朱巖, 張華,2*, 朱夏夏, 劉劍剛, 祝業(yè)平, 呂蕊, 王穎, 馬明軍

?

遼東山地老禿頂子石流坡地貌土壤-植物系統(tǒng)分異特征

朱巖1, 張華1,2*, 朱夏夏1, 劉劍剛1, 祝業(yè)平3, 呂蕊3, 王穎3, 馬明軍3

1. 遼寧師范大學城市與環(huán)境學院, 遼寧大連116029 2. 遼寧師范大學海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心, 遼寧大連116029 3. 遼寧老禿頂子國家級自然保護區(qū)管理局, 遼寧桓仁 117218

基于17塊群落樣地調(diào)查數(shù)據(jù), 對遼東山地老禿頂子石流坡地貌土壤-植物系統(tǒng)基本特征及分異性進行研究。結(jié)果表明: (1)石流坡地貌分布有落葉闊葉林、針闊混交林、矮曲林和灌叢4種植被類型, 針闊混交林占優(yōu)勢。(2)石流坡地貌落葉落葉林、針闊混交林、矮曲林、灌叢物種豐富度分別為(33.6±4.7)、(34.6±10.1)、(42.0±0)、(34.8±5.2)。(3)石流坡地貌土層厚度為38.18 cm, 土壤含鹽率和電導率均屬于中等變異性, 表土層溫度為弱變異性, 氧化物含量比較均一。(4)石流坡地貌灌木層的Shannon- Wiener指數(shù)與P2O5呈負相關(guān)(= –0.549,<0.05,=17); 草本層物種豐富度與土壤中CO2含量呈負相關(guān)(= –0.580,<0.05,=17); Shannon-Wiener與土壤中CO2含量呈顯著負相關(guān)(= –0.726,<0.01,=17), 與土壤中P2O5含量呈正相關(guān)(=0.496,<0.05,=17)。喬木層物種豐富度與土壤氧化物CaO含量呈正相關(guān)關(guān)系(= –0.635,<0.05,=13), 喬木層的Shannon-Wiener指數(shù)與CaO呈正相關(guān)(= –0.597,<0.05,=13); 草本層Shannon-Wiener指數(shù)與CaO呈負相關(guān)(=0.554,<0.05,=17)。

