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 15 期摇 摇 2012 年 8 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响 张艳博,罗摇 鹏,孙摇 庚,等 (4605)…………
北京地区外来入侵植物分布特征及其影响因素 王苏铭,张摇 楠,于琳倩,等 (4618)……………………………
温带混交林碳水通量模拟及其对冠层分层方式的响应———耦合的气孔导度鄄光合作用鄄能量平衡模型
施婷婷,高玉芳,袁凤辉,等 (4630)
………
……………………………………………………………………………
洞庭湖景观格局变化及其对水文调蓄功能的影响 刘摇 娜,王克林,段亚锋 (4641)……………………………
大辽河口水环境污染生态风险评估 于摇 格,陈摇 静,张学庆,等 (4651)…………………………………………
标准化方法筛选参照点构建大型底栖动物生物完整性指数 渠晓东,刘志刚,张摇 远 (4661)…………………
不同年龄段大连群体菲律宾蛤仔 EST鄄SSR多样性 虞志飞,闫喜武,张跃环,等 (4673)………………………
基于地统计分析西印度洋黄鳍金枪鱼围网渔获量的空间异质性 杨晓明,戴小杰,朱国平 (4682)……………
广东罗坑自然保护区鳄蜥生境选择的季节性差异 武正军,戴冬亮,宁加佳,等 (4691)…………………………
甘肃兴隆山森林演替过程中的土壤理化性质 魏摇 强,凌摇 雷,柴春山,等 (4700)………………………………
短轮伐期毛白杨不同密度林分土壤有机碳和全氮动态 赵雪梅,孙向阳,康向阳,等 (4714)……………………
放牧对呼伦贝尔草地植物和土壤生态化学计量学特征的影响 丁小慧,宫摇 立,王东波,等 (4722)……………
UV鄄B辐射增强对抗除草剂转基因水稻 CH4 排放的影响 娄运生, 周文鳞 (4731)……………………………
基于核磁共振波谱的盐芥盐胁迫代谢组学分析 王新宇,王丽华,于摇 萍,等 (4737)……………………………
广西甘蔗根际高效联合固氮菌的筛选及鉴定 胡春锦,林摇 丽,史国英,等 (4745)………………………………
不同稻蟹生产模式对土壤活性有机碳和酶活性的影响 安摇 辉,刘鸣达,王耀晶,等 (4753)……………………
大兴安岭火烧迹地恢复初期土壤微生物群落特征 白爱芹,傅伯杰,曲来叶,等 (4762)…………………………
川西北冷杉林恢复过程中土壤动物群落动态 崔丽巍,刘世荣,刘兴良,等 (4772)………………………………
内生真菌角担子菌 B6 对连作西瓜土壤尖孢镰刀菌的影响 肖摇 逸,戴传超,王兴祥,等 (4784)………………
西江颗粒直链藻种群生态特征 王摇 超,赖子尼,李跃飞,等 (4793)………………………………………………
大型人工湿地生态可持续性评价 张依然,王仁卿,张摇 建,等 (4803)……………………………………………
孢粉、炭屑揭示的黔西高原 MIS3b期间古植被、古气候演变 赵增友,袁道先,石胜强,等 (4811)……………
树干径流对梭梭“肥岛冶和“盐岛冶效应的作用机制 李从娟,雷加强,徐新文,等 (4819)………………………
豆科作物鄄小麦轮作方式下旱地小麦花后干物质及养分累积、转移与产量的关系
杨摇 宁,赵护兵,王朝辉,等 (4827)
………………………………
……………………………………………………………………………
一次陆源降雨污水引起血红哈卡藻赤潮的成因 刘义豪,宋秀凯,靳摇 洋,等 (4836)……………………………
盐城国家级自然保护区景观格局变化及其驱动力 王艳芳,沈永明 (4844)………………………………………
城市屋顶绿化资源潜力评估及绿化策略分析———以深圳市福田中心区为例
邵天然,李超骕,曾摇 辉 (4852)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
黄河三角洲区域生态经济系统动态耦合过程及趋势 王介勇,吴建寨 (4861)……………………………………
重庆市生态功能区蝴蝶多样性参数 李爱民,邓合黎,马摇 琦 (4869)……………………………………………
专论与综述
干旱半干旱区不同环境因素对土壤呼吸影响研究进展 王新源,李玉霖,赵学勇,等 (4890)……………………
土壤呼吸的温度敏感性———全球变暖正负反馈的不确定因素 栾军伟,刘世荣 (4902)…………………………
森林土壤甲烷吸收的主控因子及其对增氮的响应研究进展 程淑兰,方华军,于贵瑞,等 (4914)………………
湖泊氮素氧化及脱氮过程研究进展 范俊楠,赵建伟,朱端卫 (4924)……………………………………………
研究简报
刈割对人工湿地风车草生长及污水净化效果的影响 吕改云,何怀东,杨丹菁,等 (4932)………………………
学术信息与动态
全球气候变化与粮食安全———2012 年 Planet Under Pressure国际会议述评 安艺明,赵文武 (4940)…………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄08
封面图说: 水杉是中国特有种,国家一级保护植物,有植物王国“活化石冶之称,是 1946 年由中国的植物学家在湖北的利川磨刀
溪发现的。 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,水杉确在中国川、鄂、湘边境
地带得以幸存,成为旷世奇珍。 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,枝叶繁茂,入秋后叶色金黄。 自发现后被人们在中国南方广泛种植,成为著名的绿化观赏植物,现在中国水
杉的子孙已遍及中国和世界 50 多个国家和地区。
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 15 期
2012 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 15
Aug. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金重点项目(41030530);中国科学院西部博士专项 (XBBS200904; XBBS200905)
收稿日期:2011鄄07鄄18; 摇 摇 修订日期:2012鄄02鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: desert@ ms. xjb. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201107181069
李从娟,雷加强,徐新文,王永东,范敬龙.树干径流对梭梭“肥岛冶和“盐岛冶效应的作用机制.生态学报,2012,32(15):4819鄄4826.
