宁夏河东沙地植被多样性与土壤的关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00027

宁夏河东沙地植被多样性与土壤的关系

王帅^,¹^,², 马登科¹, 何志斌^,¹, 孙玮皓¹^,², 杜军¹, 李睿¹, 王文¹^,², 杨淑萍¹^,², 赵书玄¹^,²

1.中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站，甘肃兰州 730000

2.中国科学院大学，北京 100049

Vegetation diversity and its relationship with soil physical and chemical properties in Hedong Sandy Land， Ningxia

Wang Shuai^,¹^,², Ma Dengke¹, He Zhibin^,¹, Sun Weihao¹^,², Du Jun¹, Li Rui¹, Wang Wen¹^,², Yang Shuping¹^,², Zhao Shuxuan¹^,²

1.Linze Inland River Basin Research Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

通讯作者: 何志斌（E-mail： hzbmail@lzb.ac.cn）

收稿日期: 2024-01-10 修回日期: 2024-03-06

基金资助:

宁夏回族自治区重点研发计划项目. 2022BEG02012

Received: 2024-01-10 Revised: 2024-03-06

作者简介 About authors

王帅（1989—），男，四川宣汉人，博士研究生，主要从事恢复生态学方面的研究E-mail：wangshuai@nieer.ac.cn , E-mail：wangshuai@nieer.ac.cn

摘要

明确植被多样性与土壤理化性质的关系是沙地植被保护和荒漠化治理的重要前提。本研究调查了宁夏河东沙地植被群落特征及土壤理化性质，探究了植被与土壤间的关系。结果表明：调查区域有植物15科、34属、41种，其中单种属29属，单属科11科。草本植物占绝对优势，共计36种，占87.80%，仅5种灌木，无乔木。样地物种多样性指数（0.60~1.07）和均匀度指数（0.46~0.63）均较低，而优势度指数较高（0.46~0.68），植被组成较简单，群落优势种较突出。河东沙地主要为碱性土，部分区域为强碱性土，土壤未见明显盐化特征。有机质含量（1.68~2.80 g·kg^-1）、全氮含量（0.12~0.20 g·kg^-1）与科尔沁沙地和毛乌素沙地相当，但有效磷含量（0.41~1.85 mg·kg^-1）仅为科尔沁沙地的20%，表明河东沙地植被可能存在磷限制现象。冗余分析表明，土壤指标能很好地解释河东沙地植被群落特征，第一排序轴的解释率达到75.87%，其中表层土壤全氮、有机质、C∶N总解释率达49.20%，表明表层土壤有机质和氮含量对河东沙地植被形成和分布有重要影响。河东沙地植被盖度与表层土壤水分含量极显著负相关、与土壤养分含量显著负相关，植被高度与表层土壤有机质和全氮含量显著负相关，物种丰富度和多样性指数与土壤养分间显著负相关。

关键词： 河东沙地 ; 群落特征 ; 多样性指数 ; 土壤养分 ; 冗余分析（RDA）

Abstract

Clarifying the relationship between vegetation diversity and soil physical and chemical properties is the premise for vegetation protection and desertification control in sandy land. Vegetation community characteristic， soil physical and chemical properties and their relationship were studied in the typical area of Hedong Sandy Land in Ningxia. The results showed that there were 41 species， which belongs to 34 genera， 15 families. There were 29 genera only have one species and 11 families only have one genus. Herbaceous plants accounted for an absolute advantage， with a total of 36 species， accounting for 87.80 %. Only 5 shrubs were recorded and no tree distributed in the study area. The species diversity indices （0.60-1.07） and the evenness indices （0.46-0.68） are both low， while the predominant indices （0.46-0.68） were relatively high， which reflected that the vegetation composition in the studied area was simple and the dominant species have significant impacts on the community characteristics. The soil in this area was mainly alkaline soil， with some area been strongly alkaline soil， but the soil has a low salt content. The soil organic matter content （1.68-2.80 g·kg^-1） and total nitrogen content （0.12-0.20 g·kg^-1） were equivalent to those in Horqin Sandy Land and Maowusu Sandy Land， but the available phosphorus content （0.41-1.85 mg·kg^-1） had an order of magnitude difference with Horqin. Which indicates that there might have been phosphorus limitation on formation and distribution of vegetation in Hedong Sandy Land. Redundancy analysis （RDA） was applied， and the results showed that soil properties could effectively explain the vegetation community characteristics in Ningdong Sandy Land. The interpretation rate of the first sorting axis reached 75.87%， with a total interpretation rate of 49.20% for total nitrogen， organic matter， and C∶N of surface soil. This showed that surface soil organic matter and nitrogen had important impacts on vegetation formation and distribution in the Hedong Sandy Land. By further analysis， it was found that vegetation coverage has extremely significant negative correlation with surface soil water content and also has significant negative correlation with soil nutrients. The vegetation height has significant negative correlation with surface soil organic matter and total nitrogen content. There was a negative correlation between species richness and species diversity indices and soil nutrients in Hedong Sandy Land.

