植物學(xué)專業(yè) 舜王坪山地草甸土壤水分對群落優(yōu)勢種 生產(chǎn)力的影響

1、 舜王坪山地草甸土壤水分對群落優(yōu)勢種生產(chǎn)力的影響內(nèi)容摘要本研究以山西歷山舜王坪山地草甸優(yōu)勢種橐吾（Ligularia sibirica）、早熟禾（Poa annua）和地榆（Sanguisorba officinalis）為研究對象，通過對土壤水分與優(yōu)勢種生產(chǎn)力關(guān)系的分析，發(fā)現(xiàn)土壤水分僅對優(yōu)勢種地榆的相對生物量產(chǎn)生影響，而對優(yōu)勢種橐吾和早熟禾的生物量和相對生物量未產(chǎn)生影響。表明土壤水分會對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢種產(chǎn)生一定的影響，但這種作用受群落內(nèi)其他物種的影響。同時，土壤水分的影響也受優(yōu)勢種種類的影響?！娟P(guān)鍵詞】 土壤水分 生物量 相對生物量 山地草甸 The effect of soil mois

2、ture on the productivity of dominant species in the meadow of shunwangping mountainAbstractIn this study, the dominant species of Wangping, Poa annua and Sanguisorba officinalis were studied by analyzing the relationship between soil moisture and dominant species productivity. Soil moisture was foun

3、d to have an effect only on the relative biomass of dominant cultivar elm, and on the biomass and relative biomass of dominant cultivar ligularia and precocity. It is shown that soil water will have some effect on the dominant species of local ecosystem, but this effect is influenced by other specie

4、s in the community. At the same time, the influence of soil moisture is also affected by the dominant species.【Key words】soil moisture biomass relative biomass mountain meadow舜王坪山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種群落優(yōu)勢種生產(chǎn)力的影響1 立題依據(jù)及研究內(nèi)容1.1研究的背景和意義生態(tài)系統(tǒng)功能的集中體現(xiàn)是生產(chǎn)力，對維持生態(tài)平衡發(fā)揮著重要作用。眾多學(xué)者認為生態(tài)系統(tǒng)功能由生物多樣性決定，但是近年來質(zhì)量比例假說（The Mass Rati

5、o Hypothesis）認為在某個時間段的生態(tài)系統(tǒng)功能主要由植物優(yōu)勢種的性狀值決定1。鑒于此，可以推出優(yōu)勢種決定著生態(tài)系統(tǒng)的功能，也就是說優(yōu)勢種對群落生產(chǎn)力具有關(guān)鍵作用。土壤水分對植物根系的生長、分布和力學(xué)性能的發(fā)展有重要作用2，因此，研究土壤水分對群落優(yōu)勢種生產(chǎn)力有影響至關(guān)重要。本文主要研究舜王坪山地草甸土壤水分對群落生產(chǎn)力優(yōu)勢種的影響，進而得出土壤水分對群落生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)功能的意義?；谒赐跗菏亲匀槐Ｗo區(qū)，通過對舜王坪山地草甸土壤水分對群落優(yōu)勢種生產(chǎn)力的研究，以指導(dǎo)舜王坪生態(tài)系統(tǒng)保護與管理，使舜王坪在維持其生態(tài)系統(tǒng)功能時，并一定程度對當?shù)亟?jīng)濟起到促進作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在對土壤因

6、子與植物生產(chǎn)力的研究中，眾學(xué)者從土壤的各個因子出發(fā)，分別研究其對各類植物和植物的各部分。朱志梅等在草原沙漠化過程研究中提出土壤因子中碳氮比與植物的生理響應(yīng)關(guān)系密切3。因此，控制土壤中關(guān)鍵因子是防止草原沙化的一個重要舉措；朱雅娟等在研究發(fā)現(xiàn)，在沙漠中的不同植物對土壤水分利用效率具有季節(jié)性變化特點，不同類型的植物需要的水分來源也不同4；郭慶達等在研究黃土高原南部土壤水分對植物有效性的動態(tài)規(guī)律中發(fā)現(xiàn)，土壤在一定的濕度范圍內(nèi)，對植物的有效性隨土壤濕度減少呈拋物線規(guī)律遞減5；楊利民等的研究結(jié)果認為水的作用導(dǎo)致草地群落養(yǎng)分資源的空間異質(zhì)性降低，物種之間競爭增大，使得物種多樣性下降，但生產(chǎn)力顯著增加6；張志