Li C J, Lei J Q, Xu X W, Wang Y D,Fan J L. The effects of stemflow on the formation of “Fertile Island冶 and “Salt Island冶 for Haloxylon ammodendron
Bge. Acta Ecologica Sinica,2012,32(15):4819鄄4826.
树干径流对梭梭“肥岛冶和“盐岛冶效应的作用机制
李从娟,雷加强*,徐新文,王永东,范敬龙
(中国科学院新疆生态与地理研究所,国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心,乌鲁木齐摇 830011)
摘要:为探明荒漠灌木个体周围土壤养分和盐分的空间分布及其成因,以荒漠灌木梭梭(Haloxylon ammodendron Bge. )为研究对
象,对其周围土壤 pH值,电导率,有机碳,全氮和有效磷的空间异质性以及树干径流的化学性质进行了研究。 结果表明:树干
周围出现显著的“肥岛冶效应,且土壤有机碳,全氮和有效磷的“肥岛冶作用范围发生在距主根大约 20—40 cm以内。 土壤 pH值
和电导率在主根周围 25 cm以内的值却显著低于外围,而在离主根 25 cm处出现了“盐岛冶,即在梭梭主根中心形成了一种高养
分、低盐和低 pH值的环境。 树干径流和自然降雨化学性质的对比研究表明:除 pH值和 CO2-3 外,树干径流中其他化学离子的
含量均显著高于自然降雨中的含量,说明这种高养分、低盐分的环境是由树干径流引起的,也就是树干径流带给土壤养分的同
时将盐分带走。
关键词:梭梭;肥岛;盐岛;树干径流
The effects of stemflow on the formation of “Fertile Island冶 and “Salt Island冶 for
Haloxylon ammodendron Bge
LI Congjuan, LEI Jiaqiang*, XU Xinwen, WANG Yongdong,FAN Jinglong
Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, National Engineering Technology Research Center for Desert鄄Oasis Ecological
Construction, Urumqi 830011, China
Abstract: Spatial heterogeneity is considered to be a ubiquitous feature in natural ecosystems. A typical example of spatial
heterogeneity in desert ecosystems is “ fertile islands冶 . Fertile islands are formed around small shrubs and are important
local and regional nutrient reserves that influence community structure and ecosystem function. They alter soil water and
nutrient contents which are the primary limiting factors for vegetation structure and production in arid ecosystems. These
fertile islands are formed where nutrients accumulate under the shrub canopy. In addition, soil pH and salinity have also
been shown to have significant differences between shrub canopies and interspaces. The development of fertile islands is
related to a number of factors but in arid land, the stemflow of shrubs could be a significant contributor in their development
as well as playing a major role in salinity redistribution. In this study, the distribution patterns of soil salinity and nutrients
around individual shrubs and the major influencing factors was investigated using Haloxylon ammodendron Bge. shrubs. The
heterogeneity of soil pH, electrical conductivity (EC), soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), and available
phosphorus (AP) was investigated. Soil samples were collected in circles of 2 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm and 50
cm radius around the taproot, with eight sampling points in each layer (48 points in total) . Results demonstrated that
significantly enriched SOC, TN and AP content at the shrub center, which extended to 20—40 cm from the taproot.