Keywords： Hedong Sandy Land ; community characteristics ; species diversity ; soil nutrients ; Redundancy analysis（RDA）

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本文引用格式

王帅, 马登科, 何志斌, 孙玮皓, 杜军, 李睿, 王文, 杨淑萍, 赵书玄. 宁夏河东沙地植被多样性与土壤的关系. 中国沙漠[J], 2024, 44(4): 202-211 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00027

Wang Shuai, Ma Dengke, He Zhibin, Sun Weihao, Du Jun, Li Rui, Wang Wen, Yang Shuping, Zhao Shuxuan. Vegetation diversity and its relationship with soil physical and chemical properties in Hedong Sandy Land， Ningxia. Journal of Desert Research[J], 2024, 44(4): 202-211 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00027

0 引言

植被群落特征及其与环境因子的关系是生态学研究的热点^［1］，对植被群落随生境因子的变化规律进行研究有利于解释植被群落的结构、分布格局及其生态学发生过程^［2-3］。近年来关于植被群落特征特别是物种多样性与纬度、海拔和水热因子关系的研究较多^［4-7］。土壤是植物生长的直接载体，是植物生长发育的基础，也是影响植被群落结构、物种多样性的关键因子^［8-9］。关于植被特征与土壤特性关系的研究已有报道，然而由于两者的空间异质性都比较强，不同区域的研究结果差异较大^［10-12］，还需要根据不同研究区实际情况来进一步探讨。

宁夏河东沙地（宁东沙地）处于黄河宁夏段东侧、毛乌素沙地南缘，是宁夏重要的生态屏障，也是国家“两屏三带”生态安全体系建设关键区域^［13］。近些年学者在河东沙地开展了土壤理化性质^［14-15］、植被与水分关系^［16］等研究，也有部分学者对宁夏盐池沙地的植被特征与土壤特性相关性进行了研究^［16-17］，但针对河东沙地的相关研究鲜有报道。为了解河东沙地植被和土壤特征，并进一步研究两者间关系，2023年8月中旬对河东沙地开展了调查，对该区域植被特征和土壤特性以及两者间的关系进行了研究，以期为河东沙地植被保护、利用以及荒漠化治理工作提供参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1　研究区概况

研究区位于宁夏回族自治区灵武市白芨滩国家级自然保护区（37°49′—38°20′N，106°20′—106°37′E）及其周边地区。调查区属典型中温带干旱气候，夏季炎热干燥，冬季寒冷，多年平均气温8.8 ℃，年平均降水量255 mm，主要在7—9月，年蒸发量大于1 900 mm^［13-14］。在全球气候变化背景下，河东沙地呈现明显的升温趋势，降水则呈现波动下降^［18］。调查区土壤以灰钙土和风沙土为主，植被以一年生草本荒漠植被为主，代表性植被群落有柠条（Caragana korshinskii）、黑沙蒿（Artemisia ordosica）、沙蓬（Agriophyllum squarrosum）和猪毛菜（Salsola collina）等。

