（环境科学专业论文）内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究.pdf

降低，进而降低了群落生产力。放牧明显降低土壤含水量及营养含量，从而使 得地上及地下生物量的减少。尽管放牧减低了群落地上、地下生物量，但是没 有改变土壤含水量、土壤容重、土壤全氮和全磷的垂直分布的规律。 关键词：湿地；退化；表征；机理 i i d e g e n r r a t e dc h a r a c t e r i z a t i o na n dm e c h a n i s m o fw e t l a n dc o m m u n i t i e so nf l o o d p l a i ni n t y p i c a ls t e p p er e g i o no fi n n e rm o n g o l i a p l a t e a u i u v e rn o o d p l a i l lm e a d o wmi n n e rm o n g o l i ap l a t e a ut y p i c a ls t e p p ei st h ea r e a w i t ht h e m o s t 如1 l yb i o d i v e r s i 够p e r f o m a n c e a n dm e h i 曲e s tb i o l o g i c a l p r o m l c t i v i 吼b u t t h ev a s tm a j o r i 够o f m e a d o wi si nad e 铲a d e dc o n d i t i o nd u et ot h e e x c e s s i v e g r a z i n gu s e w - es t u d y a r e at o p o g r a p h y ， c o m m u n i 够c o m p o s i t i o n ，s o i l p h y s i c a lp r o p e r t i e s ，s o i lm i c r o m o 印h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s d u r i n g j u n et o s e p t e m b e ri n2 0 1o - 2 01 1a j l dc o r n p a r e dw i m t h e 帅i c a lg m s s l a n d sa n di n v e s t i g a t e t h ec h a r a c t e r i z a t i o na n dm e c h a l l i s m so fd e g r a d a t i o nw e u a n d c o n c l u s i o n sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) g r a z i n gm a k e dm e d o m i n a n t s p e c i e s i nw e t l a n d c h a n g e d ，t h e o r i g i n a lw e t l a n dp l a n t sg r a d u a u yc h a n g e d d r o u g h tb i o c h e m i c a l ，p l a n t s w a s s h o w i n gs i g n i f i c a n ts m a l l - s c a l ep h e n o m e n o n ，w l i l e t h eb i o m a s so n g r o u n da n db e l o w - g r o u n dw e r es i 班f i c a n t l yr e d u c e d ( 2 ) g r a z i n gt r a l m p l i n gc a u s e ds o i l b u l kd e n s 时a n ds o i l c o n l p a c t i o ni n c r e a s e ， i i i s o i lw a t e rc o n t e n to fd e g r a d a t i o n w e t l a n di 1 1 乒a z i n g t h 锄t h ee n c l o s e dc o n s e r v a t i o n w e t l 锄d s 1 1 1t 1 1 e1 0 wn o o d a r e a p l a i n ， 1 e s s s o i l m o i s t u r e 洫c r e a s e dw i mm c r e a s i l l gs o i ld e p m ，t h er o o ta m o u n tt e n d st ob ed e 印b u t i nm eh i g hn o o d p l a i nw e t l a i l d s ，s o i