全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金重点项目 (91025002); 国家自然科学基金面上项目 (30970492, 91025024);国家科技支撑计划课题 ( No.
2012BAC08B05);中国科学院重点部署项目(No. KZZD鄄EW鄄04鄄05)
收稿日期:2011鄄10鄄10; 摇 摇 修订日期:2012鄄03鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: qifeng@ lzb. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110101484
鱼腾飞,冯起,刘蔚,司建华,席海洋,陈丽娟.黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系.生态学报,2012,32(22):7009鄄7017.
Yu T F, Feng Q, Liu W, Si J H, Xi H Y, Chen L J. Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the
lower reaches of Heihe River, Northwestern China. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):7009鄄7017.
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应
及其与植被生长的关系
鱼腾飞1,冯摇 起1,2,*,刘摇 蔚2,司建华2,席海洋2,陈丽娟2
(1. 兰州大学 西部环境与气候变化研究院,兰州摇 730000;
2. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所 阿拉善荒漠生态水文试验研究站,兰州摇 730000)
摘要:生态输水作为一项改善黑河下游生态环境的人工输水工程,研究土壤水盐与地表植被对输水的响应对于下游植被的恢复
与重建具有重要的理论和实践意义。 以 2001 年和 2010 年野外土壤和植物样方调查资料为基础,探讨了黑河下游土壤水盐对
生态输水的响应及其与植被生长的关系,结果表明:(1)输水后不同深度土壤含水率的增加幅度依次为:胡杨林>柽柳林>草地;
(2)不同群落土壤含盐量的增加幅度依次为:苦豆子>柽柳>梭梭>胡杨;同时,土壤盐分主要以 HCO-3 和 Na
+为主的轻度盐化土
向以 SO2-4 、Cl
-及 Ca2+等为主的中度和强度盐化土转化;(3)以胡杨为例,土壤含水率小于 6%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正
相关,但大于 6%时,冠幅和密度分别介于 40—70 m2 和 0. 5—5株 / 100m2 之间;同样,土壤水溶性盐含量小于 1%时,密度和冠
幅与土壤含水率呈正相关,但大于 1%时,密度在 0. 5—5株 / 100m2 之间,造成上述结果的原因更多是群落的一种“自然稀疏冶
现象。
关键词:生态输水;土壤水盐;地表植被;响应过程;黑河下游
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with
plant growth at the lower reaches of Heihe River, Northwestern China
YU Tengfei1, FENG Qi1,2,*, LIU Wei2,SI Jianhua2, XI Haiyang2, CHEN Lijuan2
1 Research School of Arid Environment & Climate Change, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
2 Alashan Desert Eco鄄hydrology Experimental Research Station, Cold and Arid Region Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of
Sciences; Lanzhou 730000, China
Abstract: The Heihe River is the second longest inland river in China. The eco鄄environmental problems of the oasis in the
lower reaches of Heihe River have markedly deteriorated over the past several decades because of the comprehensive effects
of a number of factors. These factors include the continuous decrease in the discharge water of the Heihe River, human and
animal population growth, increase of socio鄄economic activities, and climate warming. Water deliveries have been
conducted by the Heihe River Bureau since 2000 to address the existing eco鄄environmental problems. Several scientific and
realistic issues concerning this significant artificial water delivery project include the response process and mechanism of the
eco鄄environment involving vegetation restoration and reconstruction brought about by water deliveries in the lower reaches of
Heihe River. The responses of soil water and salinity variation to water deliveries were presented based on the investigation
of soil and plant plots in 2001 and 2010. This paper aimed to evaluate the variance in the soil moisture and soil鄄soluble salt
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content before and after water deliveries in the lower reaches of Heihe River. The relationship between soil moisture, as well
as soil鄄soluble salt content, and vegetation growth variables was also determined.