石流坡地貌; 土壤-植物系統(tǒng); 物種豐富度; α多樣性指數(shù); 分異特征; 老禿頂子

1 前言

植被與土壤是陸地景觀最為突出的兩個組成部分[1], 兩者關(guān)系極為密切。土壤不僅是植物的固著基地, 同時也是植物生長發(fā)育不可缺少的水分、無機鹽的主要供應者; 植物又是重要的土壤成土因素, 推動了土壤的形成和演化。植被與土壤兩者的分布特征及相關(guān)關(guān)系是生態(tài)學研究的重要內(nèi)容之一[2–3]。長期以來, 許多學者對植物群落基本特征與土壤環(huán)境關(guān)系的研究多涉及山地、綠洲荒漠過渡帶、沙地等不同區(qū)域的森林群落、草原及草甸群落、荒漠群落[4–11], 例如安樹青等[7]就北亞熱帶次生森林群落的物種多樣性在不同土壤條件下的動態(tài)特征進行了系統(tǒng)的研究, 發(fā)現(xiàn)土壤酸堿度、土層厚度、土壤含水量、有效氮和速效氮對紫金山次生森林群落多樣性的維持和發(fā)育起重要作用; 張華等[8]就退化沙質(zhì)草地自然恢復過程中土壤—植物系統(tǒng)的變化特征也進行了研究, 發(fā)現(xiàn)沙質(zhì)草地土壤的理化性狀與植物特征值之間存有密切的相關(guān)性, 由此得出了退化沙質(zhì)草地的恢復過程實質(zhì)上是土壤-植物系統(tǒng)協(xié)同演變的過程的研究結(jié)論; 鄭曉翾等[9]研究了內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原三種主要草原類型物種多樣性與生物量的關(guān)系, 并討論了氣候、土壤等環(huán)境因子對物種豐富度的影響; Vinton等[10]對科羅拉多州東北部的矮草草原中個別植物和土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系也進行了探討, 表明植物種類和覆蓋模式是矮草草原生態(tài)系統(tǒng)功能評估的關(guān)鍵?？v觀國內(nèi)外的研究案例, 有關(guān)冰緣地貌植物群落基本特征和土壤特性研究的研究成果尚不多見[11–12], 僅有呂秀枝[12]通過對五臺山冰緣地貌植被生態(tài)的研究, 發(fā)現(xiàn)五臺山冰緣地貌植被群落分布格局是土壤、水分、熱量等綜合環(huán)境因子決定的?；诖? 本文采用野外樣地調(diào)查和室內(nèi)測試、統(tǒng)計分析相結(jié)合的研究方法, 對遼東山地石流坡地貌植物群落的基本特征和土壤環(huán)境特征、土壤-植物系統(tǒng)的相互影響關(guān)系進行定量分析, 以期為遼東山地石流坡冰緣地貌植物群落的經(jīng)營管護提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遼東山地老禿頂子(主峰海拔1367.3 m)系長白山系龍崗支脈的西南延伸地段, 位于遼寧省東部桓仁、新賓兩縣交界處(圖1), 地處遼寧老禿頂子國家級自然保護區(qū)核心區(qū)內(nèi)。其東、南、西、北4個坡面自山麓(海拔500 m)至峰頂均分布有比較明顯的植被垂直帶譜[13–15]。森林覆蓋率高達97%, 屬典型的北溫帶中山山地森林生態(tài)系統(tǒng)。老禿頂子主峰及四周山峰之間的溝谷地帶和坡面上分布有面積約1500 hm2的石海、石河、石流坡冰緣地貌[11,16,17], 其中石流坡地貌主要分布在海拔較高的基巖坡面上, 平均坡度16°, 其規(guī)模往往可從山脊延伸到溝谷, 主要分布在東坡場子溝、北坡小冰壺溝上部和南坡三道溝, 自海拔847 m至1310 m均有分布。石流坡地貌巖性以花崗巖為主, 偶見與下伏基巖如砂質(zhì)灰?guī)r混雜堆積, 礫石面上基本為苔蘚所包被, 苔蘚下常覆有約1 cm厚的土層, 混亂無序搭接的礫石間隙土層薄厚不等, 礫石堆積形式不規(guī)則, 穩(wěn)定性很差[11]。研究區(qū)氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L濕潤氣候, 年平均氣溫6.0 ℃, 年無霜期139 d, 年降雨量651—1315 mm, 年平均相對濕度72%[18]; 土壤類型主要以棕壤和山地暗棕壤為典型代表, 地帶性植被為溫性落葉闊葉林, 植物區(qū)系屬長白植物區(qū)系的西南邊緣, 兼有華北植物區(qū)系的過渡性。

2 研究方法

2.1 調(diào)查樣地、樣方設(shè)置及測定因子

于2013年6月–7月, 視老禿頂子石流坡地貌植被生長發(fā)育狀況, 設(shè)置調(diào)查樣地17塊。每塊樣地的經(jīng)緯度(易測寶T2 GIS采集器測定)、海拔高度、坡度、坡向(從1:5萬DEM中提取)、土壤類型及土層厚度、植被型及分布地段等信息如表1所示。

在植被類型為落葉闊葉林、針闊混交林和矮曲林的調(diào)查樣地內(nèi)各設(shè)置喬木層樣方1個, 面積為20 m×30 m, 主要記錄DBH≥5cm的所有喬木的種類、胸徑、樹高、冠幅及樹齡, 并測定林冠郁閉度; 灌木層樣方4個, 面積均為5 m×5 m, 布設(shè)在喬木層樣方的四角, 主要測定DBH＜5 cm的所有灌木(包括喬木幼苗和幼樹、木質(zhì)藤本植物)的種類、基徑、叢高、冠草本層樣方5個, 面積均為1 m×1 m, 布設(shè)在喬木層樣方的四角和中心位置, 測定總覆蓋度, 并記錄種類及各植物種的分蓋度、株叢數(shù)和平均高度。在植被類型為灌叢的調(diào)查樣地內(nèi)各設(shè)置灌木層樣方4個, 草本層樣方5個, 其樣方面積、布設(shè)部位及調(diào)查因子與森林調(diào)查樣地相同。共調(diào)查13個喬木樣方、68個灌木樣方和85個草本樣方。

2.2 群落特征分析

2.2.1 物種重要值計算

區(qū)分喬、灌、草計算物種重要值[19]。其中:

喬木層物種重要值ar=(相對密度+相對優(yōu)勢度+相對高度+相對蓋度)/4

灌木層物種重要值sh=(相對密度+相對基蓋度+相對高度+相對蓋度+相對頻度)/5

草本層物種重要值he=(相對密度+相對高度+相對蓋度+相對頻度)/4

2.2.2 物種多樣性測度

①物種豐富度

群落喬、灌、草不同層片物種豐富度=出現(xiàn)在不同層片樣地內(nèi)的物種數(shù)

植物群落總體的物種豐富度總=喬、灌、草各層片物種豐富度之和

② α多樣性

植物群落總體的Shannon-wiener:X=WX+ WX+WX

式中:P為喬、灌、草各物種的重要值。為森林群落Shannon-wiener指數(shù);X、X、X分別為喬、灌、草不同層片的Shannon-wiener指數(shù);W、W、W分別為給定喬、灌、草不同層片的權(quán)重系數(shù), 分別采用0.5、0.25、0.25[20]。

2.3 土樣采集及土壤環(huán)境因子測定

與群落調(diào)查同步, 在森林群落和灌叢群落調(diào)查樣地內(nèi), 采用美國Field Scout EC110便攜式電導率儀測定每一樣地表土層(0—10 cm)的溫度、含鹽量和電導率(5次重復); 采集每一樣地表土層(0—20 cm)土樣1份(5個采集點的混合樣), 帶回實驗室風干后過2 mm篩, 采用上海三信儀表廠ExStik系列pH100防水型筆式pH計測定其pH值; 取其部分放入烘箱內(nèi)105 ℃溫度下烘干2 h后, 采用ZSX PrimusⅡ型全自動掃描型X射線熒光光譜儀, 基于基本參數(shù)法測定土樣中氧化物含量。

表1 調(diào)查樣地基本情況

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

老禿頂子石流坡地貌土壤-植物系統(tǒng)間相互影響的Pearson相關(guān)性采用SPSS19.0分析完成; 石流坡地貌土壤-植物系統(tǒng)基本特征的分異性采用變異系數(shù)(Coefficient of variation,)來表征。一般認為[21],≤10%屬于弱變異性, 10%≤≤100%屬于中等變異性,≥100%屬于強變異性。變異系數(shù)/%=(土壤-植物系統(tǒng)基本特征值標準差÷土壤-植物系統(tǒng)基本特征值平均值)×100。

3 結(jié)果與分析

3.1 石流坡冰緣地貌植物群落特征及變異性

3.1.1 群落類型及基本特征

老禿頂子石流坡冰緣地貌分布有落葉闊葉林、針闊混交林、矮曲林和灌叢4種植被類型, 其比例分別為23.5%、47.1%、5.9%、23.5%, 針闊混交林占優(yōu)勢, 其群落基本數(shù)量特征如表2所示。

落葉闊葉林郁閉度為(0.8±0.08)由喬灌草3個層片構(gòu)成。其中喬木層樹高(10.9±3.4) m, 胸徑(17.6± 3.9) cm, 冠幅(6.0±1.5) m, 優(yōu)勢種有岳樺()、楓樺(); 灌木層高(119.8± 21.9) cm、基徑(1.4±0.3) cm、冠幅為(67.1±27.5) cm, 優(yōu)勢種有小楷槭()、青楷槭(); 草本層高(18.2±7.9 cm、覆蓋度為(72.9±25.5)%, 優(yōu)勢種有酢醬草()、翼柄碎米薺()。從各數(shù)量特征的變異系數(shù)看, 喬木層的郁閉度屬弱變異性, 樹高和胸徑變異系數(shù)屬中等變異性; 灌木層和草本層各數(shù)量特征的變異系數(shù)均屬于中等變異性。針闊混交林郁閉度為(0.8±0.02)由喬灌草3個層片構(gòu)成。其中喬木層樹高度為(12.0±1.9) m、胸徑(16.6±2.5) cm、冠幅為(6.0±0.8) m, 優(yōu)勢種有臭冷杉()、岳樺; 灌木層高度為(117.0±20.8) cm、基徑為(1.4± 0.3) cm、冠幅為(74.7±14.2) cm、密度為(1.1±0.2) 株叢/m2, 優(yōu)勢種有狗棗獼猴桃()、大翅衛(wèi)矛(); 草本層高度為(10.4±5.1) cm, 覆蓋度為(66.4±22.6)%, 優(yōu)勢種有深山露珠草()和酢醬草。從各數(shù)量特征的變異系數(shù)來看, 喬木層郁閉度變異系數(shù)屬弱變異性, 樹高和胸徑變異系數(shù)屬中等變異性。灌木層和草本層各數(shù)量特征的變異系數(shù)均屬于中等變異性。矮曲林郁閉度為0.8由喬灌草個層片3個層片構(gòu)成。其中喬木層樹高5.4 m, 比針闊混交林、落葉闊葉林明顯要低, 胸徑9.6 m, 冠幅4.2 m, 優(yōu)勢種有小楷槭和簇毛槭(), 小楷槭和簇毛槭在矮曲林中的高度要低于落葉闊葉林的高度; 灌木層高度130.9 cm, 和落葉闊葉林、針闊混交的高度相差不大, 基徑為2.0 cm, 冠幅為73.0 cm, 密度為1.6 株叢/m2, 優(yōu)勢種有矮灌化小楷槭和狗棗獼猴桃; 草本層高度12.8 cm, 覆蓋度85.6%, 優(yōu)勢種有酢醬草。

