李荔 周正立 呂瑞恒 梁繼業(yè)

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(塔里木大學(xué))，阿拉爾，843300)

責(zé)任編輯:王廣建。

塔里木河是中國流域面積最大的內(nèi)流河，亦是南疆綠洲主要分布區(qū)。近年來，由于對塔里木河流域地下水及河水的過度開發(fā)利用，使流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境發(fā)生顯著變化［1-2］。加之過度墾荒，胡楊(Populus euphratica)、檉柳(Tamarix chinensis)等天然植被破壞嚴(yán)重，土壤沙化、次生鹽堿化等問題日益嚴(yán)重。因此，干旱區(qū)內(nèi)流河的生態(tài)保育與可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)前社會各界關(guān)注的重要話題。

在生態(tài)系統(tǒng)中，土壤與植被相互依存、相互制約［3-4］。在土壤—植被—大氣這個(gè)連續(xù)系統(tǒng)中，土壤是至關(guān)重要的組成部分［5］。而土壤理化性質(zhì)不僅是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，也是環(huán)境檢測的重要因子［6］。因土壤是自然連續(xù)的非勻質(zhì)體，即使在土壤質(zhì)地相同的區(qū)域內(nèi)，同一時(shí)刻土壤理化性質(zhì)在不同空間位置上也具有明顯差異，這種屬性稱為土壤特性的空間變異性［7］。不同土壤理化性質(zhì)會造成土壤水、氣、熱的差異，從而影響土壤中礦物養(yǎng)分的供應(yīng)狀況。研究土壤理化性質(zhì)差異性，可了解土壤形成過程、結(jié)構(gòu)和功能，對土壤與植物關(guān)系、植被空間格局以及土壤侵蝕、土地利用變化、生態(tài)過程等研究有借鑒作用［8-9］。

綜上所述，土壤理化性質(zhì)的空間分異是影響森林植被生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，是決定土壤肥力與土壤性質(zhì)的重要指標(biāo)［10-11］。因此，以塔里木河流域上、中、下游典型荒漠河岸林為研究對象，分析3 個(gè)區(qū)域土壤理化性質(zhì)的空間變異特征，以期為塔里木河流域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔里木河流域是環(huán)塔里木盆地的阿克蘇河、和田河、葉爾羌河等九大水系的總稱，流域面積為1.02×106km2。塔里木河干流從阿克蘇河、和田河、葉爾羌河三河匯合口(肖夾克)至臺特瑪湖全長1 321 km，屬平原型河流。干流區(qū)干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，具有明顯的大陸性氣候特征，年降水一般在50 mm 以下，蒸發(fā)量達(dá)2 300～3 000 mm;光照豐富，年日照時(shí)間為2 800～3 100 h;無霜期185～210 d，年平均氣溫10～11 ℃，大于10 ℃積溫達(dá)4 000～4 350 ℃［12］。主要土壤類型為鹽化草甸土、胡楊林土、鹽土、綠洲潮土、風(fēng)沙土和沼澤土等。植被類型屬暖溫帶稀疏灌木、半灌木荒漠地帶，主要建群種有胡楊(Populus euphratica)、鈴 檔 刺(Halimodendron halodendron)、沙 棗(Elaeagnus angustifolia)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、鹽穗木(Halostachys caspica)、花花柴(Karelinia caspia)、鹽爪爪(Kalidium foliatum)、駱駝刺(Alhagi sparsifolia)、羅布麻(Apocynum venetum)、蘆葦(Phragmaites australis)和檉柳屬(Tamarix chinensis)植物等［13］。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)及采樣

在塔里木河上游(阿瓦提)、中游(輪臺縣)、下游(34 團(tuán))沿垂直河道方向，選取面積較大、人為干擾較小、具有代表性的林地，設(shè)置10 個(gè)30 m×30 m的樣地(見表1)。