The results indicated that the soil moisture content (SMC) increased at different depths after water deliveries in Heihe
River. The rate of increase varied with the different types of communities and could be arranged in the following order:
Populus euphratica > Tamarix chinensis > Herbal. Moreover, the soil鄄soluble salt content ( SSC) increased after water
deliveries at different depths because of the strong evaporation effects. The rate of increase could be arranged in following
the order: Sophora alopecuroides>T. chinensis>Haloxylon ammodendron>P. euphratica. In addition, it could be found in
the conversion of soil salinity type from slightly saline soil dominated by HCO-3 and Na
+ to medium and intense saline soil
mainly dominated by SO2-4 , Cl
- and Ca2+ . The average density and crown, with P. euphratica community as an example,
increased with increasing SMC of less than 6% , in which these values ranged from 40 m2 to 70 m2 and 0. 5 plants per 100
m2 to 5 plants per 100 m2 at an SMC of more than 6% , respectively. Similarly, the average density ranged from 0. 5 plants
per 100 m2 to 5 plants per 100 m2 with an SSC of more than 6% . However, the average crown did not decrease with an SSC
of more than 6% . Therefore, we conclude that the “self thinning冶 process of the P. euphratica community, rather than the
salt, caused stress to the plant growth.
Key Words: ecological water deliveries; soil鄄water salinity content; response process; plant growth; lower reaches of
Heihe River
干旱区内陆河流域的生态保育恢复是当前社会各界关注的热点问题[1]。 近几十年,西北内陆河流域生
态环境不断恶化,尤以下游更为严峻,根本原因在于不合理的水资源利用方式引起的下游水资源短缺对生物
生境的破坏,为了恢复和重建下游受损的生态系统就需要不断改善当地生境现状,主要措施之一是采用应急
生态输水进入下游河道,通过河道渗漏补给地下水以维持植被的正常生长。 生态输水通过大规模的水资源转
移来保护和恢复严重受损的生态系统,有效的保护了下游濒临灭绝的生物资源。 作为一项巨大的人工输水工
程,下游生态环境对生态输水的响应过程及机理是当前备受关注的科学问题[2鄄3]。 在自然界,土壤、植被与环
境是一个统一的有机整体,植被作为环境优劣的良好“指示剂冶,其生长状况又与土壤条件息息相关,土壤水
分和盐分(简称土壤水盐)动态及其与植被生长的相互作用关系成为影响局地环境变化的主要因素。 因此,
利用土壤水盐和植被的动态来探讨受人类活动作用而发生的环境质量和性状的变化是可行的。
黑河下游的额济纳绿洲,属西北内陆河流域极端干旱区荒漠绿洲,是保护河西走廊、西北乃至华北地区的
天然“绿色走廊冶。 近几十年来,在全球气候暖干化、上游下泄水量逐年减少、当地人畜数量增加及社会经济
活动增强等多重因素的共同作用下,额济纳绿洲生态环境急剧恶化,绿洲规模不断缩小,生态功能不断减弱,
