焉耆盆地白刺灌叢沙堆土壤理化性質(zhì)

玉蘇甫·買買提, 滿蘇爾·沙比提, 娜斯曼·那斯爾丁

(新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 烏魯木齊 830054)

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焉耆盆地白刺灌叢沙堆土壤理化性質(zhì)

玉蘇甫·買買提, 滿蘇爾·沙比提, 娜斯曼·那斯爾丁

(新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 烏魯木齊 830054)

對焉耆盆地白刺灌叢沙堆不同演化階段和沙堆間低地土壤理化性質(zhì)進行分析。結(jié)果顯示：(1) 白刺灌叢沙堆不同演化階段土壤粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量均高于沙堆間低地，而土壤砂粒含量和pH值低于沙堆間低地；從白刺灌叢沙堆發(fā)育到穩(wěn)定階段，土壤砂粒含量和pH值逐漸降到最小值，而粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量達到最高值，從白刺灌叢沙堆穩(wěn)定到活化階段，土壤砂粒含量和pH值急劇增加，而粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量大幅度下降；(2) 從整個剖面來看，由于白刺灌叢沙堆侵蝕和堆積的差異，隨著深度的增加砂粒含量先減后增，而pH值、粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量先增后減；0—15 cm土層砂粒含量最高，而15—45 cm土層最低；0—15 cm土層pH值、粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量最低，而15—45 cm土層最高；(3) 白刺灌叢沙堆發(fā)育和活化階段強烈的吹蝕不利于有機質(zhì)的積累，白刺灌叢沙堆穩(wěn)定后為降塵截存、凋落物積累和微生物的繁殖提供有力的保障，表層黏粒得以截存和地衣狀薄層結(jié)皮形成，增加土壤的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量。

白刺沙堆; 土壤; 理化性質(zhì); 新疆焉耆盆地

白刺屬(NitrariaL.)為蒺藜科(Zygophyllaceae)的一個古老小屬，屬于第三紀孑遺植物，白刺屬植物為旱生或超旱生灌木或小灌木，是中亞大陸荒漠地帶的典型景觀植物，也是荒漠區(qū)系灌木層片中優(yōu)勢種或建群種之一。在我國，主要分布于西北及北部降水稀少的干旱荒漠和半荒漠地區(qū)，是內(nèi)蒙古、甘肅和新疆一帶荒漠植被的重要建群種之一[1]。白刺屬植物具有耐干旱、鹽堿、沙埋、抗風(fēng)蝕等特點，莖稈根系化明顯，其枝條沙埋后能在濕沙中生出新的不定根，積沙成丘，形成固定和半固定的灌叢沙包，對減緩地表水土流失有著明顯的作用，并且由于它枝葉茂密，積累了大量枯枝落葉和腐殖質(zhì)，從而增加了土壤有機質(zhì)含量，改善了立地土壤的理化結(jié)構(gòu)[2-4]。

在新疆大約48%的土地被沙漠或者沙地所覆蓋，沙漠化造成了巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響新疆生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。白刺灌叢沙堆作為主要的沙漠地貌類型之一，固定了綠洲外圍的大量流沙，阻止了流沙對綠洲的危害，但是近幾十年來，由于氣候及人類過度活動，綠洲外圍的白刺灌叢沙堆重新活化，逐漸成為綠洲荒漠化防治的前沿陣地。白刺灌叢沙堆在演化過程中土壤理化性質(zhì)的變化直接反映了沙漠化進程，因此，本文根據(jù)新疆焉耆盆地白刺灌叢沙堆不同演化階段和灌叢沙堆間低地土壤進行野外采樣和室內(nèi)分析資料，對研究區(qū)白刺灌叢沙堆各演化階段和灌叢沙堆間低地土壤理化性質(zhì)進行分析，為綠洲外圍白刺灌叢沙堆科學(xué)保育及其生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

焉耆盆地處于歐亞大陸腹地，屬典型的中溫帶干旱荒漠氣候，盆地地勢從西北向東南傾斜，最低處為我國最大的內(nèi)陸淡水湖——博斯騰湖，博斯騰湖上游為開都河，下游為孔雀河，博斯騰湖是焉耆盆地的水鹽匯集中心。焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，面積13 612 km2，地理坐標東經(jīng)86°39′—88°20′，北緯41°23′—43°31′，包括焉耆、和靜、和碩、博湖4個縣。該盆地深居我國西北內(nèi)陸腹地，為典型的大陸性干旱氣候，降水稀少，蒸發(fā)強烈，夏季炎熱，冬季寒冷。年平均氣溫8～8.9℃，年降水量50～80 mm，集中在5—9月，蒸發(fā)量達2 000～2 450 mm，蒸降比30～40倍以上。本文選取位于盆地東北部和碩縣境內(nèi)白刺植物集中分布地帶作為研究區(qū)域[5]。

