研究区植物地境分析
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发布时间：2022-04-29 11:36
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时间：2022-06-27 01:05
（一）研究区植物地境结构分析
研究区野外生态地质调查中的研究重点是不同生活型植物物种和生长状况，以突出地境层片与生活型植物物种的对应关系及各层片的水肥条件与植物长势的相关关联这两方面，因此调查主要分为样地调查和水样调查两部分，其中样地属于生态地质调查中最基础的单元，此次野外调查区分别属于黄河冲积平原和南阳盆地区，土壤类型及地貌类型均具有代表性，因此在选择生态地质调查点的地理位置时，主要考虑1985年高氟地下水调查结果中高氟地下水区分布的因素，同时面上的调查由野外各路线调查中获取，不专门布设调查点，主要目的是：获取植物群落的种类、密度等生态学特征；分析农作物与野生植物的地境结构；确定各种植物的层片深度，为研究根系吸收土壤氟提供资料依据。
在充分考虑高氟地下水及农田灌溉水系分布的基础上，兼顾土壤类型、耕作方式等因素，豫东冲积平原区共采集198组浅井水样、78组深井水样、6个取样坑及从中采集的60组土样；南阳盆地区共采集248组浅井水样、89组深井水样、18个取样坑及从中采集的175组土样，另有样地中获取的若干植物样。具体采样过程是：每个样方大小约7m×7m，并在样地*开挖一个宽110cm，深度为120cm，长80cm的取样坑，坑壁直立一面为取样和根系调查的主界面（图10-4），坑深为120cm是根据中纬度地区植物地境最大深度的结论，若地下水位埋深小于120cm或基岩埋深较浅，则坑深以揭露潜水位或基岩为准。开挖过程中一般距离乔木或灌木80cm左右，以避免对其根群损伤过大而造成植物物种死亡。在取样坑开挖完成后，在主调查面上依次完成下述工作：①土层岩性鉴定、分层；②取心土测定含水量；③再次修整剖面，用尼龙线达成网，每个网眼为10cm×10cm，计数时按粗根（根茎＞10mm）、中根（根茎为2～10mm）和细根（根茎≤2mm）*划分，分别记录各网格出现的数目，死根不予统计，用来对根的调查统计；④根的调查统计工作完成后，在主调查面上，由上至下每10cm取一组土样，用来室内测定肥分、离子成分等物理化学指标。
图10-4 取样坑剖面示意图
野外生态地质调查共分为植被群落的水平结构调查和地境层片的垂向分析两类，前者主要记录研究区内植物群落的种类、密度、盖度、胸径、高度等生态学特征，并通过采集的植物样本经实验获取植物中阳离子及氟元素的各项数据；后者除记录根的数量、土层岩性、含水量和温度，完成植物根群层片的划分从而得出层片分布规律外，并根据实验测定的土样理化性状分析研究区土壤的肥力条件是否满足构建植物群落的“根群坝”。
1.研究区植被群落调查
豫东平原地处中纬度半干旱半湿润季风气候地带，四季分明，温差较大，降水不均，年降水量为686.3mm，有利于多种作物及林木生产，适合于农林牧渔各业的综合发展。其植被主要分为草本、灌木及乔木三种生活型，而农作物则以小麦、玉米较常见；南阳盆地则属于典型的半湿润*性季风气候，冷热适宜，年降水量800～1000mm，降水适中，光照充足，无霜期长，自然灾害相对较少，淡水充足且水质良好，植被状况良好，物种多样，土壤肥沃，盛产小麦、杂粮、水稻和棉花、芝麻、烟叶等，在上述两个研究区的24个样地调查结果中，从豫东平原区选取5个、南阳盆地区选取9个共14个具有代表意义的样地进行分析，结果见表10-3～表10-16。
表10-3 F土-4-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：7m×5m；经度：E114°27′51.2″，纬度：N34°10′25.3″；地点：扶沟县包屯镇陈庄村农田旁荒地。
表10-4 F土-5-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：7m×5m；经度：E114°26′05.4″，纬度：N33°49′52.9″；地点：西华县红花集乡金楼村林边荒地。