表2 老禿頂子石流坡冰緣地貌植物群落基本特征

灌叢群落由灌草2個層片構(gòu)成, 其中灌木層高度為(151.1±57.4) cm、基徑為(2.0±0.8) cm、冠幅為(85.5±58.9) cm, 密度為(1.1±0.3) 株叢/m2, 優(yōu)勢種有毛榛子(); 草本層高度(51.0± 16.7) cm、覆蓋度為(99.6±0.8)%, 優(yōu)勢種有凸脈苔草()和東北羊角芹()。從各數(shù)量特征的變異系數(shù)來看, 其中灌木層各數(shù)量特征的變異性均屬中等變異性, 而草本層的覆蓋度的變異系數(shù)屬弱變異性, 高度的變異系數(shù)為中等變異性。

3.1.2 群落物種多樣性

(1) 物種豐富度

在本次調(diào)查樣地中共記錄到喬、灌、草植物分別為24、39、98種。其中落葉闊葉林中喬、灌、草植物分別為15、20、44種; 針闊混交林中喬、灌、草植物分別為18、25、57種; 矮曲林中喬、灌、草植物分別為10、11、22種; 灌叢中灌、草植物分別為19、51種?？梢钥闯錾秩郝渲嗅橀熁旖涣謫?、灌、草植物數(shù)量高于落葉闊葉林和矮曲林。

石流坡地貌不同植被類型中喬、灌、草物種豐富度隨海拔高度的變化趨勢不盡相同, 其變化特征如表3所示。落葉闊葉林中喬木層物種豐富度最大值8出現(xiàn)在C4處, 以岳樺和裂葉榆()為優(yōu)勢種, 最小值5出現(xiàn)在C10和C14處, 分別以岳樺、小楷槭和簇毛槭為優(yōu)勢種; 灌木層物種豐富度最大值11出現(xiàn)在C3處, 以楓樺、紫椴()為優(yōu)勢種和C14處。最小值8出現(xiàn)在C10處; 草本層物種豐富度最大值22出現(xiàn)在C10處, 以岳樺和小楷槭為優(yōu)勢種, 最小值8出現(xiàn)在C3處。針闊混交林中喬木層物種豐富度最大值11出現(xiàn)在C5處, 以臭冷杉和岳樺為優(yōu)勢種, 最小值出現(xiàn)在4出現(xiàn)在C12處, 以矮灌化簇毛槭和錦帶花()為優(yōu)勢種; 灌木層中最大值13出現(xiàn)在C5、C6處, 以大翅衛(wèi)矛、矮灌化小楷槭為優(yōu)勢種和C12處。最小值6 出現(xiàn)在C2處, 以臭冷杉和簇毛槭為優(yōu)勢種; 草本層中最大值28出現(xiàn)在C5、C6和C12處, 最小值9出現(xiàn)在C2處。矮曲林出現(xiàn)在C15處, 以小楷槭和簇毛槭為優(yōu)勢種, 喬、灌、草物種豐富度分別為9、11、22。

灌叢中灌木層物種豐富度最大值12出現(xiàn)在C8處, 以大翅衛(wèi)矛和毛榛子為優(yōu)勢種, 最小值6出現(xiàn)在C13處, 以毛榛子和山楂葉懸鉤子()為優(yōu)勢種; 草本層最大值28出現(xiàn)在C11處, 以尾葉香茶菜()為優(yōu)勢種, 最小值2出現(xiàn)在C8處。