lm o i s t u r ei s c l o s et ot h e 帅i c a l s t e p p e ，t h e r o o td i s t r i b u t i o n d o e sn o t a p p e a rd e 印t r e n d g i 讹i n gm a k e s s o i l 1 1 1 i c r o b i a l b i o m a s si n c r e a s e di n t 1 1 el o wf l o o d p l a i nw e t l a n d w h i l ei nm et r a n s i t i o n z o n ea n dh i 曲n o o d p l a i nw e t l a n d s ，g r a z i l l gm a k e st h es o i l m i c r o b i a lb i o m a s s c a 而o n ，a n dm t r o g e n c o n t e n td e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y c o r r e s p o n d i n gt ot h ew e u a i l d v e g e t a t i o n ，i i le n c l o s e dw e u a n dt h e t r e n d so fs o i lt o t a ln i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o m s i nt h es o i lv e r t i c a l l yw e r ec o n s i s t e n t s o i lp r a n i c l e so ft h e 旷a z i n ga r e aw a sc m s h i i l g ， r o o t sw a s1 e s st h a nt 1 1 ea m o u n te n c l o s e da r e a s ，t h em e a s u r e dp o r o s i 够w a sl e s s 恤a 1 1 m ee n c l o s e da r e a ，a n di nt h es u r f a c et h ep o r o s i 够w a ss m a l l e s t i ne n c l o s e da r e am e s o i lc o l o ri sd 砌【c o m p a r e dw i t hg r a z i n ga r e a ，a n ds o i lo r g a n i cm a t t e rc o n t e n ti s h i 曲e ri ne n c l o s e da r e a ( 3 ) s o 订m o i s t u r ei st h em a i nf - a c t o ra f r e c t i n gw e t l a n dp l a n tc o m m u n i t yb i o m a s s g r a z i n g m a k e st h es o i lw a t e rc o n t e n tr e d u c e d ，l e r e b yi ta l s or e d u c e dm ec o m m u n i 够 p r o d u c t i v 咄g r a z i n gs i g n i f i c a n t l yr e d u c e ds o i lm o i s t u r ea n dn u 仃i e n tc o n t e n t ，m a k i n g t h eb i o m a s s o n g r o u n da n db e l o w g r o u n d r e d u c e a 1 t h o u g hg r a z i l l gr e d u c e d t h ea b o v e 伊o u n da n db e l o w g r o u l l db i o m a s s ， i td i d n tc h a n g et h ev e r t i c a ld i s 仃i b u t i o n 1 a wo fs o i lm o i s t u r e ，s o i lb u u ( d e n s i 吼s o i lt o t a l1 1 i t r o g e na n dt 0 1 a 1p h o s p h o m s i v k e y w o r d s ：w e t l a n d s ；d e g r a d a t i o n ；c h a r a c t e r i s t i c ；m e c h a n i s m v 内蒙古大学硕士论文 第一章前言 1 1 研究背景 湿地f w e t l a l l d s ) 是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，是重要的生存环境和自然 界最富生物多样性的生态景观之一。