1.2　研究方法

2023年8月中旬根据研究区整体地形、植被特征设立了7个调查样地（图1），样地面积约500 m×500 m。每个样地根据微地形、植被盖度和物种情况随机选取6~15个2 m×2 m样方进行植被调查和土壤采集。本次共调查72个植物样方，挖掘36个土壤剖面。本次调查期间研究区未见明显降水；根据当地气象记录，调查前一周调查区亦无明显降水过程。

图1

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图1 调查样地分布

Fig.1 Distribution of the sampling sites

现场识别并记录样方内每种植物并全部计数，形成物种名录；对未能现场识别的物种进行标本采集和相片采集，带回实验室鉴别。用卷尺测量各个物种高度和冠幅，数量较多的物种测量10~20株，数量较少的物种则全部测量，计算平均高度和冠幅。通过多人目测求平均值的方法估算样地总盖度和单个物种盖度。

土壤样品采集和植被调查同步进行，每个样地选择3~8个样方进行土壤采集。土壤采集前先用时域反射仪（TDR， TRIME-PICO IPH 2）测量土壤水分，然后挖剖面，按表层（0~20 cm）和亚表层（20~40 cm）分层取样，带回实验室风干后用于指标测定。土壤pH采用电位法，电导率采用电极法，有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮采用消煮法并使用连续流动分析仪测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定^［19］。

1.3　物种多样性分析

采用以下指标表征物种多样性^［20］：

Patrick丰富度指数

R=S（1）

Shannon-Wiener多样性指数

H^{'} = - \sum_{i = 1}^{s} \frac{N_{i}}{N} l n \frac{N_{i}}{N}

（2）

Simpson优势度指数

λ = 1 - \sum_{i = 1}^{s} \frac{N_{i} (N_{i} - 1)}{N (N - 1)}

（3）

Pielou均匀度指数

J_{s w} = \frac{H'}{l n S}

（4）

式中：S为样地总物种数；N_i 为样地中第i个物种的个体总数；N为样地中所有物种的个体总数。

1.4　数据处理及分析

使用Microsoft Excel 2019对数据进行初步整理与分析，使用IBM SPSS Statistics 27.0进行单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关分析（α=0.05），使用Canoco 5进行植被特征与土壤特性的冗余分析（RDA），用Origin 2021作图。

2 结果与分析

2.1　植物物种组成

对河东沙地7个样地、72个样方开展系统的样地调查，调查区共记录植物15科34属41种。科级水平上，豆科（Fabaceae）植物7属7种，菊科（Asteraceae）5属7种，均占总物种的17.07%；禾本科（Poaceae）6属6种，藜科（Chenopodiaceae）5属6种，各占总物种的14.71%；其余11科均仅1属，其中8科仅1种（图2）。属级水平上，蒿属（Artemisia）和鹅绒藤属（Cynanchum）各3种，藜属（Chenopodium）、骆驼蓬属（Peganum）和大戟属（Euphorbia）各2种，单种属29属，占总属数的85.29%。主要的优势物种为软毛虫实（Corispermum puberulum）、雾冰藜（Grubovia dasyphylla）、猪毛菜、沙蓬、狗尾草（Setaria viridis）、阿尔泰狗娃花（Aster altaicus）和黑沙蒿等典型荒漠旱生物种。

图2

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图2 研究区物种科属组成

Fig.2 Family and genus in the study area

按照植物生活型划分，调查区域中没有乔木，仅有灌木和草本，其中灌木5种，占总物种数的12.20%。调查区域共有草本36种，占总物种数87.80%，其中一年生草本14种，占总物种数的34.15%；一年或多年生草本4种，占总数的9.76%，多年生草本18种，占总数的43.90%（图3）。

图3

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图3 调查区物种生活型

Fig.3 Species life forms in the study area

2.2　植被群落特征

调查区内各样地物种丰富度差别较大，最低的3号样地仅8种，以猪毛菜为绝对优势种；最高的1号样地达到18种，以软毛虫实和雾冰藜为主。河东沙地植被盖度为25%~75%，样地植被平均高度为18.10~41.32 cm，总体高度较低，主要是由于各样地以草本为主，植株整体不高，部分为匍匐型草本，进一步影响了样地植被的平均高度（表1）。