(2) α多樣性

表4為石流坡冰緣地貌不同植被類型Shannon- Wiener指數(shù)。可以看出, 落葉闊葉林中喬木層Shannon-Wiener指數(shù)最大值1.6出現(xiàn)在C4處, 最小值1.2出現(xiàn)在C3、C6、C10處; 灌木層中最大值1.5出現(xiàn)在C3和C4處, 最小值0.8出現(xiàn)在C10處; 草本層中最大值1.9出現(xiàn)在C14處, 最小值0.6出現(xiàn)在C3處。針闊混交林中喬木層最大值2.1出現(xiàn)在C5處, 最小值1.3出現(xiàn)在C7和C12處; 灌木層最大值1.6出現(xiàn)在C7和C12處, 最小值0.9出現(xiàn)在C1和C2處; 草本層最大值2.3出現(xiàn)在C5處, 最小值0.8出現(xiàn)在C2處。矮曲林喬木層、灌木層、草本層Shannon-Wiener指數(shù)分別為1.6、1.4、1.6。

表3 老禿頂子石流坡冰緣地貌不同植被類型物種豐富度

表4 老禿頂子石流坡冰緣地貌不同植被類型Shannon-Wiener指數(shù)

灌叢中灌木層最大值為1.4出現(xiàn)在C8處, 最小值0.9出現(xiàn)在C13處; 草本層最大值2.6出現(xiàn)C11和C13處, 最小值2.0出現(xiàn)C17處。

3.2 石流坡冰緣地貌土壤環(huán)境特征及變異性

3.2.1 土壤pH、土層厚度、含鹽率和電導率、土層溫度及變異性

表5為老禿頂子石流坡冰緣地貌土壤特性測試結(jié)果。從中可以得出, 石流坡冰緣地貌森林群落土壤的pH在3.87—5.03之間變動, 表層土壤含鹽率和電導率的平均值分別為44.41 mg·kg–1、88.55 μs·cm–1。表土層的平均溫度為16.3 ℃, 低于同期林外氣溫24.5 ℃。老禿頂子石流坡地貌植物群落的土壤為山地暗棕壤, 土層略厚, 但厚度覆蓋不均勻, 含鹽率和電導率具有一定的空間變異, 屬于酸性林溶土, 土體的溫度較低, 適合森林植物生長。

落葉闊葉林內(nèi)土壤pH平均值為4.62, 土層平均厚48.75 cm, 表土層的平均溫度、含鹽率和電導率的平均值分別為15.78 ℃、42.87 mg·kg–1、82.92 μs·cm–1。從落葉闊葉林土壤各數(shù)量特征的變異系數(shù)看, 表土層pH、溫度屬弱變異性, 其他各數(shù)量特征均屬于中等變異性。表明落葉闊葉林表土層pH、溫度比較均一, 其它各數(shù)量特征具有一定的空間變異。針闊混交林內(nèi)土壤pH平均值為4.49, 土層平均厚20.75 cm, 表土層的平均溫度為16.49 ℃, 含鹽率和電導率的平均值分別為42.01 mg·kg–1、85.83 μs·cm–1。從針闊混交林土壤各數(shù)量特征的變異系數(shù)看, 土壤pH屬于弱變異性, 其他均屬于中等變異性, 表明針闊混交林內(nèi)土壤pH比較均一, 其他各土壤特征具有一定空間變異。矮曲林內(nèi)各土壤特性的平均值均低于落葉闊葉林和針闊混交林。

灌叢內(nèi)土壤pH平均值為4.68, 土層平均厚82.50 cm, 表土層的平均溫度為16.83 ℃, 表層土壤含鹽率和電導率的平均值分別為52.51 mg·kg–1、106.22 s·cm–1。從灌叢土壤各數(shù)量特征的變異系數(shù)看, 土壤pH值和表土層溫度屬于弱變異性, 其他各數(shù)量特征均屬于中等變異性。