7、南在研究黃土高原半干旱區(qū)天然草地群落與土壤水碳關(guān)系的研究中指出在群落尺度上，生物量和物種多樣性與土壤水分的關(guān)系非常復(fù)雜，在區(qū)域尺度上，生物量與物種多樣性與土壤水分呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，土壤水分與禾草類功能群比例呈正相關(guān)關(guān)系，與雜類草功能群比例呈負相關(guān)關(guān)系7；李博等在對研究內(nèi)蒙古錫林郭勒盟典型草原時發(fā)現(xiàn)，當降水量變小，土壤水勢偏低時，土壤水分對植物生長有很大影響8；李紹良先生在對草原土壤水分特性及其與植物產(chǎn)量的關(guān)系的分析研究中，解釋了植物水分利用與土壤水分之間的關(guān)系9；土壤水分是土壤組成的重要部分，同時也是連接氣候變化和影響植被覆蓋的關(guān)鍵因子，土壤水分的變化與運動，不僅影響植物生長，還影響土壤中各物質(zhì)

8、與能量的循環(huán)過程10；因此，研究土壤水分對群落優(yōu)勢種生產(chǎn)力的影響，對生態(tài)系統(tǒng)的功能發(fā)揮著重要作用。1.3主要研究內(nèi)容本研究著重圍繞土壤水分對優(yōu)勢種生物量及優(yōu)勢種相對生物量的影響，以舜王坪山地草甸土壤水分為研究條件，以橐吾（Ligularia sibirica）、早熟禾（Poa annua）和地榆（Sanguisorba officinalis）三種優(yōu)勢種生物量及相對生物量為研究對象，研究的主要內(nèi)容有：（1）土壤水分對優(yōu)勢種橐吾生產(chǎn)力的影響；（2）土壤水分對優(yōu)勢種早熟禾生產(chǎn)力的影響；（3）土壤水分對優(yōu)勢種地榆生產(chǎn)力的影響。2 研究方法2.1研究區(qū)概況歷山舜王坪亞高山草甸處于歷山的主峰舜王坪，海拔

9、2358米，地理坐標為北緯352345-352525，東經(jīng)1115700-1115830。亞高山草甸土水熱條件較好的土壤剖面的中上部，可形成灰棕色腐殖質(zhì)層，土壤剖面中下部較密實，大多呈黃棕色11。歷山所屬地區(qū)為暖溫帶大陸性氣候，降水量為600-800mm，有時高達1200mm以上，降水集中在7-9月，占全年降水量的大約70；年蒸發(fā)量1718mm。舜王坪亞高山草甸主要由旱生或旱中生地面植物組成，群落層次比較簡單，草甸主要為草本植物，主要群落類型有白羊草草叢，蒿類草叢等。2.2土壤樣品采集用“土鉆法”獲取土壤樣品。采用5cm直徑土鉆沿每個樣方對角線（兩個角和中心位置）鉆取近地表20cm深度土壤，混

10、勻后放入鋁盒和塑封袋中帶回實驗室，用于土壤養(yǎng)分指標分析，包括土壤有機碳，水解氮及含水量。2.3土壤水分測定方法采用烘干稱重法。（1）將放入土樣的鋁盒稱重（鋁盒已知重量）；（2）放入烘箱，在105-110溫度下烘大約八小時至恒重；（3）取出放在干燥器中冷卻20分鐘，立即稱重；（4)同上2、3，重烘三小時，取出放在干燥器中，待冷卻后，再立即稱重；（5）結(jié)果計算。2.4優(yōu)勢種生產(chǎn)力測定方法樣方內(nèi)所有植物地上部分分物種齊地面剪下，按生物量大小從高到低排序，前三種物種作為優(yōu)勢種12，在實驗室65烘干條件下烘干直至恒重，稱量后作為優(yōu)勢種生產(chǎn)力指標。在分析土壤水分對優(yōu)勢種生產(chǎn)力影響中不僅考慮優(yōu)勢種在不同樣方

11、中的生物量，還考慮優(yōu)勢種在不同樣方中的相對生物量。2.5統(tǒng)計分析方法（1） 用IBM Spss statistics 21分析軟件對土壤水分和優(yōu)勢種生產(chǎn)力兩個變量進行pearson分析和線性回歸分析。（2）使用 SigmaPlot作圖。3 研究結(jié)果3.1土壤水分與不同優(yōu)勢種生物量之間的關(guān)系3.1.1土壤水分與不同優(yōu)勢種生物量之間的Pearson相關(guān)分析由表1可知，土壤水分與優(yōu)勢種橐吾生物量間沒有顯著性相關(guān)（R=0.304，p=0.271），表明土壤水分對優(yōu)勢種橐吾生物量在群落中的作用不明顯；土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾生物量之間無顯著性相關(guān)（R=-0.059，p=0.705），表明土壤水分對優(yōu)勢種早

