黃 曄, 王雪梅,2

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054;2.新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室 新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室, 烏魯木齊 830054)

土壤鹽漬化是土地退化和土地荒漠化的主要形式之一，目前鹽漬土廣泛分布于中國的干旱區(qū)，約占全國總面積的1/3[1]。針對不同的研究區(qū)域，尋求土壤鹽漬化最準確和最適用的監(jiān)測方法，以及土壤鹽漬化動態(tài)變化對綠洲生態(tài)環(huán)境的影響則是當前土壤鹽漬化研究的主要目的[2]。干旱區(qū)荒漠植物廣泛分布于土壤鹽漬化發(fā)生區(qū)域，具有耐鹽堿、抗干旱的特性，對維持綠洲—荒漠復合生態(tài)系統(tǒng)的平衡起著積極作用，同時可有效改良鹽堿土，對解決干旱區(qū)土壤鹽漬化問題具有十分重要的現(xiàn)實價值。

近年來，眾多學者研究認為，在天然條件下，土壤的水、鹽背景值及其分布決定著植物的種群、群落自然選擇的生存條件。土壤的質地、土壤的水分含量和鹽分含量對研究植物的生長狀況往往起著至關重要的作用[3-4]。關于植物群落與環(huán)境因子之間的關系研究已成為地植物學研究的重要內(nèi)容。張雪妮等[5]從不同水鹽梯度，對荒漠區(qū)植物多樣性空間格局與土壤環(huán)境因子之間的關系進行了分析。王蒙[6]，王健銘[7]等通過研究沙漠和戈壁地區(qū)植物多樣性與土壤特性之間的關系，認為土壤是影響植物生長的主要因素。張元明等[8]通過研究進一步證實了塔里木河流域植物群落的分布格局與環(huán)境因子之間存在緊密的關系。因此，土壤水鹽已成為干旱荒漠區(qū)植被地下生境的關鍵因子，并直接影響和制約著天然植被的分布、生存和演替[9]。

渭干河—庫車河三角洲綠洲—荒漠過渡帶位于新疆塔里木盆地的北緣，是我國西北干旱區(qū)生態(tài)脆弱帶的重要組成部分。如何科學合理地防治土壤鹽漬化，改善生態(tài)環(huán)境則成為目前該區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中面臨的主要問題[10-12]。本研究以大量的野外調(diào)查為基礎，通過分析土壤各項理化指標與典型植物群落物種多樣性特征，對渭干河—庫車河三角洲綠洲—荒漠過渡帶典型植物群落土壤水鹽空間差異進行研究，通過揭示植物群落生長與環(huán)境因子之間的關系，為綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展提供理論指導。

1　試驗材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

渭干河—庫車河三角洲綠洲—荒漠過渡帶位于新疆天山山脈南麓，塔克拉瑪干沙漠北緣，介于北緯39°30′—42°40′，東經(jīng)81°27′—84°07′。該地區(qū)在行政上隸屬新疆阿克蘇地區(qū)管轄，主要包括庫車、沙雅和新和3個縣，東接輪臺縣，西鄰阿克蘇、溫宿兩縣。該區(qū)屬于溫帶大陸性干旱氣候，熱量豐富，氣候干燥，光照充足，降水稀少，夏季干熱，冬季干冷，氣候的年較差大，風多沙大，土地鹽堿化、沙化現(xiàn)象嚴重。其中大部分是沙漠和戈壁，綠洲面積僅有56.096萬hm2，占總面積的10.7%。由于該區(qū)降水稀少，水分蒸發(fā)強烈，區(qū)域土壤鹽漬化現(xiàn)象普遍?；哪参镆孕棠緳f柳(Tamarixramosissima)及灌木和半灌木鹽節(jié)木(Halocnemumstrobilaceum)、鹽穗木(Halostachyscaspica)、白刺(NitrariatangutorumBobr.)和花花柴[Kareliniacaspia(Pall.)Less.]等為主，草本植物主要有蘆葦(Phragmitesaustralis)、駱駝刺(Alhagisparsifdia)和豬毛菜(Salsolaarbuscula)等，在綠洲—荒漠過渡帶構成了喬木、灌木和草本植物群落。這些植物含有大量可溶性鹽分，殘落物和殘體經(jīng)礦化分解歸入土壤，可加劇土壤積鹽過程[13]。