3.2.2 土壤氧分含量

表6為老禿頂子石流坡冰緣地貌土壤氧化物含量測試結(jié)果。由表6可以看出, 土壤中CO2、SiO2的含量很高, 其中SiO2含量最高, 在36.10—0.51之間變動, 平均值為45.38。CO2在20.98—42.92之間變動, 平均值為29.56。N、MgO、CaO和Fe2O3的含量也相對較高, 平均值分別為1.04、1.30、1和3.94。從變異系數(shù)上看, 土壤氧化物的變異系數(shù)均屬于中等變異性, 表明石流坡冰緣地貌植物群落表層土壤氧化物的含量具有一定的空間變異。

落葉闊葉林中CO2、N、MgO、SiO2、P2O5、SO3、K2O、CaO、Fe2O3平均值分別為30.07、1.01、1.28、44.87、0.26、0.23、2.16、1.04、3.92。從變異系數(shù)上看, P2O5為弱變異性, 而其余氧化物均屬中等變異性, 表明落葉闊葉林P2O5含量比較均一, 其余氧化物含量具有一定的空間變異性。

針闊混交林中CO2、N、MgO 、SiO2、P2O5、SO3、K2O、CaO、Fe2O3平均值分別為30.57、1.04、1.23、45.02、0.23、0.22、2.12、1.00、3.76。從變異系數(shù)上看, MgO為弱變異性, 而其余氧化物均屬中等變異性, 表明針闊混交林MgO含量比較均一, 其余氧化物含量具有一定的空間變異性。矮曲林中CO2、N、SiO2、P2O5、SO3、K2O、CaO、Fe2O3平均值分別為33.80、1.12、0.97、43.62、0.24、0.26、1.85、0.62、3.75。

表5 老禿頂子石流坡冰緣地貌不同植被類型土壤特性

表6 老禿頂子石流坡冰緣地貌不同植被類型土壤氧化物含量(%)

灌叢中CO2、N、SiO2、P2O5、SO3、K2O、CaO和Fe2O3平均值分別為25.99、1.04、1.54、47.06、0.32、0.26、2.36和1.08。從變異系數(shù)上看, MgO、SiO2、P2O5為弱變異性, 而其余氧化物為中等變異性, 表明灌叢內(nèi)MgO、SiO2和P2O5含量比較均一, 而其余氧化物含量具有一定的空間變異性。

3.3 石流坡冰緣地貌土壤—植物系統(tǒng)相互影響關(guān)系

相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果表明, 老禿頂子石流坡地貌植物群落物種豐富度、Shannon-Wiener指數(shù)與土壤pH、土層厚度、土壤含鹽率和電導率、土層溫度沒有明顯的相關(guān)性。喬木層物種豐富度與土壤氧化物CaO含量呈正相關(guān)關(guān)系(= –0.635,<0.05,=13) (表7), 喬木層的Shannon-Wiener指數(shù)與CaO呈正相關(guān)(= –0.597,<0.05,=13); 灌木層與土壤氧化物的相關(guān)性不大; 草本層Shannon-Wiener指數(shù)與CaO呈負相關(guān)(=0.554,<0.05,=17)(表7)。由此表明, 喬木層中, 物種豐富度和Shannon-Wiener指數(shù)越大, 土壤中CaO含量越高, 草本層中則相反。

4 結(jié)論

通過對遼東山地老禿頂子石流坡冰緣地貌土壤—植物系統(tǒng)基本特征及分異性的研究, 得出以下結(jié)論:

(1) 石流坡冰緣地貌分布的4種植被類型隨海拔升高逐漸更替變化, 其中針闊混交林的比例最大, 群落林分密度比較均一。不同植被類型物種豐富度、Shannon-Wiener指數(shù)隨海拔變化不盡相同, 總體看, 植物群落總體物種豐富度隨海拔升高出現(xiàn)了3個峰值, 最高峰值52出現(xiàn)在針闊混交林內(nèi), Shannon- Wiener指數(shù)隨海拔的升高呈波動式變化的趨勢, 最大值也出現(xiàn)在針闊混交林內(nèi)。結(jié)合前期研究成果[8,14,16-18]可以看出, 老禿頂子石流坡冰緣地貌植被的生長演替和變化的規(guī)律, 仍受氣候條件和山地不同海拔高度的水熱組合因子控制。針闊混交林位于中海拔地段較多, 光照和水熱條件較好, 物種多樣性最大值均出現(xiàn)在針闊混交林內(nèi)。呂秀枝[12]對五臺山冰緣地貌植被生態(tài)研究中得出, 五臺山不同冰緣地貌植物群落類型的多樣性程度是綜合生態(tài)因素作用的結(jié)果, 其中海拔高度和土層厚度最具重要性。本文研究結(jié)果與前人的結(jié)果相一致。

