土壤理化性质对绵刺（Pot...um）分布区边界形成的影响_陈丽.pdf

生物多样性与自然保护HUANJINGYUFAZHAN土壤理化性质对绵刺（Potaninia Mongolica）、四合木（Tetraena mongolica）和半日花（Helianthemum soongoricum）分布区边界形成的影响陈丽1，布仁图雅2，王东波3，云文丽4，刘佳慧5（1.呼伦贝尔市生态环境保护与发展中心，内蒙古 呼伦贝尔 021000；2.内蒙古自治区环境监测总站，内蒙古 呼和浩特 010011；3.内蒙古自治区环境监测总站呼伦贝尔分站，内蒙古 呼伦贝尔021008；4.内蒙古自治区气象干部培训学院，内蒙古 呼和浩特010051；5.呼和浩特职业学院，内蒙古 呼和浩特010051）摘要：绵刺、四合木、半日花是分布在内蒙古西鄂尔多斯地区的狭域特有种。本研究对几种植物着生生境的土壤进行了理化性质测定，得出几种植物的自然着生地是它们能够存活的极端生境。从土壤颗粒组成的结果看来，四合木与绵刺的适生生境中砂质含量较高，半日花的适生生境中石块和砾石的粗颗粒所占比重较大，更粗糙或更细腻的土壤颗粒组成不利于这些植物的生长。它们可以适应较高pH值和硫酸盐含量的土壤，这对它们维持在群落中的地位有重要意义。关键词：土壤理化性质；狭域特有种；分布中图分类号：X173文献标识码：A文章编号：2095-672X(2023)02-0049-08DOI.10.16647/15-1369/X.2023.02.008Impact of soil physical and chemical properties to the distribution boundaries of PotaniniaImpact of soil physical and chemical properties to the distribution boundaries of Potaniniamongolicamongolica、Tetraena mongolicaTetraena mongolica、Helianthemum soongoricum and Tugarinovia mongolicaHelianthemum soongoricum and Tugarinovia mongolicaChen Li1,Bu Rentuya2,Wang Dongbo3,Yun Wenli4,Liu Jiahui5(1.HulunBuirEco-EnvironmentalProtectionandDevelopmentCenter,HulunBuirInnerMongolia021000,China；2.EnvironmentalMonitoringStationofInnerMongoliaAutonomousRegion,HohhotInnerMongolia 010011,China；3.HulunBuirSubstationofInnerMongoliaEnvironmentalMonitoringStation,HulunBuirInnerMongolia 021008,China；4.InnerMongoliaMeteorologicalTrainingCenter,HohhotInnerMongolia 010051,China；5.HohhotVocationalSchool,HohhotInnerMongolia 010051,China)Abstract:Potaninia mongolica、Tetraena mongolica、Helianthemum soongoricum and Tugarinovia mongolica areendemic plant species of narrow area distribute in Western Erdos.We have tested the physical and chemical proper49S HENGWUDUOYANGXINGUZIRANBAOHU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN西鄂尔多斯地区位于内蒙古自治区西部，地理范围是环绕阿尔巴斯山的狭长地带，包括乌海市、鄂托克旗、磴口县、杭锦旗等行政单元。