2　土壤樣品的采集和分析

2012年6—7月，采用GPS定位，在研究區(qū)白刺植物典型生境地段，依據(jù)前人的劃分標準，并通過實地考察，根據(jù)白刺灌叢沙堆表層土壤、植被及其發(fā)育形態(tài)的不同選取不同演化階段白刺灌叢沙堆共24個(每個演化階段和灌叢沙堆間低地各取8個作為重復(fù))，具體演化階段劃分依據(jù)見參考文獻[6]。對于同一演化階段選取形態(tài)大小、植被蓋度和結(jié)皮發(fā)育程度比較接近的白刺灌叢沙堆。為了提高樣品的代表性，在樣點挖出土壤剖面，根據(jù)人為分層按0—15，15—45，45—70 cm不同深度取土樣。

采集的土壤樣品帶回實驗室攤開陰干，過2 mm 篩，編號裝入樣品袋備用，用平均值代表研究區(qū)的測定值。土壤粒度采用吸管法，土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀法，土壤pH值采用電位測定法，全氮采用重鉻酸鉀—硫酸消化法，全磷采用高氯酸—硫酸酸溶—鉬銻抗比色法，全鉀采用火焰光度法，速效氮采用蒸餾法，速效磷采用碳酸氫鈉法，速效鉀采用火焰光度法[7]測定。

3　結(jié)果與分析

3.1白刺灌叢沙堆土壤粒度特征

研究區(qū)白刺灌叢沙堆各演化階段土壤砂粒含量平均59.74%，粉砂含量平均21.18%，黏粒含量平均19.08%，土壤顆粒組成以砂粒為主；白刺灌叢沙堆間低地砂粒含量平均67.72%，粉砂含量平均13.79%，黏粒含量平均18.49%，土壤顆粒組成仍然以砂粒為主。由于白刺灌叢沙堆形成過程的特殊性，風(fēng)力搬運而來的物質(zhì)在灌叢沙堆上和灌叢沙堆間低地逐漸堆積和再次吹蝕，而灌叢沙堆上植株作用使得堆積和吹蝕失衡，從而導(dǎo)致白刺灌叢沙堆各演化階段和灌叢沙堆間低地土壤粒級組成的較大差異(表1)。由流動沙堆發(fā)育到白刺灌叢沙堆初級階段土壤砂粒、粉砂和黏粒百分含量變化不明顯，至白刺灌叢沙堆發(fā)育階段土壤砂粒含量平均84.85%，粉砂含量平均3.21%，黏粒含量平均11.94%，主要以砂粒組成，粉砂和黏粒含量較少。白刺灌叢沙堆穩(wěn)定后土壤的砂粒含量大幅度下降，而粉砂和黏粒含量迅速增加，與發(fā)育階段相比差異較顯著，砂粒含量由84.85%降到38.52%，而粉砂和黏粒含量由3.21%和11.94%增加到32.58%和28.90%。白刺灌叢沙堆活化后，灌叢沙堆土壤砂粒的百分含量重新增加，由38.52%提高到55.86%；粉砂含量有所降低，即由32.58%降到27.76%，與灌叢沙堆穩(wěn)定階段相比差異并不顯著，黏粒含量明顯降低，即由28.90%降到16.38%，接近白刺灌叢沙堆發(fā)育階段的黏粒含量。白刺灌叢沙堆間低地因其下伏底層為糊積形成的沙壤土，但是因微地形的差異，土壤砂粒含量與白刺灌叢沙堆發(fā)育階段相比低17.13%，而粉砂和黏粒含量比灌叢沙堆發(fā)育階段高10.58%和6.55%；與白刺灌叢沙堆穩(wěn)定階段相比，砂粒含量高29.20%，而粉砂和黏粒含量低18.79%和10.41%。從整個剖面來看，白刺灌叢沙堆各演化階段和灌叢沙堆間低地土壤粒級含量因侵蝕和堆積而有所差異，隨著深度的增加，灌叢沙堆土壤的砂粒含量均呈下降趨勢，而粉砂和黏粒含量呈增加趨勢。白刺灌叢沙堆發(fā)育和穩(wěn)定階段0—15 cm土層砂粒含量均大于15 cm以下土層，而粉砂和黏粒含量則小于15 cm以下土層；白刺灌叢沙堆活化階段0—15 cm土層砂粒和粉砂含量均大于15 cm以下土層，而黏粒含量則小于15 cm以下土層；灌叢沙堆間低地0—15 cm土層砂粒含量小于15 cm以下土層，粉砂含量則大于15 cm以下土層，而黏粒含量呈先增后減的趨勢[8-10]。