注: **.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān); *.在0.05 水平(雙側(cè))上明顯相關(guān)

(2) 石流坡冰緣地貌森林群落土壤的pH和溫度屬于弱變異性, 含鹽率和電導率具有一定的空間變異, 屬于酸性林溶土, 土體的溫度較低, 適合森林植物生長。土壤中CO2、SiO2的含量很高, 其中SiO2含量最高, 總體上看, 土壤氧化物的變異系數(shù)均屬于中等變異性, 表明石流坡冰緣地貌植物群落表層土壤氧化物的含量具有一定的空間變異。

(3) 根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果表明, 石流坡冰緣地貌植物群落物種多樣性與土壤環(huán)境的關(guān)系較密切, 具體表現(xiàn)為喬木層中, 物種豐富度和Shannon- Wiener指數(shù)隨著土壤中CaO含量升高而增大, 草本層中則相反。鄭曉翾[9]等對呼倫貝爾草原物種多樣性與生物量、環(huán)境因子的關(guān)系研究表明, 物種豐富度隨水分和土壤有機碳含量增加而增加, 本研究與前人所得的結(jié)果有所不同, 這可能是由于老禿頂子石流坡地貌植物群落的演替和天然更新的速度較慢[22–23], 土壤的養(yǎng)分含量比較復雜, 導致冰緣地貌植物群落的物種性與土壤氧化物的關(guān)系和草原物種多樣性與土壤環(huán)境的關(guān)系不同。但是石流坡地貌穩(wěn)定性較差, 易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流山嘯等山地災害[23], 因此, 基于石流坡冰緣地貌土壤-植物系統(tǒng)的分異特征, 加強老禿頂子的防護和管理, 提高其穩(wěn)定性。

[1] 陳玉福, 董鳴, 毛烏素沙地景觀的植被與土壤特征空間格局及其相關(guān)分析[J]. 植物生態(tài)學報, 2001, 25(03): 265–269.

[2] 宋永昌, 植被生態(tài)學[M]. 上海: 華東師范大學出版社, 2001.

[3] 武吉華, 張紳, 江源, 等. 植物地理學[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[4] 張林靜, 岳明, 顧雪峰, 等. 新疆阜康綠洲荒漠過渡帶植物群落物種多樣性與土壤環(huán)境因子的耦合關(guān)系[J]. 應用生態(tài)學報, 2002, 13(6): 658–662.

[5] 劉琳, 姜韜, 李玉靈, 等. 冀北山地不同生境下土壤種子庫特征分析[J]. 東北林業(yè)大學學報, 2012, 40(7): 112–120.

[6] 王琳, 張金屯, 上官鐵梁, 等. 歷山山地草甸的物種多樣性及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2004, 10(1): 18–22.

[7] 安樹青, 王錚峰, 朱學雷, 等. 土壤因子對次生森林群落物種多樣性的影響[J]. 武漢植物學研究, 1997, 15(2): 143–150.

[8] 張華, 伏乾科, 李鋒瑞. 退化沙質(zhì)草地自然恢復過程中土壤—植物系統(tǒng)的變化特征[J]. 水土保持通報, 2003, 23(6): 77–82.

[9] 鄭曉翾, 靳甜甜, 木麗芬, 等. 呼倫貝爾草原物種多樣性與生物量、環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 中國草地學報, 2008, 30(6): 74–81.

[10] VINTON M A, BURKE I C 1995 Interactions between in dividualplant species and soil nutrient status in shortgrass steppe[J]. Ecology, 76: 1116–1133.

[11] 劉劍剛, 張華, 等. 遼東山地老禿頂子冰緣地貌植物群落類型及基本特征[J]. 冰川凍土, 2015, 37(2): 500–510.

[12] 呂秀枝. 五臺山冰緣地貌植被生態(tài)研究[D].太原: 山西大學碩士學位論文, 2010.

[13] 李紹泉, 郭長泰. 遼寧老禿頂子國家級自然保護區(qū)植被研究[J]. 河北林果研究, 2003,18(2): 131–135.

[14] 張寶財, 張華, 祝業(yè)平, 等. 遼寧老禿頂子南坡植物生活型譜及其海拔變化[J]. 遼寧師范大學學報(自然科學版), 2007, 30(4): 499–502.

