干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂形态及干物质积累的影响.pdf
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1、第 卷第 期 年 月生态学报 .:/.基金项目:国家自然科学基金项目()中央财政林业科技推广示范项目()甘肃省基础研究创新群体项目()收稿日期:网络出版日期:通讯作者 .:.:./王忠文金红喜郭春秀汪媛艳马福元何芳兰.干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂形态及干物质积累的影响.生态学报():.():.干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂形态及干物质积累的影响王忠文金红喜郭春秀汪媛艳马福元何芳兰 甘肃河西走廊森林生态系统国家定位研究站武威 甘肃临泽荒漠生态系统国家定位观测研究站临泽 甘肃省治沙研究所兰州 摘要:为了探讨干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂形态及干物质积累的影响以巴丹吉林沙漠南缘已发育不同类型生物土
2、壤结皮并有红砂种群成功定居的区域为研究场所通过野外监测与室内测定的方法对藻类地衣、地衣、地衣藓类结皮上的红砂(当年生、幼株、成株)形态特征及生物量进行了调查研究 结果表明:()藻类地衣结皮演替到地衣藓类结皮的过程中当年生红砂形态差异不显著但 以上植株基部分枝长、树冠/侧冠投影面积、主根长均显著减小同时地衣藓类结皮的 植株基部分枝数明显减少且 以上植株明显矮化()生物土壤结皮发育不仅降低了红砂幼株或成株生物量积累能力还减小了植株根冠比且降低/减小程度随结皮演替或株龄的增大逐渐增大()红砂形态、生物量指标与物理或藻类结皮面积百分比呈极显著正相关关系与藓类结皮面积百分比呈极显著的负相关关系 因此认为
3、生物土壤结皮的演替导致土壤关键生态因子(如土壤水分)发生变化进而影响红砂植株生长发育能力从而使得不同发育阶段结皮上的同龄红砂形态特征及生物量存在差异性关键词:生物土壤结皮红砂形态特征生物量 :()()().:().:/./.().().().:生物土壤结皮是由隐花植物(如蓝藻、地衣、藓类)、微生物及相关的其他生物体通过分泌物、菌丝体和假根等与土壤表层颗粒胶结形成的地表覆盖体 在干旱沙区流动沙面一旦固定后地表将发育大面积的物理结皮部分物理结皮并随沙面固定时间的延长逐渐演替为藻类结皮、地衣结皮甚至藓类结皮 受微区域内光照、温度、风向、土壤质地、土壤湿度等因子的影响同一片区存在多种类型的生物土壤结皮
4、但整体的演替进度具有明显的一致性 生物土壤结皮不仅具有增强地表抗蚀性、改变土壤质地、提高土壤肥力等作用还影响种子传播、种子萌发、幼苗定居、种群动态等因此在维持荒漠生态系统稳定性中发挥着重要作用红砂()为柽柳科红砂属的一种超旱生泌盐小灌木具有很强的抗干旱、耐盐碱、阻风沙及保持水土等能力是保护干旱荒漠化土地的重要生态“屏障”前期的研究发现:在干旱沙漠区沙面一旦固定并有生物土壤结皮形成后人工植被梭梭、柽柳及天然植被白刺、沙拐枣等沙生灌木均呈现出形态及生理特性衰退现象其幼苗或根蘖苗成功定居率极低特别是地衣至藓类结皮 沙丘表面生物土壤结皮发育到藻类结皮后红砂种群不仅可以自然侵入并成功定居还能实现其种群繁
5、殖与扩散 研究表明生物土壤结皮对植物生长发育产生一定影响其影响程度随结皮类型、物种及其发育阶段的不同而不同 红砂作为干旱沙区生物土壤结皮上自然定居并实现种群更新的灌木那么不同类型生物土壤结皮上的红砂生长发育及形态特征如何变化?同株龄的植株生长及形态特征之间是否存在差异?这些问题的解决对区域生态系统稳定性维护具有重要的指导意义为此本文试图以典型干旱沙区巴丹吉林沙漠南缘已发育生物土壤结皮并有红砂种群成功定居的区域为研究场所通过对不同株龄红砂在生物结皮上的生长状况及形态特征进行调查研究掌握不同发育阶段生物土壤结皮上红砂形态特征、干物质积累的变化规律及其差异性为干旱沙区可持续防风固沙林经营管理提供理论