表1 调查样地植被特征

Table 1 Vegetation characteristic in the study area

样地编号	优势种	盖度 /%	平均高度 /cm	Patrick 丰富度指数	Shannon- Wiener 多样性指数	Simpson 优势度指数	Pielou 均匀度指数
1	软毛虫实（Corispermum puberulum）、雾冰藜（Grubovia dasyphylla）	35	28.72	18	0.82	0.56	0.54
2	软毛虫实（Corispermumpuberulum）、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)	25	37.41	10	0.90	0.55	0.58
3	猪毛菜（Salsola collina）	75	20.94	8	0.93	0.53	0.56
4	猪毛菜（Salsola collina）、软毛虫实（Corispermumpuberulum）	75	41.32	14	1.03	0.49	0.61
5	狗尾草（Setaria viridis）	45	18.10	14	0.60	0.68	0.46
6	黑沙蒿(Artemisia ordosica）、猪毛菜（Salsola collina）	65	26.54	11	1.07	0.46	0.63
7	雾冰藜（Grubovia dasyphylla）、狗尾草（Setaria viridis）	70	33.31	16	0.71	0.59	0.52

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各样地Shannon-Wiener多样性指数为0.60~1.07，Simpson优势度指数为0.46~0.68，Pielou均匀度指数为0.46~0.63（表1）。样地6多样性指数和均匀度指数最高，优势度指数最低，说明该样地物种多样性较高，优势种黑沙蒿和猪毛菜优势不突出，其他物种数量较多。样地5物种丰度较高（14种），但多样性指数和均匀度指数最低，优势度指数最高，表明该样地中狗尾草占据绝对优势，虽然其余物种种数较多，但是数量较少。3号样地物种丰度最低，但是其优势种猪毛菜优势性不明显，其他物种数量也较大，所以其多样性指数、优势度指数和均匀度指数均处于样地中等水平。

2.3　植被群落指标间的关系

样地植被盖度和高度间关系不显著，两者与物种多样性各指标间也没有明显关系，而多样性指数间具有显著相关关系（表2）。样地物种丰度与Shannon-Wiener多样性指数极显著正相关，而与Simpson优势度指数显著负相关。样地Shannon-Wiener多样性指数与Simpson指数极显著负相关（r=-0.964）；与Pielou指数关系极显著（r=0.831）。样地Simpson指数和Pielou指数极显著负相关（r=-0.921）。

表2 群落特征指标间的相关性

Table 2 The correlation between community characteristic indicators

	C	H	R	H'	λ	J_sw
C	1.000
H	0.307	1.000
R	0.089	0.137	1.000
H'	0.137	-0.001	0.602^**	1.000
λ	-0.139	0.071	-0.421^*	-0.964^**	1.000
J_sw	0.133	-0.095	0.084	0.831^**	-0.921^**	1.000

注：C，植被盖度；H，植被高度；R，物种丰度；H'，Shannon-Wiener指数；λ，Simpson指数；J_sw，Pielou指数。“-”表示变量间为负相关关系， *和**表示变量间具有显著和极显著相关关系（P<0.05和P<0.01）。