12、熟禾生物量在群落中的作用未產(chǎn)生影響；土壤水分與優(yōu)勢種地榆生物量間沒有顯著相關(guān)（R=-0.288，p=0.058），表明土壤水分對優(yōu)勢種地榆生物量在群落中的作用未產(chǎn)生影響。表1土壤水分與不同優(yōu)勢種生物量的皮爾森相關(guān)性優(yōu)勢種種類土壤水分顯著性水平橐吾0.304p=0.271早熟禾-0.059p=0.705地榆-0.288p=0.058 注：*代表P0.01；*代表p0.053.1.2土壤水分與不同優(yōu)勢種生物量之間的回歸分析3.1.2.1山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種橐吾生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種橐吾生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如表2和圖1所示，土壤水分與橐吾生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.092

13、,p=0.271）,說明隨著土壤水分的增加，橐吾生物量增加，且增加較為明顯。表2 土壤水分與優(yōu)勢種生物量的線性回歸優(yōu)勢種 回歸方程FpR2橐吾y 1 = 427.817x+0.7901.3220.2710.092早熟禾y 2=-20.822x+57.4100.1450.7050.003地榆y 3= -159.980x +114.4073.8060.0580.083圖1 土壤水分與優(yōu)勢種橐吾生物量的線性曲線3.1.2.2山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種早熟禾生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如表2和圖2所示，土壤水分與早熟禾生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.003，p=0

14、.705），說明隨著土壤水分的增加，對早熟禾生物量并沒有明顯作用。圖2 土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾生物量的線性曲線3.1.2.3山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種地榆生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種地榆生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如表2和圖3所示，土壤水分與地榆生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.083,p=0.058）,說明隨著土壤水分的增加，地榆生物量呈下降趨勢。圖3 土壤水分與優(yōu)勢種地榆生物量的線性曲線3.2土壤水分與不同優(yōu)勢種相對生物量之間的關(guān)系3.2.1 土壤水分與不同優(yōu)勢種相對生物量之間的Pearson相關(guān)分析由表3可知，土壤水分與優(yōu)勢種橐吾相對生物量間無顯著性相關(guān)（R=0.356,p=0.192

15、）,表明土壤水分對優(yōu)勢種橐吾在群落中的作用未產(chǎn)生影響；土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾相對生物量間沒有顯著性相關(guān)（R=-0.246,p=0.108）,表明土壤水分對優(yōu)勢種早熟禾在群落中的地位未產(chǎn)生影響；土壤水分與優(yōu)勢種地榆相對生物量呈顯著負相關(guān)（R=-0.329,p=0.038）,說明土壤水分是影響地榆相對生物量的重要因素，隨著土壤水分的減少，地榆相對生物量增大。表3 土壤水分與不同優(yōu)勢種相對生物量的皮爾森相關(guān)性優(yōu)勢種種類土壤水分顯著性水平橐吾0.356p=0.192早熟禾-0.246p=0.108地榆-0.329*p=0.038 注：*代表p0.01；*代表p0.053.2.2土壤水分與不同優(yōu)勢種相對

16、生物量間回歸分析3.2.2.1山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種橐吾相對生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種橐吾相對生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如圖4和表4所示，土壤水分與橐吾相對生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.127,p=0.192）,說明隨著土壤水分的增加，橐吾相對生物量增加，且增長較為明顯。優(yōu)勢種 回歸方程FpR2橐吾y 1 = 0.839x+0.2131.8930.1920.127早熟禾y 2=-0.509x+0.4882.6960.1080.060地榆y 3= -0.902x +0.6194.6100.0380.108表4 土壤水分與優(yōu)勢種相對生物量的線性回歸圖4 土壤水分與優(yōu)勢種橐吾相對生物量

