黃河三角洲濕地植被空間分布對土壤環(huán)境的響應(yīng)1)

王 巖 陳永金 劉加珍

(聊城大學(xué)，聊城，252059)

黃河三角洲是我國三大河口三角洲之一，又是世界著名的河口三角洲中目前開發(fā)度很低的三角洲之一，被譽(yù)為“金三角”地帶，是我國的重點經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)［1］。鑒于黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和土地鹽漬化的嚴(yán)重性，國內(nèi)許多專家學(xué)者對這一地區(qū)的鹽漬土治理［2］、濕地演化［3］以及生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建［4］等進(jìn)行了深入探討，而對植被群落演替過程中土壤性質(zhì)與植被群落分布的耦合關(guān)系研究較少。近10a來，黃河三角洲的淡水濕地面積萎縮現(xiàn)象加劇，淡水濕地植被逐漸消亡，植被類型由原來的蘆葦群落、香蒲群落向鹽地堿蓬群落和檉柳群落演替。因此，文中初步分析了植被分布與土壤各環(huán)境因子間的響應(yīng)關(guān)系，揭示植被自然演替規(guī)律，以期為黃河三角洲濕地的保護(hù)、修復(fù)及開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黃河三角洲國家級自然保護(hù)區(qū)位于山東省東營市黃河入?？谔?，渤海灣南岸和萊州灣西岸(N37°35'～ 38°12'，E118°33'～ 119°20')，總面積 15.3×104hm2，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫 12.1℃，多年平均降水量 551.6 mm［5］。區(qū)內(nèi)地勢平坦，地下水位較淺，水質(zhì)礦化度較高，植被以水生植被和鹽生植被為主(85%以上)［6］，植物群落組成簡單，檉柳、堿蓬及蘆葦分布較廣，植被的分布主要受土壤鹽堿化程度影響。檉柳群落主要分布于干旱高鹽的生境中，可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.1% ～29.7%，由于土壤可溶性鹽過高，局部地方有鹽結(jié)晶出現(xiàn);堿蓬群落主要分布于濕潤高鹽區(qū)域，可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.0% ～24.8%，是潮溝分布區(qū)主要濕地植被類型;蘆葦群落主要分布于土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的地方，伴生植物種類較為豐富［7－8］。土壤質(zhì)地以輕壤土和中壤土為主，土壤類型以潮土和鹽土為主。

2 材料與方法

野外調(diào)查與采樣:將研究區(qū)樣地劃分為5種植被群落，離海岸線距離由近及遠(yuǎn)分別為:檉柳群落(A)，檉柳—堿蓬群落(B)，蘆葦—檉柳群落(C)，堿蓬—蘆葦群落(D)和蘆葦群落(E)，在一定程度上反映了研究區(qū)鹽生植被向淡水植被進(jìn)行正向演替的過程。按照灌叢樣地10 m×10 m，草本樣地1 m×1 m的原則，在每種植被群落中選擇有代表性的樣地，每個樣地內(nèi)隨機(jī)選擇3～5個采樣點，每個采樣點采樣深度(H)分別為0≤ H ＜5 cm，5 cm≤ H ＜10 cm，10 cm≤ H ＜30 cm，30 cm≤ H ＜50 cm、50 cm≤ H ＜100 cm。

樣品分析與測定:將采集的土壤樣品自然風(fēng)干、研磨、過篩等預(yù)處理后，采用電導(dǎo)法測定土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù);pH計測定pH值(V(土)∶V(水)=1∶5);重鉻酸鉀容量法測定有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù);凱氏蒸餾法測定全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù);鉬銻抗比色法測定全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù);堿解擴(kuò)散法測定有效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù);Olsen法測定有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù);火焰光度法測定Na+和K+;常規(guī)滴定法測定Cl－和Ca2+;每個樣地與海岸之間的距離用GPS定位，結(jié)合Google earth軟件進(jìn)行計算，記為DT值。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被群落下土壤理化性質(zhì)

黃河三角洲濕地土壤基本性質(zhì)如表1所示。土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較大，為0.04% ～6.59%，大部分屬于重鹽土(＞0.4%)［9－10］;土壤呈偏堿性，土壤中有機(jī)質(zhì)、總氮、有效氮和有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異也很大。有效氮和可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)較高，分別為1.02和0.99，質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著;pH值與總磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)最小，分別為0.05 和0.07，區(qū)域差異不明顯。

表1 黃河三角洲濕地不同植被群落下土壤理化性質(zhì)

3.2 土壤可溶性鹽與植物群落分布的關(guān)系

不同植被群落土壤剖面可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的垂直變化見圖1。

圖1 黃河三角洲濕地土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)垂直變化

從平均值來看，各層土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.99% ～1.76% ，總體上屬于重鹽土類型(可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.4%)。群落A、B和C的0≤ H＜5 cm層土壤可溶性鹽明顯高于其他各層，垂直方向上變異較強(qiáng)，總體上可溶性鹽分布具有較強(qiáng)的表聚性。主要是由于這3個群落所處區(qū)域地勢較低，地下水埋深較淺，受海水影響大，土壤積鹽強(qiáng)烈，故表層土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。群落D與E隨著土壤中可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低，植被覆蓋率增加，因而明顯地抑制了土壤蒸發(fā)，減少了可溶性鹽從土壤深層向地表的積聚;同時由于地表有不同程度的積水，土壤中水溶性鹽被溶出，存在可溶性鹽向下淋溶的過程，造成表層土壤鹽度較低，隨深度增加質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢，故呈現(xiàn)出底聚型可溶性鹽剖面特征。