Conversely, soil pH and EC were significantly lower at 0—25 cm from the taproot, indicating that the fertile island is also
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an area of low alkalinity / salinity. Water has been regarded as the focus of soil nutrient reduction and redistribution in arid
and semiarid regions. Stemflow is considered to be a major source of soil moisture in desert ecosystems, and also a
significant influence on runoff generation, soil erosion, groundwater recharge, spatial patterning of soil resources and the
distribution of understory vegetation and epiphytes. Therefore, the chemical properties of the shrub stemflow and bulk
precipitation were also evaluated in this study to determine the contribution of stemflow to the formation of fertile islands and
the distribution of soil salinity. The results revealed the stemflow funneling ratio of H. ammodendron was 46. 4 which
indicated large amounts of rainwater were accumulated through the shrub stem and consequently, moisture was higher at the
shrub center. The chemical properties of stemflow were significantly higher (P<0. 05) than the bulk precipitation except
pH and CO2-3 . Compared with bulk precipitation, the accumulation ratios of PO
3-
4 , NO
-
3, NH
+
4, K
+, Na+, Ca2+, Mg2+,
HCO-3, Cl
- and SO2-4 in stemflow were from 3. 30 to 34. 87. This indicates the much higher nutrient and salinity content in
stemflow compared with bulk precipitation. There was no difference in pH between bulk precipitation and stemflow. These
results demonstrated the fertile island effect of higher nutrients and lower salinity around the taproot likely formed by
stemflow. It also demonstrated that stemflow will input nutrients and remove salinity from the soil with increased water
infiltration.
Key Words: Haloxylon ammodendron; Fertile island; Salt island; Stemflow
土壤空间异质性被认为是自然生态系统的一个普遍特征[1鄄4],尤其是在以灌木、乔木为主导的荒漠生态
系统中[5],而“肥岛冶和“盐岛冶效应则是荒漠生态系统土壤空间异质性的一个典型现象[6]。 在荒漠景观下,灌
丛“肥岛冶的形成和有机物质的沉积是灌木植物适应贫瘠沙质环境的主要机制和有效利用养分的主要对
策[7鄄8]。 伴随着土壤养分在灌木树冠下的积累,土壤 pH 值和盐分在树冠底下和树冠外围空地也出现了很大
差异。 Li等[9]的研究表明:柽柳 (Tamarix spp. )树冠底下土壤 pH 值和电导率与树冠外围空地并无差异,对
于梭梭(H. ammodendron)而言,土壤电导率从树干中心到树冠外围空地呈先减小后增大趋势,但在整个区域
内不存在显著差异。 Dong等[10]的研究发现树干中心土壤的 pH 值显著低于树冠边缘和外围空地,但是土壤
电导率在树冠底下显著高于树冠外围空地。 Stock等[11]的研究结果显示:土壤 pH值,全氮含量和电导率在树
冠底下显著高于树冠边缘和树冠外围空地。 可见,个体树冠周围土壤的养分、盐分及 pH 值在空间分布上存
在很大的不一致性,因此,弄清楚它们的分布状况及原因对于荒漠地区土壤恢复及植被重建有重要意义。
水分资源被认为是干旱半干旱地区土壤养分流失和重新分配的一个重要因子[12],而树干径流是沙漠生
态系统中土壤水分的一个主要来源,它对土壤养分,盐分的流失、流走,地下水的补充,以及树冠底下土壤资源
的分布格局和重新分配有重要意义[9,12鄄13]。 因此,树干径流对荒漠灌木“肥岛冶和“盐岛冶现象的形成有极为
重要的作用[15]。
在过去的几十年里,土壤的“肥岛冶效应已成为土壤学和生态学研究的热点[7,9,11]。 然而,这些关于树冠
底下土壤养分和盐分的分布状况,以及形成这种分布的原因却很少见报道[10鄄11]。 因此,本研究以梭梭树干周
围土壤为研究对象,研究了土壤 pH 值、电导率、有机碳和全氮的空间分布状况,以及树干径流和自然降雨水
样的化学性质,旨在探明荒漠灌木周围土壤 pH值、养分和盐分的空间分布,以及树干径流对于荒漠灌木周围
土壤养分和盐分的重新分配的作用机制。
1摇 研究区概况
本研究土壤采集于古尔班通古特沙漠南缘,该沙漠(北纬 44毅15忆—46毅50忆,东经 84毅50忆—91毅20忆)是中国
第二大沙漠,也是中国面积最大的固定、半固定沙漠,为典型的大陆性干旱气候,该区夏季炎热干燥,冬季寒