其生态环境问题倍受社会各界关注[4鄄8]。 2000 年 7 月伊始,为恢复和重建受损的脆弱生态系统,国家紧急启
动以增加生态用水为目的的黑河下游生态输水工程,河水于 2002 年 10 月 17 日注入干涸 10a 之久的东居延
海,2003 年河水又进入干涸 40a 之久的西居延海[9]。 通过近 10 年的下游应急生态输水,黑河下游水资源时
空分布发生了重大变化,给下游生态环境带来积极的响应。 但是,值得思考的是,由于黑河下游地区强烈的蒸
散发引起土壤水分在向上运移的过程不断将土壤盐分带至表层,但稀少的降水量又不能将土壤表层的盐分淋
溶排走,致使土壤表层发生“富盐化冶现象,过多的土壤盐分必然危害到植物的正常生长[10鄄11]。 那么,如何理
解生态输水实施后下游“水鄄土鄄气鄄生冶要素的响应过程及机理成为指导生态输水工程建设的首要解决问题。
目前,对黑河下游生态输水的环境响应研究主要集中在植被与地下水变化等方面[12鄄16]。 已有研究表明:
输水后额济纳绿洲植被退化速度得到明显的遏制,局部地区还出现好转[12],胡杨林得到恢复,灌木得到部分
恢复,禾草草甸得到一定程度的恢复[13],在消除放牧等干扰因素的影响下,工程的实施有利于胡杨的根蘖繁
殖更新[14]。 不可否认,自输水工程实施以来,地下水抬升使下游植被得到一定程度的恢复,地下水与植被的
正反馈关系已得到确认[15鄄19]。 土壤作为地下水与植被之间联系的纽带,土壤水盐动态必然与间歇性输水引
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起的地下水波动密切关联[3],而这种波动变化会对地表植被产生一定的负反馈作用,但目前对于输水后的土
壤水盐动态及其植被的响应过程尚不明确。 有鉴于此,本文以黑河下游为研究对象,以 2001 和 2010 年两次
野外土壤调查资料为基础,结合野外植物样方调查,探讨黑河下游土壤水盐和地表植被对生态输水的响应过
程,以期为未来黑河下游植被的恢复与重建提供科学依据。
1摇 研究区概况
黑河在正义峡以下为下游,河道长 333 km,总面积约为 5. 99伊104 km2,其南与甘肃省鼎新盆地相邻,西以
马鬃山剥蚀山地为限,东接巴丹吉林沙漠,北抵中蒙边界。 地理位置为北纬 40毅20忆 —42毅41忆, 东经 97毅36忆 —
102毅08忆,海拔在 900—1100 m之间(图 1)。 该地区气候极端干旱,据额济纳气象站 1957—2011 年资料,年均
气温为 8. 77 益,相对湿度 33. 9% ,风速 3. 7 m / s, 降水量为 37. 40 mm,蒸发皿蒸发量为 3390. 26 mm,约为年
均降水量的 90 倍。 研究区植物种类贫乏,隶属于 49 科 151 属 268 种[20],植被类型以旱生、耐盐碱的亚洲中
部荒漠乔木、灌木和草本为主,主要分布在额济纳河两岸与湖积平原地带。 乔木以胡杨(Populus euphratica
Oliv. )和沙枣 ( Elaeagnus angustifolia L. )为主;灌木以柽柳 ( Tamarix chinensis Ledeb. )、梭梭 (Haloxylon
ammodendron (C. A. Mey. ) Bge. )为主,其次为黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr. )、白刺(Nitraria tangutorum
Bobr. )、骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap. ex Kell. et Shap. )等;草本植物以苦豆子(Sophora alopecuroides L. )、芦
苇(Phragmites communis Trin. )、芨芨草(Achnatherum splendens (Trin. ) Nevski)、骆驼蓬(Peganum harmala L. )
等为主。 该区土壤的类型较简单,属地带性灰棕漠土和石膏性灰棕漠土,天然绿洲内多为草甸土、盐化草甸土
和风沙土等,局部有盐化沼泽土和沼泽盐土出现。
2摇 材料及方法
根据额济纳绿洲植被沿河分布的特点,土壤样本按平行和垂直于河道布设采样点,分别于 2001 年和
2010 年的 9 月采集,样本数分别为 42 个和 45 个,利用 GPS 记录的经纬度将调查样点空间化(图 1)。 由于
2001 年调查的数据主要集中于绿洲核心区,因此分析的结果主要限于图 1 矩形区域内。 土壤含水率数据取
0—100 cm深度,按 20 cm间隔取 5 层,土壤盐分取表层 0—20 cm混合样。 土壤样本化学离子分析在室内进
行,其中:CO2-3 和 HCO
-
3 含量用双指示计-中和滴定法测定;Cl
-含量用硝酸汞容量法滴定;SO2-4 含量用 EDTA
