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在不同尺度上对古尔班通古特沙漠南缘土壤的空间异质性进行研究,不但对了解土壤的形成过程、结构和功能具有重要的理论意义,而且对了解植物与土壤的关系、植被的空间格局和生态位,以及各种生态过程对土壤的影响程度也具有重要的参考价值。本研究的主要结论如下:
1、五种荒漠植物根际土壤养分和盐分状况的对比研究用根袋模拟实验方法,对古尔班通古特沙漠南缘五种常见植物梭梭(Haloxylonammodendron Bge.)、白梭梭(H.persicum Bge.)、刺沙蓬(Salsola ruathenica Lima)、骆驼蓬(Peganum harmala Iljin.)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap Bee.)的根际和非根际土的养分及盐分含量状况进行研究。结果表明:荒漠植物能够通过根际调节降低根际土壤的pH值,从而促进植物对土壤中养分以及水分的利用。
2、梭梭和白梭梭主根周围土壤养分的梯度分布用野外原位分层取样的方法,研究了古尔班通古特沙漠两个主要建群种:生长于丘间低地的梭梭(Haloxylon ammodendron)和生长于沙丘项部流沙地的白梭梭(H.Persicum)之主根周围土壤的pH、电导率及养分的梯度变化状况。结果显示:梭梭和白梭梭根际微区均有显著的养分聚集现象。此外,梭梭根围土壤各因子均较白梭梭高,这可能是因为梭梭和白梭梭生活在同一群落的不同部位所致,R/S表明除有效磷外,白梭梭根际的“肥岛”效应均较梭梭大,这说明了愈是在养分胁迫的土壤环境,荒漠灌木的“肥岛”效应尤为显著。
3、梭梭个体树千径流作用下土壤的空间异质性对梭梭(Haloxylon ammodendron)根际、根系及个体尺度的土壤化学性质空间异质性的研究结果表明:个体尺度是“肥岛”现象所发生的范围,有机碳、全氮和有效磷的肥岛作用范围发生在距主根面大约20～40 cm以内,而土壤pH和电导率在距主根25cm以内却显著低于外围,即在梭梭主根周围形成了一种高养分、低盐和低pH的环境。树干径流化学性质的研究结果表明:除pH和CO32-外,树干径流水样所有化学性质均显著高于自然降雨的化学性质,这说明这种高养分、低盐分的环境是因为树干径流的作用,而非根际、根系以及落叶的分解。而根围pH的降低,则主要是因为根系呼吸以及根系周围微生物的呼吸降低了土壤的pH。
4、梭梭和白梭梭种群土壤空间异质性的差异运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了梭梭(Haloxylon ammodendron)种群和白梭梭(H.persicum)种群土壤化学性质的空间异质性。结果表明:丘底与丘顶之间土壤有机碳、全氮和有效磷的差异主要由地形差异(物理因子)所引起,而pH和电导率则主要由于植物(生物因子)作用引起。这种物理因子和生物因子并非单独存在,而是相互作用的,正因为它们的共同作用,才形成了古尔班通古特沙漠沙丘的空间分布以及梭梭和白梭梭不同生态位的空间分布。
5、景观尺度土壤水分和化学性质的空间分布沙漠边缘至腹地土壤水分和化学性质空间分布的研究结果显示:在古尔班通古特沙漠,从边缘到腹地,气候和水文状况对丘底土壤性状有显著影响,而对丘坡和丘顶土壤性状影响并不显著。同时,丘底土壤水分含量和各化学性质均显著高于丘坡和丘顶,这是因为地貌的形成导致了物质资源的重新分配,使土壤水分和养分资源在丘底显著聚集。相关分析结果显示:仅4、5月份的土壤含水量及年平均土壤含水量与丘底土壤化学性质显著相关,而丘坡和丘顶土壤含水量与土壤化学性质并不存在显著相关,这是因为冬季积雪的融化导致了水分在丘底的聚集。在4、5月份,土壤水分对植被及土壤化学性质发挥作用;在6、8月份,由于土壤水分被耗尽,土壤水分没有表现出对土壤性状的显著影响。
6、古尔班通古特沙漠土壤化学性质空间异质性的尺度特征从根际(10-3m-10-2m)、个体(10-1m-100m)、种群(100m-101m)、地貌(101m-102 m)和景观(103 m-104 m)五个作用因子所在的尺度对古尔班通古特沙漠土壤的pH、电导率、有机质、全氮、速效氮、全磷和速效磷等的空间异质性进行研究,结果表明:土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷的空间异质性均在个体尺度上最大,地貌尺度上次之,而种群尺度上最小,说明植物个体对于土壤养分的空间异质性起主导作用,同时地貌对这些养分异质性的作用也是不容忽视的。而在植物种群尺度,土壤养分的异质性最小;土壤全磷的空间异质性则在地貌尺度上最大,个体尺度次之,根际尺度最小,说明地貌特征是影响土壤全磷含量的最主要因子,其次是植物个体,而根际对于土壤全磷的空间异质性的作用很小。