表1 樣地分布

每個(gè)樣地設(shè)置4 個(gè)15 m×15 m 的樣方，調(diào)查林分結(jié)構(gòu)、記錄(DBH≥2.5 cm)喬木樹種的胸徑、樹高、冠幅等指標(biāo);每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置5 塊5 m×5 m 和1 m×1 m 的小樣方，分別記錄灌木層和草本層的種類、數(shù)量、株高、地徑、蓋度、多度等指標(biāo)，植物多樣性分別采用Shannon-Wiener 指數(shù)(H)、Simpson 指數(shù)(S)、Pielou 指數(shù)(E)度量(見表2)。并記錄每個(gè)樣地的海拔高度、經(jīng)緯度及地下水位數(shù)據(jù)。在每個(gè)樣地分別挖掘3 個(gè)100 cm 的土壤剖面，分為0～20、＞20～40、＞40～60、＞60～80、＞80～100 cm 土層，在每層中部取環(huán)刀樣和鋁盒樣，分別測定土壤密度和含水率;同時(shí)在每層土壤剖面的中部自下而上進(jìn)行鮮土取樣，共采集150 個(gè)土壤樣品。取樣過程中去除石礫及植物根系，土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后，碾碎并過1.00、0.25 mm 口徑篩，備用測定土壤理化性質(zhì)。

2.2 項(xiàng)目測定

土壤密度采用環(huán)刀法，土壤含水率采用烘干法，全鹽量采用電導(dǎo)率法測定，pH 值采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，全氮用濃硫酸消煮—?jiǎng)P氏定氮法，全磷用HClO4—H2SO4法，全鉀用NaOH溶融—火焰光度計(jì)法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度計(jì)法［14］。

2.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(S)、Pielou 均勻度指數(shù)(E)來計(jì)算不地區(qū)荒漠河岸林多樣性。各指數(shù)公式如下［15-16］:

式中:s 為各群落的物種數(shù)目;Ni為群落中某一層次第i 個(gè)物種的重要值;N 為該層次所有物種重要值之和，將群落各層次多樣性指數(shù)加和得到群落物種總體多樣性指數(shù)。

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0;單因素方差分析檢驗(yàn)不同地區(qū)荒漠河岸林土壤含水率、土壤密度、全鹽量、有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀各樣方平均值的差異;采用相關(guān)分析法分析河岸林10 種土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性;采用Excel 2010 計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差等。

表2 不同地區(qū)荒漠河岸林群落特征

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地區(qū)土壤物理性質(zhì)差異

塔里木河荒漠河岸林土壤水分在時(shí)空分布上存在明顯差異。近年來除自然原因，人類活動(dòng)對土壤水分的空間變異影響越來越大。土壤水分是影響土壤性狀的重要因素，也是干旱地區(qū)生態(tài)過程的主要驅(qū)動(dòng)因子［17］。由表3可知，上、中、下游3 個(gè)地區(qū)荒漠河岸林土壤密度、毛管孔隙度、含水率均差異顯著(P＜0.05)。中游地區(qū)各樣點(diǎn)土壤平均密度為1.421～1.523 g·cm-2且毛管孔隙度最低，這是由于洪水滿溢對河岸林土壤結(jié)構(gòu)影響，形成較為黏重的土質(zhì)。上游與中游土壤含水率較高，下游最低且含水率低于6.069%，極干旱。土壤最大持水量在全流域波動(dòng)變化，上游整體高于中下游地區(qū)。毛管孔隙度與毛管持水量最大值也出現(xiàn)在上游(分別為50.062%、40.269%)，而中游地區(qū)毛管孔隙度和毛管持水量相對偏低，表明中游地區(qū)由于洪水滿溢，形成較為黏重的土層。

水分條件影響土壤理化性質(zhì)重要因素，而土壤密度、含水率、毛管孔隙度是影響土壤的通氣、透水的主要因子，進(jìn)而影響了該地區(qū)植被尤其胡楊更新苗的生長。

表3 不同地區(qū)土壤物理性質(zhì)

3.1.1 不同地區(qū)土壤含水率垂直變化規(guī)律

由表4可知，塔里木河上、中、下游土壤含水率存在著明顯差異，但又表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。土壤含水率隨深度波動(dòng)變化，不同地區(qū)同一土層含水率差異顯著(P＜0.05)。上游地區(qū)土壤含水率為13.43%～17.13%，＞20～40 cm 土層含水率最高;中游地區(qū)含水率差異不大，在＞40～60 cm 土層出現(xiàn)最大值;下游地區(qū)在0～60 cm 變化不大，＞60～80 含水率最高。0～20、＞40～60、＞80～100 cm 含水率變化規(guī)律是:中游＞上游＞下游;＞20～40、＞60～80 cm 含水率變化規(guī)律是:從上游到下游依次遞減。