间接滴定法测定;Ca2+、Mg2+含量用 EDTA(已二胺四乙酸二钠)方法测定;K+和 Na+含量用 410 火焰光度计法
测定。 土壤含水率(W,% )为重量含水量,采用烘干称重法测定。
结合土壤水盐调查过程,2001 年样方调查乔木为胡杨,样方面积不等,最小 5 m 伊5 m,最大 50 m 伊50 m,
分过熟、成熟、近熟、更新幼林分别调查;调查灌木主要为柽柳、黑果枸杞等,样方面积为 20 m伊20 m,每木检尺
乔木和灌木的高度、冠幅、胸径(或地径)等指标,调查草本主要为苦豆子、芦苇、芨芨草等,每个样地重复 1 m
伊1 m的小样方 3—5个,草本植物记录其株数、高度,并按样方统计盖度、频度等。 2010 年调查乔木和灌木以
布设样地(20 m伊20 m)为基本单位,对高度>1. 3 m 的乔木每木检尺,记载其树种、树高度、胸径、冠幅等,对高
度<1. 3 m 的乔木及林下灌木,记载其高度、冠幅及地径等;对于林下草本设置 5 个 1 m伊1 m 的小样方,分种记
载其株数、高度,并按样方统计多度、盖度等。
在此,有几点需要说明的是:(1)由于调查时间的限制,2001 年的土壤水分未能监测,输水是在 2000 年开
始的,由于土壤水分与地下水的关系非常密切,因此本文采用的输水前的土壤水分数据为 1998 年 5 个典型样
地不同深度的数据[ 21 ]。 (2)对于受地下水位变化影响较明显土壤盐分而言,用 2001 年的数据分析输水前土
壤盐分的变化存在一个真实性和代表性问题,所幸的是,虽然黑河输水从 2000 年开始,但由于最初下泄水量
少,大部分河水在没有注入东居延海以前就已经消耗殆尽,至 2002 年 7 月 17 日才最终进入东居延海。 因此,
2001 年的土壤盐分可以代表输水前与 2010 年进行比较。
3摇 结果分析
3. 1摇 输水前后土壤水分变化
输水前后不同植被类型下的土壤含水率变化见表 1。 由表 1 可见:胡杨林 80—140 cm变化最大,从 1998
1107摇 22 期 摇 摇 摇 鱼腾飞摇 等:黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 摇
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摇 图 1摇 调查植物样方及土壤采样点分布示意图(背景图为 2008 年黑河下游土地利用类型)
Fig. 1摇 Schematic representation of plant quadrat and soil sampling plots distribution, in which the base map was land use patterns at the
lower reaches of the Heihe River in 2008
年的 6%增加到 2010 年的 17. 36% ,增加了约 3 倍,20—80 cm 土壤含水率也增加了近 1 倍,表层 0—20 cm也
略有增加:从 4. 01% (均值)增加到 4. 27% ,但增加的幅度较小于其他各层。 由此可见:胡杨林土壤含水率表
层变化不大,而随着土壤深度的增加,输水后不同深度的增加速率明显高于输水前。 相比较而言,柽柳林、草
地在不同深度上的土壤含水率变化整体表现为增加的趋势,增加的幅度要小于胡杨林地。 而沙地土壤含水率
受地形、小气候等因素影响表现出减小趋势。 黑河下游土壤主要接受地下水的补给,具有明显的垂直分异性,
由于不同植物的生态水文效应差异造成不同群落土壤含水率也存在显著的差异,表现为:胡杨>柽柳>草地>
沙地。
土壤水分变化是降水、植物蒸腾、土壤蒸散、地表径流等一系列因素综合作用的结果[3]。 从水文过程角
2107 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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度考虑,目前的间歇性输水形式使得距离河道越近,地下水接受河道补给的水量越多,反之亦然[22]。 土壤水
分与地下水关系密切,其空间变化亦表现出类似特征。 图 2 显示了随着垂直河道距离的增加土壤含水率呈递
减的趋势:表层 0—20 cm和 20—40 cm相对比较稳定,土壤含水率分别在 0. 63%—6. 76%和 0. 79%—9. 64%
之间;然而 40—80 cm或 100 cm呈不稳定变化,土壤含水率在 1%—26%之间。 同时,图 2 及图 3 显示:无论
是输水前还是输水后不同群落下的干沙层确实存在,但不同的是输水后干沙层以下土壤含水率存在明显的增
加趋势,其有效的起到了防治土壤水分无效散失的作用,这对于幼林龄植物浅根系吸水以维持自身生长具有
重要的作用。
表 1摇 输水前后不同植被类型下的土壤含水率比较,2010 年数据为各采样点平均值 / %
