒砂 岩 区的东
南部 。
这 种类 型 中 ，梁 峁顶 上种植 有 油松 ，沙棘 种 植 在 四周 的侵蚀 沟谷 中，沙棘 随侵 蚀沟谷 呈辐 射
水 平结 构 ，不 仅 指 常 规 小 尺 度 上 的 布设 结 构 ，而 且还包 括 在 中尺 度 上 沙 棘 与其 他 林 、草 、
地力下 降 。 １ ４ 梁状 丘陵沟 壑 区的 “ ． 油松／ 柠条 ＋沙 棘” 复 合 类型 也 是上 一 类 型 的 变 化 ，多 位 于 人 迹 罕 至 地
林 ；同时 ，还 存在 于梁 峁顶 部 （ ３ 、梁 峁坡 、 图 ） 沟坡 （ ４ ，随 着 沙 棘 的 生 长 萌 蘖 ，均 能 形 成 图 ） 片林 。梁 峁顶 沙棘 护坡林 同时也 是防 止溯 源侵蚀
６ 类水 平空间结 构类 型 。从小尺度上来看 ，沙棘人工林主要呈片状 、横 带状 、纵带状 、零散等 ４种 分布类
型 ，而 这 ４种 分 布 类 型 又 与 自然 群 落 分 布 的随 机 分 布 、均 匀 分 布 、集 群 分 布 、嵌 式 分 布 等 类 型发 生 着 一 定
的 关 联 。对 于 沙 棘 来 说 ，集 群 分 布 并 不 是 一 种 十 分 有 利 的类 型 ，要 采 取 带 状 平 茬 等 措施 ，防 止 沙 棘郁 闭 后