冷,年均气温 6. 6益,年降水量仅 70—150 mm,远低于 1900 mm的年潜在蒸发量[14鄄15],本研究的古尔班通古特
沙漠南缘地下水位大约 5m[15]。 沙漠地表不存在地表径流;生长季内 (4—9月),沙漠中大约有 40%的植被
覆盖率,其中建群种梭梭(H. ammodendron Bge. ) 主要生长在沙漠的丘间低地,它是一种高约 2—2. 5 m 的大
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灌木,该灌木呈显著的“Y冶型树冠,这种“Y冶型树冠对于自然降雨有显著的聚集作用,因此,形成了显著的树
干径流[16]。
2摇 材料与方法
图 1摇 梭梭个体周围土壤采样点
摇 Fig. 1摇 Sampling points at the individual of H. ammodendron
Bge. 摇
实心圆代表灌木个体所在位置,采样半径分别为 2 cm, 10 cm,20
cm, 30 cm,40 cm and 50 cm, 圆和直线的交叉点代表采样点
2. 1摇 土样采集
为确定荒漠灌木植物个体周围土壤养分和盐分的
空间分布,在沙漠南缘随机选取长势基本一致的梭梭
(H. ammodendron Bge. ) 5 株(基径 10 cm左右,高度 2
m左右,冠幅 2 m伊2 m 左右),在梭梭主根周围半径 50
cm内,分别取距主根面 2 cm,10 cm,20 cm,30 cm,40
cm,50 cm 的 6 个剖面土样,采集深度为 0—10 cm的土
样, 每个剖面土样按米字法取样 8 个点(交叉点),总共
48 个样点(图 1),在每个交叉点的左右和上部分别取 3
个重复,带回实验室用于化学分析。
2. 2摇 树干径流和自然降雨的采集
树干径流的采样同样以该研究区五棵长势基本一
致的梭梭(H. ammodendron Bge. ) (基径 10 cm 左右,
高度 2 m左右,冠幅 2 m伊2 m左右)为研究对象。 本研
究树干径流和降雨均采集于 2007 年 5 月至 9 月间的 5
次降雨(降雨量均大于 5 mm),这 5 次的树干径流和降
雨水样用于后面的化学分析,并最终用均值来对比树干径流和自然降雨中各离子含量的差异。
图 2摇 树干径流收集装置
Fig. 2摇 The method of collecting stem flow
树干径流采用在现场自制的玻璃胶环状径流收集器收集。 具体方法为:先用钢线圈环绕树一周并预留一
段,而后用玻璃胶围绕线圈周围堆积成槽型,且有出水口,具体如图 2 所示。 该方法即避免了树皮因为裂纹较
多而漏水的情况,同时玻璃胶选择中性且质量较好的品牌,不会发生化学反应等。 这样既能够有效收集树干
径流,又不会影响化学分析的效果。 在树基干底部用塑料容器收集树干径流,每次降雨结束,用标准量筒测量
降雨体积,并换算成树干径流水深(mm)。 同时,收集树干径流进行化学分析。 自然降雨用雨量筒收集,将人
工观测雨量筒安装在树干径流观测区内空旷区域,收集降雨水样,同时进行化学分析。
树干径流的聚集率 F计算公式:
F = V
B 伊 P
式中,V 代表树干径流的体积,B 代表树干的基面积
(m2),P代表降雨量(mm) [20]。
2. 3摇 化学分析
将采集好的土样在自然状态下风干后过筛,土壤
pH值和电导率用土水比 1 颐5 测定;有机质含量用重铬
酸钾外热法;全氮含量用开氏法;速效磷含量用 Bray
法[17]。 用 Patnaik[18]方法分别分析 5 次树干径流和自
然降雨的化学性质。 PO3-4 , NO
-
3,NH
+
4,K
+,Na+,Ca2+,
Mg2+,Cl-和 SO2-4 的浓度均用电子滴定仪测定,CO2
-
3 和
HCO-3 用 0. 1 mol / L HCl滴定至样品 pH 值到 4. 3,最后
取 5 次的均值对自然降雨和树干径流化学特征进行对
比分析。
1284摇 15 期 摇 摇 摇 李从娟摇 等:树干径流对梭梭“肥岛冶和“盐岛冶效应的作用机制 摇
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2. 4摇 数据分析
对获取的数据进行分析时,剔除了由于特殊立地条
件的影响而形成的异常值。 所有数据分析使用 SPSS 13. 0 和 Origin7. 5 软件进行,所有数据用均值依SE 表示。
均值、标准误(SE)、变异系数(CV)、最小值和最大值被用来描述梭梭个体周围土壤的化学性质,土壤化学性
质的正态性分布用 Kolmogorov鄄Smirnov 检验。 单因素方差分析 ANOVA Tukey忆s HSD (Honestly significant
difference)用来检验树干径流和自然降雨化学性质是否存在显著差异(P<0. 05)。
地统计学用来进一步分析土壤化学性质的空间格局及异质性[19],土壤的化学性质的空间分布用变异函
数和 Kringing内差图来表示,变异函数的计算公式如下:
酌(h) = 1
2N(h)移
N(h)
i = 1
z(xi) - z(xi + h[ ])
2
式中, 酌 ( )h 为取样范围内间距为 h的所有点的方差;h为步长,z(xi)和 z(xi+h)为点 z 在空间位置 xi和 x( i+
h)上的取值;N(h)是相距 h的所有点对的数目。 计算取样范围内所有可能间距的半方差就得到半方差图。
变异函数的主要参数,包括块金方差 Co、基台值 Co +C、变程 Ao、分维数 D、块金值与基台值之比 Co / (Co +C)
等,空间异质性主要由随机部分和自相关部分两部分组成,随机部分占总的空间异质性程度 Co / (Co +C)反
映了随机部分在引起空间异质性中所起的作用。 按照区域化变量空间相关性程度的分级标准,当 Co / (Co+
C)<25% ,系统属性具有强烈的空间相关性,说明空间结构性强烈;在 25%—75%之间,变量具有中等的空间
相关性;而在大于 75%时,变量空间相关性很弱,反映出随机部分引起的空间异质性程度起主要作用。 常用
的半方差函数模型有线性模型、球状模型、指数模型、双曲线模型、圆形模型、有基台的线性模型,GS+(Version
5郾 3b, Gamma Design software 2002)软件用于半方差模型的计算,Kringing 内差法用于土壤空间分布图的
制作[19]。
3摇 结果与分析
3. 1摇 土壤化学性质的统计分析
3. 1. 1摇 相关分析
从相关系数矩阵(表 1)可以看出,梭梭个体周围土壤 pH 值与电导率呈极显著相关( r = 0. 707,P =
0郾 000),而与有机碳、全氮和有效磷均呈极显著负相关(P<0. 01);这说明在梭梭个体周围,土壤 pH 值的减
小,土壤碱性的减弱,有利于有机碳、全氮和有效磷在土壤中的积累;电导率与有机碳和全氮呈显著负相关外