1.2　野外調(diào)查

2015年10月上旬在新疆南疆阿克蘇地區(qū)渭干河—庫車河三角洲綠洲—荒漠過渡帶開展項目研究。由于該區(qū)常年降水稀少，蒸發(fā)強烈。土壤水分經(jīng)過夏季的強烈蒸發(fā)作用以后，在每年秋季的9—10月，土壤鹽漬化的表層集聚現(xiàn)象在這一時期非常明顯，故選擇這一時期進行野外調(diào)研。在研究區(qū)不同鹽漬化區(qū)域選取三條典型樣線，每條樣線調(diào)查的長度約為5 km。其中樣線Ⅰ位于庫車縣東部區(qū)域，樣線Ⅱ則位于庫車縣的東南部，樣線Ⅲ位于新和縣的西南緣。在每條調(diào)查樣線上，每隔500 m設置一個樣地。在樣地內(nèi)調(diào)查1個50 m×50 m的喬木樣方、3個10 m×10 m的灌木樣方和5個1 m×1 m的草本樣方，并記錄其植被數(shù)量特征；用激光測高儀和鋼尺在現(xiàn)場測量各樣方的喬、灌木樹高；在每一個樣地內(nèi)挖取土壤剖面，調(diào)查0—5，5—10，10—20，20—40，40—60，60—80，80—100 cm各土壤剖面層的土壤特征，并分別在各層約取500 g土樣，并裝入寫好標簽的塑料袋中用于室內(nèi)指標的測定。采樣時每個樣點用GPS精確定位，獲取樣點經(jīng)緯度信息，并實地記錄樣點土壤狀況，植被生長狀況、地貌類型等地表信息，同時用數(shù)碼相機對樣點區(qū)域進行景觀拍照。

1.3　室內(nèi)分析

參照《土壤理化性質分析土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法》中的方法，通過用烘干法測得土壤含水量。同時，對土壤樣品進行風干處理，風干后的土壤研磨后過篩待測。將預處理后土樣按5∶1水土比進行浸提，用Orion 115A+儀器測定浸提液25℃時的電導率、含鹽量，土壤pH值用pH值計測定[14]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

根據(jù)野外調(diào)查和室內(nèi)試驗測定的數(shù)據(jù)，利用Excel對數(shù)據(jù)進行初步的計算與整理。另外，利用SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，通過單因素方差分析及LSD多重比較分析方法，比較不同采樣區(qū)域的環(huán)境因子之間的差異，并運用相關分析法對典型植物群落的各項多樣性指數(shù)與土壤的水鹽特征值之間進行相關分析。

2　結果與分析

2.1　不同樣線環(huán)境因子特征分析

由表1可以看出,在不同的樣線上，經(jīng)緯度變化范圍有所不同，海拔高度隨著樣線Ⅰ>樣線Ⅱ>樣線Ⅲ，呈明顯的增加趨勢。同樣可以看出，土壤含水量和pH值整體以相同規(guī)律呈增加趨勢，且變化趨勢明顯，說明不同樣線間的土壤水分與pH值有顯著差異。認為，海拔高度對土壤含水量和pH值均存在一定的影響。土壤含鹽量與電導率也逐漸增加，但增加趨勢不顯著，說明不同樣線間的土壤含鹽量和電導率差異并不明顯。土壤水鹽的空間格局變化說明，土壤鹽漬化在空間上呈現(xiàn)出由研究區(qū)東部向西部遞增的變化趨勢。pH值在8.12～8.33范圍內(nèi)變化，說明研究區(qū)土壤整體呈堿性。土壤電導率的含量高低反映了研究區(qū)土壤中鹽基離子含量的多少，與土壤含鹽量存在一定的關系。土壤的含鹽量越多，土壤中鹽基離子的含量就越高，則電導率值越大。

表1　研究區(qū)不同樣線環(huán)境因子

注：不同的小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，相同的小寫字母表示在0.05水平上差異不顯著。

