人工梭梭林對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)和微生物的影響

席軍強(qiáng),楊自輝*,郭樹(shù)江,王強(qiáng)強(qiáng)，張劍揮,王多澤

(1.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅 民勤 733300;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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人工梭梭林對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)和微生物的影響

席軍強(qiáng)1，2,楊自輝1，2*,郭樹(shù)江1,王強(qiáng)強(qiáng)1，張劍揮1,王多澤1

(1.甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅 民勤 733300;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

選取民勤生長(zhǎng)20年的人工梭梭林沙丘和流動(dòng)沙丘為對(duì)象，研究梭梭林發(fā)育過(guò)程中沙丘土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量的變化以及二者之間的相關(guān)性，旨在探討人工梭梭林對(duì)沙丘土壤形成的影響，為干旱區(qū)沙化土地治理提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，營(yíng)造梭梭林使其林內(nèi)土壤得到較好的改善。1)土壤粘粒、粉粒和細(xì)砂粒含量分別增加71.51%，70.64%，12.09%；有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、速效磷和CaCO3含量均增加；2)細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別增加38.43%，32.52%，真菌數(shù)量減少75.38%，土壤堿化程度得到緩解；3)在50～100 cm土層，梭梭蒸騰消耗使土壤水分含量相對(duì)減少；4)土壤微生物和土壤理化性質(zhì)均具較好的相關(guān)性，尤其是真菌和放線菌數(shù)量與pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，有機(jī)質(zhì)含量與細(xì)菌和真菌數(shù)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；土壤微生物數(shù)量與土壤粒度大小、土壤含水量之間呈線性關(guān)系且不顯著(P>0.05)?？梢?jiàn)，梭梭林的建立有利于改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，加快沙地成土進(jìn)程。

土壤微生物；土壤理化性質(zhì)；沙地；人工梭梭

梭梭(Haloxylonammodendron) 廣泛分布在固定、半固定沙丘、沙地上，具有耐干旱、耐貧瘠、耐沙埋風(fēng)蝕、耐鹽堿、容易成活、生長(zhǎng)快等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)西北干旱荒漠區(qū)防沙治沙中得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)60年代從新疆引入民勤[1]，已成為人工防風(fēng)固沙林主栽樹(shù)種，固沙造林面積3萬(wàn)多hm2，形成了民勤綠洲防風(fēng)固沙林體系的基本骨架[2-5]。多年來(lái)，學(xué)者們對(duì)梭梭的生物學(xué)與遺傳特征[6-9]、抗旱抗寒機(jī)理和光合水分生理特征[10-14]、梭梭群落分布與其生長(zhǎng)特征[15-18]、梭梭育苗與造林技術(shù)[19-21]、梭梭林地水分平衡[22-24]和梭梭林衰退原因[25-28]等多方面進(jìn)行了研究。另外，國(guó)內(nèi)對(duì)梭梭林地的研究主要集中在土壤物理組成、土壤容重、孔隙度、土壤水文過(guò)程、土壤養(yǎng)分[29-31]及土壤結(jié)皮[32]等方面，針對(duì)不同年代人工梭梭林沙地土壤微生物及其與理化性狀相關(guān)性等方面的研究尚未見(jiàn)有報(bào)到。

土壤微生物是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物學(xué)指標(biāo)[33]，它與植物營(yíng)養(yǎng)和土壤理化性狀密切相關(guān)，并能預(yù)測(cè)土壤發(fā)育趨勢(shì)。微生物在凋落物分解、土壤腐殖質(zhì)形成、養(yǎng)分循環(huán)利用和能量流動(dòng)等方面起著重要的作用[34-35]。土壤微生物和理化性質(zhì)對(duì)土壤的改良和促進(jìn)風(fēng)沙土形成土壤具有重要的影響。

本文對(duì)栽植在流動(dòng)沙丘上生長(zhǎng)20年的梭梭人工林土壤微生物和理化性質(zhì)進(jìn)行了研究，旨在探討梭梭人工林對(duì)流動(dòng)沙丘風(fēng)沙土的改善能力，以及對(duì)促進(jìn)沙地土壤形成的影響，了解流動(dòng)沙丘梭梭造林后的風(fēng)沙土成土過(guò)程以及梭梭林在沙地生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用，為沙化土地治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選在民勤綠洲荒漠過(guò)渡帶，該區(qū)位于石羊河內(nèi)陸河下游，屬于巴丹吉林沙漠的東南邊緣， 地理位置在102°03′-104°03′ E，38°05′-39°06′ N 之間。東、北、西三面被騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠包圍，屬于我國(guó)典型荒漠地區(qū)。其特點(diǎn)為：氣候干燥、降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、風(fēng)大沙多、氣候環(huán)境十分惡劣；多年平均氣溫7.6℃，年均日較差15.2℃；≥10℃年積溫為3036.4℃，無(wú)霜期176 d；多年平均降水量為113 mm，主要集中在每年的6-9月，占年均總降水量的60%以上；多年平均蒸發(fā)量為2664.0 mm，年≥8級(jí)大風(fēng)日數(shù)為27.8 d；研究區(qū)地下水位都在20 m以下，植物生長(zhǎng)和存活完全依靠天然降水。

