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    胡楊林地土壤水鹽動態(tài)及對植被生長的影響

    2015-02-20 06:12:05李宗杰田青宋玲玲
    甘肅農(nóng)業(yè)大學學報 2015年3期
    關鍵詞:金塔縣胡楊林土壤

    李宗杰,田青,宋玲玲

    (甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院,甘肅 蘭州 730700)

    胡楊林地土壤水鹽動態(tài)及對植被生長的影響

    李宗杰,田青,宋玲玲

    (甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院,甘肅 蘭州730700)

    摘要:以甘肅河西走廊金塔縣沙漠森林公園作為典型胡楊林地的研究區(qū)域,通過野外實地采樣和植被生長狀況的調(diào)查,研究不同土層土壤水鹽動態(tài)變化以及對胡楊生長狀況的影響.結(jié)果表明:在距離地表60 cm以內(nèi),隨著土層的加深,土層中水分的含量隨之增高;而在60 cm以下,隨著土層的加深,土層水分的含量在不斷減少,但變化平緩.土壤鹽分的變化總體趨勢為隨著土層的不斷加深,土層中鹽分的含量在不斷的減少,其中以0~10 cm層土壤的鹽分最高.在不同的水分和鹽分條件下,胡楊林的生長狀況為,隨著水分的增加,不管是樹高、胸徑還是地徑都呈現(xiàn)出增加的趨勢,植被的生長狀況也趨向良好;隨著土壤含鹽量的增加,植被的生長狀況趨勢于不良,區(qū)域植被趨于衰落.在一定條件下,土壤水鹽運動是相伴而行的,土壤水分運移的過程帶動了土壤鹽分的運動,所以在水分和鹽分共同作用下,每塊樣地土壤全鹽量和含水量表現(xiàn)出相矛盾的現(xiàn)象.

    關鍵詞:胡楊林;土壤;水鹽動態(tài);金塔縣

    第一作者:李宗杰(1989-),男,碩士研究生,研究方向為水土保持與荒漠化防治.E-mail:1549017594@qq.com

    Dynamic of soil water and salt inPopuluseuphratica

    forest and its effect on the growth condition of

    vegetation in Jinta County

    LI Zong-jie,TIAN Qing,SONG Ling-ling

    (College of Forestry,Gansu Aguriclultural University,Lanzhou 730070,China)

    Abstract:Choosing Populus euphratica forest in Desert and Forest Park of Jinta County as study object,the dynamic changes of soil water and salt in different soil depths were analyzed through field sampling and investigation of vegetation growth status.The results showed as follows:1) Within the upper 60 cm soil layer,soil moisture increased with soil depth,on the contrary,soil moisture decreased with soil depth under 60 cm soil layer.2) Soil salt displayed a decreasing trend with the increasing of soil depth,and the maximum soil salt content was in 0~10 cm soil layer.3) In different conditions of soil water and salt,the growth status including tree height,diameter at breast height and ground diameter of Euphrates Poplars showed different patterns.4) Under given conditions,the movement of soil moisture and salt were companied,which meant that the movements of soil moisture and salt always associated with each other,so there was contradictory phenomena of soil moisture and soil salt.

    Key words:Populus euphratica forest; soil;dynamic of soil water and salt;Jinta County