表4 不同地區(qū)土壤含水率垂直變化 %

3.1.2 不同地區(qū)土壤密度垂直變化規(guī)律

土壤密度與土壤質(zhì)地、壓實(shí)程度、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等密切相關(guān)。由表5可知，3 個(gè)地區(qū)同一土層土壤密度差異顯著(P＜0.05)。各土層土壤密度為1.17～1.48 g/cm3;0～20 cm 土層土壤密度為:中游＞上游＞下游;＞20～40、＞80～100 cm土層土壤密度為:中游＞下游＞上游;＞40～60 cm 土層土壤密度從上游到下游逐漸降低;而＞60～80 cm土層土壤密度從上游到下游逐漸增加。說明上、中游地區(qū)土壤保水性較好，這與塔里木河流域的土壤類型特征及水文特征有明顯關(guān)系［18］。因此，合理調(diào)控塔里木河水量，增加下游生態(tài)用水，是下游河岸林正常生長繁殖的重要保障。

表5 不同地區(qū)土壤密度垂直變化 g·cm-3

3.2 不同地區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)差異

土壤養(yǎng)分在空間和時(shí)間上呈異質(zhì)性分布，并且相對復(fù)雜，而成土母質(zhì)、地形、人類活動(dòng)等對土壤養(yǎng)分的空間變異均有相應(yīng)影響。由表6可知，上、中、下游3 個(gè)地區(qū)河岸林土壤pH、全鹽、有機(jī)質(zhì)等10 個(gè)指標(biāo)均有顯著差異(P＜0.05)。土壤pH 值均呈堿性，且下游地區(qū)土壤堿性最大;全鹽量基本是從上游向下游逐漸增加;有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)由上游向下游逐漸降低，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)中游較低。各地區(qū)堿解氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化與有機(jī)質(zhì)的變化趨勢一致，中游地區(qū)堿解氮、速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，下游速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。

土壤養(yǎng)分及水分條件不同程度的影響著植被群落的變化，在對里木河上游、中游及下游不同地區(qū)河岸林的調(diào)查表明，水分條件較好的上、中游地區(qū)活立木數(shù)量較多，各項(xiàng)生長指標(biāo)也較下游稍高，特別是更新苗數(shù)量在上、中游地區(qū)明顯高于下游。

表6 不同地區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)

3.3 土壤理化性質(zhì)相關(guān)性

由表7可知，土壤含水率與有機(jī)質(zhì)、全磷及速效磷呈顯著正相關(guān);與pH 值、全鉀、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。表明水分條件對塔里木河荒漠河岸林土壤化學(xué)性質(zhì)變化有重要影響。全鹽量與其他指標(biāo)相關(guān)性不明顯;有機(jī)質(zhì)與全磷、速效磷呈顯著正相關(guān)，與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān);全氮與全磷呈顯著正相關(guān);全磷與速效鉀、全鉀與速效磷及堿解氮均呈顯著負(fù)相關(guān);速效養(yǎng)分與相對應(yīng)的土壤養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)。pH與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷呈負(fù)相關(guān)，表明土壤pH 值大小直接影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解速度，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的有效性。

表7 土壤理化性質(zhì)相關(guān)性

4 結(jié)束語

塔里木河上、中、下游地區(qū)荒漠河岸林土壤10種理化性質(zhì)均有顯著差異。其水分狀況表現(xiàn)為上游、中游地區(qū)均高于下游，與陳亞寧等［19］、趙振勇等［20］、高前兆等［21］研究的結(jié)論一致。水分條件影響了土壤化學(xué)性質(zhì)，從而對植被生長起著重要作用。在干旱半干旱地區(qū)，水是影響植被及土壤養(yǎng)分循環(huán)的重要因子，而塔里木河水量變化直接影響上、中、下游荒漠河岸林的發(fā)展動(dòng)態(tài)。但由于近年來塔里木河流域的墾荒種植，對塔里木河的水資源過度開發(fā)利用，使得下游乃至中游地區(qū)河岸林大面積消失，并對本地區(qū)生物多樣性變化影響較大。因此，應(yīng)通過對塔里木河干流的水量進(jìn)行合理調(diào)控，滿足荒漠河岸林生態(tài)需水，提高河岸林的生態(tài)效益。

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