新疆甘家湖梭梭林林地土壤養(yǎng)分、鹽分的累積特征1)

寧虎森 羅青紅 吉小敏 孫慧瑛 褚 玲

(新疆林業(yè)科學(xué)院造林治沙研究所，烏魯木齊，830063)

新疆甘家湖梭梭林林地土壤養(yǎng)分、鹽分的累積特征1)

寧虎森 羅青紅 吉小敏 孫慧瑛 褚 玲

(新疆林業(yè)科學(xué)院造林治沙研究所，烏魯木齊，830063)

梭梭林林地；土壤養(yǎng)分；土壤鹽分；土壤質(zhì)量

Haloxylon woodland; Soil nutrient; Soil salinity; Soil quality

植被與土壤是一個相互作用、相互影響、相互制約、協(xié)調(diào)發(fā)展的系統(tǒng)[1]。土壤為植被提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，其理化特性不僅影響植被群落的發(fā)生、發(fā)育和演替速度，而且也對植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、生產(chǎn)力和結(jié)構(gòu)具有重要影響。而植被的出現(xiàn)也增加了土壤中氮素和有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善了土壤的物理性質(zhì)，影響著土壤的形成和發(fā)育，影響著土壤養(yǎng)分的積累、分布與循環(huán)[2]。植物演替過程同時也豐富了土壤資源，增加了其空間異質(zhì)性，維持了物種間關(guān)系、種的分布格局以及干擾下的群落物種多樣性[3]。因此，研究干旱荒漠區(qū)梭梭林土壤養(yǎng)分特征，對了解梭梭群落不同植被蓋度土壤肥力和營養(yǎng)元素循環(huán)機制具有重要意義，對人工調(diào)控與促進(jìn)植被演化以加快生態(tài)恢復(fù)具有重要作用。

土壤作為荒漠生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)因子，影響著地上荒漠植被群落，其鹽堿度變異直接影響該區(qū)域的生態(tài)演替方向[4]。我國鹽漬土的面積約34億hm2，其中80%左右迄今尚未得到開發(fā)利用[5]。鈉鹽、尤其是堿性鈉鹽的存在及其在土壤體內(nèi)的頻繁積累移動會造成土壤堿化，同時鹽分過多會派生出許多不良土壤性狀而使土壤肥力不能發(fā)揮，危害植物生長發(fā)育[6]。因此，研究干旱荒漠區(qū)梭梭林土壤鹽分特征，分析鹽分組成及離子不平衡性的危害性，對于了解梭梭林土壤鹽分與植被生長的關(guān)系，加強梭梭林管理，加強區(qū)域土地資源的可持續(xù)利用是非常重要的。

土壤是氣候、植被、母巖、水文及地貌等自然因素綜合作用的產(chǎn)物。長期以來，人為擾動導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降等問題頻有發(fā)生[7]。近幾十年來，新疆甘家湖梭梭林國家級自然保護(hù)區(qū)，就因人類持續(xù)大量圍墾甘家湖濕地，使其自然濕地面積迅速減少，加之濕地上游地區(qū)的水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致大量濕地淤積，防洪蓄水功能減弱，造成了生態(tài)環(huán)境的破壞和土地的退化[8]。而土壤養(yǎng)分和鹽分積累特征及其影響因素，會直接或間接地影響林木的生長，一些學(xué)者對甘加湖邊緣的土壤特性也開展過研究[9-11]，而對于甘加湖保護(hù)區(qū)內(nèi)梭梭林土壤的養(yǎng)分、鹽分分布特征的研究鮮有報道。因此，本研究就是要通過比較分析不同蓋度梭梭林土壤養(yǎng)分、鹽分特征，為進(jìn)一步闡明梭梭林土壤與植被的互作關(guān)系提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而為合理開發(fā)、利用、恢復(fù)和保護(hù)甘家湖梭梭林保護(hù)區(qū)提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地位于新疆甘家湖梭梭林國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)(44°54′21′′～44°54′37′′N，83°38′56′′～83°39′11′′E)，海拔248 m，總面積約為5 000 km2，劃定保護(hù)區(qū)范圍為104km2。年均太陽總輻射量為536 J·cm-2，全年日照時間為2 493.9 h，≥10 ℃積溫為3 423.8 ℃左右，年平均氣溫6.7 ℃，氣溫年際變化5.9～8.5 ℃，年平均最高氣溫13.8 ℃，7月份平均氣溫26.3 ℃，1月份平均氣溫-19.2 ℃，氣溫年較差45.5 ℃；年均降水量166.6 mm，年蒸發(fā)量達(dá)到1 973.1 mm，蒸發(fā)量是降水量的11.8倍；保護(hù)區(qū)年均風(fēng)速6 m·s-1，年均大風(fēng)(17 m·s-1)日高達(dá)165 d，瞬間最大風(fēng)速達(dá)55 m·s-1，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候。研究區(qū)內(nèi)自然分布著以藜科、十字花科、菊科和蓼科為主的共42科137屬233種荒漠植物。