表1　白刺灌叢沙堆土壤的顆粒組成　%

注：土壤粒徑>0.05 mm為砂粒；0.01～0.05 mm為粉砂；<0.01 mm為黏粒。

3.2白刺灌叢沙堆土壤pH值和有機質(zhì)特征

由于白刺植物往往自成群落，根系大量吸收地下水，降低水位，沙堆上部有枝葉覆蓋，從而有效地抑制鹽分上升，改善立地土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低土壤含鹽量[11]。因此，白刺灌叢沙堆土壤pH值呈先降后增的趨勢，白刺灌叢沙堆發(fā)育階段土壤pH值最大(8.81)，白刺灌叢沙堆穩(wěn)定階段最小(8.56)，白刺灌叢沙堆活化后pH值又增大(8.73)(表2)，但是小于白刺灌叢沙堆發(fā)育階段；白刺灌叢沙堆間低地因無植被覆蓋和微地形的差異，pH值更大(8.91)。從整個剖面來看，無論是白刺灌叢沙堆，還是灌叢沙堆間低地土壤的pH值均出現(xiàn)低—高—低的趨勢，因為黏粒的吹蝕增加了有限降水的入滲，地表的鹽分向其下土層淋溶，因此，約20 cm深處的土層是鹽分集聚層，這一層的pH值比上下層高(表2)。土壤有機質(zhì)主要來自植物枯枝落葉物，白刺植物可以獨叢成林，枝葉茂密，積累了大量枯枝落葉和腐殖質(zhì)，從而增加了土壤有機質(zhì)含量，改善了立地土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低了土壤含鹽量，使土壤肥力增加。白刺灌叢沙堆發(fā)育階段因吹蝕強烈、植被覆蓋度低、有機質(zhì)含量少(2.34 g/kg)，未形成“沃島”效應(yīng)，這與白刺植物生長特性適合于適度埋沙生境生長有較大關(guān)系，灌叢沙堆頻繁的風(fēng)沙運動不利于有機質(zhì)的積累。白刺灌叢沙堆穩(wěn)定后為降塵截存、植物枯枝落葉物積累和微生物的繁殖提供有力的保障，地表黏粒物質(zhì)得以截存和地衣狀薄層結(jié)皮形成，增加土壤的有機質(zhì)含量。由表2可以看出，白刺灌叢沙堆穩(wěn)定后土壤有機質(zhì)含量迅速增加(6.54 g/kg)，出現(xiàn)有弱“沃島”效應(yīng)。白刺灌叢沙堆活化后，有機質(zhì)含量又迅速降低(2.34 g/kg)，與白刺灌叢沙堆穩(wěn)定階段相比變化幅度較大。白刺灌叢沙堆間低地?zé)o植被覆蓋和強烈的吹蝕使得其有機質(zhì)含量最低。從垂直剖面來看，白刺灌叢沙堆各演化階段均0—15 cm土層的有機質(zhì)含量最低(2.65 g/kg)，15—45 cm土層的有機質(zhì)含量最高(5.08 g/kg)，45—70 cm土層的有機質(zhì)含量居中(3.48 g/kg)，這可能與表層吹蝕強烈、下層植物枯枝落葉物少有較大關(guān)系；灌叢沙堆間低地隨著深度的增加有機質(zhì)含量呈略有增加趨勢。

