黑河流域中游人工濕地不同生態修復技術對土壤及植物多樣性影響研究

任璞 劉文麗 白梅花

摘要： 黑河流域是絲綢之路文化孕育和發展的搖籃，濕地資源是其良好的自然生態環境屏障，對維護流域生態安全，構建人與自然和諧相處時空格局，促進生態經濟可持續發展具有重要作用。為了加速退化濕地的人工修復進程，開展了黑河流域中游退化濕地人工生態修復技術研究，研究結果表明：1）人工濕地不同生態修復技術對0～40 cm土壤層的容重全鹽量、全磷、速效磷、有機碳、全氮含量有較大的影響，土壤理化性質表現出的差異程度相異；不同濕地生態修復技術對土壤的pH值的影響不大；2）人工濕地不同生態修復技術濕地植被的蓋度變化具有自然修復<隔離保護+定期灌溉<隔離保護+人工造林灌溉修復的特征；3）不同人工修復濕地技術措施對濕地植物群落物種豐富度的影響程度相異，其物種豐富度指數的變化具有自然修復＞隔離保護+人工造林灌溉＞隔離保護+定期灌溉的特征。

關鍵詞：? 人工濕地；? 生態修復；? 理化性質；? 植被；? 黑河流域

中圖分類號：? ?S 948. 116; S 7? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０23）04 － 0041 － 04

濕地是一種特殊的土地資源和生態環境，具有調節氣候、調蓄水源、保護生物多樣性和維持區域生態平衡等多種功能[ 1 ]，是世界上最富生物多樣性的生態景觀和人類最重要的生存環境之一[ 2 ]，故保護濕地對生態資源具有重要意義[ 3 ]。但近年來隨著社會經濟的飛速發展，濕地生態系統遭到了不同程度的沖擊，導致了濕地生態環境退化，生物多樣性下降，資源損失， 已威脅到了人居環境和生態環境的可持續發展。為加快濕地生態恢復進程，在濕地生態恢復方面諸多學者的研究取得了矚目的成就，如濕地退化機制、退化濕地恢復與重建、人工濕地構建生態恢復關鍵技術[ 4 - 7 ]和濕地恢復有利于提高物種多樣性、土壤碳恢復和植被生長等[ 8 - 10 ]方面取得了豐富的研究成果。

黑河是我國西北地區第二大內陸河流[ 11 ]，特殊的地理位置和復雜多樣的氣候條件孕育了豐富的內陸河流域濕地資源，在流域尺度上，濕地類型分布具有一個地區內有多種濕地類型和一個濕地類型分布于多個地區的特點[ 12 ]，濕地環境資源是絲綢之路文化孕育和經濟產業發展的搖籃，保護和合理利用黑河流域珍貴濕地資源，已成為今天必須認真對待的問題[ 13 ]。本研究以黑河流域中游的人工濕地生態恢復區作為研究對象，開展濕地生態修復技術研究，旨在為人工濕地植被生態修復提供數據支撐和生態修復技術的參考。

1 研究區概況

研究區位于100°28′32.87″E， 38°59′6.14″N，為典型的溫帶大陸性氣候，有充足的光照資源。氣候干旱、降雨量少（主要在6～9月集中分布）、蒸發量大。年均氣溫7℃左右，最高、最低溫分別為37.4℃和-28℃；年均風速2 m/s。分布植物主要有賴草（Leymus secalinus）、蘆葦（Phragmites australis）、假葦拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）、水蔥（Scirpus? validus）、香蒲（Typha orientalis）、多莖萎陵菜（Potenilla multicaulis）、菖蒲（Acorus calamus）和苔草（Carex spp.）、檉柳（Tamarix chinensis）、沙棗（Elaeagnus angustifolia）等；土壤類型主要為灰漠土和灰棕漠土。