[15] 張華, 馬延新, 武晶, 等. 遼東山地老禿頂子北坡植被類型及垂直帶譜[J].地理研究, 2008, 27(6): 1261–1270.

[16] 郭長泰. 老禿頂子自然保護區(qū)跳石塘地貌和跳石塘植被調(diào)查報告[J]. 遼寧林業(yè)科技, 1996, (1): 28–31.

[17] 祝業(yè)平, 史本利, 王穎, 等. 老禿頂子植被垂直分布形成的原因初探[J]. 黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報, 2008, 21(5): 36–38.

[18] 李紹泉, 郭長泰. 遼寧老禿頂子國家級自然保護區(qū)植被研究[J]. 河北林果研究, 2003, 18(2): 131–135.

[19] 郝占慶, 于德勇, 楊曉明, 等. 長白山北坡植物群落α多樣性及其隨海拔梯度的變化[J].應用生態(tài)學報, 2002, 13(7): 785–789.

[20] 張峰, 張金屯, 上官鐵梁. 歷山自然保護區(qū)豬尾溝森林群落植物多樣性研究[J]. 植物生態(tài)學報, 2002, 26(S): 46–51.

[21] 張義輝, 李洪建, 榮燕美, 等. 太原盆地土壤呼吸的空間異質(zhì)性[J]. 生態(tài)學報, 2010, 30(23): 6606–6612.

[22] 宋安詳, 余云, 孫志家, 等. 遼東山區(qū)特殊立地跳石塘天然更新的調(diào)查[J]. 遼寧林業(yè)科技, 2003, (1): 23–24.

[23] 董厚德, 唐炯炎. 遼東山地“亂石窖”植被演替規(guī)律的探究[J]. 植物生態(tài)學與植物學叢刊,1965, 3(1): 82–87.

The characteristics and heterogeneities of soil-plant system of rock slope topography in Laotudingzi Mountain

ZHU Yan1, ZHANG Hua1,2*, ZHU Xiaxia1, LIU Jiangang1, ZHU Yeping3, LV rui3, WANG ying3, MA Mingjun3

1. Laboratory of Physical Geography and Geomatics, Liaoning Normal University, Dalian Liaoning 116029, China2. Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian Liaoning 116029, China3. Administration of Laotudingzi National Nature Reserve, Huanren Liaoning 117218, China

Based on the survey data of 17 sample plots, the characteristics and heterogeneities of soil-plant system of rock slope topography in Laotudingzi Mountain was studied. The results are as follows. (1) There are 4 vegetation types, including broad leaved deciduous forest, theropencedrymion, elfin wood and bush fallow; theropencedrymion is the dominant. (2) The species richness of broad leaved deciduous forest, theropencedrymion, elfin wood and bush fallow is respectively (33.6 ± 4.7), (34.6 ± 10.1), (42.0 ± 0), (34.8 ± 5.2). (3) The soil thickness of rock slope topography is 38.18cm. Soil salinity and conductivity are moderately variable and the topsoil temperature is weakly variable. The oxide of the surface soil is relatively homogeneous. (4) The relation between species richness and CaOof arborous layer in rock slope topography is positive (=-0.635,<0.05,=13), the relation between Shannon-Wiener index and soil CaO of arborous layer is positive (=-0.597,<0.05,=13), but the relation between Shannon-Wiener index of herb layer and soil CaO is negative(=0.554,<0.05,=17).

rock slope topography; soil-plant system; species richness; α diversity index; differentiation characteristics; Mt. Laotudingzi

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.010

Q948

A

1008-8873(2017)02-068-08

2015-10-10;

2015-12-11

國家自然科學基金項目(41271064)

朱巖(1991—)女, 遼寧錦州人, 碩士研究生, 自然地理專業(yè), E-mail: 18104085523@163.com

張華(1965—)女, 山東東明人, 教授, 主要從事植物地理和恢復生態(tài)研究, E-mail: zhanghua0323@sina.com

朱巖, 張華, 朱夏夏, 等.遼東山地老禿頂子石流坡地貌土壤-植物系統(tǒng)分異特征[J]. 生態(tài)科學, 2017, 36(2): 68-75.

ZHU Yan, ZHANG Hua, ZHU Xiaxia, et al. The characteristics and heterogeneities of soil-plant system of rock slope topography in Laotudingzi Mountain[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 68-75.