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地下水作为我国西北干旱地区植被生长的主要限制资源,其波动变化(上升或下降)会改变局部土壤环境和微气候,进而对物种的生长、分布和植物群落的功能结构产生显著影响。国内外有关干旱区地下水和天然植被的研究大多集中在探讨地下水对土壤含水量、土壤含盐量、植物分布等的影响方面。较少揭示地下水埋深的变化对植物群落水平功能性状的影响,而这对于预测干旱区生态系统如何响应环境变化至关重要。同时,干旱区相关研究在解释地下水-土壤-植被三者关系方面也缺乏理论的支撑。因此,本文以我国西北典型干旱区——疏勒河下游敦煌西湖国家级自然保护区为研究区。在保护区的核心区(马圈湾、后坑和火烧井)由北到南选取了五个植被类型变化明显且地下水埋深不同的地点,设置了180个样方(60个乔/灌木和120个草本)。通过野外测量和室内实验等方法在设置的样方中获取了地下水埋深、群落主要特征参数(高度、多度和生物量等)、10个关键的叶片功能性状和土壤理化性质参数(土壤有机碳、土壤总氮和土壤总磷等)。进而利用多种统计方法分析了疏勒河下游地下水埋深与土壤理化性质变化对植物群落的影响研究。取得的主要结论如下:1、研究区地下水埋深的变化影响了土壤中水分、养分和盐离子的分布,且对土壤化学性质的影响更大。其中,随着地下水埋深的增加,土壤有机碳(SOC),土壤总氮(STN),土壤总磷(STP)和总溶解盐含量(TDS)表现出先增加后减少的变化,而土壤p H和土壤容重(SBD)却呈现相反的变化趋势;随着地下水埋深的增加,土壤含水量(SMC)显著降低,而土壤C:N则呈显著增加的趋势。土壤中盐离子含量的分布主要呈现表层居多,逐层递减的规律,但也会因地下水埋深以及离子自身运移能力和规律的不同而呈现出中间层分布多而表层和底层分布少的情况。2、研究区地下水埋深变化是植物群落主要特征和功能性状变化的主要驱动力。其中,地下水埋深变化对植物群落主要特征的影响分析结果表明,随着地下水埋深的增加植物群落的类型、结构及物种组成都趋于简单,且整个研究区内构成了以胡杨―多枝柽柳—芦苇群落为主要类型的主要分布特征,随着地下水埋深的增加植物群落盖度、物种多度和物种丰富度逐渐降低,而Pielou指数则相反,随着地下水埋深的增加,植物群落高度、群落生物量、Simpson指数和Shannon-Wiener指数呈先增加后降低的变化趋势;地下水埋深变化对植物群落水平功能性状的影响分析结果表明,乔/灌木和草本叶片性状的群落水平加权平均值(CW M)在不同地下水埋深环境中差异显著(p<0.05);随着地下水埋深的增加,乔/灌木CWM值与草本CWM值的变化不尽相同,其中,两者群落水平的比叶面积(SLA)和最大叶光合作用率(Amax)都随地下水埋深的增加而增加,而叶片干物质含量(LDMC)和叶片厚度则呈相反的变化。乔/灌木和草本群落水平的叶片磷含量(LPC)随着地下水埋深的变化而保持相对稳定。无论是乔/灌木还是草本,SLACWM、LDMCCWM、Amax CWM和HeightCWM等指标对地下水埋深变化的反应都更为敏感。3、研究区土壤理化性质的变化对植物群落水平功能性状的影响要大于对植物群落主要特征的影响。其中,土壤理化性质变化对植物群落主要特征的影响分析结果表明,土壤理化性质各指标值具有一定的适宜范围,只有在适宜范围内群落主要特征(盖度、生物量等)值才可以保持在一个较高的水平。土壤理化性质变化对植物群落水平功能性状的影响分析结果表明,土壤p H、土壤总溶解盐含量、土壤含水量(0-40 cm)和土壤总磷含量对草本群落CWM值的影响最大;土壤p H、土壤容重和土壤有机碳含量对乔/灌木群落CWM值的影响最大。4、研究区地下水埋深以及关键土壤化学性质是物种分布和植被生长变化的主要驱动因子。多元分析和聚类分析的结果表明,优势种冰草、罗布麻、多枝柽柳和芦苇更适合在地下水埋深较浅且土壤养分含量较高的地点生长,胀果甘草、胡杨、骆驼刺和黑果枸杞在地下水埋深较深且土壤较为贫瘠的地点分布较多。冗余分析的结果表明乔/灌木物种分布变化的33.66%可由9个环境因子变量解释,草本物种分布变化的32.15%可由10个环境因子变量解释。通过进一步对环境因子的方差分解,发现地下水埋深的变化是干旱区物种分布的主要驱动力,可以解释物种分布21.16%的变化,其次是土壤K+(9.94%)和土壤总氮(4.9%),加上三者相互作用,共同解释了物种分布41.7%的变化。最后构建了本研究区地下水埋深-土壤理化性质-植被的结构方程模型,发现三者间的主要影响关系为:地下水埋深变化通过改变土壤结构和土壤养分含量,进而影响了植被的生长。5、依据优势物种的抗旱性、生态位及植物主要特征参数的变化,综合判定并给出了优势物种的最适地下水埋深范围。其中,优势物种抗旱性结果表明,8个优势物种抗旱能力排序为:芦苇<多枝柽柳<冰草<罗布麻<胀果甘草<骆驼刺<胡杨<黑果枸杞;生态位宽度和生态位重叠的结果表明,8个优势物种在三个资源维(地下水埋深、土壤总氮和土壤K+)下的生态位宽度平均值大小排序为:冰草<胡杨<芦苇<罗布麻<多枝柽柳<胀果甘草<黑果枸杞<骆驼刺;总体上各物种在三个资源维上的重叠都很大,其中,相较于地下水埋深资源维,各物种在土壤K+和土壤总氮资源维上的生态位重叠更大;依据以上的研究结果,确定了各优势物种的最适地下水埋深范围为:冰草(0.67-2.34 m)、胀果甘草(0.67-5.86 m)、芦苇(0.67-2.34 m)、罗布麻(0.67-4.33 m)、骆驼刺(2.34-5.86 m)、多枝柽柳(0.67-4.33 m)、黑果枸杞(2.02-5.86 m)和胡杨(2.34-3.06 m);总体来看,本研究区内地下水埋深范围在2 m-4 m时,土壤养分和植被的生长状态最好。本研究通过野外调查、室内实验和数理统计等手段和方法,深入探讨了典型干旱区内陆河流域地下水埋深-土壤理化性质-植被之间的影响关系,丰富了干旱区生态研究方向的研究成果,具有重要的科学价值,对生态学、地理学和土壤学等学科交叉研究具有一定的推进作用。研究结论可为干旱区植被恢复、生态系统管理及生态用水的合理分配提供科学依据。