黃河中下游典型河岸帶植被格局與土壤性質(zhì)的耦合關(guān)系.pdf

1、土壤和植被作為河岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)維持的根基，其空間分布與變異對河岸帶的生態(tài)功能的發(fā)揮起著決定性的作用。黃河中下游河岸帶作為連接流域陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)的脆弱敏感區(qū)域，正面臨著植被面積減少、水土流失加劇等一系列問題引起的河岸帶結(jié)構(gòu)改變和功能退化的考驗。開展黃河中下游河岸帶植被格局動態(tài)研究，探討研究區(qū)土壤環(huán)境因子的時空格局，并在不同尺度上揭示植被格局與土壤環(huán)境過程之間的相互關(guān)系與尺度效應(yīng)，最后構(gòu)建適用于研究區(qū)的植被-土壤關(guān)系耦合模型，

2、為研究河岸生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能提供新的思路，對于加快退化河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建有重要的指導(dǎo)作用。
　　本研究以黃河中下游河南段典型河岸帶為研究對象，采用野外調(diào)查、實驗分析與統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法，研究了黃河中下游河岸帶植被格局動態(tài)以及研究區(qū)土壤環(huán)境因子的時空格局，并在不同尺度上揭示植被格局與土壤環(huán)境過程之間的相互關(guān)系與尺度效應(yīng)。首先，本研究選取2003、2009和2015年的遙感影像圖，根據(jù)在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，將研究區(qū)內(nèi)土地利用/

3、覆蓋類型分為：黃河、農(nóng)田、林地、草地、河漫灘、居民區(qū)、溝渠及坑塘八大類；對該區(qū)近12年的植被空間格局及其動態(tài)并結(jié)合驅(qū)動力因子(距道路距離(Dis_road)、距居民區(qū)距離(Dis_jmq)和距坑塘距離(Dis_pond))，分析該研究區(qū)植被空間分布特征、植被格局動態(tài)表現(xiàn)，以及植被格局變化的驅(qū)動機制。其次，本研究以黃河中下游典型河段河岸帶土壤為研究對象，通過實驗分析與冗余分析(RDA)相結(jié)合的方法，研究了河岸帶土壤理化性質(zhì)空間分異特征及其

4、對環(huán)境的響應(yīng)。分別對河岸帶的土壤理化指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析和空間變異分析，定量揭示不同植被類型的土壤變化程度和尺度。最后，通過對植物群落特征與土壤特性的排序分析，確定影響河岸帶土壤性質(zhì)分異的影響因子；應(yīng)用主成份分析及回歸分析，分析植被與土壤性質(zhì)在距地和景觀不同尺度上的關(guān)系，并建立相應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)關(guān)系式。研究結(jié)果如下：
　　(1)草地的總面積增加，草地密度、斑塊數(shù)量都與草地總面積在不同年份有相同的增加趨勢，而斑塊形狀指數(shù)和斑塊周長面積分維數(shù)

5、卻有下降的趨勢。草地和林地的聚集度指數(shù)、相似毗鄰百分比不斷增加，說明斑塊分布不斷集中。林地總面積在每一年都有不同程度的增加，斑塊數(shù)量增加，同時斑塊密度是一個先減少后增加的趨勢。林地景觀斑塊形狀指數(shù)不斷變大，說明林地景觀的幾何形狀不斷變得復(fù)雜。草地和林地的斑塊面積和斑塊數(shù)量與至居民區(qū)距離在每個年份都有顯著相關(guān)性。2015年草地景觀格局的周長面積分維數(shù)與至道路距離顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。草地和林地的形狀指數(shù)變化在每個年份都與距道路和居民

6、區(qū)距離有顯著的相關(guān)性(p<0.05, p<0.01)，與距居民區(qū)距離是顯著正相關(guān)，與距道路距離是顯著負(fù)相關(guān)。草地和林地分別在2003年和2009年、2015年中斑塊結(jié)合度指數(shù)與至坑塘距離顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)，林地在2015年斑塊結(jié)合度指數(shù)與至居民區(qū)距離顯著正相關(guān)。距居民區(qū)的距離在三個時期對林地相似毗鄰百分比數(shù)均顯著正相關(guān)。
　　(2)研究區(qū)土壤以粉粒為主，隨緩沖距離增大，土壤容重呈現(xiàn)先增后減的趨勢，而土壤含水量呈相反的趨勢；