表10-5 F土-5-2号样地植被群落调查表
注：样方面积：7.5m×7.5m；经度：E114°33′24.5″，纬度：N34°01′53.9″；地点：扶沟县大新镇西2km处垦殖区荒地。
表10-6 F土-5-3号样地植被群落调查表
注：样方面积：5m×5m；经度：E114°04′39.2″，纬度：N34°05′18.1″；地点：鄢陵县陈化店镇北1km处农田旁荒地。
表10-7 F土-5-4号样地植被群落调查表
注：样方面积：5m×5m；经度：E114°48′04.4″，纬度：N34°00′15.9″；地点：太康县大许寨乡东1km处河边荒地。
表10-8 X土-1-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：5m×5m；经度：E112°15′17″，纬度：N32°26′43″；地点：邓州市刘集乡张辛村农田边。
表10-9 X土-2-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：8m×10m；经度：E112°12′57.8″，纬度：N32°35′24.5″；地点：邓州市桑庄南1km处。
表10-10 X土-2-3号样地植被群落调查表
注：样方面积：6m×6m；经度：E112°29′45.4″，纬度：N32°30′01.2″；地点：南阳市宛城区溧河乡农田边。
表10-11 X土-2-4号样地植被群落调查表
注：样方面积：8m×6m；经度：E112°30′29.8″，纬度：N32°35′01.0″；地点：南阳市新野县施庵镇曾营村荒地。
表10-12 X土-5-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：10m×10m；经度：E112°29′16.3″，纬度：N32°45′06.2″；地点：南阳市新野县瓦店西北河边。
表10-13 Z土-2-1号样地植被群落调查表
续表
注：样方面积：5m×5m；经度：E112°06′41.7″，纬度：N32°47′51.6″；地点：南阳市镇平县贾庄街。
表10-14 Z土-3-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：9m×9m；经度：E112°02.992′，纬度：N32°49.754′；地点：南阳市镇平县彭营镇大曹村农田边。
表10-15 S土-2-1号样地植被群落调查表
注：样方面积：6m×11m；经度：E112°48′36.6″，纬度：N33°02′44.9″；地点：南阳市社旗县桥头镇韩营北农田边。
表10-16 T土-5-2号样地植被群落调查表
注：样方面积：5m×5m；经度：E112°56′58.5″，纬度：N32°41′23.7″；地点：南阳市唐河县古城乡许冲农田边。
从上述样地植被群落调查表分析，豫东平原植物类型主要包括狗尾草、铁苋菜、牛筋草、小白酒草、灰绿藜、紫马唐等属于草本植物的田间杂草，常分布于田间、荒地、林地及河边等；主要灌木类型有女贞、栎树、栗树、槭树等，常见于落叶阔叶林带，主要乔木类型有杨树、泡桐、椴树、桦树等落叶阔叶林及油松林、侧柏林等针叶林，常分布在林地、荒地、农田及河边等；农作物如小麦、玉米、辣椒、茄子、蒿及花生等则大部分以条播方式种植，长势良好，且以草本、灌木、乔木三种类型混生方式分布，同时在狭窄的农田边缘上，草本和灌木茂盛，显现出一定林冠层次；其中区内的主要优势种为杨树，草本中则以狗尾草等较常见，上述三种植被类型分布和常见农作物共同组成了豫东平原研究区内的植被群落结构。
南阳盆地常见草本植物有紫马唐、三俭草、蒿、小白酒草、稗、狗尾草、苍耳等，在山地、田边、河边及荒地分布较为普遍；灌木类型则以有野桑、茶树、柑橘、橡树、栗树等常绿阔叶林为主，分布多见于林地、河边及田间等处，常见乔木以杨树居多，另有楝树、刺槐、樟树等种类的阔叶林；农作物如水稻、玉米、辣椒、茄子、花生等长势良好，且常与其他类型植被以混生形式存在，存在较明显的林冠层次，主要优势种为杨树、女贞等，上述植被类型构成南阳盆地的植被群落结构。
2.研究区根群层片分析
