荒漠草原弃耕恢复草地土壤与植被的RDA分析
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2012年7月在杨寨子村选取一处地势较平坦,面积约5hm2 弃耕恢复草地(1999年弃耕)作为实验样地。土 壤 类 型 为 沙 化 灰 钙 土 ,之 前 由 于 长 期 耕 作 ,表 土 风 蚀 退 化 严 重 ,并 由 西 向 东 ,形 成 一 个 自 然 的 覆 沙 厚 度 递 增 梯 度 格 局。植被分布也随之出现明显 的 空 间 变 化。 按 照 由 西 向 东 方 向,平 行 设 置 3 条 调 查 取 样 样 带,每 条 样 带 长 200 m,样带间相隔20m 以上,每条样带按覆沙厚度依次设置了Ⅰ(沙层厚度5~8cm)、Ⅱ(沙层厚度10~15cm)、Ⅲ (沙层厚度25~30cm)、Ⅳ(沙层厚度35~40cm)4个 调 查 区,分 别 进 行 植 被 调 查 和 土 壤 取 样。 每 个 调 查 区 内 随 机布设1m×1m 样方,植被调 查 指 标 包 括 密 度、盖 度、高 度 等,同 时 在 每 个 样 方 中 心,土 钻 法 取 土,并 按 0~10 cm,10~20cm,20~40cm 分层。 1.3 测 定 项 目 与 方 法
从Ⅰ区到Ⅳ区,植物多样性指数均表现出较为一致的变化趋势(表2),即 Ⅰ < Ⅱ < Ⅲ < Ⅳ。 说明随着覆沙厚 度 的 增 加 ,物 种 数 量 不 断 增 加 ,群 落 结 构 也 得 以 明 显 改 善 。 2.2 植物群落的 PCA 排序
为了更直观了解各植物群落空间上的分 布 格 局,对 12 个 样 方 和 调 查 中 出 现 的 所 有 物 种 的 重 要 值 进 行 排 序 (图1),其 中 前2 个 排 序 轴 的 特 征 值 分 别 为0.679 和0.171,前 两 轴 的 累 积 贡 献 率 为85% 。 排 序 图 将12 个 样 方 分
酸钾氧化法、土壤活性有机碳采用高锰酸钾氧化法,速效磷采用双酸浸提钼锑抗比色法,碳酸钙采用气量法 。 [16] 1.4 数 据 处 理 与 分 析
常规数据统计分析利用 Excel软件,采用 CANOCO 4.5对植被与土壤对应关系进行 RDA 分析。
2 结 果 与 分 析
2.1 弃 耕 恢 复 草 地 植 物 物 种 组 成 及 其 数 量 特 征 根据不同覆沙厚度区植物调查结果,得出物种组成及重要值分布(表1)。 Ⅰ 区出现的植物有 5 种,分属 2 科
第 23 卷 第 2 期
草 业 学 报 2014 年
源自文库91
mm。土壤类型以灰钙土为主,其次是黑垆 土 和 风 沙 土,此 外 还 有 黄 土 及 少 量 的 盐 土 和 白 浆 土 等,表 层 土 壤 质 地 多为轻壤土、沙壤土和沙土,结构松散,肥力较低。该区主要植被类型有灌丛、草 原、草 甸、沙 地 植 被 和 荒 漠 植 被, 其 中 人 工 灌 丛 、草 原 、沙 地 植 被 分 布 较 广 ,当 地 荒 漠 草 原 典 型 建 群 种 短 花 针 茅 (Stipa breviflora)呈 散 落 的 斑 块 化 小面积分布,退化严重。主要 草 本 植 物 有 猪 毛 蒿 (Artemisia scoparia)、白 草 (Pennisetum centrasiaticum )、草 木 樨 状 黄 芪 (Astragalus melilotoides)、山 苦 荬 (Ixeris chinensis)、胡 枝 子 (Lespedeza bicolor)、苦 豆 子 (Sophora al- opecuroides)等 。 1.2 试 验 设 计
根据植被调查数据,计算重要值和群落结构特征指数。物种丰富度 指 数、Shannon- Wiener 多 样 性 指 数、均 匀度指数的计算方法参照任继周 的 [15] 《草业科学研究方法》一书。其中物种重要值的计算公式如下:
种 的 重 要 值 = (相 对 盖 度 + 相 对 密 度 + 相 对 株 高 )/3 Margalef丰 富 度 指 数 ,R= (S-1)/ln n
(1.宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地 ,宁夏 银川 750021;2.宁夏大学资源环境学院,宁夏 银川 750021)
摘要:土壤质量变劣是沙化的本质,核心内容为土壤物质流失,理化性质和生 物 特 性 退 化,以 及 土 体 构 型 的 变 化。 弃耕前土壤沙化程度和性质对弃耕地植被恢复进程、演替方向等产生重要影响。 为 了 深 入 认 识 弃 耕 恢 复 草 地 不 同 覆沙厚度条件下,土壤环境因子和植物之间的关系,以宁夏盐池荒漠草原弃耕恢 复 草 地 为 研 究 对 象 ,应 用 冗 余 分 析 (redundancy analysis RDA),研究弃耕恢复草地随地表覆沙厚度在空间上的连续变化,植被分布及其多样性变化 与 主要土壤因子间的关系。结果表明,1)随着覆沙厚度 的 增 加 植 被 由 达 乌 里 胡 枝 子 群 落 向 苦 豆 子 群 落 转 变 ;达 乌 里 胡 枝子的重要值由0.334降低到0.104,苦豆子的重要值由0增加到0.404。2)植物群落物种多样性指数从0.32增 加到0.79,丰富度指数从0.13增加到0.40,均匀度指数从0.11增加到0.22。3)对弃耕地植 物 群 落 分 布 及 其 物 种 多样性变化有显著影响的主要土壤环境因子分别 为 碳 酸 钙 和 全 盐 (0~10cm)、碳 酸 钙 (10~40cm)。 表 层 土 壤 碳 酸钙含量的变化表征了地带性灰钙土的沙化程度和退化阶段,弃耕恢复草地当前植 物 分 布 格 局 的 形 成 主 要 还 是 特 定土壤退化状态约束下物种随机扩散竞争的适应性结果,覆沙厚度所决定的表层土 壤 环 境 因 子 的 直 接 或 间 接 作 用 是 主 要 的 决 定 因 子 ,土 壤 养 分 对 植 被 的 直 接 作 用 尚 未 充 分 体 现 。 关 键 词 :荒 漠 草 原 ;弃 耕 恢 复 草 地 ;覆 沙 厚 度 ;冗 余 分 析 中 图 分 类 号 :S812.2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1004-5759(2014)02-0090-08 DOI:10.11686/cyxb20140211
*收 稿 日 期 :2013-04-09;改 回 日 期 :2013-05-13 基 金 项 目 :国 家 973 计 划 前 期 研 究 专 项 (2012CB723206)和 国 家 自 然 科 学 基 金 (41101301)资 助 。 作 者 简 介 :王 兴 (1986-),男 ,陕 西 韩 城 人 ,在 读 硕 士 。E-mail:shamohuyang.good@163.com * 通 讯 作 者 。E-mail:xinguoyang1976@163.com
92
ACTA PRATACULTURAE SINICA(2014)
Vol.23,No.2
表 1 不 同 覆 沙 厚 度 下 弃 耕 地 植 物 群 落 物 种 组 成 及 其 重 要 值 Table 1 Species composition and their importance value of plant communities under different
s
Shannon-Wiener多样性指数,H= ∑(Piln Pi)(i=1,2,3,…,s) i=1 Pielou 均 匀 度 指 数 ,J= ∑Piln Pi/ln S Pi=ni/n