表2　白刺灌叢沙堆土壤的化學(xué)性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值。

3.3白刺灌叢沙堆土壤養(yǎng)分全量特征

由表2可知，白刺灌叢沙堆發(fā)育階段土壤全氮(0.14 g/kg)、全磷(0.09 g/kg)及全鉀(17.66 g/kg)含量都較低；隨著灌叢沙堆上植被的生長，植物枯枝落葉、降塵及來自灌叢沙堆間低地顆粒的堆積，而白刺灌叢沙堆逐漸穩(wěn)定后，其各土層的全氮、全磷和全鉀含量都不同程度的增加(分別為0.28 g/kg，0.13 g/kg，19.50 g/kg)，尤其是全氮和全磷含量與灌叢沙堆發(fā)育階段相比增加幅度較大，土壤肥力提高；白刺灌叢沙堆活化后，全氮和全磷含量迅速下降(0.15 g/kg和0.08 g/kg)，接近灌叢沙堆發(fā)育階段的含量。灌叢沙堆間低地?zé)o植被覆蓋和頻繁的風(fēng)沙運動不利于土壤養(yǎng)分的積累使得其養(yǎng)分含量最低，即全氮平均0.09 g/kg，全磷平均0.06 g/kg，全鉀平均18.37 g/kg。從整個土層垂直剖面來看，土壤的全氮、全磷和全鉀養(yǎng)分含量基本上呈現(xiàn)低—高—低趨勢，即先增后減，其主要原因是灌叢沙堆土壤表層吹蝕強烈及其不利于土壤微生物的繁殖和活性增強；中層植物枯枝落葉物較多而且沙堆穩(wěn)定，有利于土壤微生物的繁殖和活性的增強；而下層植物枯枝落葉較少，不利于土壤養(yǎng)分的積累[12-14]。

3.4白刺灌叢沙堆土壤速效養(yǎng)分特征

白刺灌叢沙堆開始形成時，灌叢沙堆土壤的速效氮、速效磷和速效鉀含量均較低；白刺灌叢沙堆開始發(fā)育后，速效氮、速效磷和速效鉀含量都不同程度的增加(分別為10.79，0.97，85.43 mg/kg)；白刺灌叢沙堆穩(wěn)定后，灌叢沙堆土壤的速效氮、速效磷和速效鉀含量達到最大值(分別為20.91，1.52，88.9 mg/kg)；白刺灌叢沙堆活化后，灌叢沙堆土壤的速效氮、速效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)下降趨勢(分別為10.48，0.81，85.97 mg/kg)，而且下降幅度較大，接近或小于灌叢沙堆土壤發(fā)育階段的速效養(yǎng)分含量；灌叢沙堆間低地風(fēng)沙運動頻繁，而且無植被覆蓋，從而土壤速效養(yǎng)分含量最低，即速效氮7.03 mg/kg，速效磷0.67 mg/kg，速效鉀86.2 mg/kg。從整個剖面來看，無論是白刺灌叢沙堆的各演化階段，還是灌叢沙堆間低地均0—15 cm土層的速效養(yǎng)分含量最低，15—45 cm土層的速效養(yǎng)分含量最高，45—70 cm土層的速效養(yǎng)分含量居中，這可能與表層風(fēng)沙運動強烈，植物枯枝落葉物少；中層植物枯枝落葉物多、土層穩(wěn)定、微生物活躍；下層植物枯枝落葉物少、微生物活性弱等有較大關(guān)系[12-14]。

4　結(jié)論與討論

白刺灌叢沙堆各演化階段土壤平均砂粒含量為59.74%，粉砂含量為21.18%，黏粒含量為19.08%；白刺灌叢沙堆間低地土壤平均砂粒含量為67.72%，粉砂含量為13.79%，黏粒含量為18.49%，土壤顆粒組成都以砂粒為主。白刺灌叢沙堆從發(fā)育到穩(wěn)定階段，灌叢沙堆土壤砂粒含量逐漸減少到最小值，為32.58%，而粉砂和黏粒含量迅速增加到最高值，分別為32.58%和28.90%；從白刺灌叢沙堆穩(wěn)定到活化階段砂粒含量急劇增加為55.86%，粉砂和黏粒含量大幅度下降，為27.76%和16.38%。從整個土層垂直剖面來看，土壤的砂粒含量隨著深度的增加逐漸降低，而粉砂和黏粒含量逐漸增加；pH值、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量基本上呈現(xiàn)低—高—低趨勢。

由于白刺植物自成群落并且枝葉茂密，積累大量枯枝落葉和腐殖質(zhì)，從而增加土壤有機質(zhì)含量，改善立地土壤的理化結(jié)構(gòu)，降低土壤含鹽量，使土壤肥力增加。因此，白刺灌叢沙堆從發(fā)育到穩(wěn)定階段，pH值略有降低，有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀呈增加趨勢；白刺灌叢沙堆活化后，土壤的pH值呈增加趨勢，而有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量迅速下降。由于白刺灌叢沙堆形成過程的特殊性，風(fēng)力搬運而來的物質(zhì)在沙堆上和沙堆間低地逐漸堆積和再次吹蝕，而灌叢沙堆上植株作用使得堆積和吹蝕失衡，從而導(dǎo)致了白刺灌叢沙堆上和沙堆間低地土壤粒級組成的差異；沙堆間低地?zé)o植被覆蓋和頻繁的風(fēng)沙運動不利于土壤養(yǎng)分的積累使得其養(yǎng)分含量最低。