被誉为“地球之肾”、“生命的摇篮”、“文明的发源地” 和“物种的基因库”【。在抵御洪水、调节径流，改善气候、控制污染，美化环境和维护区 域生态平衡等方面有其它系统所不能替代的作用。在世界自然保护大纲中：湿地与森林、海 洋一起并列为全球三大生态系统。湿地的空间分布处于陆地生态系统和水体生态系统之间的 过渡地带，由于其地理位置的特殊性，湿地植被形成、发育、演化过程既不同于水生群落， 也不同于陆生生态系统。与其它自然地理系统相比，湿地更多地受外界环境的影响。退化湿 地，目前已经成为生态学研究的重点内容【2 ，并且湿地生态保育和治理工程的相关研究是 当前国内外生态与环境科学的热点，也是我国和内蒙古生态治理与低碳经济发展中的迫切任 务。本文所研究的锡林河流域湿地正是当前锡林郭勒盟正在大力投资( 5 年内投资4 0 亿元) 进 行生态治理的重点湿地。 锡林河流域是内蒙古高原典型草原区中最具代表性的以畜牧业经济为主体的典型地区， 因其处于半干旱区，农业活动很少，故人类生产活动对生态系统的扰动强度取决于放牧压力 【8 一。随着该区域人口的增加，牲畜数量的增多，放牧强度亦不断增加，使得草原生态系统处 于不同程度的退化状态。草原生态系统的退化导致其生产力水平大幅度下降，同时导致家畜 在原有的放牧场难以获得足够的牧草以满足其需求，从而将放牧的重点作用区从草原转移到 河漫滩湿地。由于过度放牧利用，河漫滩湿地亦处于不同程度的退化状态之中。 1 2 1 湿地退化现状研究 1 2 国内外研究 2 1 世纪以来，受经济发展、城市化进程、气候变化影响，湿地退化己成为一种全球现象， 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 最近1 0 a 来国际湿地学术会议的主要议题之一【l 】。湿地的退化主要是指由于自然环境的变化， 或是人类对湿地自然资源过度地以及不合理地利用而造成的湿地生态系统结构破坏、功能衰 退、生物多样性减少、生物生产力下降以及湿地生产潜力衰退、湿地资源逐渐丧失等一系列 生态环境恶化的现象。湿地的退化是一个复杂的过程，它不仅包括了湿地生物群落的退化、 土壤的退化、水域的退化，而且包括了湿地环境各个要素在内的整个生境的退化【1 m 1 3 】。在湿 地退化的早期现状研究中，大多以湿地面积缩减的现象为主，另外还包括变化，水质变化、 生物多样性是分析退化的主要表征，另外还有土壤性质变化，草地或水生生物生产力等衡量 指标。张晓龙、李培英将湿地退化标准的内容定为：面积的变化；组织结构，包括生物群落和 生态景观结构；功能特征的变化；物质能量平衡的变化，包括水的动态变化和生物地球化学 循环；社会价值的变化，主要包括观赏、教育以及研究价值；持续发展能力，即适应环境变 化，维持自身平衡的自我调控能力【1 4 】。崔保山认为湿地生态特征变化是指湿地生态过程及功 能的消弱或失衡，湿地结构和功能的退化是湿地生态系统退化的重要表征，而结构的退化又 包括物种组成、群落类型的变化：功能的退化则包括环境功能退化、生态功能退化和生产功能 退化三个方面。具体表现在：湿地面积变化、水状况的改变、水质的改变、湿地产品的不可持 续开发、外来种的入侵【1 5 1 。张绪良等在莱州湾湿地的研究中，把湿地的退化表征分为物理退 化、生物退化和化学退化。物理退化表现在湿地面积减少和景观多样性水平降低：生物退化表 现为生物多样性水平下降、自然湿地净生产力水平的降低：化学退化则表现为湿地的水体富营 养化，水质污染，土壤酸碱性变化【1 6 】。 目前我国在湿地退化各个研究领域均有涉猎，热点研究区域主要包括东北三江平原沼泽 湿地、四川若尔盖高原湿地、黄河三角洲湿地、青海三江源湿地、辽河三角洲湿地、云南纳 帕海湿地、内蒙古乌梁素海湿地、南沿海滨海红树林湿地以及太湖、洞庭湖、白洋淀等湖泊 湿地。迄今我国己有较多有关湿地退化的综合研究我国湿地退化的现状研究包括高原湿地， 在内1 7 。2 3 1 。高原湿地的湿地退化现状主要是：湿地沙化、盐碱化，地表径流的减少导致草场退 化，湿地萎缩【2 4 之5 1 。很多研究者都认为生物多样性水平的降低是湿地生态系统退化的主要特 征 2 6 。3 0 ，16 1 ，但是后源、郭正刚等在对黄河首曲湿地的退化研究中发现，多样性指数和丰富度 指数是增大的，而均匀度指数则是先增后降的【3 1 1 。倪志英在对大小兴安岭退化森林湿地的演 替规律研究中发现，人工千扰使森林湿地过渡带的群落多样性程度提高【3 2 】。因此，不能单纯 地以多样性程度来判断湿地是退化的。肖德荣等在对纳帕海湿地原生沼泽、退化草甸和退化 人工开垦农田三种湿地生态系统的研究中发现，植物物种丰富度与多样性随湿地退化演替呈 增加趋势，并认为湿地的退化是功能的退化，纳帕海湿地在演替过程中，虽然湿地植物物种 2 塑鍪查奎堂堡主笙苎_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_。_。 多样性得到增加，但作为维持湿地功能的水生、湿生植被减少，湿地功能早期对于湿地退化 的现状研究，大多以湿地面积缩减的现象为主，另外还包括水质变化、湿地植被的退化与消 失、蓄水能力的降低、水生生物的减少和生产力降低等直观表面的退化现象【3 3 1 。