进行植物根数量调查的目的是为了阐述地境深度内不同类型植物根群层片所在的位置，以便分析根群吸收土壤养分元素的过程和机理，为植物吸收土壤氟提供基本理论依据，具体划分过程是将植物根部按粗根、中根和细根分类并统计细根数量，得到不同深度区间的频数，并根据土样的岩性绘制出植物根群层片图（图10-5，图10-6），一般三种生活型植物的根群圈深度以草本植物为第一层片，深度为0～30cm；灌木为第二层片，深度为40～60cm；乔木为第三层片，深度为70～90cm，表现为细根频率分布图波峰波谷状，但受到各样地的植物类型及根系形态差异的影响，造成波峰出现的深度和个数也存在不同。
在豫东平原研究区取样坑根群层片图中（图10-5），主要存在以下特点：
（1）与样地土壤及植被调查表对照，特征最明显的是F土-4-1号取样坑，它的第一个波峰出现在10～30cm，对应于以小白酒草和灰绿藜为主的草本植物群落，40～60cm出现的波峰表示小型杨树的根群层片所在，大型杨树为主的乔木植物则在70～90cm处形成根群层片；F土-5-1号、F土-5-2号两个取样坑在30～90cm内均有两个波峰，在10～30cm内波峰却不明显，表明草本植物群落不占优势，且灌木群以女贞为主；F土-5-3号与F土-5-4号取样坑在10～30cm深度内存在波峰，但前者在30～100cm内波峰不明显，表明F土-5-3号取样坑中缺少成年灌木和乔木。
（2）F土-5-3号取样坑的植物根群层片图显示只存在草本或零星小乔木的根群层片，这可能由于该点处于农田边的荒地，而细根分布只在5～20cm深度上出现一个高值区，而地层剖面显示只有30cm左右的松散土层，往下属于砂砾岩层，这说明根群受到坚硬地层的胁迫，在松散土层内无法发育出完整的三个相对独立的层片，其他四个取样坑均至少具有两个根群层片，这与其土壤性质有关，如F土-5-1号、F土-5-2号及F土-5-4号以粉砂和亚黏土为主，F土-4-1号土壤则由亚砂土和粉砂土构成，因此土壤具有良好的透气性和含水性，能支持多个根群层片的发育。
图10-5 豫东平原研究区取样坑根群层片图
a—F土-4-1号取样坑根群层片图；b—F土-5-1号取样坑根群层片图；c—F土-5-2号取样坑根群层片图；d—F土-5-3号取样坑根群层片图；e—F土-5-4号取样坑根群层片图
（3）F土-5-4号取样坑的乔木根群层片较其他取样坑的乔木根群层片深度要浅，其波峰主要在地下70cm处，而F土-4-1号取样坑的乔木根群层片波峰为地下80～90cm，前者较后者浅10～20cm，这可能与F土-5-4号取样坑处于河边有关，由于该处受河水位的影响造成潜水埋深较浅，使根群受到潜水面的胁迫效应，常常使根群发育受到*，造成根群层片深度变得更浅。
对南阳盆地根群层片图进行分析（图10-6），得出以下规律：
图10-6 南阳盆地研究区取样坑根群层片图
a—X土-1-1号取样坑根群层片图；b—X土-2-1号取样坑根群层片图；c—X土-2-3号取样坑根群层片图；d—X土-2-4号取样坑根群层片图；e—X土-5-1号取样坑根群层图；f—Z土-2-1号取样坑根群层片图；g—Z土-3-1号取要坑根群层片图；h—T土-5-2号取样坑根群层片图；i—S土-2-1号取样坑根群层片图
（1）南阳盆地研究区具有完整根群层片的取样坑主要有X土-1-1 号、X土-24号、Z土-2-1号和Z土-3-1号四个，在这四个取样坑中，往往三种生活型植被均存在，如X土-1-1号和Z土-3-1 号既有杨树的乔木型植物，也有玉米、大豆、高粱等草本型农作物，还存在着三叶草、茅草、狗尾草等田间杂草；X土-2-4 号则可见杨树、楝树、构树及刺槐等乔灌木和小白酒草等草本植物；Z土-2-1 号的乔灌木植物主要有杨树和野桑等，常见的草本植物则是狗尾草、牵牛花等野草和苍耳等经济作物。另X土-5-1号的根群层片也较完整，由于缺少灌木植被，因此根群层片仅见草本和乔木根群层，而X土-2-3号则全为紫马唐和醴肠草本植物，由于缺少乔灌木，因此仅在20cm处出现波峰。