式中,S 为群落中的总物种数;ni 为种i 的个体数;n 为群落中全部种的总个体数。 土壤理化性质测定:土壤样品风干后过1mm 筛,pH 采用电位法;全盐采用电 导 法;有 机 碳(SOC)采 用 重 铬
1 材 料 与 方 法
1.1 研 究 区 概 况 研 究 区 位 于 宁 夏 盐 池 县 柳 杨 堡 乡 杨 寨 子 村 (37°04′~38°10′N,106°30′~107°41′E),该 区 地 处 宁 夏 回 族 自 治
区东部,北与毛乌素沙地相连,南接黄土高原。气候属典型的中温带大陆性气候,年均气温 8.1℃,无霜期 120d, 年降水量 250~350 mm,主 要 集 中 在 7-9 月,占 全 年 降 水 量 的 60% 以 上,且 年 际 变 率 大,年 平 均 蒸 发 量 2710
*
弃耕地的植被恢复往往表现出较为复杂的演替进程与生物多样性变化特征 。 [1-3] 张金屯等 研 [2] 究 发 现,黄 土 丘陵区弃耕地植被演替过程中,物种丰富度显著提高,均 匀 度 逐 渐 下 降,综 合 多 样 性 逐 渐 增 加;郝 文 芳 等 发 [4] 现, 随着黄土丘陵弃耕地演替,物种丰富度指数、多样性指数 和 均 匀 度 指 数 均 呈 现 先 增 加 后 减 小 的 趋 势;李 进 等 发 [5] 现 ,弃 耕 地 植 被 演 替 受 多 种 因 素 的 影 响 ,弃 耕 地 植 物 数 量 和 种 类 的 变 化 具 有 明 显 的 波 动 特 征 。 土 壤 退 化 状 态 是 决 定弃耕地恢复演替的重要因素,也是影响植被分布格 局 的 关 键 因 子 。 [6] 有 研 究 表 明,植 被 恢 复 过 程 中,土 壤 养 分 和有机质等含量有所改善,而土壤养分 的 改 善 有 助 于 植 被 的 恢 复 。 [7-10] 土 壤 状 况 不 仅 影 响 着 植 物 群 落 的 演 替 方 向[11],更进一步决定着植 物 群 落 的 类 型,分 布 和 动 态 。 [12-13] 覆 沙 厚 度 可 能 是 决 定 沙 化 草 地 演 替 方 向 的 关 键 因 子[14],但是有关不同土壤因子 在 退 化 荒 漠 草 原 植 被 恢 复 中 的 相 对 重 要 性 及 其 相 互 关 系 依 然 不 甚 明 了 。1961- 1983年,宁夏盐池县共开垦天然草地6.7×104 hm2,是导致土地沙化退化的主要因素,弃耕地治理 在 区 域 退 化 荒 漠草原恢复中具有重要地位。本研究 以 宁 夏 盐 池 县 杨 寨 子 村 弃 耕 恢 复 草 地 为 对 象,采 用 冗 余 分 析(RDA)方 法, 研究植被分布及其多样性变化与土壤因子之间的关系,以进一步深化对荒漠草原弃耕地恢复 演 替 规 律 和 约 束 机 制的认识。
5属,主要为猪毛蒿+达乌里胡枝子群落;Ⅱ区出现的植物有8种,分属4科8 属,主要为猪毛蒿 + 达乌里苦豆子 群 落 ;Ⅲ 区 出 现 的 植 物 有 11 种 ,分 属 4 科 11 属 ,主 要 为 猪 毛 蒿 + 苦 豆 子 群 落 ;Ⅳ 区 出 现 的 植 物 有 10 种 ,分 属 5 科 10 属 ,主 要 为 苦 豆 子 群 落 。 胡 枝 子 、猪 毛 蒿 和 苦 豆 子 可 以 看 作 弃 耕 地 当 前 演 替 阶 段 的 主 要 建 群 种 ,其 中 猪 毛 蒿 在 不同覆沙厚度区均占据重要地位,与其在丰水年份作为一种机会种的扩散行为有关;随着 覆 沙 厚 度 的 增 加,达 乌 里 胡 枝 子 的 重 要 值 逐 渐 减 小 ,苦 豆 子 的 重 要 值 逐 渐 增 加 最 终 发 展 为 群 落 建 群 种 。
thickness of sand on abandoned cultivated land
植物群落组成 Species composition 白草 Pennisetum centrasiaticum