近年来，研 究者开始定量地研究湿地退化的一些表征。从理论上研究，主要是对湿地退化的特征进行总 结，安娜等总结为四个方面：功能面积减少、系统物质能量流失衡、组织结构破坏、生态功能 减弱3 4 1 。肖德荣等认为在实际研究中，面积减弱，出现明显的退化趋势，湿地退化应从湿地 功能价值方面进行综合分析1 3 引。 在环境变化和人类不合理的开发利用下，湿地出现一系列的退化，直接影响到景观和其 调节环境的功能。研究湿地退化已成为国内外学者的研究热点。但国内外研究多集中于退化 的宏观表征，譬如湿地出现大面积减少、湿地的物种发生演替和退化，还有学者研究其退化 的原因，譬如气候的变化尤其是气候变暖引起湿地出现不同的退化现象，土地利用、过度放 牧等人为因素引起湿地变化，或者研究退化后湿地中营养成分的变化3 4 。3 9 】。张建峰等研究表 明湿地退化，植被发生演变，土壤水盐运动是盐渍土演变过程的核心，也是影响湿地植被演 替的重要因素【4 0 】。熊远清等研究结果为若尔盖湿地由沼泽草甸向草原草甸和沙化草甸的退化 过程中，土壤容重显著增加，毛管孔隙度和总孔隙度显著下降【4 1 】，郑明喜研究得出随着水分 条件的改善，恢复区植被呈现出正向演替；恢复区土壤含水量明显高于未恢复区，p h 值明显 降低，土壤有机质含量高于未恢复区，土壤全氮、全磷含量变化不大。淡水资源仍是制约退 化湿地恢复的关键因素【4 2 】。后源等研究发现黄河首曲湿地自然退化过程中，湿地植物丰富度 指数和多样性指数逐渐增大，优势度指数却逐渐减小，均匀度指数先降低后增加，植物物种 多样性总体上表现为增加的态势【4 3 】。湿地退化表现为土壤水分呈降低趋势、土壤容重则呈现 升高的变化规律畔】。但从个体表征及群落角度综合研究有关放牧对湿地植物群落和土壤影响 的表征，进而探究机理的研究成果较少。 1 2 2 湿地退化原因及机制研究 湿地退化过程和机制湿地退化的指标及指标体系建立是当前国际湿地科学研究前沿领域 的热点问题【4 5 4 8 1 。湿地退化的研究，始于上世纪7 0 年代，研究的对象都是在工业化和城市化 的背景下的退化湿地。湿地退化的原因，主要是人为因素，但是也有自然因素。其中，自然 因素的影响主要包括气候变化、土壤沙化及盐碱化、河流水量变化、断流、风浪侵蚀、地壳 运动等，往往这类因素的变化对湿地的影响是巨大的和不可逆转的。湿地退化最根本的原因 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 是人口压力，农牧业发展对湿地的破坏和开垦，工业化发展对湿地的污染、对湿地资源的过 度利用、水利工程措施对湿地生境的破坏、城市开发对湿地的侵占等是我国湿地退化的主要 原因【3 4 1 。各类型湿地退化的原因各有不同，高原湿地退化的原因中，自然气候的变化占有的 分量较重，降水量减少，蒸发量增大，径流量减少对湿地退化有显著的作用，而最近几年人 口数量、农业发展和畜牧的增多使用水量迅速的增加，加剧了湿地退化的过程【5 0 ，2 5 ，3 3 1 。其他 各类湿地的退化主要原因都是严重的人为干扰，比如围垦、污染、过度捕捞、城市水利建设 等人类活动。在各种湿地退化原因的研究中，对使湿地退化主要因素的主导因子进行分析的 并不多，大多是定性分析。刘春兰在对白洋淀湿地的退化研究中，确定了决定性因素是水文 特征，并主要从这一角度进行分析，结果表明：水文特征的变化会引起湿地生态系统的结构和 功能等生态特征发生改变，其中降水的减少和上游水源区对进入湿地水量的控制作用最为重 要，白洋淀湿地的退化与气候持续干早和水源区不断兴修的水利工程极大地减少了湿地入水 量密切相关【5 。 尽管湿地退化机制研究己经成为湿地研究的新热点问题，但是目前大多数关于湿地退化 机制研究还停留在原因分析的因果关系上，对于真正的内在驱动力响应机制研究甚少。卞建 民对向海湿地生态环境退化机制研究中，在湿地生态环境的背景条件及湿地现状分析的基础 上，认为自然环境的脆弱是湿地退化的前提，而上游截流、水利建设及土地不合理开发而引 起的湿地水量减少是湿地退化的主要原斟5 2 】；章光新系统分析了嫩江中下游湿地生态水文功 能退化的自然因素与人为因素，以为气候变化引起的温度和降水变化，及人为活动的对水资 源大量利用和水利工程，导致的湿地水量减少和工农业污染是湿地水文功能退化的主要机制 【5 3 1 。赵振勇对塔里木河下游荒漠生态系统退化机制的研究，包维楷对崛江上游山地生态系统 退化机制的研究都发现：生物群落的不稳定性和环境的脆弱性使生态系统具有潜在的退化危 险，强烈的人为干扰则导致地下水位下降，植被衰退，土壤退化和生物多样性降低，生态环 境恶劣，因此，生态系统的脆弱和不稳定性是退化的内因，人为干扰是驱动力【54 1 。可见高原 水源区的湿地生态系统的退化主要是水量减少，但并无水量变化与退化因子之间的相关性定 量分析。土壤盐碱化，加快了植物群落的退化演替，植物的退化又反作用于土壤，使土壤的 理化性状向着不利于植物生长的方向转化，二者相辅相成，紧密联系【5 5 1 。土壤水盐运动是盐 渍土演变过程的核心，也是影响湿地植被演替的重要因素。湿地的重要特征是季节性或常年 处于积水状态，水是湿地形成的最根本的原因，也是其生态过程的主要控制因子水资源的缺 乏及水文过程的改变是湿地退化的主要原因1 56 。