（2）研究区内X土-2-1号和T土-5-2号取样坑根群层片均只有一个波峰，其深度范围为10～20cm，这并不是该样地缺乏乔灌木，如X土-2-1号和T土-5-2号杨树均长势非常良好，其主要原因是和该地土层的岩性有关，前者20～100cm、后者40～100cm均为黏土，由于下层黏土的致密性，根群受到坚硬地层的胁迫效应使乔木根群层片发育受到*，因此所有根群只能挤在同一浅表处而无法形成完整根群层片。
（3）研究区内S土-2-1号根群层片仅有一个波峰，范围为10～20cm，由于该地层的20cm以下均为亚黏土，并不受到坚硬地层的胁迫作用，因此该取样坑的根群主要与地下水位有关，在该样地调查中，由于在地下90cm处出现地下水，导致根群的透气性受到影响，使所有根群层片集中在浅表范围内仅形成一个波峰。
通过对上述取样坑植物根群层片规律的分析，在有乔木的样地中，当地下深度达到1.0～1.1m时，粗根数量已基本为零，这表明中纬度地区植物地境的底界约为取样坑的深度，而在研究区地下0～30cm的土壤下仍有相当发育的根区则说明除草本植物外，区内还有种植乔灌木的良好基质，因此地境中根群的分布不仅受到坚硬地面及潜水面胁迫效应的影响，还和其他营养器官如茎、叶等一样受到土壤中氮、磷、钾等营养物质的影响，即具有趋肥性，这就需要我们除了从根群层片的程度了解研究区地境状况，应再对区内土样进行土壤肥力分析，将其作为构建植被生态系统“根群坝”的依据。
（二）研究区土壤肥力状况分析
土壤肥力是指土壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力，是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。一般土壤肥力的指标包括pH（水浸）、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分，N、P 等全量养分，K+、Na+、Ca2+、Mg2+等交换性阳离子量和
、
、Cl-等水溶性阴离子量，它的形成和发展取决于各种自然因素质量、数量及其组合适当与否，同时作为自然再生产过程的产物，它是土地生产力的基础，具有自发生长天然植被的能力。而此次研究土壤肥力的目的正是确认研究区内土壤是否具有采用生态降氟措施的能力，因此作豫东平原及南阳盆地两个研究区的土壤肥力分析表和肥力因子统计曲线，见表10-17，图10-7和图10-8。
表10-17 研究区样坑肥力状况表
图10-7 豫东平原典型取样坑肥力因子统计曲线
将上述研究区土壤肥力状况表及研究区典型取样坑肥力因子统计曲线的数据与《全国耕地类型区、耕地地力等级划分》（NY/T 309-1996）对比，得出豫东平原及南阳盆地研究区均属于北方平原潮土、砂姜黑土耕地类型区，其中豫东平原研究区属于上述耕地类型区内的三、四等级土，南阳盆地研究区属于上述耕地类型区内的八等级土，其标准见表10-18。
由上可以得出豫东平原区土壤耕层厚度普遍达到18～20cm以上，南阳盆地区土壤耕层厚度普遍高于12cm，两个研究区均具备了构建植被“根群坝”的良好基质。
图10-8 南阳盆地典型取样坑肥力因子统计曲线
通过对研究区土壤肥力状况的分析，得出研究区土壤水肥条件较好，土层厚度较大，质地则以粉砂-亚黏土为主并有黏土土质，这些构造良好的地境条件足够支撑乔木、灌木和草本三种植物根群层片的存在，使该地区植物具备构建植物根群坝的基本条件。但豫东平原处于黄河冲积平原，频繁的人为活动造成植物群落结构单一，往往不能形成完善的根群层片，同时植被覆盖度的降低可使大部分地区对地表坡面流流失的营养物质和泥沙的拦截与净化功能的弱化，造成包气带氟随土壤水的淋滤下渗到潜水层，并通过饮用水富集于人体形成地氟病，因此在局部地下水流动系统内，通过土壤氟在条形岗地（源区）到低洼处（汇区）的过程中，重点在源区及径流段人工构建植被群落完善的根群层片，强化植物根群对包气带中土壤氟的拦截和净化作用，达到降低低洼高氟地下水区饮用水氟含量的目的；南阳盆地虽植物群落结构比豫东平原完整，但盆地中部的冲积平原处在区域流动系统的汇区，往往易形成高氟地下水区，因此在从剥蚀岗地到冲洪积平原的局部流动系统内就可以通过植物根群坝在源区及径流段的拦截吸收土壤包气带氟的作用，来达到降低平缓平原高氟地下水区处的饮用水和粮食氟含量。
表10-18 北方平原潮土、砂姜黑土耕地类型区等级划分标准