不同植被群落下表層土壤(0～30 cm)可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.118% ～3.646%(圖2)。土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)是植被空間分布的主要限制因素，隨著離海距離的增加可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，群落優(yōu)勢種由鹽生植物檉柳最終過度為耐鹽能力弱的蘆葦。通過單因素方差分析中L－S－D兩兩比較可知，檉柳群落與其他所有群落表層土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著。

對植物樣方調(diào)查結(jié)果與對應(yīng)的土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3。由于不同植物種類對土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)適應(yīng)性的差異，隨著含鹽量的增大，植物群落中荻、蓼、蘆葦、羅布麻低耐鹽植物種類逐漸減少，當(dāng)土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.52%時只有耐鹽強(qiáng)度大的檉柳能夠生存，成為群落的單優(yōu)勢種。由于黃河三角洲從內(nèi)陸到沿海存在著可溶性鹽梯度，造成植被分布也表現(xiàn)為隨距海遠(yuǎn)近和地勢相對高低呈明顯的帶狀分布。

3.3 土壤養(yǎng)分與植物群落分布的關(guān)系

土壤中有機(jī)質(zhì)和總氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～30 cm表層土壤中由海向陸地方向呈現(xiàn)波動性變化，而總磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不明顯。不同植被群落下各土壤養(yǎng)分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖2所示。

圖2 濕地表層土壤中不同群落間SC、SOM、TN和TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

圖3 濕地植物種類與土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

3.3.1 土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與植物群落分布的關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化取決于有機(jī)物輸入量和輸出量的相對大?。?1－13］。濕地土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源是植物殘體分解［14］，不同群落下土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異的最主要原因是群落生產(chǎn)力的差異。不同群落下表層土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.216% ～0.544%，其中蘆葦—檉柳群落(C)下的土壤有機(jī)質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。由于該群落土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中，植被生產(chǎn)能力高且生物量大，表層積累大量枯枝落葉，腐殖化作用明顯［15］，有機(jī)質(zhì)易于積累。通過L－S－D兩兩比較可知，群落C與其他所有群落差異顯著。

3.3.2 土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)與植物群落分布的關(guān)系

不同群落下表層土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為128.7～315.0 mg·kg－1，呈現(xiàn)波動性變化，由大到小依次為C、E、A、B、D，與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出相同的消長趨勢，這與前人研究結(jié)論基本一致［12，16－17］。天然濕地土壤中的氮主要來源于動植物殘體和生物固氮［18］，土壤中氮素95%以上以有機(jī)氮的形式存在于土壤表層［19］，隨著土壤中有機(jī)質(zhì)的逐步礦化，氮素也被逐漸釋放出來。蘆葦—檉柳群落(C)與蘆葦群落(E)的生物量和地表凋落物較其他群落有所增加，利于氮素的累積。L－S－D兩兩比較可知，群落C與A、B、D差異顯著。

3.3.3 土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與植物群落分布的關(guān)系

不同群落下表層土壤全磷平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為507.7 ～563.0 mg·kg－1，單因素方差分析可知群落差異不顯著(p=0.231)。土壤中磷素主要來源于成土母質(zhì)和動植物殘體歸還，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要受土壤類型和氣候條件的影響［20］，受演替中植被群落結(jié)構(gòu)變化影響較弱［5］。黃河三角洲是由黃河攜帶的大量泥沙淤積在濱海地帶而形成的新生陸地，因此，整個調(diào)查區(qū)域土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別不大［21］。

3.4 環(huán)境因子相關(guān)性分析

由表2表明，研究區(qū)土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Cl－質(zhì)量分?jǐn)?shù)、Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有極強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為0.995和0.997)，與DT值呈很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(－0.961)，同時 Cl－和 Na+質(zhì)量分?jǐn)?shù)與DT值具有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(分別為－0.958和－0.942)。說明構(gòu)成黃河三角洲土壤可溶性鹽的主要元素是Cl－和Na+，距離海洋的遠(yuǎn)近也影響土壤可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低。離海洋越遠(yuǎn)的地方，潮溝的影響力越小，可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)也越低，反之越大［11］。有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈兩兩顯著相關(guān)，這表明氮磷有相當(dāng)一部分是以有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)存在。白軍紅等［22］研究也證實濕地土壤氮素主要以有機(jī)氮的形式存在于有機(jī)質(zhì)中。也有研究［23］表明，土壤對磷的儲存能力與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，一般有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，對磷的吸附能力愈強(qiáng)。pH值與全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)密切，這主要是由土壤類型決定的。

4 結(jié)論與討論

黃河三角洲濕地不同植被群落下表層土壤(0～30 cm)可溶性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.118% ～3.646%，構(gòu)成土壤可溶性鹽的主要元素是Cl－和Na+，隨著離海距離的增加而逐漸降低。不同植被群落下土壤可溶性鹽剖面變化差異較大，群落A、B和C的可溶性鹽分布具有較強(qiáng)的表聚性，而群落D與E則呈現(xiàn)出底聚型可溶性鹽剖面特征?？扇苄喳}剖面分布應(yīng)該與地下水性質(zhì)密切相關(guān)，此方面還有待進(jìn)一步研究。

土壤中氮磷部分是以有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)存在的。不同植被群落下表層土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)出相同的消長趨勢，其中蘆葦—檉柳群落(C)下土壤的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。

表2 土壤中各環(huán)境因子的相關(guān)性

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