其中我国对高原湿地退化机理的研究不够深 堕茎查奎堂堡主鲨苎 入，缺乏对引发湿地退化及引起不同程度湿地退化强度阈值的定量研究，忽略了从生物学生 物地球化学生态学层面定性定量地探究高原湿地退化的深层机制，未触及高原湿地退化的本 质原因【5 7 j 。 而在草地生态学领域，前人对其表征及机理的研究较为成熟 5 8 耐】。放牧对地带性草原生 态系统影响的研究已经非常细致深入，涉及草原植物群落特征、生物多样性【6 引、草原生产力 矧、土壤理化性质6 刀以及植物群落退化演替机理【6 8 1 等诸多方面。然而，放牧对湿地生态系统 影响的研究并不多见。草地退化的机理性环节是群落中植物个体的小型化和根系分布的浅层 化【6 1 1 ，从而引起以植物群落生产力下降和优势种更替为主要特征的草原生态系统退化。典型 草原放牧退化的表现为土壤养分含量降低，特别是土壤有机碳，全氮、全磷【7 0 】，土壤紧实 度增加，并在表层出现紧实层【6 1 1 ，土壤理化性质发生变化，偏向于盐碱化，土壤p h 增加【7 1 。7 2 】， 其中，践踏通过改变土壤的性质影响湿地地上生物量现存量：减少土壤孔隙，导致土壤水分 减少，土壤紧实度增加；土壤水分和根量的进一步减少，又加剧土壤紧实度。湿地土壤中的 大孔隙是运输水分的主要通道，它的减少限制了水分和营养物质向根部的运输1 7 3 。 1 3 研究的目的和意义 本文利用天然条件下放牧围栏内外进行比较研究，从个体表征及群落角度较全面地研究 了退化湿地与围栏恢复条件下不同的特点，初步探讨了过度放牧下内蒙古高原河流湿地的变 化情况，探讨在长期放牧的影响下，河漫滩湿地作为维系草原区畜牧业的虽后支柱，其退化 后在植物个体、群落和土壤条件等方面又表征如何? 放牧导致湿地退化，其土壤的养分含量 及理化性质空问分布如何，退化的机制是什么? 湿地作为典型草原的毗邻区，放牧对其影响 是否和典型草原的相同，以此为基础以期为今后揭示其退化机制，提出合理的恢复措施奠定 基础。其研究结果对于恢复生态学是很好的资料，对于退化湿地的恢复与治理有一定意义。 从国家战略和需求的角度，湿地学的任务就是要以保护湿地、维护湿地多样性、改善生态环 境、促进可持续发展为宗旨。 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 第二章研究区概况 2 1 研究区自然概况 本研究选择的实验区位于锡林河流域中游地区，行政区属锡林郭勒盟白音锡勒牧场。该 牧场地理坐标为4 3 0 2 6 ，n 4 4 。0 8 ，n ，1 1 6 。0 4 7 e 1 1 7 。0 5 7 e ，南与赤峰市克什克腾旗、东 与西乌珠穆沁旗相连，东南毗邻大兴安岭余脉，西南接灰腾梁玄武岩台地，全场面积3 ，8 0 3 k m 。 2 1 1 气候特征 在中国气候区划上，锡林河流域属于中温带半干旱区，其气候类型属于大陆性气候中的 温带草原气候，四季分明。受蒙古高压影响秋冬季寒冷漫长，夏季短促，无霜期短；春季由 于多气旋过境，常有大风，夏季气候暖湿，而秋冬季受蒙古高压的控制，寒冷干燥。本区年 平均气温0 1 ，气温年较差和日较差较大，无霜期。最冷月1 月份平均气温2 2 o ，最热 月7 月份平均气温1 8 3 。降雨通常集中于7 8 月，占年降水5 0 6 0 ，降水年变幅较大。 该区域处于内蒙古高原中部的典型草原带内，草原群落主要包括典型草原和草甸草原， 典型草原有：羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原等。又有东侧的大兴安岭，锡林河流经 此区域，局部有一定面积的湿地，湿地植被类型具有多样性和复杂性。还有浑善达克沙地东 北端的一个条带，榆树疏林、灌丛、草本镶嵌分布，形成独特的沙生植被。本实验区植被为 低湿地上所发育的沼泽、草甸和水生植被植被，物种多样性较耐件7 5 1 。 该区属内蒙古高平原中部的锡林郭勒高平原丘陵部分，区域地势东南高达1 5 0 0 m 以上， 西北底至约9 0 0 m 。地形以低山丘陵为特征，坡度较缓，低山相对高差不大于3 0 0 m ，丘陵相 对起伏3 0 1 5 0 m 。该区的主要河流为内陆河锡林河，总长1 7 5 k m ，流域面积3 ，9 0 0 h 2 ，自东 塑鍪直奎兰婴主笙茎 -_-_-_-_-_-_-_-_-_-_。_。-_-_-_。_-。_。_。_-_-_。-。_。_。1一 南部白音查干淖尔发源流向并消失于西北部的自音淖尔，大体上把本区分成南北地貌类型明 显不太那个的两大部分。南部为明显的三级玄武岩台地景观，而北部则是蒙古构造剥蚀高平 原的一部分，以低山丘陵和塔拉相间分布为特征，中间则是绵延东西的风成的固定沙带。在 试验区中还有位于锡林河及支流之间的浑善达克沙地的东北端沙带，宽度最大达1 0 虹，沙丘 相对起伏约为1 0 2 0 m 。 2 2 样地的选择 本实验研究样地位于内蒙古锡林河中游中国科学院内蒙古草原生态系统定位站西侧5 0 0 m 处，植被为河漫滩湿草甸类型。地理坐标为：4 3 。3 7 4 0 ”n ， 1 1 6 。4 1 1 1 ”e ，海拔1 1 7 7m 。