17、的線性曲線3.2.2.2山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種早熟禾相對生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾相對生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如圖5和表4所示，土壤水分與早熟禾相對生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.060,p=0.108）,說明隨著土壤水分的增加，早熟禾相對生物量降低，但下降速度緩慢。圖5 土壤水分與優(yōu)勢種早熟禾相對生物量的線性曲線3.2.2.3山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種地榆相對生物量的影響將土壤水分與優(yōu)勢種地榆相對生物量進行線性回歸分析，研究結(jié)果如圖6和表4所示，土壤水分與地榆相對生物量擬合為線性關(guān)系（R2=0.108,p=0.038）,說明隨著土壤水分的增加，地榆相對生物量降低，但兩者相關(guān)

18、系數(shù)較低。圖6 土壤水分與優(yōu)勢種地榆相對生物量的線性曲線4 討論通過現(xiàn)有的黃土高原植被生產(chǎn)力研究的文獻可以得出：只要水分和土壤肥力條件進行改善，林地草地植被就會相應(yīng)提高，并且黃土高原林地和草地生產(chǎn)力水平的時空分布，與區(qū)域內(nèi)水分狀況分布有著嚴格的一致性13。大量研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢種的功能性狀影響生態(tài)系統(tǒng)功能。Mokany等研究澳大利亞堪培拉北部的天然草地的結(jié)果認同質(zhì)量比例假說，認為優(yōu)勢種的功能性狀在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用14。因此，土壤水分可能會對優(yōu)勢種的生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響，但本研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分對優(yōu)勢種生產(chǎn)力未產(chǎn)生影響，說明在舜王坪山地草甸土壤水分可能對生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生微弱影響，可能是因為舜王坪

19、山地草甸位于黃土高原的東南部，受黃土高原生態(tài)系統(tǒng)整體影響小，且舜王坪山地草甸海拔較高，氣溫、濕度等與黃土高原其他地區(qū)有差異，導(dǎo)致土壤水分對優(yōu)勢種生產(chǎn)力產(chǎn)生的作用微弱。林夏珍等在對不同種類的橐吾進行不同遮陰條件下的光適應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，橐吾對光照要求不高，屬于耐陰植物類型，適合在弱光環(huán)境下栽培15-16。因此土壤水分對橐吾生產(chǎn)力影響作用微弱。余群等在研究土壤含水量對草地早熟禾出苗及根系的影響中發(fā)現(xiàn)，土壤含水量高的處理生物量明顯高于土壤含水量低的處理，但并不意味著土壤含水量越高植株生物量就越高17。所以土壤水分在一定范圍內(nèi)對早熟禾有影響，與本研究中土壤水分對早熟禾影響不顯著基本一致。在本研究中發(fā)現(xiàn)土壤

20、水分對地榆絕對生物量影響微弱，但對地榆相對生物量影響顯著，說明土壤水分在對地榆產(chǎn)生影響過程中受群落內(nèi)其它物種的影響。5 結(jié)論通過研究舜王坪山地草甸土壤水分對優(yōu)勢種橐吾、早熟禾和地榆生產(chǎn)力影響，發(fā)現(xiàn)土壤水分僅對優(yōu)勢種地榆的相對生物量產(chǎn)生影響，而對優(yōu)勢種橐吾和早熟禾的生物量和相對生物量未產(chǎn)生影響。表明土壤水分會對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢種產(chǎn)生一定的影響，但這種作用受群落內(nèi)其他物種的影響。同時，土壤水分的影響也受優(yōu)勢種種類的影響。參考文獻1 Grime,JP(1998).Benefit of plant diversity to ecosystems：immediate,filter and founder

21、 effects.Journal of Ecology,86,902-910.2 蔣靜，張超波，張雪彪，楊啟紅.土壤水分對植物根系固土力學(xué)性能的影響綜述J.中國農(nóng)學(xué)通報，2015,31(11):253-261.3 朱志梅，楊持，曹明明. 草原沙漠化過程中土壤因素分析及其植物的生理響應(yīng)J. 生態(tài)學(xué)報，2007，27(1):48-57.4 朱雅娟，賈志清，盧琦，等.烏蘭布和沙漠5種灌木水分利用策略J.林業(yè)科學(xué)，2010,46(4):15-21.5 郭慶達，李玉山.黃土高原南部土壤水分有效性研究J.土壤學(xué)報，1994,31(3):236-243.6 楊利民，周廣勝，李建東.松嫩平原草地群落物種多樣性與生產(chǎn)力關(guān)系研究J.植物生態(tài)學(xué)報，2002,26(5):589-593.7 張志南.黃土高原半干旱區(qū)天然草地群落及土壤水碳關(guān)系研究D.楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014:1