7、不同緩沖區(qū)土壤的全磷含量差異較大，楊樹人工林(Populus tomentosaplantation)和柳樹人工林(Salix matsudanaplantation)土壤氮素差異不顯著，隨緩沖距離增大硝態(tài)氮含量增加；不同植被類型對土壤有機碳含量的影響差異明顯，但不同河岸緩沖距離內(nèi)差異不顯著；研究區(qū)土壤理化性質(zhì)間關(guān)系密切，其中，土壤有機碳與全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01、P<0.01和P<0.05)，土壤全碳和

8、有機碳含量均與砂粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與粘粒呈顯著正相關(guān)(P<0.01)；另外，RDA結(jié)果顯示，土壤有機碳和銨態(tài)氮含量隨喬木層高度與蓋度的增加而增加，土壤全磷與硝態(tài)氮隨喬木層植物胸徑和草本層蓋度的增加而增加，銨態(tài)氮含量隨海拔的升高呈遞增趨勢，表明黃河中下游河岸帶土壤性質(zhì)受群落結(jié)構(gòu)和海拔梯度的影響顯著。
　　(3)在局地尺度上，土壤質(zhì)量與喬木蓋度的擬合方程為ya=0.467+0.067x，相關(guān)系數(shù)為0.319，R2

9、=0.102，差異顯著(F=5.322, p=0.026)。該方程說明土壤質(zhì)量因子變動與植被特征(喬木蓋度)間存在著線性關(guān)系。河岸帶不同緩沖區(qū)內(nèi)林地植被景觀格局變化特征的分析表明，隨著緩沖距離的增加，河岸帶林地植被景觀的林地斑塊面積、斑塊數(shù)量、斑塊密度和斑塊形狀指數(shù)都呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，并且都在1.5-3.0 km緩沖區(qū)內(nèi)達(dá)到最大值，說明在這個緩沖區(qū)內(nèi)林地斑塊破碎化高于其他緩沖區(qū)。斑塊周長面積分維數(shù)呈現(xiàn)相反的趨勢，即先減后增，相似毗

10、鄰百分比和聚集度指數(shù)都在3.0-4.5 km緩沖距離內(nèi)達(dá)到最大值，斑塊結(jié)合度指數(shù)以3.0-4.5 km緩沖距離內(nèi)的值最高，以1.5-3.0 km緩沖距離內(nèi)的斑塊結(jié)合度最低。研究區(qū)1.5-3.0 km緩沖距離內(nèi)林地的形狀指數(shù)最大，斑塊數(shù)量和斑塊密度皆為最大，表明在此區(qū)域內(nèi)林地主要受到人類規(guī)劃下的有序干擾，破碎化程度最高。在斑塊數(shù)量、斑塊密度和斑塊形狀指數(shù)都表現(xiàn)為先增后減，而斑塊周長面積分維數(shù)呈現(xiàn)先減后增的趨勢，并在1.5 km緩沖區(qū)內(nèi)達(dá)到

11、最大值。相似毗鄰百分比和聚集度指數(shù)的相關(guān)性非常大，其隨緩沖區(qū)內(nèi)林地格局的變化趨勢基本一致。3.0-4.5 km緩沖距離內(nèi)的相似毗鄰百分比和聚集度指數(shù)最大，1.5-3.0 km緩沖距離內(nèi)的值為最小。說明3.0-4.5 km緩沖距離內(nèi)林地景觀類型的聚集度較高，斑塊分布較為集中，而1.5-3.0 km緩沖距離內(nèi)的聚集度較低，斑塊分布較為分散，這與斑塊數(shù)量和斑塊密度的結(jié)果相吻合。斑塊結(jié)合度指數(shù)以3.0-4.5 km緩沖距離內(nèi)的值最高，說明此區(qū)域