放 牧退化湿地为天然放牧草地，多年来是附近家畜获得饮水的地方。由于该湿地为家畜饮水的 必经之地，家畜每日且行且啃，使该湿地在利用上不可避免地存在着超载过牧现象。未退化 湿地样地于多年围封，冬季不放牧。将其设置为退化的终点、恢复的起点，参照此点和封育 后的湿地进行比较，研究湿地退化的表征及机制。 本项研究以锡林河流域河漫滩放牧退化湿地及围封保育湿地为研究对象，二者仅以围栏 ( 图2 1 横坐标3 5m 处) 相隔，初始环境条件一致。按照地形、围栏内外，可分为低河漫滩湿 地( a l 、a 2 、b 1 、b 2 ) 、过渡带( c 1 、c 2 ) 及高河漫滩湿地( d 1 、d 2 ) ，三块地带高度差在5 0c m 以上，参见图2 1 。以此设置，从而消除围栏内外地形对实验结果造成影响。 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 12 0 l 】0 1o o 9 0 8 0 7 0 荸6 0 一= “ 立兰 5 0 4 0 3 0 2 0 l o 0 6 0 5 0 4 03 02 0 1 0o 宽度w i d t h ( m ) i 翟王a l i t i t u d e ( n 1 ) 17 6 6 17 6 5 1 7 6 4 1 7 6 ，3 1 7 6 2 1 7 6 1 1 7 6 o 1 7 5 9 1 7 5 8 l7 5 7 l7 5 6 17 5 5 上7 5 4 1 7 5 3 1 7 5 2 1 7 5 1 17 5 o 1 7 4 9 17 4 8 1 7 4 7 1 7 4 6 17 j 气 图2 1 研究样地地形图。a 1 ，狭叶甜茅+ 散穗早熟禾群丛；b 1 ，灰脉苔草+ 针蔺群丛；c 1 ，灰脉苔草+ 狭叶 甜茅群丛；d 1 ，羊草+ 黄囊苔草群丛；a 2 ，灰脉苔草+ 灰背老鹳草群丛；b 2 7 羊草+ 黄花草木樨群丛；c 2 ，狭 叶甜茅+ 小糠草群丛；d 2 j 羊草+ 裂叶蒿群丛 f i g 2 1t o p o g r 印h i cm a po f t h es t u d ys i t e a 1 ，g 砂c g r f 口蔓p f c “，o j 口+ p o 口s “龟肠5 ，f g f 口f 臼a s s o c i a t i o n ；b 1 ， c 日，p xq p p g ”疣c “肠 口+ e ，p o c 向口r f sv 口，p c “f o s 口 a s s o c i a t i o n ；c1 ，c 口，已x ( 配p p 即( 疗c “肠 口+ g f 弦g ，。胁点p f e “肠s 口 a s s o c i a t j o n ；dl ，l 秒聊埘c ，2 加p ，2 s 括+ c 口r 蹦勋坩厶加5 幻fa s s o c i a t i o n ；a 2 ，c 口，。p x 彬 西c “肠幻+ g p ，口门f “m v 肠s s d w f 口玎“ma s s o c i a t i o n ；b 2 ，上够y ， “sc 厶f ”2 胛s 括+ a 妃，f 如f 淞( 晒酋c f ，z 盘，i sa s s o c i a t i o n ；c 27g b 记8 r 肠蔓p f c “肋s 臼 + 4 9 r d s f 妇g 和 伦口门a s s o c i a t i o n ；d 2 ，三皇) 聊z sc 向加p ”s 括+ 爿r 胞，卵妇f 口f 口胛口c p f 矿舀，i 口a s s o c i a t i o n 8 内蒙古大学硕士论文 表2 1 研究样地湿地植物群落类型及代号 t 妯2 1t h e 够p ea n dc o d eo fc o m m u n j t ) ri nr e s e a r c hp l o t s 附：植被水分生态类型：狭叶甜茅：湿生：散穗早熟禾：中生：灰脉苔草：湿生：针蔺：湿生：羊草：广 旱生；黄囊苔草：中生；灰背老鹳草：湿中生；黄花草木樨：中生；小糠草：中生；裂叶蒿：旱生。 9 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 第三章实验设计、研究方法和数据处理 3 1 1 研究区域地形的测定 3 1 实验方法 湿地的地形和水分密切相关，于2 0 1 0 年在研究区选取地形控制点，用g p s 确定高程， 然后选定长与宽，用黄色线做好边界标一记，在地形起伏点及群落边界用筷子定点后连成线， 用皮尺测定各点的横纵坐标，用光学经纬仪( t d j 6 e ) 对整个调查区进行高程测量。计算各个测 量点的高程。横纵坐标及高程分别标一记为x 、y 、z ，将测定好的数据转入e x c e l 2 0 0 3 软件 中。并基于g o l d e ns o s u f e r8 软件绘制了研究区地形分布图( 图2 1 ) 。 3 1 2 湿地植物群落组成及个体性状的测定 尽管放牧区仍然进行放牧，也存在一些的完整植物个体。野外调查与取样在2 0 1 0 年植物 生长季进行。平行于地形图中地势，在围栏内外按照低河漫滩湿地、过渡带及高河漫滩湿地 群落类型选择取样带，每个取样带重复做3 次群落样方( 2 5 c m 2 5 c m ) ，测定群落地上现存 生物量及密度，调查同一地形处湿地植物群落组成。