2 材料與方法

根據(jù)《森林資源二類調(diào)查技術(shù)規(guī)范》的林分蓋度劃分標(biāo)準(zhǔn)，于2013年6月28—6月29日在研究區(qū)選擇梭梭林植被蓋度C≥70%(HC)、50%≤C<70%(MC)、30%≤C<50%(LC)和無林地(NL)四類典型梭梭林林地，在每種蓋度林地中選取3個標(biāo)準(zhǔn)樣地(100 cm×100 cm)，共12個樣地。采用“S”形五點取樣法，在樣地中用取土鉆分別取土層深(H)0

土樣在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所土壤農(nóng)化試驗室進(jìn)行分析。將原土樣自然風(fēng)干、壓碎，并分成3等份，分別過18目(1 mm)、60目(0.25 mm)和100目(0.1 mm)備用。其中過18目篩的樣品用于速效N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定，過60目篩的樣品用于有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定，過100目篩的樣品用于全N、P、K質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定。

參照鮑士旦[12]土壤養(yǎng)分、鹽分指標(biāo)測定方法，采用重鉻酸鉀—硫酸氧化法測定有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用凱氏定氮儀法測定全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用碳酸鈉堿熔—鉬銻抗比色法測定全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用火焰光度法測定全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用擴(kuò)散稀釋法測定速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用碳酸氫鈉法測定速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用火焰光度法測定速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

采用Microsoft Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用Spass19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行pearson相關(guān)系數(shù)檢驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種蓋度梭梭林林地土壤養(yǎng)分積累特征比較

3.1.1 土壤養(yǎng)分在不同蓋度林地的垂直空間分布

比較表1中4種蓋度梭梭林林地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可見，植被恢復(fù)的過程(NL-LC-MC-HC)，其實是養(yǎng)分的積累與消耗的動態(tài)過程。從各養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化程度來看，土壤有機質(zhì)對地上植被蓋度表現(xiàn)較為敏感，其次為全氮，而全磷和全鉀幾乎沒有變化，說明植被恢復(fù)過程對土壤中鉀和磷的影響具有滯后性。HC、MC、LC、NL土壤中有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不高，分別為6.90、2.80、2.70、3.38 g·kg-1，在垂直空間上的變幅(最大值與最小值之差)分別為2.65、2.19、2.46、2.43 g·kg-1；4種林地土壤中全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.30、0.18、0.18、0.26 g·kg-1，對應(yīng)剖面上的變幅分別為0.173、0.057、0.161、0.173 g·kg-1；4種蓋度下速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為24.25、12.94、19.00、56.06 mg·kg-1，在剖面上的變幅分別為0.236、0.233、0.335、0.303 mg·kg-1。