Table 1摇 Compartionof the soil water content for different vegetation types before and after water deliveries, the means of sampling plots was
presented the data of 2010
土地利用类型
Land use pattern
土壤剖面深度 Depths of soil profile
0—20cm
1998 年 2010 年
20—80cm
1998 年 2010 年
80—140 cm
1998 年 2010 年
胡杨 Populus euphratica 1—5 4. 27 4—6 12. 9 6 17. 4
柽柳 Tamarix chinensis <1 5. 45 1—2 6. 91 2—6 7. 1
草地 Herbal 1—3 1. 54 1—5 5. 75 约 4 5. 6
沙地 Sand <1 0. 5 2—4 1. 27 3 0. 6
图 2摇 垂直河流方向不同深度土壤含水率变化(2010 年)
摇 Fig. 2 摇 Variation of soil water content under different depth
perpendicular to the river (2010)
3. 2 输水前后土壤盐分变化
由表 2 可见,输水后不同植被类型林下土壤水溶性
盐含量均有不同程度的增加。 其中:以胡杨为优势种的
乔木群落输水前后分别为 0. 961% 、0. 984% ,增加约
0郾 02 倍, 其中: 以二道桥增加最大, 增加速率为
0郾 466% ,其上的植被也由胡杨柽柳+苦豆子转化为胡
杨+芦苇;尤其值得指出的是,以柽柳为优势种的灌木
群落输水前后分别为 0. 504% 、1. 238% ,增加约 1. 6
倍,其上的群落结构发生明显演替,由以柽柳为主的多
物种共生向单一种群落类型转化,植被覆盖度明显变
小;以苦豆子为优势种的草本群落水溶性盐含量输水前
后分别为 0郾 114% 、0. 339% ,增加约 2 倍,群落类型以
苦豆子、花花柴、苏枸杞等多物种为主转化为以苦豆子
为单一种的群落;以梭梭为优势种的群落由 0. 082%增
加到 0郾 187% ,增加约 1. 3 倍,而古日乃湖区的盐沼土由 1. 775%增加到 5. 424% ,增加约 2. 1 倍,土壤盐渍化
程度非常高。 2001 年植被类型主要为梭梭+零星沙拐枣,在 2010 年调查期间梭梭已经大面积枯死,只有零星
分布一些耐盐碱的沙拐枣、白刺、芦苇等半灌木及草本植物。
在土壤水溶性盐含量增加的同时,土壤化学离子增加幅度的差异造成了土壤离子化学类型的演化(表
2)。 输水前,既有以重碳酸盐(HCO-3 鄄SO2
-
4 鄄Mg2
+)和硫酸盐(SO2-4 鄄Cl
- 鄄Na+)为主要成分的胡杨林地,也有以碳
酸盐(HCO-3 鄄Cl
- 鄄Na+)或氯化物(Cl- 鄄SO2-4 鄄Na
+)为主要成分的灌丛地和戈壁,反映了盐分来源的复杂性和影响
因素的多样性。 输水后,植被覆盖区主要以硫酸盐为主,包括 SO2-4 鄄Cl
- 鄄Na+型和 SO2-4 鄄HCO
-
3 鄄Ca2
+型两类,盐沼
土仍以氯化物形式存在(图 4)。 分析可知,输水前后土壤盐分变化主要以 HCO-3 和 Na
+为主的轻度盐化土
(1. 0%—2. 0% )向以 SO2-4 、Cl
-及 Ca2+等为主的中度盐化土(2. 0%—4. 0% )和强度盐化土(4. 0%—6. 0% )转
化。 对比发现,上述土壤离子类型与地下水离子类型基本一致:2001 年,黑河下游水化学类型主要有 HCO-3 鄄
SO2-4 鄄Na
+、Cl- 鄄SO2-4 鄄Na
+(Ca2+) 、HCO-3 - Cl
- 鄄Na+(Ca2+)、SO2-4 鄄Cl
- 鄄Na+和 SO2-4 鄄Cl 鄄Na
+(Ca2+ 鄄Mg2+)型[23];2010 年
3107摇 22 期 摇 摇 摇 鱼腾飞摇 等:黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 摇
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调查的地下水化学类型也主要以 SO2-4 鄄Cl
- 鄄Na+、HCO-3 鄄SO2
-
4 鄄Ca2
+和 Cl- 鄄SO2-4 鄄Na
+型为主。
表 2摇 输水前后不同植被类型下的表层(0—20cm)土壤盐分对比
Table 2摇 Comparation of surface soil salinity between 0cm to 20cm under different vegetation types before and after water deliveries
群落优势种
Dominant species