6、依据 材料与方法生 态 学 报 卷:/.研究区概况研究区位于巴丹吉林沙漠南缘()该区域属于典型温带大陆性荒漠气候 冬季寒冷夏季酷热昼夜温差大年平均气温.极端低温.极端高温.无霜期 年均降雨量.年均蒸发量 干燥度.最高达.相对湿度 年均日照时数.的活动积温.冬季盛行西北风全年风沙日可达 并多集中在 月年均风速./最大风速为./地下水位深 左右.样带布设及植株选择 年 月在巴丹吉林沙漠南缘固沙林下已发育生物土壤结皮并有红砂种群定居的沙包迎风面(主风向)以生物土壤结皮演替顺序为依据选择 个不同发育阶段的结皮样地并在坡中位置布设宽为 的样带每个类型 个合计 个(图)样带区不同类型结皮组分见表 在 年、
7、年 月下旬以 标尺框为背景分别对样带区拍照每个样带 张 在、年 月中旬在样带内选择生长旺盛、生长一致的当年生红砂幼苗用不锈钢钢钎做标记物图 样带布设位置及地表微形态.表 样带区不同类型结皮组分(年和 年的均值)()发育阶段 面积百分比 /流沙 物理结皮 藻类结皮 地衣结皮 短藓结皮()长藓结皮()藻类地衣结皮.地衣结皮.地衣藓类结皮.同列不同字母代表差异性显著(.).指标测定 年 月下旬测定幼株(、)、成株(、)形态特征及生物量 年 月上旬测定幼苗(当年生)形态特征及生物量.形态指标测定用钢卷尺测定株高、根长、一级分枝长、冠幅以 标尺框为背景用数码相机垂直树冠、侧冠拍照 每个指标 个重复.生物
8、量测定幼苗:采集样株(每 株一组)清洗干净并从基部剪开用烘干法测干重(烘至恒重)重复 次 期 王忠文 等:干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂形态及干物质积累的影响:/.幼株及成株:采集样株(每 株一组)清洗干净后从基部剪开烘干后测定干重(烘至恒重)重复 次.数据分析借助 软件对相关照片进行处理计算样带区红砂株冠垂直、水平投影面积 应用 和.软件完成数据处理和统计分析 采用单因素方差分析()和 多重比较法对红砂形态、干物质量等相关指标进行显著性分析(.)并对不同类型土壤结皮组分与红砂形体特征及生物量指标进行相关性分析(.)结果与分析图 生物土壤结皮发育对红砂形态特征的影响.生物土壤结皮发育对植株形态
9、特征的影响由图 可以看出藻类地衣、地衣、地衣藓类结皮上同株龄红砂形态特征指标两两之间均存在一定的差异性(地衣结皮地衣藓类结皮同样随株龄持续增大藻类地衣、地衣、地衣藓类结皮上植株同一形态指标的变化趋势完全一致但单位时间段内的增值(减值)之间存在明显不同 可以看出基部分枝数出现先急剧增大(第 年内)持续减小()稳定不变()且地衣藓类结皮植株的减幅明显大于藻类地衣结皮与地衣结皮但藻类地衣结皮的减幅与地衣结皮间无明显差异 此外株高、根长、基部分枝均长、冠幅投影面积、树冠投影面积均呈现出持续增大趋势而且第 至 年内的增值均以藻类地衣结皮最大其次为地衣结皮地衣藓类结皮最小(株高除外).生物土壤结皮发育对植
10、株生物量积累的影响 种结皮上植株生物量及其年际增值均随株龄的增大而增大但单位时间内地上生物量或地下生物量增值两两之间的差异程度明显不同(图)可以看出 种结皮上当年植株生物量两两之间均无显著差异但 年后其地上或地下生物量两两之间均出现显著差异所有植株生物量均持续增大但年际增量均以藻类地衣结皮最大地衣结皮次之地衣藓类结皮最小 同时前 年内 种结皮上植株根冠比均出现了显著的增大当年生根冠比两两之间差异不显著但第 年时藻类地衣结皮显著大于地衣藓类结皮第 至 年内所有植株根冠比均显著减小(远远小于第 年)种结皮上 植株根冠比两两之间的差异性仍与 的植株一致但藻类地衣结皮、地衣结皮上 植株的根冠比显著大于
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