表1 4種蓋度梭梭林林地各土層土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

進(jìn)一步比較土壤養(yǎng)分在垂直空間上的差異可以看出(表1)，整體上，在0

3.1.2 氮、磷、鉀與有機質(zhì)間質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

土壤中有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氮、磷、鉀的相關(guān)性分析顯示(圖1)，全效氮、磷和速效氮、磷、鉀與有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)(P<0.001)，且全氮、全磷與有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值相近(0.033 0、0.033 2)，說明全氮、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別隨有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加的增幅相近；速效氮與有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值(2.469)遠(yuǎn)大于速效磷與有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值(1.005)，說明土壤中增加相同的有機質(zhì)，速效氮的增量是速效磷增量的2倍多。另外，有機質(zhì)與全鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈直線正相關(guān)，只是未達(dá)到極顯著水平。在常年的自然作用下，全磷和全鉀受梭梭蓋度影響較小，且在土壤垂向剖面上變異較?。凰傩Я缀退傩р浀拇怪狈植俭w現(xiàn)了梭梭對速效磷和速效鉀的表聚性，另一個原因是梭梭根系對下層土壤吸收轉(zhuǎn)移走的養(yǎng)分較多。

3.2 4種蓋度梭梭林林地土壤鹽堿特征比較

3.2.1 不同植被蓋度土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及pH值比較

圖1 梭梭林林地土壤中氮、磷、鉀與有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性

植被蓋度土層深度(H)/cmpH值總鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1CO2-3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1HCO2-3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1SO2-4質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1Mg2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)/g·kg-1HC0

3.2.2 土壤鹽堿指標(biāo)間相關(guān)性分析

表3 梭梭林林地土壤鹽離子相關(guān)系數(shù)及顯著性分析

注：*表示差異顯著(P<0.05)；** 表示差異極顯著(P<0.01)。

4 結(jié)束語

土壤有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源。它能使土壤具有保肥力和緩沖性，還能使土壤疏松和形成結(jié)構(gòu)，從而可改善土壤的物理性狀。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源，一般來說，土壤有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少，是土壤肥力高低的一個重要指標(biāo)[16]。研究區(qū)土壤養(yǎng)分是天然植被演替積累的結(jié)果，季節(jié)更替過程植被每年都有一定量枯枝落葉歸還給土壤，經(jīng)過腐殖化作用形成土壤有機質(zhì)，礦化分解釋放出速效養(yǎng)分，因此，植被蓋度較高的梭梭林林地，最有利于土壤養(yǎng)分離子的形成。研究區(qū)地處極干旱區(qū)，土壤常年處于疏干狀態(tài)，普遍缺少有機膠結(jié)體，有機質(zhì)不易形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致甘家湖土壤有機質(zhì)普遍較低的主要原因。

Crow et al.[17]對新墨西哥中南部半干旱生態(tài)系統(tǒng)的研究表明，植被對土壤養(yǎng)分分布特別是對磷的分布有明顯的調(diào)整作用。張如龍等[18]的研究也顯示,土壤有機質(zhì)與土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著的相關(guān)性，而本試驗也得到了磷與有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)的結(jié)論。

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寧虎森，男，1966年7月生，新疆林業(yè)科學(xué)院造林治沙研究所，教授級高級工程師。

吉小敏，新疆林業(yè)科學(xué)院造林治沙研究所，高級工程師。E-mail:jxmlr1996@126.com。

2014年4月2日。

S759.9; S714.2

1) 中央財政林業(yè)科技推廣項目(xjlk[2013]010)、新疆林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能監(jiān)測評估項目(xjlk[2013]001)。

責(zé)任編輯：任 俐。

Characteristics of Soil Nutrient, Salt Accumulation of Ganjiahu Haloxylon National Nature Reserve in Xinjiang/Ning Husen, Luo Qinghong, Ji Xiaomin, Sun Huiying, Chu Ling(Institute of Afforestation and Sand Control, Xinjiang Academy of Forestry Sciences, Urumqi 830063, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(9).-83～87