( r = -0. 353,r = -0. 324)(P<0. 05),与有效磷不相关,这说明土壤含盐量的增高,对其他土壤养分的含量没
有显著影响,仅对全磷的积累有影响;有机碳与全氮和有效磷各养分因子之间都是极显著相关( r =0. 958,r =
0郾 68,r =0. 64) (P<0. 001),说明土壤有机碳的积累,有利于其他各养分的积累。
表 1摇 梭梭个体周围土壤各化学性质的相关分析(n=48)
Table 1摇 Correlation matrix of the soil chemical properties around the individual of H. ammodendrom
pH值 电导率 EC 有机碳 SOC 全氮 TN 有效磷 AP
pH值 1. 000
电导率 EC 0. 707*** 1. 000
有机碳 SOC -0. 66*** -0. 353* 1. 000
全氮 TN -0. 66*** -0. 324* 0. 958*** 1. 000
有效磷 AP -0. 452** -0. 184 0. 68*** 0. 684*** 1. 000
摇 摇 *表示 P<0. 05 水平显著相关;**表示 P<0. 01 水平显著相关;***表示 P<0. 001 水平显著相关
3. 1. 2摇 半方差分析
为了进一步弄清土壤化学性质的空间变异,运用半方差函数对土壤化学性质的空间变异做了进一步统计
分析。 正态性检验结果显示所有变量均为正态分布,因此本研究对所有参数都进行了半方差分析。 分析结果
显示(表 2):土壤化学性质的参数主要呈指数模型和球状模型,块金效应(Co)均较小(8. 20伊10-5—7. 21伊
2284 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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10-2),这表明土壤化学性质的结构性均较强,其中,土壤 pH 值的结构性最强 (8. 20伊10-5)。 变程(Ao)的研
究结果显示:土壤 pH值的变程(3. 9 cm)显著小于土壤电导率(22. 9cm)、有机质(22. 6 cm)、全氮(20. 4 cm)
和有效磷(46. 3 cm),这表明土壤 pH值的空间自相关程度较其他土壤化学性质强,而土壤有效磷的自相关性
最弱。 结构变异(Co / (Co+C)显示:土壤 pH值和电导率的空间依赖性很强(Co / (Co +C) <25% ),这说明 pH
值和电导率的空间异质性主要由随机因素引起。 但是,土壤有机碳、全氮和有效磷呈现出中等程度的空间自
相关(25% 同决定的。
表 2摇 梭梭个体周围土壤化学性质的半方差参数及模型
Table 2摇 Semivariogram parameters and models of soil properties around the individual of H. ammodendrom
土壤性质
Soil properties
模型
Model
块金值
Nugget
Co
基台值
Sill
Co+C
变程
Range
Ao / m
有效变程
Range
effective
结构变异
Co / Co+C
/ %
r2 RSS
pH值 Exponential 8. 2伊10-5 1. 44伊10-3 3. 9 11. 7 5. 7 0. 03 2. 21伊10-6
电导率 EC / (dS / m) Spherical 3. 63伊10-3 2. 76伊10-2 22. 9 22. 9 13. 2 0. 646 1. 10
有机碳 SOC / (g / kg) Spherical 8. 83伊10-3 3. 11伊10-2 22. 6 22. 6 28. 4 0. 069 1. 88伊10-3
全氮 TN / (g / kg) Spherical 6. 22伊10-3 1. 78伊10-2 20. 4 20. 4 36. 9 0. 042 6. 51伊10-4
有效磷 AP / (mg / kg) Spherical 7. 21伊10-2 0. 173 46. 3 46. 3 41. 6 0. 355 0. 014
3. 1. 3摇 土壤化学性质的空间分布图
梭梭个体周围土壤化学性质的空间分布见图 3 和图 4,Kringing 最优内差图表明梭梭个体周围土壤存在
显著的空间异质性和“肥岛冶现象(图 3 和图 4)。 土壤 pH值和电导率在主根周围呈相似的空间分布(图 3),
在主根中心 0—20 cm处呈现出低 pH值和低电导率,而在主根的东北方出现最大值,这与相关分析的结果一
致,pH值与电导率呈正的极显著相关。 但是,最大值出现的位置却不相同,pH值的最高值出现在距主根周围
30—50 cm的东北方,而土壤电导率的最大值则出现在离主根 10—25 cm 的东北方,呈现出“盐岛冶效应(图
3)。 主根周围土壤 pH值的降低主要是由于根系和微生物种群的呼吸作用。 主根周围土壤有机质与土壤全
氮和有效磷(图 4)的空间分布状况相似,在主根中心的含量显著高于外围,即在主根中心形成了显著的“肥
岛冶现象,但是“肥岛冶的大小范围不同,有机质和全氮的“肥岛冶主要发生在离主根周围 20 cm以内的区域,而
有效磷则延伸到离主根周围 40 cm范围内。 土壤养分与 pH值和电导率的分布状况不同,这与前面的相关分
析结果一致,土壤 pH值和电导率与土壤养分呈显著负相关。
图 3摇 梭梭个体周围土壤 pH值和电导率的分布
Fig. 3摇 Spatial distributions of soil pH and electrical conductivity around the individual of H. ammodendrom
3. 2摇 树干径流的化学性质
为探明树干径流对个体周围土壤养分和盐分分布状况的影响,对树干径流的化学性质做了进一步研究,
3284摇 15 期 摇 摇 摇 李从娟摇 等:树干径流对梭梭“肥岛冶和“盐岛冶效应的作用机制 摇
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图 4摇 梭梭个体周围土壤有机碳,全氮和有效磷的空间分布
Fig. 4摇 Spatial distributions of soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN) and available phosphorus (AP) around the individual of
H. ammodendrom
从表 3 可以看出:梭梭树干径流对雨水的平均聚集率为 46. 4,表明荒漠灌木树干对雨水有显著的富集效应。
树干径流和自然降雨的化学性质的对比分析表明,降雨在通过林冠层以后,化学元素含量发生很大变化。 除