土壤水溶性盐含量 / %
Soil鄄soluble salt content
2001 2010
土壤离子化学类型
Chemical type of soil ion
2001 2010
胡杨摇 0. 961 0. 984 SO2-4 鄄Cl- 鄄Na+、HCO-3 鄄SO2-4 鄄Mg2+ SO2-4 鄄Cl- 鄄Na+、SO2-4 鄄HCO-3 -Ca2+
柽柳摇 0. 504 1. 238 SO2-4 鄄Cl--Ca2+ SO2-4 鄄Cl- 鄄Na+
梭梭摇 0. 082 0. 187 HCO-3 鄄Cl- 鄄Na+ SO2-4 -HCO-3 -Ca2+
苦豆子 0. 114 0. 339 HCO-3 鄄SO2-4 鄄Na+ SO2-4 -HCO-3 -Ca2+
盐沼土 1. 775 5. 424 Cl- 鄄SO2-4 鄄Na+ Cl- 鄄SO2-4 鄄Na+
图 3摇 输水前后土壤离子化学类型的变化
摇 Fig. 3 摇 Variation of chemical type of soil ion before and after
water deliveries
3. 3摇 土壤含水量与植被生长关系
荒漠植物生理生态特征与土壤含水率的变化密切
相关[19]。 以 2010 年调查的胡杨群落为例,土壤含水率
在 6%以下时的,胡杨群落的密度随土壤含水率的升高
呈增加的趋势,尤其是在土壤含水率低于 1%时,其密
度仅为 1. 3 株 / 100m2,在土壤含水率大于 6%时,植物
水分供应充足条件下,植被理应生长良好,但结果却是
密度小于 5 株 / 100m2,而冠幅基本维持在 40—70 m2 之
间(图 4)。 这一结果可用植物生长的“自然稀疏冶过
程[24]加以解释,即在土壤含水率超过 6% ,限制植物生
长的关键生态因子不再是水分状况,而是对光照和温度
的竞争,表现为冠幅先增加后稳定,密度先增后减,然后
趋于稳定。 结果表明:黑河输水使得下游植被得到一定
程度的恢复,但高大的乔木在水分限制得到缓解之后,
必然通过不断增加冠幅扩展生态位以获得更多的光照
资源,这对于林下植物的生长是非常不利的。
图 4摇 胡杨群落土壤含水率与密度及冠幅的关系
Fig. 4摇 Relationships between the soil water content and average of density and crown for Populus euphratica Oliv. community
3. 4摇 土壤含盐量与植被生长关系
同样,以 2010 年调查的胡杨群落为例,在土壤水溶性盐含量小于 1%时,胡杨群落的密度随水溶性盐含
量的增加呈减少的趋势,尤其是当水溶性盐含量不足 0. 5%基本不存在盐分胁迫,在水溶性盐含量大于 1%
4107 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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时,群落密度在 0. 5—5株 / 100m2(图 5)。 值得特别注意的是:胡杨群落平均冠幅随着土壤水溶性盐含量的增
加呈复杂的趋势(图 5)。 与土壤水分对植被生长的作用不同的是,土壤盐分在增加到一定程度后对胡杨冠幅
的影响并未出现明显的减小趋势,而对胡杨的密度增加却表现明显,可以认为是群落的“自然稀疏冶现象,而
非土壤盐分对植物生长的胁迫作用。
图 5摇 胡杨群落土壤水溶性盐含量与密度及冠幅的关系
Fig. 5摇 Relationships between the soil鄄soluble salt content and average of density and crown for Populus euphratica Oliv. community
4摇 结论与探讨
4. 1摇 输水后土壤水分变化
土壤含水率具有明显的垂直和水平分异性,且不同群落类型之间存在差异。 输水后不同深度土壤含水率
变化整体呈增加的趋势,然柽柳林和草地增加的幅度要小于胡杨林。 40 cm 以上土壤含水率变化相对稳定,
以下均表现为相对不稳定,尤其在 40—80 cm或 100 cm 的草本、灌木植被根系范围内,间歇性输水造成的这
种不稳定变化对于植物生长具有不利影响。 例如,一次灌水后草本植物迅速生长,与胡杨幼苗之间形成明显
的水分竞争关系,从而限制了其繁殖和生长,这对于下游植被恢复具有较大的不利影响。 这可以从当前黑河
下游现有林中成、过熟林比例高达 78%以上,疏、残林面积不断扩大,林相残败[25]等得到佐证。
4. 2摇 输水后土壤盐分变化
植物对于长期生长的土壤会产生一定的适应特性,不同的植被类型下土壤含盐量存在一定的差异,而输
水引起的地下水波动进一步加剧了这种差异。 不同植物群落水溶性盐含量输水前后均表现为不同程度的增