2.2　土壤水鹽空間差異分析

2.2.1土壤含水量空間差異土壤水分狀況是影響植物多樣性及群落分布的重要環(huán)境因子。如圖1所示，在研究區(qū)3條樣線上，土壤含水量的變化范圍在0%～25%，含量較低，植被主要以耐干旱、瘠薄的荒漠植物為主，且不同區(qū)域的土壤含水量呈現(xiàn)出顯著的差異。土壤含水量在樣線Ⅱ上的含量最低，樣線Ⅰ與樣線Ⅲ的含水量相比，樣線Ⅲ的土壤含水量略低。在同一區(qū)域，隨著土壤剖面的逐漸加深，土壤含水量均呈遞增趨勢，且差異較為顯著。由于研究區(qū)為典型的干旱區(qū)域，降水稀少、蒸發(fā)強烈。土壤中的含水量不僅受海拔高度的影響，還與離渭干河的距離有關，距離越近含水量越大，呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，同時，土壤含水量與地下水埋深也有密切的關系，并受人為因素的影響較為顯著，具有顯著的縱向差異[15]。

注：相同字母代表在同一樣線上沒有顯著差異，不同字母代表有顯著差異(p<0.05)，下圖同。

圖1不同土層深度的土壤含水量

2.2.2土壤含鹽量空間差異如圖2所示，從研究區(qū)的總體變化情況來看，不同區(qū)域的土壤含鹽量均呈現(xiàn)出較高的含量水平，變化范圍在22～30 g/kg。在3條樣線中，不同土壤剖面含鹽量基本按照樣線Ⅰ>樣線Ⅱ>樣線Ⅲ的順序，呈逐漸增加趨勢，同一區(qū)域的不同剖面深度的土壤含鹽量無明顯差異。通過分析認為，在研究區(qū)內(nèi)土壤鹽漬化現(xiàn)象自東向西越來越嚴重，受土壤表層的蒸發(fā)量、地下水埋深、土壤中的鹽離子含量以及人為因素的影響，并對區(qū)域內(nèi)的植物多樣性造成顯著的影響。

圖2　不同土層深度的土壤含鹽量

2.2.3土壤電導率空間差異如圖3所示，土壤電導率與大量的可溶性鹽離子有顯著關系，土壤中可溶性鹽離子越多，則土壤的電導率越大導電性越強，土壤的含鹽量也越高。因此，土壤含鹽量不同，造成土壤電導率有顯著差異。在整個土壤剖面，電導率在1.30～2.00 mS/cm發(fā)生變化。不同土壤剖面的電導率無明顯變化，而不同區(qū)域間的電導率則有較為明顯的差異。

圖3　不同土層深度的電導率

2.2.4土壤pH值空間差異如圖4所示，研究區(qū)典型樣線上的pH值在7.80～8.40的范圍內(nèi)發(fā)生變動，在不同樣線、不同剖面，土壤pH值總體呈堿性。在同一區(qū)域不同剖面深度，土壤pH值差異并不明顯。但在不同采樣區(qū)域，土壤pH值按照樣線Ⅰ>樣線Ⅱ>樣線Ⅲ的順序依次增加，與土壤含鹽量和電導率的變化趨勢相同，呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異。因此，土壤pH值也是造成不同樣線間植物優(yōu)勢群落差異的因素之一。

圖4　不同土層深度的pH值

在渭干河—庫車河三角洲綠洲—荒漠過渡帶的不同區(qū)域，隨著土壤剖面深度的增加，土壤含水量呈現(xiàn)較為顯著的增加趨勢，其中，土壤表層的含水量最低。土壤含鹽量隨著土壤剖面深度的增加，則含量逐漸增大，表層的總鹽含量最高。土壤含鹽量與土壤剖面的深度以及土壤的含水量有密切的相關關系。在0—60 cm范圍內(nèi)，土壤含鹽量表層集聚現(xiàn)象較為明顯，而在60—100 cm，由于土壤母質中的鹽基離子含量較高，蒸發(fā)作用無法將其帶到土壤表層，因此這一剖面深度的土壤也具有較高水平的含鹽量。綜上分析，土壤的含水量越低則土壤的含鹽量越高，對植物多樣性的影響便愈大。