    胡楊(Populuseuphratica)是荒漠地區(qū)特有的珍貴森林資源,它對于穩(wěn)定荒漠地帶的生態(tài)平衡,防風固沙,調(diào)節(jié)綠洲氣候和形成肥沃的森林土壤,具有十分重要的作用.同時,胡楊還是較古老的樹種,它對于研究亞非荒漠區(qū)氣候變化、河流變遷、植物區(qū)系的演化以及古代經(jīng)濟、文化的發(fā)展都有重要的科學價值.胡楊是生活在沙漠中的惟一的喬木樹種,它是中國西北干旱區(qū)荒漠化過程的見證.雖然目前胡楊林的分布已退縮至沙漠河岸地帶,但仍然被稱為“死亡之海”的生命之魂.胡楊林的土壤起初并不是鹽分很重的土壤,如果沒有其他自然因素影響(如洪水的浸淹、地下水的突然下降等),它就會隨著林木的生長和發(fā)展而逐步趨于鹽化[1-4].胡楊大量枯枝落葉的長期積累和腐解,一方面增加了土壤的有機質(zhì),改善了土壤的性質(zhì),起到了改良上壤的作用;另一方面又是土壤上層鹽分增加和集聚的一個來源.在蒸發(fā)量遠大于降水量的干旱、半干旱地區(qū),土壤中部分可溶性鹽隨著土壤水分運動而遷移,導致鹽分在土壤表層積累并形成鹽漬化[5-7].研究表明額濟納三角洲地區(qū)土壤具有質(zhì)地粗、含鹽量高、鹽分表聚性強等特征[7-9].周茅先等[10]研究了額濟納三角洲地下水的水鹽變化特征及其與植被生長的關系,發(fā)現(xiàn)地下水的水鹽條件制約植被的分布、生存和演替.土壤水鹽作為荒漠區(qū)植被地下生境的關鍵因素,其變化直接影響和制約著植被的發(fā)生,干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境的日益惡化,使得植被土壤水鹽的研究愈來愈受到學者們的關注.本文選擇河西走廊胡楊林分布最集中、最大的黑河中下游天然胡楊林區(qū)作為研究區(qū),以期為該地區(qū)水資源合理利用、胡楊林保護與更新、生態(tài)環(huán)境恢復與重建、區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學決策依據(jù)[11-12].

    1研究區(qū)域概況

    金塔縣地處黑河流域中下游,河西走廊中部北側(cè),巴丹吉林沙漠邊緣,介于E 90°58′、N 39°47′,海拔多在1 400~1 900 m.東北以合黎山與高臺縣為界,西和玉門市毗鄰,南至夾山與酒泉市肅州區(qū)、嘉峪關市接壤,北至內(nèi)蒙古額濟納旗.境內(nèi)東西長180 km,南北寬120 km,總面積1.88萬km2,其中綠洲面積約0.17萬km2,占總面積的9.0%,包括金塔綠洲(鴛鴦灌區(qū))和鼎新綠洲(黑河灌區(qū)).其中,金塔綠洲是討賴河下游的沖積三角洲,北寬南窄,呈典型的倒三角形分布,其水源主要來自討賴河下游的鴛鴦池水庫,綠洲內(nèi)多為洪積沖積物組成,洼地緩崗相間,零星半固定沙丘和流動沙丘與農(nóng)田交錯分布.地勢由西南向東北傾斜,鼎新綠洲屬黑河沖積階地,以沖積物為主,是典型的沿河綠洲,各種景觀均沿河分布,北部屬馬鬃山東南部低山地帶,中南部的北大河沖積扇和東部黑河兩岸是金塔綠洲和鼎新綠洲[13-17],黑河東岸屬巴丹吉林沙漠邊緣,有沙丘分布,金塔綠洲西北和北山山地以南為戈壁分布地帶,金塔綠洲和黑河之間在北大河古道兩側(cè)也有戈壁和沙丘分布.金塔縣深居西北內(nèi)陸,氣候干燥,降水量少,蒸發(fā)量大,冬季寒冷,夏季酷熱,四季分明,氣溫年較差、日較差大,屬典型的溫帶大陸性氣候.年平均氣溫8 ℃,年平均降水量59.5 mm.年平均日照總時數(shù)高達3 300 h,年平均蒸發(fā)量2 538.6 mm,光熱資源豐富,平均太陽輻射總量153 kJ/cm2,無霜期140~150 d.天然植被主要有耐鹽堿、耐干旱的梭梭、紅柳、泡泡刺、膜果麻黃、胡楊、合頭草、沙拐棗、沙蒿、鹽爪爪等.綠洲內(nèi)土壤土質(zhì)優(yōu)良,以灌淤土(綠洲灌溉耕作土)、潮土(草甸土)、風沙土等為主,綠洲外圍則為典型灰棕漠土[18-20].

    2材料與方法

    2.1土壤水分分布狀況的調(diào)查

    首先,通過對金塔縣沙漠森林公園的全面了解,將整個公園面積大體劃分為4個部分,然后運用對角線法,選取其中兩個部分,每個部分選取3個20 m×20 m樣方,每個樣方選取5個測點分別對離地表0~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60、60~70、70~80 cm進行土壤取樣.利用電子天平對每個土樣進行濕質(zhì)量的稱量,然后將土樣帶回實驗室放入烘箱,待完全烘干后,再次稱量土樣,得出土壤干質(zhì)量.通過濕質(zhì)量減去干質(zhì)量,得出土樣水分質(zhì)量.最后,對所得數(shù)據(jù)進行匯總處理,分析得出水分分布狀況表.采用烘干法進行土壤水分的測定.將已知質(zhì)量的土壤樣品,即用鋁盒取回的樣品放入烘箱,在105 ℃的恒溫下烘10 h,待樣品在烘箱中自然冷卻至常溫,稱干質(zhì)量.用下式計算含水量.