2 材料與方法

2. 1 試驗方法

2017年開始在人工濕地內采取土壤改良、引水灌溉、植物栽植、柵欄封育措施等進行了濕地生態修復技術試驗研究，試驗采用了3種修復方式，每種修復方式的試驗面積為20 hm2，分別是：

隔離保護+定期灌溉修復方式：在處理區周邊人為搭建柵欄隔離起來，沒有人類及動物的踩踏等干擾，定期引水灌溉補水。

隔離保護+人工造林灌溉修復方式：在處理區周邊人為搭建柵欄隔離起來；同時在林木郁閉度低于0.3的區域內，選擇自然繁殖能力強的河柳、檉柳、蘆葦、胡楊等優質的I、II級苗木，采取ABT生根粉、保水劑、菌根劑等新技術對苗木進行處理后植苗造林。

自然修復方式：以自然恢復為主，不采取人為干預等管理措施。

2. 2 數據采集方法

在不同的生態修復區域內，分別設置3～5個樣地，于2019年進行了修復效果調查。土壤設置3個樣地，用環刀法進行取樣，取0～40 cm表層土進行土壤理化性質的測定[ 14 ]，其中：土壤pH值的測定用酸度計；全鹽量的測定為重量法；土壤容重的測定選擇烘干法；有機碳的測定用重鉻酸鉀容量法；全氮的測定方法選擇開式消煮法；全磷的測定選擇硫酸-高氯酸消煮法；速效磷的測定方法選擇雙酸浸提-鉬銻抗比色法。植被調查設置5個樣地，在植物生長旺季7月進行植物物種的組成、高度、蓋度、豐富度指數等指標的調查。

2. 3 數據統計分析

2. 3. 1 指標計算方法

（1）覆蓋度

采用樣方量算法，在3中植被恢復區，分別草本選用1 m×1 m的樣方20個，灌木選用2 m×2 m的樣方10個，分別調查樣方中植物的垂直投影面積，然后計算其覆蓋度。

植被蓋度通常采用樣方內植物遮蓋地面的面積與該樣地面積的百分比，即：

植被蓋度=樣方內植物遮蓋地面的面積/樣地面積×100%[ 15 ]。

（2）植物相對豐富度指數（R）

豐富度是描述植物群落中不同植物種類的總數。計算公式如下：

R=M/Mmax×100%

式中，R為相對豐富度指數（%）；M為群落中不同植物種總數；Mmax為群落中最大可能的植物種數[ 16 ]。

2. 3. 2 統計分析方法

采用 Excel 2003 和 SPSS 21.0 進行描述性統計和相關性分析，使用Duncan統計法對數據差異性進行檢測分析。

3 結果與分析

3. 1 不同修復技術對土壤理化性質的影響

基于人工濕地不同修復技術對濕地土壤的影響，使得土壤中營養元素的含量產生了較大變化，土壤理化性質也相繼發生了變化，尤其是土壤中0～40 cm理化性質表現出的差異程度不一。

從表1可以看出，自然修復土壤容重、全鹽量、全磷、速效磷分別為12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均與隔離保護+定期灌溉修復和隔離保護+人工造林灌溉修復技術的處理差異顯著，而人工修復措施二者之間差異不顯著；有機碳、全氮含量均以隔離保護+人工造林灌溉修復技術處理下分別為17.45 g/kg和2.32 g/kg，較隔離保護+定期灌溉修復分別提高45.42%和55.7%；較自然修復分別提高54.29%和92.56%；在隔離保護+人工造林灌溉修復下，隨著修復時間的延長，植物生長環境得到了改善，增加了植被群落的物種多樣性，植被的生長量在環境的協同作用下得以增大，從而增加了地表枯枝落葉的累積量，隨著枯落物降解逐漸形成了較好的養分并在土壤表層富集，有效的增加了土壤碳氮含量，由此說明，在干旱半干旱地區，植被是影響土壤養分積累和分布的重要因素，不同濕地修復技術土壤的pH值差異不顯著。