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2.4　土壤特性

本研究选取36个样方开展了土壤采集和指标测定。各样地0~20 cm和20~40 cm土层水分、pH、电导率、有机质、全氮和有效磷含量见表3。

表3 调查样地土壤特性

Table 3 Soil properties in the study area

样地编号	土壤深度/cm	SWC/%	pH	EC/(μS·cm^-1)	SOM/(g·kg^-1)	TN/(g·kg^-1)	AP/(mg·kg^-1)
1	0~20	10.10±1.23^a	8.69±0.07^b	45.51±8.39^abc	1.85±0.38^b	0.12±0.02^b	0.89±0.28^bc
	20~40	4.86±1.44^ab	8.67±0.11^b	42.52±7.82^cd	1.91±0.39^bc	0.14±0.04^bc	0.79±0.17^ab
2	0~20	8.53±2.23^ab	9.12±0.21^a	55.86±12.28^a	1.74±0.59^b	0.13±0.05^ab	0.95±0.13^bc
	20~40	4.53±1.18^ab	9.32±0.17^a	68.79±12.12^a	1.82±0.14^bc	0.12±0.01^bc	0.98±0.24^ab
3	0~20	3.80±0.80^c	8.69±0.11^b	65.95±9.35^a	2.86±0.27^ab	0.18±0.02^ab	0.80±0.20^bc
	20~40	3.15±0.45^b	8.63±0.04^b	70.25±8.55^a	2.65±0.08^ab	0.20±0.01^ab	0.55±0.10^ab
4	0~20	5.50±2.42^c	8.75±0.05^b	38.70±2.86^c	1.91±0.14^b	0.13±0.01^ab	0.75±0.05^bc
	20~40	6.57±1.26^a	8.74±0.02^b	36.20±0.22^d	1.68±0.26^c	0.11±0.02^c	0.61±0.05^b
5	0~20	6.85±0.81^bc	8.69±0.06^b	55.48±6.31^ab	2.80±0.45^a	0.19±0.03^a	1.51±1.07^ab
	20~40	5.00±1.53^ab	8.66±0.06^b	65.73±13.06^ab	2.38±0.30^ab	0.17±0.02^ab	0.87±0.46^ab
6	0~20	6.37±0.34^c	8.78±0.05^b	41.00±4.62^bc	2.06±0.40^ab	0.15±0.02^ab	0.42±0.12^c
	20~40	4.87±2.13^ab	8.74±0.04^b	39.63±2.42^cd	1.95±0.62^bc	0.14±0.04^bc	0.41±0.22^b
7	0~20	9.85±0.66^a	8.78±0.10^b	53.82±9.31^ab	2.47±0.65^ab	0.17±0.05^ab	1.85±0.36^a
	20~40	3.40±0.92^b	8.66±0.27^b	54.22±9.49^bc	2.67±0.43^a	0.20±0.04^a	1.25±0.43^a

注：SWC，土壤含水率；EC，电导率；SOM，有机质；TN，总氮；AP，有效磷。数据为平均值±标准差，不同小写字母表示同一土层不同样地间差异显著（P<0.05）。

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调查区土壤水分含量（以样方计）总体表现为表层含水量（3.80%~10.10%，平均7.70%±2.55%）高于亚表层（3.15%~6.57%，平均4.88%±1.55%），两层土壤水分含量的变异系数均为中等变异（33%和32%）。样地主要为碱性土（pH>8.5），其中样地2为强碱性土（pH>9.0）。除样地2外，其他样地均表现为表层土壤pH略高于亚表层土壤，这表示样地中有一定的碱性物质表聚现象。样地2两层土壤均为强碱性，且两层土壤碱性差异极显著（P<0.01）。样地表层和亚表层土壤电导率并未表现出明显趋势，样地1、5、7表层电导率高于亚表层；样地2、3、4、6亚表层高于表层，但所有样地表层和亚表层土壤均未达到盐渍化水平。

研究区土壤有机质含量为1.68~2.86 g·kg^-1，全氮为0.11~0.20 g·kg^-1，有效磷为0.41~1.85 mg·kg^-1。表层土壤有机质、全氮分别为样地3和样地5最高，有效磷为样地7最高；而亚表层均为样地7最高；各土层各营养指标最低值出现在不同的样地中。样地1、2、7表层土壤有机质低于亚表层；样地1、3、7表层土壤总氮低于亚表层，样地2表层土壤有效磷低于亚表层，其余各样地各养分指标表现为土壤表层高于亚表层。土壤养分的分布规律显示出河东沙地土壤养分空间异质性较强。

2.5　植被群落与土壤特性的关系

土壤特性是影响植被群落组成及分布格局的重要因素，本文通过冗余分析（RDA）和Pearson相关分析探讨了河东沙地植被群落特征与土壤特性之间的关系（图4）。

图4

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图4 植被特征与土壤特性RDA排序

注：SWC，土壤含水率；EC，电导率；SOM，有机质；TN，总氮；AP，有效磷；C/N，土壤C∶N；土壤特性指标后字母A表示表层（0~20 cm）土壤，字母B表示亚表层（20~40 cm）土壤