    2.2土壤鹽分分布狀況的調(diào)查

    對已采土樣運用電導法(DDS-307A電導率儀)進行全鹽量的測定.按水土比5∶1進行泡土浸提、振蕩過濾、測定樣品溫度,用電導率儀測定土壤溶液的電導度,選擇其中土壤含鹽量最高(電導度最大)的樣品溶液作為標準溶液,按不同比例稀釋后用質(zhì)量法(水浴蒸干)測定其含鹽量.根據(jù)所得值繪制標準曲線,由已知的電導度從標準曲線上查得土壤的總鹽量,即可獲得土壤的全鹽量.

    2.3植被生長狀況的調(diào)查

    在已選好的樣地中,對每個樣方中的喬木和灌木進行調(diào)查.喬木調(diào)查指標:樹種,樹高,胸徑,地徑;灌木調(diào)查:樹種,樹高,地徑等.同時對整個樣方胡楊的生長狀況做一評判.最后,對數(shù)據(jù)進行匯總分析,得出林木的生長狀況.

    3結(jié)果與分析

    3.1土壤不同層位的水分分布狀況

    由于土壤水分是保持在土壤孔隙中的水分,其主要來源是大氣降水和灌溉水,此外尚有近地面水氣的凝結(jié)、地水位上升及土壤礦物質(zhì)中的水分.土壤水存在于土壤孔隙中,尤其是中小孔隙中,大孔隙常被空氣所占據(jù).正是因為土壤水的這種屬性,特別是對干旱、半干旱的沙質(zhì)土壤,這種屬性尤為顯現(xiàn).通過對各個樣方的不同層次的土樣水分的調(diào)查計算,得出土壤不同層位水分分布狀況,如圖1所示.水分變化的大體趨勢為土壤表層和土壤深層較少,而在10~60 cm之間的土壤中水分含量相對較高.0~10 cm層土壤的水分平均含量為1.95%,而70~80 cm層的水分含量最少,平均為1.94%;30~40 cm層土壤的水分平均含量為5.30%,為土壤層中含水量最高的土層.從水分分布情況可知,在距離地表60 cm以內(nèi),隨著土層的不斷加深,土層中水分的含量也在不斷增多.而在60 cm以下,隨著土層的不斷加深,土層中水分的含量卻在不斷減少,但變化平緩.這主要是由于研究區(qū)深居西北內(nèi)陸,氣候干燥,降水量少,蒸發(fā)量大,而距離地表越近地面蒸發(fā)就越強烈,再加研究區(qū)土壤為砂壤土,表層土壤易散失.土壤深層水分較少的原因與胡楊的生理特征有關,胡楊是極其耐旱的樹種,而耐旱樹種的共同特性就是根系廣而深,大量的深層水分都被根系吸收.中層土壤(10~60 cm)含水量高主要是由于水分在重力的作用下有一個下行的趨勢,再由于距離地表、根系較遠,所以水分散失較少.

    圖1 土壤不同層位水分的分布狀況

    3.2土壤不同層位的全鹽量分布狀況

    土壤鹽分的含量以及分布狀況直接決定著植被的生長狀況,也嚴重影響著植被的生長發(fā)育.土壤含鹽量愈高,根吸水愈困難,甚至可能出現(xiàn)體內(nèi)水分外滲的危險,因而鹽害的通常表現(xiàn)實際上是作物旱害,尤其在大氣相對濕度低的情況下,隨蒸騰加強,鹽害更為嚴重.

    本研究通過對每個樣方的不同層次的土樣鹽分的調(diào)查、分析,得出土壤不同層位的全鹽量的分布狀況(圖2).土壤全鹽量的變化總體趨勢為隨著土層的不斷加深,土層中的全鹽量在不斷的減小.0~10 cm層土壤的鹽分最高,平均含量為35.00%.在30~40 cm層土壤鹽分有明顯的增加,這主要是由于研究區(qū)定期的灌溉導致積聚在表層的鹽分隨著水分下移,發(fā)生了壓鹽過程,所以在該層有明顯的增加趨勢.土壤表層鹽分最高的主要原因是由于當?shù)氐臍夂蚋稍?,蒸發(fā)強烈,導致鹽分隨著水分上移,土壤表層發(fā)生積鹽,此外還有一部分表層積鹽是由當?shù)氐墓喔人?70~80 cm層土壤的鹽分含量最少,這是由于水分壓鹽主要在30~40 cm土壤層,同時研究區(qū)的地下水位較低也有可能是原因之一.