重要值 Importance value
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
0
0.008 0.019 0.026
科 Family 禾本科 Gramineae
90-97 2014 年 4 月
草 业 学 报 ACTA PRATACULTURAE SINICA
第 23 卷 第 2 期 Vol.23,No.2
荒漠草原弃耕恢复草地土壤与植被的 RDA 分析
王兴1,宋乃平1,杨新国1* ,陈林1,刘秉儒1,曲文杰1,杨明秀1,肖绪培2
从Ⅰ区到Ⅳ区,植物多样性指数均表现出较为一致的变化趋势(表2),即 Ⅰ < Ⅱ < Ⅲ < Ⅳ。 说明随着覆沙厚 度 的 增 加 ,物 种 数 量 不 断 增 加 ,群 落 结 构 也 得 以 明 显 改 善 。 2.2 植物群落的 PCA 排序
为了更直观了解各植物群落空间上的分 布 格 局,对 12 个 样 方 和 调 查 中 出 现 的 所 有 物 种 的 重 要 值 进 行 排 序 (图1),其 中 前2 个 排 序 轴 的 特 征 值 分 别 为0.679 和0.171,前 两 轴 的 累 积 贡 献 率 为85% 。 排 序 图 将12 个 样 方 分
酸钾氧化法、土壤活性有机碳采用高锰酸钾氧化法,速效磷采用双酸浸提钼锑抗比色法,碳酸钙采用气量法 。 [16] 1.4 数 据 处 理 与 分 析
常规数据统计分析利用 Excel软件,采用 CANOCO 4.5对植被与土壤对应关系进行 RDA 分析。
2 结 果 与 分 析
2.1 弃 耕 恢 复 草 地 植 物 物 种 组 成 及 其 数 量 特 征 根据不同覆沙厚度区植物调查结果,得出物种组成及重要值分布(表1)。 Ⅰ 区出现的植物有 5 种,分属 2 科
第 23 卷 第 2 期
草 业 学 报 2014 年
源自文库91
mm。土壤类型以灰钙土为主,其次是黑垆 土 和 风 沙 土,此 外 还 有 黄 土 及 少 量 的 盐 土 和 白 浆 土 等,表 层 土 壤 质 地 多为轻壤土、沙壤土和沙土,结构松散,肥力较低。该区主要植被类型有灌丛、草 原、草 甸、沙 地 植 被 和 荒 漠 植 被, 其 中 人 工 灌 丛 、草 原 、沙 地 植 被 分 布 较 广 ,当 地 荒 漠 草 原 典 型 建 群 种 短 花 针 茅 (Stipa breviflora)呈 散 落 的 斑 块 化 小面积分布,退化严重。主要 草 本 植 物 有 猪 毛 蒿 (Artemisia scoparia)、白 草 (Pennisetum centrasiaticum )、草 木 樨 状 黄 芪 (Astragalus melilotoides)、山 苦 荬 (Ixeris chinensis)、胡 枝 子 (Lespedeza bicolor)、苦 豆 子 (Sophora al- opecuroides)等 。 1.2 试 验 设 计
根据植被调查数据,计算重要值和群落结构特征指数。物种丰富度 指 数、Shannon- Wiener 多 样 性 指 数、均 匀度指数的计算方法参照任继周 的 [15] 《草业科学研究方法》一书。其中物种重要值的计算公式如下:
种 的 重 要 值 = (相 对 盖 度 + 相 对 密 度 + 相 对 株 高 )/3 Margalef丰 富 度 指 数 ,R= (S-1)/ln n
(1.宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地 ,宁夏 银川 750021;2.宁夏大学资源环境学院,宁夏 银川 750021)