3. 2 人工濕地不同修復技術對植被蓋度的影響

不同的修復技術措施對濕地植被的生長影響極大，其修復效果明顯。由圖1可以看出，不同修復技術處理下，植被的蓋度之間有較大的差異。其蓋度變化具有自然修復（49.3%）<隔離保護+定期灌溉（97.2%）<隔離保護+人工造林灌溉修復（99.8%）的特征， 且自然修復與隔離保護+定期灌溉修復和隔離保護+人工造林灌溉修復之間有顯著的差異。由此說明，不同的人工修復措施，為植物生長創造的生活環境相異，在植物環境協同作用下土壤得到了良好的發育，有助于增加土壤中全氮、有機質的含量，給植物生長創造了良好的生存環境，為提高植物生長量和生物量奠定了基礎，這是造成不同人工修復措施植被覆蓋度差異的原因之一。

2. 3 人工濕地不同修復技術對植物群落物種豐富度變化的影響

人工濕地通過修復工程能夠改善濕地植被的生長環境，提高受損生態系統植被的生物量和群落生物多樣性水平。從圖2可以看出，不同人工修復濕地技術措施對濕地生物多樣性影響程度相異。自然修復技術處理的植物群落物種豐富度指數最高（3.41），隔離保護+人工造林灌溉技術處理的植物群落的物種豐富度指數次之（3.25），隔離保護+定期灌溉技術處理的植物群落的物種豐富度指數最低（2.45）。由此說明，不同的人工修復濕地技術均可提高濕地植物群落物種豐富度指數， 增加濕地植物的物種多樣性。

4 結論與討論

4. 1 結 論

4. 1. 1 人工濕地不同修復技術對0～40 cm土壤理化性質變化的影響程度不一。自然修復土壤容重、全鹽量、全磷、速效磷分別為12.31 g/cm3、18.72 g/kg、0.72 g/kg和14.61 g/kg，均與隔離保護+定期灌溉修復和隔離保護+人工造林灌溉修復技術的處理差異顯著，而人工修復措施二者之間差異不顯著；有機碳、全氮含量均以隔離保護+人工造林灌溉修復技術處理下分別為17.45 g/kg和2.32 g/kg，較隔離保護+定期灌溉修復分別提高45.42%和55.7%；較自然修復分別提高54.29%和92.56%；在干旱半干旱地區，植被是影響土壤養分積累和分布的重要因素。

4. 1. 2 不同的人工修復措施，為植物生長創造的生活環境相異，在植物環境協同作用下土壤得到了良好的發育，增加了土壤中全氮、有機質的含量，給植物生長創造了良好的生存環境，使得不同人工修復措施植被的蓋度之間有較大的差異，其蓋度變化具有自然修復<隔離保護+定期灌溉<隔離保護+人工造林灌溉修復的變化特征。

4. 1. 3 不同人工修復濕地技術措施對濕地植物群落物種豐富度的影響程度相異。不同的修復措施，物種豐富度指數的變化具有自然修復＞隔離保護+人工造林灌溉＞隔離保護+定期灌溉的特征。故不同的人工修復濕地技術均可提高濕地植物群落物種豐富度指數，增加濕地植物的物種多樣性。

4. 2 討 論

本研究采用了自然修復、隔離保護+人工造林灌溉和隔離保護+定期灌溉3種措施，探討了黑河流域中游人工濕地不同生態修復技術，研究了不同措施對土壤理化性質、植被蓋度和植物群落物種豐富度的等指標的變化特征，但就這3種植被恢復技術途徑來說，在人工濕地植被修復過程中，人工濕地生態系統生物多樣性的變化特征、群落演替特征、生態功能等方面的內容有待進一步的深入研究。同時，由于人工濕地環境的復雜性和多變性，其修復技術還需要在實踐中不斷完善和發展，許多新的修復技術還有待于進一步研發。

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