2.3　土壤水鹽與植物多樣性的關系分析

2.3.1典型植物群落物種多樣性分析由表2所示，研究區(qū)典型植物群落的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)隨著樣線Ⅰ>樣線Ⅱ>樣線Ⅲ的順序逐漸降低，而均勻度指數(shù)則表現(xiàn)為樣線Ⅱ>樣線Ⅰ>樣線Ⅲ。由研究區(qū)土壤理化性質與典型植物群落物種多樣性指數(shù)分析可知(表1—2)，植物的長勢與土壤的水鹽成分以及pH值和電導率有很大的關系，同時優(yōu)勢物種鹽穗木、鹽節(jié)木、檉柳、花花柴等抗鹽堿性植物的生長也對土壤的鹽漬化具有一定的影響。荒漠化抗鹽堿性植物鹽穗木、鹽節(jié)木、檉柳、花花柴等的優(yōu)勢度越高，則對應的土壤鹽漬化程度相對得到緩解。

2.3.2土壤水鹽因子與植物群落物種多樣性的相關分析土壤含水量、含鹽量、電導率和pH值，以及區(qū)域人為因素均可以對研究區(qū)不同樣線的植物群落優(yōu)勢度產(chǎn)生一定的影響。其中，土壤的含水量以及pH值對植物生物多樣性的影響最為顯著。由表3土壤水鹽因子與植物群落物種多樣性的相關性分析可以看出，土壤含水量與植物的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和優(yōu)勢度呈顯著的正相關(p<0.05)，土壤的含水量越多，植物的長勢越好。電導率與植物的均勻度指數(shù)呈顯著的負相關(p<0.05)，說明土壤中的鹽基離子隨著土壤水分的蒸騰作用，土壤鹽分被帶到地表，在土壤表層集聚，從而對植物的生長起到了抑制作用。從研究中可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)典型植物群落的物種多樣性是各種生境因子綜合作用的結果，不同的地形、土壤質地，以及土壤水鹽條件對植物群落的生長具有顯著影響，其中土壤的水鹽是影響植物生長的主導因素。

表3　相關系數(shù)矩陣

注：*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

區(qū)域土壤鹽漬化現(xiàn)象與地理環(huán)境、氣候、水文條件及人類活動密切相關。地理環(huán)境和氣候狀況是該區(qū)域發(fā)生土壤鹽漬化的背景條件；不合理的水資源利用和人類活動將加劇這一過程。主要表現(xiàn)為，地下水通過攜帶可溶性的鹽基離子由高地勢運向低地勢，從而影響土壤中的含鹽量。土壤的含鹽量與植物的各種多樣性指數(shù)存在顯著關系，整體趨勢表現(xiàn)為土壤含水量越低，則土壤的含鹽量便越高，植物群落的物種多樣性相對降低。另外，土壤電導率、pH值及人為因素等對土壤鹽漬化均有顯著影響。由于植物群落的物種多樣性受區(qū)域條件差異的影響較為顯著，地理條件的不同造成了其植物群落在分布格局上的差異。特別是區(qū)域的地形地貌及水文條件是影響植物群落物種多樣性的主導因素，并具有空間尺度上的依賴性。因此，研究植物群落物種多樣性在不同區(qū)域上的空間差異與分布規(guī)律，有助于更好地揭示生境因子對植物生長所起的作用[16-18]。

3　結 論

(1) 通過研究發(fā)現(xiàn)渭—庫綠洲—荒漠過渡帶的整體環(huán)境含水量較少，土壤鹽漬化嚴重，同時，土壤的水鹽狀況對植物的生長造成了不同的影響。隨著土壤剖面深度的增加，土壤中的含水量整體呈增加趨勢，土壤含鹽量、電導率、pH值隨著樣線位置的改變從東南向西北呈逐漸增加趨勢。隨著土壤的含鹽量、電導率、pH值的增加，相對應區(qū)域的植物多樣性指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)等呈下降趨勢。

(2) 土壤表層的鹽漬化現(xiàn)象嚴重，對植物群落的多樣性影響較大。隨著土壤剖面深度的增加，土壤含水量整體逐漸升高，土壤含鹽量和電導率在各層均具有較高的含量分布，土壤pH值在不同樣線不同剖面的整體呈堿性。

(3) 土壤的含水量與電導率對植物生長的影響最為顯著(p<0.05)。土壤含水量在各剖面層呈顯著的差異，且隨著土壤含水量的增大，植被的各項多樣性指標越高。而土壤含鹽量和pH值與植物群落的物種多樣性之間無顯著的相關關系(p>0.05)。

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