Fig.4 Redundancy analysis ordination diagram of vegetation characteristics and soil properties

RDA结果显示，第一排序轴解释率为75.87%，前两轴累计解释率达76.96%，说明本次调查选取的土壤指标能够较好地解释河东沙地植被群落特征，且第一排序轴上的土壤因子起了决定性作用。各土壤指标中，表层土壤总氮含量对群落特征的解释率达到30.50%，对解释率的贡献为39.70%；表层土壤有机质含量的解释率为12.90%，贡献为16.80%；表层土壤C∶N的解释率为5.80%，贡献为7.50%。此外，亚表层土壤水分含量和有机质含量也有较高的解释率，分别为9.70%和6.00%。上述5个土壤指标对样地植被群落特征的解释率达到了64.90%，贡献了84.40%的解释率。此外，表层土壤有机质和总氮及C∶N累计解释率为49.20%，贡献了64.00%的解释率，表明表层土壤的养分特性对河东沙地植被群落的格局影响较大。

为了进一步分析代表植被特征的各个指标与代表土壤特性各指标间的关系，本文进行了植被特征与土壤特性指标间的相关性分析，其结果显示植被群落的不同指标和土壤间关系不同（表4）。河东沙地群落盖度与表层土壤有效磷、C∶N和亚表层土壤总氮含量显著正相关，而与表层土壤水分含量显著负相关。植被高度与表层土壤有机质含量和总氮含量极显著负相关。样地物种丰度与表层土壤有机质含量显著负相关，物种多样性指数与土壤表层和亚表层中有效磷含量显著负相关，而物种优势度指数与土壤表层和亚表层中有效磷含量显著正相关，均匀度指数和样地土壤间没有明显相关性。

表4 植被特征和土壤特性的相关性

Table 4 Correlation between vegetation characteristics and soil properties

	C	H	R	H'	λ	J_sw
SWC-A	-0.442^*	0.031	-0.044	-0.147	0.174	-0.214
pH-A	-0.271	0.283	0.081	-0.181	0.261	-0.306
EC-A	0.024	-0.220	-0.258	-0.110	0.061	0.021
SOM-A	0.086	-0.434^**	-0.361^*	-0.133	0.059	0.064
TN-A	-0.008	-0.473^**	-0.322	-0.148	0.085	0.021
AP-A	0.364^*	0.159	-0.318	-0.366^*	0.339^*	-0.235
C/N-A	0.386^*	0.110	-0.307	-0.022	-0.053	0.163
SWC-B	0.074	0.239	0.090	0.042	-0.030	-0.036
pH-B	-0.222	0.302	0.223	0.016	0.089	-0.178
EC-B	-0.173	-0.160	0.085	-0.075	0.130	-0.171
SOM-B	0.315	-0.258	-0.021	-0.023	0.002	0.009
TN-B	0.345^*	-0.210	-0.003	-0.022	0.001	0.017
AP-B	0.172	0.211	-0.123	-0.332^*	0.351^*	-0.269
C/N-B	-0.199	-0.040	-0.016	0.063	-0.058	0.015

注：SWC，土壤含水率；EC，电导率；SOM，有机质；TN，总氮；AP，有效磷；C/N，土壤C∶N；土壤特性指标后字母A表示表层（0~20 cm）土壤，字母B表示亚表层（20~40 cm）土壤。C，植被盖度；H，植被高度；R，物种丰度；H'，Shannon-Wiener指数；λ，Simpson指数；J_sw，Pielou指数。“-”表示变量间为负相关关系，*和**分别表示变量间具有显著和极显著相关关系（P<0.05和P<0.01）。