跨越荒漠化草原，草原化荒漠和荒漠几个植被地带。气候从干旱过渡到极端干旱，环境条件相对严酷1，是东阿拉善西鄂尔多斯，西鄂尔多斯等狭域特有种、属的分布中心。这里被列为国家重点保护植物并被列入中国生物多样性保护行动计划植物种优先保护名录的有：四合木、半日花、绵刺、革苞菊(T.mongolica)和沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)五种。鄂尔多斯地区古生代以来一直是中国北部大陆及陆缘构造域中的一个陆核区，地史称之为鄂尔多斯陆核。可能起源于古地中海区系和东亚植物区系的四合木、半日花和绵刺等植物扩散进本区，但随喜马拉雅造山运动的逐渐增强及中国西部地势的逐步抬升，古地中海逐渐西撤，这些植物的生境由温暖潮湿的沿海到干旱寒冷的大陆内部，变化是相当大的2。因此，尽管四合木、绵刺和半日花等狭域特有植物能延续至今，但它们的现代分布区生境条件已变得相当狭窄。本文讨论的狭域特有植物的起源都与古地中海西撤相联系，追溯到喜马拉雅运动肇始的第三纪，已逾千万年之久，在此悠远的年代里，物种散布应当已经很充分了，如果它们能够适应演变了的自然环境，它们的当代分布区为何如此局促？本研究以绵刺、四合木和半日花为研究对象，采集了植物着生生境的土壤进行理化性质分析测定，旨在探讨土壤理化性质对几种狭域特有植物分布区边界形成的影响。1研究区概况棉刺为阿拉善荒漠区的特有种，分布区较狭小，东起鄂尔多斯高原西北部的乌加庙一带及蒙古国东戈壁的乌勒格伊希德；西达巴丹吉林沙漠倚背的哈日别力格及蒙古境内的戈壁湖盆东端；北界在蒙古境内的4445N；南界在腾格里沙漠南缘的通湖山前，分布区位置处于亚洲中部荒漠区的最东部。四合木及其群落，在亚洲中部荒漠区只有极为有限的分布区，主要分布在鄂尔多斯高原西北部、库布齐沙漠以南，桌子山的山麓地带，少量延伸到乌达低山残丘区。半日花在我国分布于新疆的准噶尔和内蒙古鄂尔多斯西部的桌子山山麓及其邻近地区，呈岛状残遗分布3。选取的研究地均是以研究对象集中分布，为建群种或优势种的群落所在地较边缘的地带，能够更好与周边非分布生境进行比对。四合木及绵刺的研究样地位于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗的巴拉贡镇，半日花的研究样地位于鄂托克旗的棋盘井镇。具体的点位信息见表1和图1：ties of soils for plants growing.We discover that several plants natural homes are extreme habitats for survival.Theresults of soil particle contents show the content of sand are very high in the habitats of Potaninia Mongolica and Tetraena mongolica,the contents of stone block and gravel are very high in the habitat of Helianthemum soongoricum,thicker or thinner soil particles are bad for the grow of plants.They can grow in the soil of high pH value and high Sulfate content soil which is of great significance to hold out their status in community.Key words：Soil physical and chemical properties;Endemic plant species of narrow area;Distribute50生物多样性与自然保护HUANJINGYUFAZHAN图1 研究对象地理分布及采样点位3-4研究区位于巴拉贡镇东的沿河区，属黄河冲积平原，地势平坦。