摘要:土壤质量变劣是沙化的本质,核心内容为土壤物质流失,理化性质和生 物 特 性 退 化,以 及 土 体 构 型 的 变 化。 弃耕前土壤沙化程度和性质对弃耕地植被恢复进程、演替方向等产生重要影响。 为 了 深 入 认 识 弃 耕 恢 复 草 地 不 同 覆沙厚度条件下,土壤环境因子和植物之间的关系,以宁夏盐池荒漠草原弃耕恢 复 草 地 为 研 究 对 象 ,应 用 冗 余 分 析 (redundancy analysis RDA),研究弃耕恢复草地随地表覆沙厚度在空间上的连续变化,植被分布及其多样性变化 与 主要土壤因子间的关系。结果表明,1)随着覆沙厚度 的 增 加 植 被 由 达 乌 里 胡 枝 子 群 落 向 苦 豆 子 群 落 转 变 ;达 乌 里 胡 枝子的重要值由0.334降低到0.104,苦豆子的重要值由0增加到0.404。2)植物群落物种多样性指数从0.32增 加到0.79,丰富度指数从0.13增加到0.40,均匀度指数从0.11增加到0.22。3)对弃耕地植 物 群 落 分 布 及 其 物 种 多样性变化有显著影响的主要土壤环境因子分别 为 碳 酸 钙 和 全 盐 (0~10cm)、碳 酸 钙 (10~40cm)。 表 层 土 壤 碳 酸钙含量的变化表征了地带性灰钙土的沙化程度和退化阶段,弃耕恢复草地当前植 物 分 布 格 局 的 形 成 主 要 还 是 特 定土壤退化状态约束下物种随机扩散竞争的适应性结果,覆沙厚度所决定的表层土 壤 环 境 因 子 的 直 接 或 间 接 作 用 是 主 要 的 决 定 因 子 ,土 壤 养 分 对 植 被 的 直 接 作 用 尚 未 充 分 体 现 。 关 键 词 :荒 漠 草 原 ;弃 耕 恢 复 草 地 ;覆 沙 厚 度 ;冗 余 分 析 中 图 分 类 号 :S812.2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1004-5759(2014)02-0090-08 DOI:10.11686/cyxb20140211
*收 稿 日 期 :2013-04-09;改 回 日 期 :2013-05-13 基 金 项 目 :国 家 973 计 划 前 期 研 究 专 项 (2012CB723206)和 国 家 自 然 科 学 基 金 (41101301)资 助 。 作 者 简 介 :王 兴 (1986-),男 ,陕 西 韩 城 人 ,在 读 硕 士 。E-mail:shamohuyang.good@163.com * 通 讯 作 者 。E-mail:xinguoyang1976@163.com
92
ACTA PRATACULTURAE SINICA(2014)
Vol.23,No.2
表 1 不 同 覆 沙 厚 度 下 弃 耕 地 植 物 群 落 物 种 组 成 及 其 重 要 值 Table 1 Species composition and their importance value of plant communities under different
s
Shannon-Wiener多样性指数,H= ∑(Piln Pi)(i=1,2,3,…,s) i=1 Pielou 均 匀 度 指 数 ,J= ∑Piln Pi/ln S Pi=ni/n
式中,S 为群落中的总物种数;ni 为种i 的个体数;n 为群落中全部种的总个体数。 土壤理化性质测定:土壤样品风干后过1mm 筛,pH 采用电位法;全盐采用电 导 法;有 机 碳(SOC)采 用 重 铬
1 材 料 与 方 法
1.1 研 究 区 概 况 研 究 区 位 于 宁 夏 盐 池 县 柳 杨 堡 乡 杨 寨 子 村 (37°04′~38°10′N,106°30′~107°41′E),该 区 地 处 宁 夏 回 族 自 治
区东部,北与毛乌素沙地相连,南接黄土高原。气候属典型的中温带大陆性气候,年均气温 8.1℃,无霜期 120d, 年降水量 250~350 mm,主 要 集 中 在 7-9 月,占 全 年 降 水 量 的 60% 以 上,且 年 际 变 率 大,年 平 均 蒸 发 量 2710