了 pH值和 CO2-3 变化不大外,其它离子含量在树干径流中均有大幅升高(P < 0. 05) (表 3),升高幅度为自然
降雨组中元素含量的 3. 30 到 34. 87 倍。 这表明树干径流相对于自然降雨有较高的养分和盐分含量。
表 3摇 树干径流和自然降雨的化学性质
Table 3摇 Chemical properties of stemflow and bulk precipitation
水样
Water sample
聚集率
Funnelling
ratio
pH值
PO3-4 NO-3 NH+4 K+ Na+ Ca2+ Mg2+ CO2-3 HCO-3 Cl- SO2-4
/ (mg / L)
树干径流
Stemflow 46. 4 6. 40 a 33. 62a 190. 5a 10. 4a 168. 8a 459. 8a 30. 4a 67. 2a 0a 371. 8a 177a 704. 5a
自然降雨
Bulkprecipitation 6. 45 a 0b 7. 8b 0. 8b 4. 84b 26. 2b 7. 1b 15. 5b 0a 112. 8b 26. 6b 109b
摇 摇 不同的小写字母表示树干径流和自然降雨的化学性质存在显著差别(P < 0. 05)
4摇 讨论
4. 1摇 树干中心的“肥岛冶和“低盐冶现象
以往研究表明乔木或灌木对于土壤“肥岛冶现象的形成有极为重要的作用[7,9]。 在加利福尼亚的地中海
气候区,Jackson等人的研究发现在落叶橡树底下,N 转换过程和有机氮的有效性显著高于周围草地[20],Jin
等[21]的研究表明,在中国北方的半干旱草地,白榆(Ulmus pumila)个体树冠底下的土壤代谢速率较周围空地
土壤代谢速率快。 我们的研究结果与既有研究相同:土壤养分在树干中心聚集显著,形成了荒漠灌木区显著
的“肥岛冶 效应,然而却在树干中心形成了低 pH 值和低盐的环境。 只是本研究“肥岛冶发生的范围(距主根
20—40 cm)显著小于树冠大小(2 m伊2 m),这与以往的研究结果———树冠对土壤空间异质性影响的大小与树
冠大小一致存在矛盾。 因此,以往关于“肥岛冶是由落叶的分解、树冠下根系的活动以及树干径流形成的结
4284 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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论[16],就不能用来解释树冠底下离主根半径 50 cm 以内的区域。 它只能用来解释树冠底下与树冠周围的对
比。 事实上,由于树干径流的冲洗作用,落叶则被冲得远离树干中心,在树干中心 20 cm 处形成一个显著的
“白斑冶(图 5)。 因此,对于本研究中梭梭主根周围土壤养分和盐分的分布状况,不能用凋落物的分解来解
释,而应该用树干径流来解释,也就是树干径流在带给土壤养分的同时,将土壤中的盐分带走。
图 5摇 梭梭个体周围落叶的分布状况
Fig. 5摇 Spatial distributions of litterfall around the individual of H. ammodendron
4. 2摇 树干径流对“肥岛冶的作用机制
树干径流是干旱半干旱区重要的土壤水分资源[22]。 Mauchamp 和 Janeau[23]的研究发现:植物可以将大
约 50%的降雨聚集到植物树干。 Navar[24]的研究表明:3 种半干旱区半灌木通过树干径流聚集到的雨水是树
冠截留的 5 倍多。 研究结果显示,梭梭的树干径流聚集率为 46. 4,这是所研究的荒漠生态系统中树干径流率
相对较大的一种灌木[22]。 除了 pH值和 CO2-3 ,树干径流中的离子含量明显高于自然降雨的的含量,这因为雨
水通过树干淋溶了植物组织上的营养物质、淋洗了林冠上的尘埃颗粒以及植物和雨水之间进行了离子交
换[25],具体来说就是树皮和叶面给大气沉降物提供了良好的接受场所,而且树干径流量通常较少,只占降雨
量的 1%—18% ,使离子含量出现了浓缩现象[26]。 因此,本研究证实了树干径流是引起干旱区灌木“肥岛冶的
重要因子,而主根周围低的 pH值主要由于根系通过呼吸释放 CO2、根系分泌有机酸、根际微生物活动产生有
机酸和 CO2 等引起[27]。
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6284 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 15 August,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Effects of grazing on litter decomposition in two alpine meadow on the eastern Qinghai鄄Tibet Plateau
ZHANG Yanbo, LUO Peng, SUN Geng, et al (4605)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Distribution pattern and their influcing factors of invasive alien plants in Beijing
WANG Suming,ZHANG Nan,YU Linqian, et al (4618)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Simulation of CO2 and H2O fluxes over temperate mixed forest and sensitivity analysis of layered methods: stomatal conductance鄄
photosynthesis鄄energy balance coupled model SHI Tingting, GAO Yufang, YUAN Fenghui, et al (4630)………………………
Analysis on the responses of flood storage capacity of Dongting Lake to the changes of landscape patterns in Dongting Lake area
LIU Na, WANG KeLin, DUAN Yafeng (4641)
……
……………………………………………………………………………………
Integrated water risk assessment in Daliao River estuary area YU Ge, CHEN Jing, ZHANG Xueqing, et al (4651)…………………