主要由黄河的阶地组成，地表为第四系冲积和风积物。该区域西靠黄河，位于库布其沙漠的西北。属于温带大陆性气候，年平均气温7.78.3，年平均降雨量130180mm，降水条件对植物生长需水保证率低，在植被-气候区上属于草原化荒漠区。棋盘井镇位于鄂尔多斯高原西部，地貌类型为剥蚀低山丘陵，属桌子山东侧断裂带间及断裂带前的台地。整个地形从东北向西南延表1 研究样地基本概况编号12345地点巴拉贡镇巴拉贡镇巴拉贡镇棋盘井镇棋盘井镇经度1070927.5E1072248.3E1073118.8E1070526.1E1070427.9E纬度401431.3N401204.7N400855.6N392218.5N39283.2N海拔1193m1228m1228m1414m1415m群落类型绵刺荒漠四合木荒漠沙生针茅荒漠化草原半日花荒漠藏锦鸡儿-白草荒漠51S HENGWUDUOYANGXINGUZIRANBAOHU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN伸逐渐平缓，呈西北高、东南低趋势。研究区属于温带季风大陆性气候。年平均气温6.5，年平均降水量150366mm，降水由西北向东南逐渐增加。年内降水主要集中在7-9月份，占全年降水量64%。2研究方法在每一处样地地形相对平坦、植被特征一致的区域内采用随机布点方法分别挖掘3个土壤剖面，分层采集070cm（每10cm为一层）土样，相对应层次土壤混匀后采用四分法取土样装入样品袋，风干后用于室内分析测定。土壤机械组成用Microtrac S3500激光粒度分析仪测定，pH值用METTLER TOLEDO生产的DELTA320型pH计测定，土壤可溶性盐离子采用水提取液分析法测定，参见 土壤理化分析5。3结果和讨论3.1土壤颗粒组成土壤的颗粒组成决定着土壤的质地，不同的颗粒组成使土壤具有不同的结构和特征，不同质地的土壤也就可能决定着其上生长的植物种类。就土壤颗粒组成按照以下几个等级进行分析：石块（10 mm）、石砾（101 mm）、砂 粒（10.05 mm）、粉 粒（0.050.005mm）和粘粒（0.005 mm）。分析结果如下：绵刺荒漠四合木荒漠沙生针茅荒漠化草原半日花荒漠藏锦鸡儿-白草荒漠图2 各研究样地土壤颗粒组成52生物多样性与自然保护HUANJINGYUFAZHAN在绵刺为建群种的群落（图2的）中，土壤为少砾沙质土，从地表到地下70cm深的土壤剖面上，我们可以看到砂粒占的比例最大，各层都超过90%，并且剖面上下差别不大，只在1030cm土层中含量下降了约5%左右，其他各粒级颗粒含量极少。10cm以下石砾和粉粒的含量增多，结合野外观察，可以知道该地表至少覆盖有10cm的风积沙层，表明绵刺对土壤表层的沙质化具有良好的反映。四合木的群落（图2的）中各粒级的颗粒在土壤剖面上的分布与处于同一研究区的绵刺群落不同。土壤上层到40cm处为少砾沙质土，向下为多砾粉壤土。在距地表40cm内的土壤中颗粒含量变化与较为一致，40cm向下砂粒的含量急剧减少，到第 7 层只占到23.69%。石块与石砾的含量大幅增加，石块的含量从0.5%增加到20.6%，石砾的含量从1.3%增加到47.7%后又有小幅升降变化，到第7层的石砾含量为43.9%。粉粒的含量从地表向下50cm是递减的而后又表现出上升的趋势，010cm 的土层中粉粒含量为 13.2%，到了 30cm以下就只占3%左右。沙生针茅群落是没有四合木和绵刺等荒漠灌木生长的（四合木分布区边缘）生境。土壤的颗粒组成与有四合木及绵刺生长的生境表现出明显的不同。土壤中砾质含量非常高，由浅至深颗粒粒级变小，由沙质土过渡到壤土范围。砂粒不是土壤各层中的主要颗粒组成部分，只是在土壤表面含量相对比较多占到64.6%，以下各层石块与石砾的含量明显增多，而在绵刺群落和四合木群落中这两类颗粒的含量都不高。从第二层起，石块的含量大幅增多，变化在16%34%之间，石砾的含量占到了总量的29%51%，成为土壤颗粒组成中的主要部分。