    圖2 土壤不同層位鹽分的分布狀況

    3.3不同的水分和鹽分條件下胡楊林的生長狀況

    3.3.1不同的水分條件下胡楊林的生長狀況植被分布呈地帶性特征,其分布情況與水分狀況有很大關系,特別是在干旱半干旱水資源匱乏地區(qū),水分是制約植被生長的關鍵因素.根據(jù)對調(diào)查區(qū)的植被調(diào)查發(fā)現(xiàn),水分對植被的生長發(fā)育至關重要.隨著水分的增加,胡楊林不管是樹高、胸徑還是地徑都呈現(xiàn)出增加的趨勢,植被的生長狀況也趨向良好.分析圖3可知,第3樣地土壤的含水率最高(7.71%),平均樹高為15.82 m,為研究區(qū)的最高值,平均地徑為31.96 cm、平均胸徑為31.45 cm,基本趨于最高值.而第1樣地的土壤含水量最低(4.89%),平均樹高為12.03 m,為研究區(qū)的最低樹高,平均地徑為22.12 cm、平均胸徑為21.5 cm,基本趨于最低值.第4樣地的土壤含水率不是最高,但平均地徑32.64 cm、平均胸徑32.64 cm均為研究區(qū)最高值,平均樹高僅次于第3樣地.這可能是由于影響植被生長的生態(tài)因素很復雜,水分僅為其中一個因素.經(jīng)實地調(diào)查顯示,研究區(qū)胡楊平均樹高為13.58 m,平均胸徑為26.60 cm,平均地徑為27.54 cm.

    圖3 不同的水分條件下植被的生長狀況

    3.3.2不同鹽分條件下胡楊林的生長狀況鹽分不僅是土壤的必要組成部分,也是植物生長的營養(yǎng)元素,但是過量的鹽分會干擾營養(yǎng)離子平衡和滲透脅迫,鹽脅迫直接影響植物的生命代謝過程.不同植物對鹽分的耐受力不同,如果超過一定鹽濃度所有植物的生長都會受到影響.當土壤中積累的鹽分達到一定的臨界值時,會抑制作物根系吸收水分和養(yǎng)分的能力,或腐蝕植物根系,從而導致作物的正常生長和發(fā)育受到危害.隨著鹽分含量的變化,植被生長狀況的變化規(guī)律是,第3樣地的全鹽量最低,為30.50%,但胡楊的平均高度最高(15.82 m),平均地徑和平均胸徑分別為31.96 cm和31.45 cm,也趨于最高值.這就表明隨著土壤含鹽量的減少,植被的生長趨勢良好,植被群落趨于穩(wěn)定.相反的,在第5樣地中全鹽量達60.00%,為研究區(qū)的最高含鹽量,其平均樹高為12.2 m,平均地徑為25.2 cm,平均胸徑為22.73 cm,均趨于最低值.因此認為,土壤含鹽量越高,越不利胡楊生長,土壤含鹽量高的區(qū)域,植被的生長狀況不良,區(qū)域植被趨于衰落.