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3 讨论

3.1　河东沙地植被特征

本次调查共记录到41种植物，植物种类并不丰富，但是样地植物丰度高于巴丹吉林沙漠^［21］和阿拉善左旗^［22］等典型沙漠样地。本调查记录到的单属科和单种属占比均较高，这与马全林等^［23］在腾格里的研究结果相似，单属科和单种属较多一方面反映出河东沙地植被异质性较高，形成了较高的物种多样性，但也反映出当地生态系统的脆弱性^［24］。在沙地植被群落恢复进程中，沙蓬等先锋物种在恢复初期具有重要地位，且其伴生种中一、二年生植物比例高^［25］。随着恢复进程发展，沙蓬重要值降低，一、二年草本逐渐被多年生草本和灌木取代^［26］。一年生植物随降雨量有很大的变化，对群落稳定性贡献较小^［27］，而灌木和半灌木对环境的干扰抗性强，对胁迫的忍耐力较强，是决定群落稳定性的关键种^［28］。河东沙地灌木物种较少，而一年生草本占比高，植被稳定性较差。

河东沙地Shannon-Wiener指数低于姚国龙等^［29］研究的毛乌素沙地固定沙丘和钟韩珊等^［30］研究的科尔沁沙地半流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘；Pielou指数低于而Simpson指数高于科尔沁沙地除流动沙地外的其余沙地类型。物种多样性指数不仅能反映物种的丰富程度，也能反映群落的稳定性^{［12，31］}。整体看，河东沙地物种多样性和均匀度都较低，而生态优势度较高，反映了该区域植被物种组成简单，群落优势种突出，具有不稳定性。

物种多样性指数一般与物种丰富度、群落均匀度正相关，与生态优势度负相关^［32］，即多样性指数越高群落的结构越复杂，组成群落的植物及个体越多，群落越稳定，反之亦然^［33］。河东沙地各多样性指数间的相关性分析也显示出类似特征，但是在环境异质性极强的沙区，物种丰富度指数和Shannon-Wiener指数间的情况比较复杂，不完全符合该规律。同样Shannon-Wiener指数和均匀度指数间也不完全符合该规律。衡量干旱沙区物种多样性时要综合考虑物种丰富度、物种多样性、生态优势度和群落均匀度。

3.2　河东沙地土壤特征

河东沙地属于碱性土，土壤未见明显盐化特征。河东沙地土壤有机质和总氮含量高于毛乌素沙地^［34-35］和科尔沁沙地的流动和固定沙丘，但是低于科尔沁沙质草地^［36］。河东沙地土壤有效磷含量（0.41~1.85 mg·kg^-1）低于毛乌素沙地（3.03~3.10 mg·kg^-1），不足科尔沁沙地土壤有效磷含量（7.00~13.84 mg·kg^-1）的20%。磷是植物生长必需的常量元素，由于磷是一种沉积性的矿物，其在土壤中的难溶和难移动性使得磷成为许多陆地生态系统生产力和重要生态过程的限制性养分因子^［37］。与其他典型沙地土壤养分含量相比，磷可能已成为河东沙地植被生长的限制性养分因子，有效磷缺乏可能会对当地植被格局形成和植被恢复产生深远影响。从科尔沁沙地封育恢复效果来看，经过10年围封，有机质和总氮含量变化不大，但是有效磷含量显著增加^［36］；而毛乌素沙地飞播造林7年后有机质和有效磷含量显著提升^［35］。因此可以通过加强封育保护和造林等植被管理工作改善河东沙地土壤有效磷缺乏的现象。

3.3　河东沙地植被与土壤的关系

植被群落特征和分布格局是植物对环境长期适应的反馈，通常受土壤养分空间分布^［38-39］、地形^［40］等多种因素影响。本研究区海拔、地形等差异不大，因此本文重点分析了植被与土壤的关系。