Discussion on the standardized method of reference sites selection for establishing the Benthic鄄Index of Biotic Integrity
QU Xiaodong, LIU Zhigang, ZHANG Yuan (4661)
………………
…………………………………………………………………………………
Genetic diversity analysis of different age of a Dalian population of the Manila clam Ruditapes philippinarum by EST鄄SSR
YU Zhifei, YAN Xiwu, ZHANG Yuehuan, et al (4673)
……………
……………………………………………………………………………
Geostatistical analysis of spatial heterogeneity of yellowfin tuna (Thunnus albacares) purse seine catch in the western Indian Ocean
YANG Xiaoming, DAI Xiaojie, ZHU Guoping (4682)
…
………………………………………………………………………………
Seasonal differences in habitat selection of the Crocodile lizard (Shinisaurus crocodilurus) in Luokeng Nature Reserve, Guangdong
WU Zhengjun, DAI Dongliang, NIN Jiajia, et al (4691)
…
…………………………………………………………………………
Soil physical and chemical properties in forest succession process in Xinglong Mountain of Gansu
WEI Qiang,LING Lei,CHAI Chunshan, et al (4700)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Dynamics of soil organic carbon and total nitrogen contents in short鄄rotation triploid Populus tomentosa plantations
ZHAO Xuemei, SUN Xiangyang, KANG Xiangyang, et al (4714)
……………………
…………………………………………………………………
Grazing effects on eco鄄stoichiometry of plant and soil in Hulunbeir, Inner Mogolia
DING Xiaohui,GONG Li,WANG Dongbo,et al (4722)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of elevated ultraviolet鄄B (UV鄄B) radiation on CH4 emission in herbicide resistant transgenic rice from a paddy soil
LOU Yunsheng, ZHOU Wenlin (4731)
…………
………………………………………………………………………………………………
NMR spectroscopy based metabolomic analysis of Thellungiella salsuginea under salt stress
WANG Xinyu, WANG Lihua, YU Ping, et al (4737)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Screening and identification of associative nitrogen fixation bacteria in rhizosphere of sugarcane in Guangxi
HU Chunjin, LIN Li, SHI Guoying, et al (4745)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of different rice鄄crab production modes on soil labile organic carbon and enzyme activities
AN Hui, LIU Mingda, WANG Yaojing, et al (4753)
……………………………………
………………………………………………………………………………
The characteristics of soil microbial communities at burned forest sites for the Great Xingan Mountains
BAI Aiqin, FU Bojie, QU Laiye, et al (4762)
………………………………
……………………………………………………………………………………
Changes of soil faunal communities during the restoration progress of Abies faxoniana Forests in Northwestern Sichuan
CUI Liwei, LIU Shirong, LIU Xingliang, et al (4772)
………………
……………………………………………………………………………
The effects of the endophytic fungus Ceratobasidum stevensii B6 on Fusarium oxysporum in a continuously cropped watermelon field
XIAO Yi, DAI Chuanchao, WANG Xingxiang, et al (4784)
…
………………………………………………………………………
Population ecology of Aulacoseira granulata in Xijiang River WANG Chao, LAI Zini, LI Yuefei, et al (4793)………………………