这种土壤条件位于四合木及绵刺群落的边缘之外，可能不利于这些群落的生长，成为阻碍四合木及绵刺扩张的因素。半日花群落各径级土壤颗粒沿土壤剖面的含量变化比较大。中间径级的石砾、砂粒和粉粒含量都较高，10mm的石块和0.005mm粘粒在各层都存在，但含量比较低。第一层石块也占有一定的比例为8%，再从10cm向下比例有所下降为 1%3%，到第 7 层含量仅为0.6%。粘粒变化不明显，40cm 以上占 4%5%，40cm以下占2%3%。较小颗粒粉粒的含量自上至下呈递减趋势。石砾和砂粒的含量比对半日花群落生境表征很重要，两者是此消彼长的关系：石砾的含量从地表到地下60cm处是增加的趋势，而且增加速率是递增的，从地表的19.2%增加到55.2%，到第7层骤然下降到29.7%；然而由于受地表覆盖有大量石块的影响，第1层砂粒的含量为44.6%，然后呈 现 出 逐 层 递 减 的 趋 势，从 53%下 降 到31.5%，到第7层后又迅速增加到56.5%。石砾和砂粒的含量很高是半日花适生生境的特征。藏锦鸡儿群落土壤颗粒组成简单，可以看到砂粒是主要的组成部分，剖面通体为砂质土。石砾在1020cm深度处稍有上升，能够看出土壤表面大约有十几厘米的风积沙层。沙埋使得像半日花这种小个体植物无法通过邻近的生态过渡带进入荒漠化草原群落。沙质含量高是四合木和绵刺适生的生境特点，而砾石、石块等更粗颗粒含量的增加则不利于这些植物生长。藏锦鸡儿群系是出现在荒漠草原带向荒漠带过渡的区域，灌丛较大，土壤表面有风积沙覆盖，在灌丛基部由于53S HENGWUDUOYANGXINGUZIRANBAOHU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN植物的积沙作用增强往往可形成微型沙堆。该群系的分布与亚洲中部荒漠区较为优越的气候条件保持着一定的联系，土壤水分条件比较优越。从土壤颗粒表现的结果看来，四合木与绵刺的适生生境中砂质含量较高，半日花的适生生境中石块和砾石的粗颗粒所占比重较大，更粗糙或更细腻的土壤颗粒组成不利于这些植物的生长。3.2样地土壤pH值的变化表2 不同样地土壤pH值的变化群落类型绵刺荒漠四合木沙生针茅半日花藏锦鸡儿-白草土层深度（cm）0108.688.98.478.278.6610208.719.558.268.28.5720308.649.678.48.318.5230408.729.748.428.378.6240508.789.738.568.698.7250609.28.648.748.7160709.478.628.528.8各样地土壤的pH从上到下都是增加的，这种增加趋势是雨水的淋溶作用造成的，有的是波浪式增加，有的则增加得很快，只是增加的幅度不一样。其中，砂质土的pH都表现出了较高的水平，而砾石含量高的土壤pH偏低。四合木与绵刺所在样地的土壤都表现出了较强的碱性。我们还能够看出在相邻的地段上出现pH分异，四合木、绵刺群落的土壤pH都比沙生针茅群落的高，这可能是导致荒漠草原植物在这些生境中生长不好而将优势种的地位让给了灌木的原因。半日花着生生境的pH也较高，表现出荒漠生境的特点。这几种群落生境的土壤pH较高，通常8.0，这是这些草原化荒漠群落生境的共同特征，这种生境特征可能是阻止邻近的草原群落扩张的条件。3.3土壤可溶性盐离子SO42-的变化表3 不同样地土壤SO42-含量群落类型绵刺群落四合木群落半日花群落土层深度（cm）0101.232%1.034%24.800%10202.717%1.558%21.030%20300.163%0.726%23.942%30400.547%2.154%26.374%40500.368%3.430%23.680%50600.138%11.882%60705.219%25.008%几个狭域特有植物群落土壤中的SO42-含量都比较高，其剖面通体硫酸根离子的含量相对于草原群落富含碳酸根离子的土壤来说很高，这可归因于草原化荒漠土壤中存在石膏层。硫酸盐的水解会使土壤pH稍有下降，因此含有硫酸根离子较多的土壤剖面不一定是pH最大的剖面。