由于白刺灌叢沙堆穩(wěn)定階段，植被覆蓋度比其他階段高，植被覆蓋度的增加減弱了風(fēng)力對灌叢沙堆土壤黏粒和養(yǎng)分含量的吹蝕，同時有效地防止灌叢沙堆植物枯枝落葉物的損失，增強了植物枯枝落葉物的捕獲能力，改善灌叢沙堆的小氣候，有利于灌叢沙堆植物枯枝落葉物的分解，因此，灌叢沙堆穩(wěn)定階段土壤的砂粒含量和pH值低于其它階段，而粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量均高于其它階段，出現(xiàn)有弱“沃島”效應(yīng)；灌叢沙堆的發(fā)育和活化階段，沙堆的植被覆蓋度較低，不僅對外來的植物枯枝落葉物難以捕獲，而且自身的植物枯枝落葉物也會在強烈吹蝕的作用下大量損失，灌叢沙堆的微環(huán)境受到破壞，植物枯枝落葉物的分解速度降低，最終導(dǎo)致灌叢沙堆土壤的黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量的不斷虧損，因此，灌叢沙堆發(fā)育和活化階段土壤的砂粒含量和pH值高于沙堆穩(wěn)定階段，而土壤的粉砂、黏粒、有機質(zhì)和養(yǎng)分含量均低于穩(wěn)定階段。尤其是灌叢沙堆活化后，表層植被死亡導(dǎo)致了養(yǎng)分大量損失，有機質(zhì)、全氮和速效氮含量與灌叢沙堆穩(wěn)定階段相比大幅度下降，給灌叢沙堆的保育帶來了很大的困難，因此，如何維持灌叢沙堆的穩(wěn)定，防止其表層灌叢植被衰敗，成為灌叢沙堆能否保育成功的關(guān)鍵。

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Analysis on the Soil Physicochemical Properties of Nitraria Shrub Dune at Different Evolution Stages in Yanqi Basin of Xinjiang, China

Yusup·Mamat, Mansur·Sabit, Nasima·Nasirdin

(School of Geographic Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang 830054)

We chose Xinjiang Yanqi Basin as the research area and analyzed the different evolution stages of nitraria shrub dune and the physicochemical properties of between-dune lowland shrub dune soil. Results show that : (1) the silt, clay, organic matter and nutrient content of dune soil in different evolution stages were higher than the between-dune lowland, but the sand and pH values were lower; from development stage to the stable stage, the sand grains and pH values gradually reduced to the minimum, while the silt, clay, organic matter and nutrient content reached the highest values, from stable to the activation phase, sand grains and pH values increased sharply, and silt, clay, organic matter and nutrient content declined significantly; (2) from the entire profile view, due to the differences of erosion and accumulation of sand dune, with the increasing of depth, sand grains decreased first and then increased, while pH values, silt, clay, organic matter and nutrient contents were the opposite; the most sand grains were found in 0—15 cm soil layer, and the minimum was found in 15—45 cm soil layer; the lowest pH values, silt, clay, organic and nutrient content were detected in 0—15 cm soil layer, the highest values were found in 15—45 cm soil layer; (3) sand dune development and activation stage deflation are not conducive to the accumulation of organic matter, sand dune stabilizing will provide the strong protection for the dust sequestration, litter accumulation and microbial growth, it can improve clay surface sequestration, lichen like thin crust formation, and can increase soil organic matter.

nitraria sand dune; soil; physicochemical properties; Yanqi Basin of Xinjiang

2014-11-17

2014-12-15

國家自然科學(xué)基金資助項目“新疆白刺屬植物的生態(tài)效益及栽培技術(shù)研究”(31260048)。

玉蘇甫·買買提(1960—),男,維吾爾族,阿圖什人,副教授,從事干旱區(qū)環(huán)境演變與災(zāi)害防治研究.E-mail:yusup@xjnu.edu.cn

S714.2

A

1005-3409(2015)04-0091-04