Evaluation of ecosystem sustainability for large鄄scale constructed wetlands
ZHANG Yiran, WANG Renqing, ZHANG Jian, et al (4803)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
MIS3b vegetation and climate changes based on pollen and charcoal on Qianxi Plateau
ZHAO Zengyou, YUAN Daoxian, SHI Shengqiang, et al (4811)
………………………………………………
…………………………………………………………………
The effects of stemflow on the formation of “Fertile Island冶 and “Salt Island冶 for Haloxylon ammodendron Bge
LI Congjuan, LEI Jiaqiang, XU Xinwen, et al (4819)
………………………
……………………………………………………………………………
Accumulation and translocation of dry matter and nutrients of wheat rotated with legumes and its relation to grain yield in a dryland
area YANG Ning, ZHAO Hubing, WANG Zhaohui, et al (4827)…………………………………………………………………
Occurrence characteristics of akashiwo sanguinea bloom caused by land source rainwater
LIU Yihao, SONG Xiukai, JIN Yang, et al (4836)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Analysis on landscape pattern change and its driving forces of Yancheng National Natural Reserve
WANG Yanfang, SHEN Yongming (4844)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………
Resource potential assessment of urban roof greening and development strategies: a case study in Futian central district, Shenzhen,
China SHAO Tianran, LI Chaosu, ZENG Hui (4852)……………………………………………………………………………
Analysis of the dynamic coupling processes and trend of regional eco鄄economic system development in the Yellow River Delta
WANG Jieyong, WU Jianzhai (4861)
………
………………………………………………………………………………………………
The diversity parameters of butterfly for ecological function divisions in Chongqing LI Aimin, DENG Heli, MA Qi (4869)…………
Review and Monograph
Responses of soil respiration to different environment factors in semi鄄arid and arid areas
WANG Xinyuan, LI Yulin, ZHAO Xueyong, et al (4890)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Temperature sensitivity of soil respiration: uncertainties of global warming positive or negative feedback
LUAN Junwei, LIU Shirong (4902)
………………………………
…………………………………………………………………………………………………
The primary factors controlling methane uptake from forest soils and their responses to increased atmospheric nitrogen deposition:
a review CHENG Shulan, FANG Huajun, YU Guirui, et al (4914)………………………………………………………………
The research progresses on biological oxidation and removal of nitrogen in lakes
FAN Junnan, ZHAO Jianwei, ZHU Duanwei (4924)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Scientific Note
Cutting effects on growth and wastewater purification of Cyperus alternifolius in constructed wetland
L譈 Gaiyun,HE Huaidong,YANG Danjing,et al (4932)
…………………………………
……………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
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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。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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