    圖4 不同的鹽分條件下植被的生長狀況

    3.4胡楊林地土壤水鹽動態(tài)規(guī)律

    在一定條件下,土壤水鹽運動是相伴而行的,也就是說,土壤水分運移的過程帶動了土壤鹽分的運動,所以在這兩種物質(zhì)的運動作用下,每塊樣地土壤全鹽量和含水量才表現(xiàn)出相矛盾的現(xiàn)象.土壤中的鹽分隨水分而運動,在蒸發(fā)過程中鹽分隨水分輸送到表層,水分蒸發(fā)后鹽分積聚在表層土壤中,灌溉和降雨入滲的水分又將鹽分帶向深層.在長時間內(nèi),如果由于蒸發(fā)而帶到表層的鹽分多于入滲淋洗帶到深層的鹽分,則土壤處于積鹽狀態(tài);反之,則處于脫鹽狀態(tài).土壤水鹽動態(tài)也與灌溉排水條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施有關,如干旱、半干旱地區(qū),如果灌水量過多,又缺乏排水設施,將招致地下水位的升高,蒸發(fā)加大,使表土鹽分不斷積累,形成次生鹽堿化.分析圖5可知,當水分的含量趨于增多時,鹽分的含量也隨之增多;反之,則會相應的減少.金塔縣沙漠森林公園屬于干旱地區(qū),由于水分的大量蒸發(fā),導致部分鹽分在土壤表層的積聚,但研究區(qū)森林植被大部分是人工植被,定期的灌溉導致積聚在表層的鹽分又隨著水分下移,發(fā)生壓鹽過程.這主要是由于土壤鹽分是隨著水分而運動,在水分極少的情況下,絕大部分鹽分會滯留在土壤中.當水分含量高時鹽分也就隨著增加,這主要是因為人工植被的定期灌水和土壤表層的大量蒸發(fā)所致,因此,人工灌溉時排鹽是非常必要的.

    圖5 土壤水鹽動態(tài)規(guī)律

    4結(jié)論

    1)基于對金塔縣沙漠森林公園土壤不同層位的水分分布狀況的研究發(fā)現(xiàn),在距離地表60 cm以內(nèi),隨著土層的不斷加深,土層中水分的含量也在不斷增多;而在60 cm以下,隨著土層的不斷加深,土層中水分的含量在不斷減少,但變化平緩.

    2)通過對金塔縣沙漠森林公園土壤不同層位的鹽分分布狀況的研究發(fā)現(xiàn),土壤鹽分的變化總體趨勢為隨著土層的加深,土層中鹽分的含量在不斷的減少.0~10 cm層土壤的鹽分最高,平均含量為35.00%.

    3)根據(jù)對研究區(qū)的植被調(diào)查發(fā)現(xiàn),在不同的水分和鹽分條件下,水分對胡楊林的生長發(fā)育至關重要.隨著水分的增加,胡楊林不管是樹高、胸徑還是地徑都呈現(xiàn)出增加的趨勢,胡楊林的生長狀況也趨向良好.隨著土壤含鹽量的增加,胡楊林的生長狀況趨勢不良,區(qū)域植被趨于衰落.

    4)根據(jù)對金塔縣沙漠森林公園土壤不同層位水分分布狀況和鹽分分布狀況的研究,分析得出在一定條件下,土壤水鹽運動是相伴而行的,也就是說,土壤水分運移的過程帶動了土壤鹽分的運動,所以在這兩種不同物質(zhì)的運動作用下,每塊樣地土壤全鹽量和含水量才表現(xiàn)出相矛盾的現(xiàn)象.土壤中的鹽分隨水分而運動,在蒸發(fā)過程中鹽分隨水分輸送到表層,水分蒸發(fā)后鹽分積聚在表層土壤中,灌溉和降雨入滲的水分又將鹽分帶向深層.在長時間內(nèi),如果由于蒸發(fā)而帶到表層的鹽分多于入滲淋洗帶到深層的鹽分,則土壤處于積鹽狀態(tài);反之,則處于脫鹽狀態(tài).土壤水鹽動態(tài)與灌溉排水條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施直接相關.

    參考文獻

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    (責任編輯胡文忠)

    版權(quán)聲明

    為擴大本刊及作者知識信息交流渠道,加強知識信息推廣力度,本刊已許可中國學術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社在CNKI中國知網(wǎng)及其系列數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中,以數(shù)字化方式復制、匯編、發(fā)行、信息網(wǎng)絡傳播本刊全文。該著作權(quán)使用費及相關稿酬,本刊均用作為作者文章發(fā)表、出版、推廣交流(含信息網(wǎng)絡)以及贈送樣刊之用途,即不再另行向作者支付。凡作者向本刊提交文章發(fā)表之行為即視為同意《甘肅農(nóng)業(yè)大學學報》編輯部上述聲明。

    收稿日期:2014-06-24;修回日期:2014-09-04

    基金項目:國家自然科學基金項目(31260122).

    通信作者:田青,女,博士,副教授,主要從事水土保持與恢復生態(tài)學方面的教學和研究工作.E-mail:tqing@gsau.edu.cn

    中圖分類號:S 792.119

    文獻標志碼:A

    文章編號:1003-4315(2015)03-0126-06

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