加:胡杨群落增加约 0. 02 倍;柽柳群落增加约 1. 6 倍,草本群落增加约 2 倍,梭梭群落增加 0. 105% ,更为严重
的是古日乃湖区的盐沼土由 1. 775%增加到 5. 424% ,增加了约 2. 1 倍,表层土壤盐渍化程度非常高。 同时,
输水后土壤盐分类型从以 HCO-3 和 Na
+为主的轻度盐化土(1. 0%—2. 0% )向以 SO2-4 、Cl
-及 Ca2+等为主的中
度盐化土(2. 0%—4. 0% )和强度盐化土(4. 0%—6. 0% )转化。 土壤水溶性盐含量受地下水影响,土壤离子
与地下水离子的类型基本一致。 由于强烈的蒸发作用使得输水后地下水抬升将大量盐分运移到土壤表面,造
成了弱耐盐性植物的大面积死亡,而作为世界百大入侵种的多枝柽柳耐盐碱和耐干旱的特性,使得其能够在
强土壤盐渍化环境下大量生长,同时由于其自身的泌盐特性,使得其林下土壤含盐量明显高于胡杨群落,同时
群落的物种多样性明显较低[25]。 因此,物种入侵造成的生物多样性锐减应引起人们的关注。
4. 3摇 土壤水盐含量与植被生长关系
以胡杨群落为例,其平均密度和冠幅在土壤含水率为 6%前后表现为不同的变化趋势:土壤含水率小于
6% ,胡杨群落的密度和冠幅与土壤含水率呈正相关;大于 6% ,冠幅基本维持 40—70 m2 之间,而密度呈先减
小后稳定的趋势。 同时,土壤含盐量与植物生长的关系也存在差异:土壤水溶性盐含量小于 1% ,平均密度随
土壤水溶性盐的增加而减小;大于 1% ,平均密度在 0. 5—5株 / 100m2 之间,而冠幅却表现为相反的变化趋势。
因此,笔者认为这是一种群落的“自然稀疏冶现象,而不是土壤对植物生长的盐分胁迫。 进一步说明植被在土
5107摇 22 期 摇 摇 摇 鱼腾飞摇 等:黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 摇
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壤含水量高、盐分含量低时生长较好;反之生长较差,甚至不能存活[26]。 例如,在调查的西河东岸 2 km 处的
一块样地中,胡杨生长良好,平均冠幅达 63. 27 m2,而林下除了苦豆子外,无灌木存在,其物种多样性水平很
低。 可见,黑河输水虽然在一定程度上使得下游植被规模得到恢复,但是否有利于群落稳定性乃至物种多样
性的保护还有待深入探讨。
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7107摇 22 期 摇 摇 摇 鱼腾飞摇 等:黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
…
……………………………………………………………………………………………
Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
…………………
…………………………………………………………………
Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
……………………………
………………………………………………………………………
The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
…………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
………………………
……………………………………………………………………………………
Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
…………………
………………………………………………………………………………
Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
………………………
……………………………………………………………………………………
A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
………………
………………………………………………………………………………
Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
……………
………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
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Vol郾 32摇 No郾 22 (November, 2012)
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