植被盖度和高度是反映植被对地面保护功能的重要指标，在植被群落特征研究中具有重要意义^［41］。水分是干旱半干旱地区植物生长发育和群落稳定性的关键限制因子^［42］。本研究发现，河东沙地植被盖度和表层土壤水分显著负相关，而与亚表层土壤水分关系不显著。这主要是因为河东沙地土壤水分补充主要靠降水，而当地年降水量少，普通降水事件对表层土壤水分影响大，而对亚表层土壤水分影响小。当地植被以根系较浅的草本为主，植被生长过程中水分主要来自表层，植被盖度越高，水分耗散越大，土壤水分含量越低。植被盖度还与表层土壤有效磷和亚表层土壤氮含量显著正相关，这可能是由于河东沙地土壤有效磷缺乏，导致植被的生长受到有效磷限制；而沙化土地表层氮素易矿化、淋溶和迁移^［11］，导致亚表层土壤氮含量对植被盖度影响显著。河东沙地植被高度与表层土壤有机质含量和氮含量呈显著负相关关系。结合各样地实际情况来看，这主要是因为部分样地土壤养分含量低，但是土壤含水率较高，样地中芦苇频度较高，导致样地植被平均高度较高；而养分含量较高的样地，物种种类较丰富，分布大量地锦草（Euphorbia humifusa）和朝天委陵菜（Potentilla supina）等匍匐型植物；同时样地中植物生活史阶段丰富，幼苗多，进一步降低了植被平均高度。

一般认为物种丰富度和多样性与土壤养分呈正相关关系^［43-44］，也有部分文献认为较高的物种多样性出现在土壤养分梯度的中间位置^［45］。河东沙地物种丰度与表层土壤有机质含量显著负相关，多样性指数与有效磷含量显著负相关，虽然两指数与土壤各层其他养分的相关性不显著，但仍负相关。结合河东沙地植被和土壤特征来看，这可能是因为磷素缺乏下相对丰富的有机质和全氮促进了某些类群植物的生长，优势种排挤其他物种，进而导致物种多样性降低^［10-12］。河东沙地植被群落特征和土壤养分间的复杂关系与以往研究结果不同，因此在植被管理工作中需要加以重视。

3.4　对河东沙地管理的启示

近年来河东沙地持续开展了造林、抚育等植被管理工作，但是未进行系统调查和规划的植被管理反而容易造成物种多样性丧失、植被群落结构单一、自我调节能力弱、稳定性差等问题^［46］。通过植被及土壤特征和两者关系的研究结果来看，河东沙地植被管理工作应注意以下几方面。①河东沙地生态系统稳定性较差，很多区域处于生态恢复早期阶段，应加强监测，防止恢复中的生态系统退化。②河东沙地较高的环境异质性形成了较高的物种多样性，但这些区域又具有较强的脆弱性，应加强对这些区域的保护，保护物种多样性和基因库。③河东沙地土壤有效磷含量低，植被多样性可能受到有效磷限制，在造林和抚育过程中可以适当添加磷元素，促进植被格局的重建和快速形成。④河东沙地物种多样性与土壤养分关系复杂，在进行植被管理工作时应根据工作目标提前调查并做好规划，特别是计划进行以保护物种多样性为目的植被管理工作时要加强前期研究。⑤河东沙地有着丰富的药用植物资源，本次调查发现角蒿（Incarvillea sinensis）、鹅绒藤（Cynanchum chinense）、地梢瓜（Cynanchum thesioides）等10余种具有重要药用价值的植物，且部分药用植物分布范围广、面积大，是区域优势种，可在不破坏群落稳定性的前提下适当加以利用。

4 结论

本研究记录植物15科34属41种，其中单属科11科，单种属29属，占比高。生活型上，缺乏稳定性的草本植物共计36种，占87.80%，灌木少，无乔木。调查区域物种多样性指数为0.60~1.07，均匀度指数为0.46~0.63，优势度指数为0.46~0.68。

河东沙地土壤有效磷含量为0.41~1.85 mg·kg^-1，不足科尔沁沙地土壤有效磷含量的20%，该区可能存在较为严重的磷素缺乏现象。

土壤理化性质对植被特征的解释率达到76.96%，能很好地解释植被特征。河东沙地植被盖度与土壤水分含量显著负相关，与土壤养分含量显著正相关，物种丰富度和多样性指数与土壤养分含量显著负相关。

参考文献

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被引期刊影响因子

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张海燕，刘彬.

博斯腾湖湖滨湿地植被数量分类与排序

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