目前已知硫酸盐对大多数植物具有毒害效应，因此可以认为这些狭域特有种对硫酸盐具有特殊的适应能力。同时高的硫酸盐含量也有效地抑制了草原群落的扩展，使得这些植物能够在这里占据一席之地。可以想象，在干旱时期，土壤含水量降到很低时，54生物多样性与自然保护HUANJINGYUFAZHAN土壤中的硫酸盐浓度会达到极高，此时其硫酸盐会发挥巨大的毒害作用，使草原植物无法生存，当然也会驱赶走其他不能适应高硫酸盐含量土壤的荒漠植物。3.4讨论土壤是植物群落发生、发展的物质基础，土壤对植物群落结构和功能产生着重要影响，土壤环境的差异会导致群落演替过程中物种多样性的变化6。土壤颗粒组成不能说明这些狭域特有植物对着生生境有特异的选择性，即土壤的基质状况不是决定这些物种是否着生的唯一因子。除需要适应干旱环境外，这些狭域特有植物还必须适应土壤的强碱性和很高的硫酸盐含量。虽然目前尚无法预知这些植物如何耐受或适应这类盐分胁迫，但确切地获知它们能够适应高硫酸盐环境。由此可以看出，适应自然环境的途径也常常是获取竞争有利地位的支柱。影响植物生长分布的因素包括气候、土壤等影响因子以及植物被动积极响应环境而发展具备的生理、生态等适应性两方面。本研究从植物着生基质土壤理化性质角度解释了部分影响植物分布扩张的现象，今后要系统地、多角度地开展针对环境因子和植物本身的研究工作。全面了解影响植物分布的因素将很好地指导我们从土地利用方式、保护途径等方面着手，制定可行的保护和合理利用措施，切实让绵刺、四合木以及半日花等狭域分布珍稀物种更好地生存和繁衍。4 结论西鄂尔多斯地区跨越的植被地带有荒漠化草原，草原化荒漠和荒漠，区域气候环境较恶劣。受喜马拉雅造山运动影响，造成可能起源于古地中海区系和东亚植物区系的绵刺、四合木、半日花等植物在此区域延续生存，但是分布区相当狭窄。本文从植物着生及周边生境（研究对象分布区外的沙生针茅、藏锦鸡儿群落）土壤条件出发，发现四合木与绵刺的适生生境中砂质含量较高，砾质含量更高的区域则不适于生长；半日花的适生生境中石块和砾石的粗颗粒所占比重较大，更细腻的砂质土壤条件不利于生长。研究对象群落生境的土壤pH均高于8.0，四合木、棉刺等着生的砂质土壤pH 表现出高于半日花着生砾石质土壤的特征，应是由土壤水分中的硫酸盐解造成的。绵刺、四合木、半日花着生生境中硫酸盐含量较高，半日花群落土壤的硫酸盐含量非常高，表现出植物对硫酸盐具有特殊的适应能力。参考文献1张韬,安慧君等.东阿拉善-西鄂尔多斯地区特有濒危植物空间分布图的编制J.干旱区资源与环境,2005,19（1）：188-193.2刘果厚,高润宇,赵培英.珍稀濒危植物沙冬青、四合木、绵刺和半日花等四种旱生灌木在环境胁迫下的生存对策分析J.内蒙古农业大学学报,2001,22（3）：66-69.3中国科学院内蒙古宁夏综合考察队内蒙古植被M.科学出版社，1985.4高润宏绵刺（Potaninia mongolica Maxim.）对环境胁迫响应研究D.北京:北京林业大学博士学位论文,2003.5中国科学院南京土壤研究所土壤理化分析M.上海：上海科学技术出版社,1980.6Tilman D.The resource-ratio hypothesis of plant successionJ.American Naturalist,1985,125(6):827-852.55S HENGWUDUOYANGXINGUZIRANBAOHU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN收稿日期：2023-02-16基金项目：内蒙古自治区科技重大专项“内蒙古生物多样性监测、评估与预警技术研究”（项目编号2021ZD0011）之第五课题“生物多样性监测、评估与预警技术体系和系统”（编号：2021ZD0011-5）。作者简介：陈丽（1982），高级工程师，硕士，主要从事草原、水生态环境监测相关工作。（上接38页）18Pouso S,Uyarra M 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