基于t w n s p a n 软件对湿地植物群落 进行分类，确定建群种。 根据湿地植物群落组成，选取围栏内外共有种，测定其营养枝高度或者生殖枝高度、植 物节问长及对应叶长、叶宽。围栏外选取完整( 未被啃食) 植株个体进行测定。 3 1 3 土壤理化性状及湿地植物群落地下根生物量的测定 于2 0 1 0 年在湿地植物群落样方调查处利用直径为4 c m 的土钻钻取新鲜土样，然后放入 预热好的烘箱中烘烤1 2 h ( 1 0 5 ) 。在干燥中冷却至室温，立即称重，计算土壤含水量。重复 3 次测定o 1 0 c m 、1 0 2 0 c m 、2 0 3 0 c m 、3 0 4 0 c m 、4 0 5 0 c m 等层次土壤含水量，并用体积为 堕鍪直奎堂堡主堡苎 1 0 0 c m 3 土壤环刀取土，测定土壤容重。土壤样品于烘箱中1 0 8 下烘干至恒重，测定土壤含 水量、土壤容重。同时取土，自然风干，进行室内实验。 利用根钻( 直径= 8 c m ) 分层采集地下根量样品。由地表向下每1 0 c m 为1 层，依次向下 采集，取样深度为5 0 c m 。每个样方同一层深度取2 钻，将2 钻样品混合，混合后的样品用水 冲洗去除土壤后，将干净的根样放入纸质信封中带回实验室，6 5o c 条件下烘干至恒重后称重。 3 1 4 土壤微生物生物量碳、氮测定 采用改进的氯仿熏蒸浸提法：称取相当于烘干土重2 0 9 ( 精确o 0 0 1 ) 的鲜土，放入1 0 0 i i l l 的小烧杯中，连同盛有6 0 m l 去掉酒精的氯仿的小烧杯，一起放入真空干燥器内，其底部加入 少量水和稀碱( 1 n 1 0 1 l 。n a o h ) 。用真空泵抽真空，使氯仿沸腾，并持续2m i n 。将干燥器放入 2 5 的生化培养箱中，培养2 4 h 后，取出氯仿，除尽干燥器底部的碱，再用真空泵反复抽气 将氯仿抽尽。向土样中加入0 5 m 0 1 l 。1 硫酸钾溶液4 0 m 1 ( 水土比约为4 ：1 ) ，于2 5 ，2 0 0r m i n ， 振荡3 0 m i n 后过滤，滤液立即进行碳和氮的测定或放入1 5 下保存。熏蒸开始时，取等量土 样作对照。土壤微生物量碳的测定采用重铬酸钾氧化滴定法，土壤微生物量氮的测定采用半 微量凯氏定氮法。 3 1 5 土壤粒径测定 将取回的每份土样风干，分别先过2 m m 的筛子，将大于2 m m 粒径的土样收集并称重， 再将剩余的样品过1 m m 的筛子，同样将筛子上下的土样全部收集、称重、作记录，然后配置 0 0 0 5 m o1 l 的六偏琳酸纳，用万分之一的天平称取0 0 5 9 的1 n u n 筛下物，加六偏琳酸纳溶液， 放置在超生波震荡仪中，在6 0 赫兹的频率下震荡3 m i n ，将溶液取出放入美国m i c r o t r a c 公司 的土壤粒径仪s 3 5 0 0 中进行粒径的测量，并记录数据。 3 1 6 土壤总有机碳测定 将土钻法取得的土样自然风干后，挑除植物根系等杂物，过2 删n 筛，采用四分法取出适 量土壤样品，用r e t s c l l i m l 0 0 球磨仪磨碎，并过1 0 0 目筛，装入纸袋。有机碳采用德国元素 分析仪l i q u it o c 测定。 内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征及退化机制研究 3 1 7 土壤盐度和p h 值测定 称取通过1 衄筛孔的风干土1 0 包，放入5 0 0 m l 的三角瓶中，加刚沸过的蒸馏水2 5 0 1 1 1 l ( 水 土比2 5 ：1 1 ，盖好瓶塞，在振荡机上震荡3 皿，使土粒充分分散，静置3 0 m i n 后，吸取土壤 浸出液3 0 4 0 m 1 ，放在5 0 m l 的小烧杯，采用s p e c 扭】i ni q l 5 0 土壤原位p h 计测定p h 值，把 电极放入待测液中央，待p h 计显示屏上的数据自动判定终点后记下数据，每个样品做三个 重复。 3 1 8 土壤全氮、全磷的测定 准确称取通过1 0 0 目筛子的风干土样0 5 0 0 0 1 o o o o g ，置于5 0 m l 开氏瓶( 或1 0 0 m l 消化管) 中，利用u d k l 4 2 + d k 2 0 全自动凯氏定氮仪测定土壤全氮含量。土壤全磷利用采 h c l 0 4 h 2 s 0 4 法测定。 3 1 9 土壤紧实度测定 于2 0 1 1 年采用s p e c t l l 】m6 1 1 0f s 土壤硬度器实地测定土壤紧实度，多次测定求平均值。 于2 0 1 1 年在样方的周围随机用环刀取原状土，每一深度取三个平行样，取出后环刀两侧 用棉团或柔软的纸垫住，用胶带缠绕固定，带回实验室后，用小刀将土块的一侧尽量削平整， 这样有利于相机对焦，用吸耳球将表层浮土吹掉，用装有数码相机的体视显微镜( 2 0 0 x x t - 1 ) 进行拍照，每一个环刀拍摄1 5 2 0 张，尽可能将细节拍摄全面。 3 2 数据处理 数据的分析、统计处理基于s p s s l 6 o 软件完成。 