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弃耕地的植被恢复往往表现出较为复杂的演替进程与生物多样性变化特征 。 [1-3] 张金屯等 研 [2] 究 发 现,黄 土 丘陵区弃耕地植被演替过程中,物种丰富度显著提高,均 匀 度 逐 渐 下 降,综 合 多 样 性 逐 渐 增 加;郝 文 芳 等 发 [4] 现, 随着黄土丘陵弃耕地演替,物种丰富度指数、多样性指数 和 均 匀 度 指 数 均 呈 现 先 增 加 后 减 小 的 趋 势;李 进 等 发 [5] 现 ,弃 耕 地 植 被 演 替 受 多 种 因 素 的 影 响 ,弃 耕 地 植 物 数 量 和 种 类 的 变 化 具 有 明 显 的 波 动 特 征 。 土 壤 退 化 状 态 是 决 定弃耕地恢复演替的重要因素,也是影响植被分布格 局 的 关 键 因 子 。 [6] 有 研 究 表 明,植 被 恢 复 过 程 中,土 壤 养 分 和有机质等含量有所改善,而土壤养分 的 改 善 有 助 于 植 被 的 恢 复 。 [7-10] 土 壤 状 况 不 仅 影 响 着 植 物 群 落 的 演 替 方 向[11],更进一步决定着植 物 群 落 的 类 型,分 布 和 动 态 。 [12-13] 覆 沙 厚 度 可 能 是 决 定 沙 化 草 地 演 替 方 向 的 关 键 因 子[14],但是有关不同土壤因子 在 退 化 荒 漠 草 原 植 被 恢 复 中 的 相 对 重 要 性 及 其 相 互 关 系 依 然 不 甚 明 了 。1961- 1983年,宁夏盐池县共开垦天然草地6.7×104 hm2,是导致土地沙化退化的主要因素,弃耕地治理 在 区 域 退 化 荒 漠草原恢复中具有重要地位。本研究 以 宁 夏 盐 池 县 杨 寨 子 村 弃 耕 恢 复 草 地 为 对 象,采 用 冗 余 分 析(RDA)方 法, 研究植被分布及其多样性变化与土壤因子之间的关系,以进一步深化对荒漠草原弃耕地恢复 演 替 规 律 和 约 束 机 制的认识。
5属,主要为猪毛蒿+达乌里胡枝子群落;Ⅱ区出现的植物有8种,分属4科8 属,主要为猪毛蒿 + 达乌里苦豆子 群 落 ;Ⅲ 区 出 现 的 植 物 有 11 种 ,分 属 4 科 11 属 ,主 要 为 猪 毛 蒿 + 苦 豆 子 群 落 ;Ⅳ 区 出 现 的 植 物 有 10 种 ,分 属 5 科 10 属 ,主 要 为 苦 豆 子 群 落 。 胡 枝 子 、猪 毛 蒿 和 苦 豆 子 可 以 看 作 弃 耕 地 当 前 演 替 阶 段 的 主 要 建 群 种 ,其 中 猪 毛 蒿 在 不同覆沙厚度区均占据重要地位,与其在丰水年份作为一种机会种的扩散行为有关;随着 覆 沙 厚 度 的 增 加,达 乌 里 胡 枝 子 的 重 要 值 逐 渐 减 小 ,苦 豆 子 的 重 要 值 逐 渐 增 加 最 终 发 展 为 群 落 建 群 种 。
thickness of sand on abandoned cultivated land
植物群落组成 Species composition 白草 Pennisetum centrasiaticum
重要值 Importance value
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
0
0.008 0.019 0.026
科 Family 禾本科 Gramineae
90-97 2014 年 4 月
草 业 学 报 ACTA PRATACULTURAE SINICA
第 23 卷 第 2 期 Vol.23,No.2
荒漠草原弃耕恢复草地土壤与植被的 RDA 分析
王兴1,宋乃平1,杨新国1* ,陈林1,刘秉儒1,曲文杰1,杨明秀1,肖绪培2