1 2 内蒙古大学硕士论文 第四章结果与分析 4 1 1 湿地植物群落建群种的差异 湿地的退化首先表现为湿地生态系统组成成分和结构的变化。尽管仅围栏之隔，围封保 育湿地和放牧退化湿地的植物群落组成存在较大差异。围封保育湿地中，湿地植物群落类型 为：狭叶甜茅( g 饥订砌妒f c “励5 力+ 散穗早熟禾口d 日5 “蜘魄记脚群丛( a 1 ) 、灰脉苔草( c 白慨 唧朔历c 扰肠幻) + 针蔺( e 彪d c 办甜妇耽c ”肠s 口) 群丛( b 1 ) 、灰脉苔草( c 切脚卿阴妣z f 肠幻) + 狭叶甜 茅( g 纱c p 厂砌印记“肠s 口) 群丛( c 1 ) 和羊草犯砂聊螂如f 船p 聆s 如) + 黄囊苔草( c 口麟勋坶砌访舫f ) 群丛 ( d 1 ) ，各群落呈条带状分布格局。与围栏内地形相对应，放牧退化湿地植物群落类型为：灰 脉苔草( c 伽髓卿册坊c “肠幻) + 灰背老鹳草( g p 阳聆f “m 讥酣o w 砌刀“聊) 群丛( a 2 ) 、羊草只朋淞 幽f 船p 聆s 西)+ 黄花草木樨( _ 匏，f d f 螂q 历c 砌口z 如) 群丛( b 2 ) 、狭叶甜茅( g 纱c p 厂砌印f c “肠j 口) + 小糠草 0 9 加s 胁g i l 弘玎纪口) 群丛( c 2 ) 、羊草哆) ，m 螂幽加p 咒s 捃) + 裂叶蒿 r 纪聊括砌细门口c p f 咖，柳群丛( d 2 ) ( 见图2 1 和表2 1 ) 。同一地形高程处，围封保育湿地以湿生植物建群，而放牧退化湿地以耐 旱植物建群，原有湿生植物逐渐向旱生化转变( 表2 1 ) 。且在围栏外放牧退化的高河漫滩湿 地植物群落中出现大量的裂叶蒿口，耙m 括勋勉 口c p 六如，柳、冷蒿似胞m 如妇夕袒如) 等退化指示 植物。 4 1 2 湿地植物群落地上生物量差异 植物群落地上生物量是衡量生态系统生产力的重要指标，生态系统退化的最直接表现是 群落地上生物量的减少，群落生产力的下斛6 1 1 。围封保育湿地植物群落的地上生物量显著高 于围栏外放牧退化湿地植物群落的地上生物量( 图4 1 ) ( s i g 0 5 ) 。这些数据充分说明了在放牧 的影响下湿地的生产力下降，湿地生态系统退化。 皂 i 要 霎 刊 _ 1 围封保育湿地 圈2 放牧退化湿地 群落类型t y p eo fc o 删 n u n i t ) ， 图4 1 研究区围栏内外地上生物量的变化 f i g 4 1t h ec h a l l g eo fa b o v e g r o u l l db i o m a l s sb e h v e e ne n c l o s l l r ea 1 1 d 伊l z i n gi i lr e s e a r c ha r e a 注：a ：a 1 、a 2 群丛所在的水平地带；b ：b 1 、b 2 群丛所在的水平地带；c ：c 1 、c 2 群丛所在的水平地带；d ：d 1 、d 2 群丛所在的水平地带。其中，a 1 ：狭叶甜茅+ 散穗早熟禾 群丛；bl ：灰脉苔草+ 针蔺群丛；c 1 ：灰脉苔草+ 狭叶甜茅群丛；d l ：羊草+ 黄囊苔草群丛； a 2 ：灰脉苔草+ 灰背老鹳草群丛；b 2 ：羊草+ 黄花草木樨群丛；c 2 ：狭叶甜茅+ 小糠草群丛； d 2 羊草+ 裂叶蒿群丛。下同。 4 1 3 植株高度、植物茎节及对应植物叶片长度和宽度的差异 植株高度是既可反映群落外貌，又体现个体大小的定量指标【2 2 1 。在上述围栏内外选取3 种共有植物，每种植物在围栏内外各随机选取1 0 0 株完整个体，测定其株高、节间长、叶长、 叶宽。结果表明：放牧退化湿地植物群落中各植物的植株高度远低于围封保育湿地，且放牧 退化湿地中植物节间明显缩短，植物叶片长度、叶片宽度亦显著变小，呈现明显植物“个体小 型化现象”( 表4 2 ) ，此与草原生态系统的研究结果一致6 1 1 。 1 4 0 0 0 o o o o 0 o o 鲫加如加 加 内蒙古大学硕士论文 表4 2 在不同群落状态下植株高度、节间长度和叶片大小的差异 1 r a b4 2t h ed i f f e r e n c eo fp i a n th e i g h t p i a n ti n t e r n o d ei e n g t ha n do ft h ei e n g t ha n dw i d t ho fl e a fb l a d e s i nd i 仃b r e n t c o m m u n i t i e s ( c m ) 类别( c m ) 小糠草 散穗早熟禾狭叶甜茅 a g r n s t i s 窨谵口n t c 口p o ns m 和刚g i a l e g b c e r i ns p i 锄l o s n 围封保育放牧退化围封保育 放牧退化围封保育放牧退化 f e c e d g r a z e df e n c e dg r a z e d f e c e dg r a z e d 植株高度p l a mh e i g h t 8 2 2 l 士1 1 7 25 2 1 7 士5 6 65 6 9 5 士1 5 4 4 2 7 1 6 士7 7 74 9 4 趾1 2 5 72 4 5 8 士6 8 1 第一节间ls ti m e m