民勤荒漠綠洲過(guò)渡帶植被主要是人工梭梭林群落，都是20世紀(jì) 60年代以來(lái)陸續(xù)在流動(dòng)沙丘上營(yíng)造的防風(fēng)固沙林，伴生植物種主要有唐古特白刺(Nitrariatangutorum)、 沙蒿(Artemisiaordosica)、黃花磯松(Limoniumau-reum)、鹽生草(Halogetonglomeratus)、五星蒿(Echinopilondivaricatum)、畫(huà)眉草(Eragrostispilosa)、豬毛菜(Salsolacollina)及沙米(Agriopyllumsquarrosum)等。 地貌類型主要以固定沙丘、半固定沙丘和流動(dòng)沙丘為主，相間分布有粘質(zhì)平灘地、平緩假戈壁和礫石質(zhì)低山等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置 研究樣地設(shè)在甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站(簡(jiǎn)稱民勤國(guó)家野外站)沙漠到綠洲過(guò)渡帶，在人工梭梭林和流動(dòng)沙地100 m×100 m的綜合觀測(cè)場(chǎng)分別設(shè)10 m×10 m的9個(gè)固定樣地，樣品分別在兩種類型樣地中采集。

1.2.2 樣品采集 土壤取樣于2014年7月進(jìn)行，在樣地內(nèi)運(yùn)用土壤剖面法和多點(diǎn)混合取樣法分別采集0～2 cm， 2～10 cm， 10～20 cm土樣，各采樣點(diǎn)相同土層混合后取樣，9個(gè)樣地的土樣作為重復(fù)，然后挑取石塊、植物殘根等雜物后分兩份裝入無(wú)菌塑料袋，一份帶回實(shí)驗(yàn)室放入4℃冰箱供土壤微生物類群數(shù)量測(cè)定，一份供土壤粒度組成和土壤理化性質(zhì)等的測(cè)定分析。

1.2.3 測(cè)試方法 真菌數(shù)量測(cè)定采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[36-37]。即稱取土壤鮮樣10 g，在無(wú)菌條件下用無(wú)菌水配成不同濃度梯度懸浮液，取稀釋度為10-2，10-3，10-4的土壤懸浮液各1 mL，接種于盛有滅菌的馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，用無(wú)菌刮刀涂抹均勻。每個(gè)濃度3個(gè)重復(fù)，恒溫(25℃)培養(yǎng)5～7 d，選取每皿菌落數(shù)為15～150的1個(gè)稀釋度統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，按下列公式計(jì)算真菌數(shù)量。

菌數(shù)(cfu/g)=菌落平均數(shù)×稀釋倍數(shù)×10/干土

放線菌數(shù)量測(cè)定采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[36-37]。取稀釋度為10-3，10-4，10-5的土壤懸浮液各1 mL接種于盛有滅菌的高氏一號(hào)培養(yǎng)基，其余與真菌數(shù)量測(cè)定方法相同。恒溫(28℃)培養(yǎng)7～10 d，按上述方法和公式統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)并計(jì)算放線菌數(shù)量。

細(xì)菌數(shù)量測(cè)定采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，以平板表面涂抹法計(jì)數(shù)[36-37]。取稀釋度為10-6，10-7，10-8的土壤懸浮液各1 mL接種于盛有滅菌的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，恒溫(28℃)培養(yǎng)3 d,統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)，其余與放線菌數(shù)量測(cè)定方法相同。

土壤理化性質(zhì)分析方法[38]：土壤粒度組成采用Malvern 2000型激光粒度儀測(cè)量粘粒(0.01～2 μm)，粉粒(2～20 μm)，細(xì)砂粒(20～200 μm)，粗砂粒(200～2000 μm)；全氮采用半微量凱氏法；全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法；全鉀采用堿熔-火焰光度法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法；水解氮采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法；土壤碳酸鈣采用快速中和滴定法；pH采用玻璃電極法。

土壤水分測(cè)定方法：在研究區(qū)選擇典型的人工梭梭林沙丘和流動(dòng)沙丘各1個(gè)作為試驗(yàn)樣地，在每個(gè)樣地埋設(shè)深150 m的水分探頭并安裝JY2PC-2S型土壤濕度監(jiān)測(cè)儀，探頭埋設(shè)的深度分別為10，30，50，70，90，110，130，150 cm，并定時(shí)記錄8個(gè)土層的土壤體積含水量，每隔60 min監(jiān)測(cè)1次，從每年的5月初到9月底，連續(xù)2年(2012-2014年)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析 基本數(shù)據(jù)分析和繪圖采用Microsoft Excel進(jìn)行，采用SPSS 17.0軟件One-way ANOVA法進(jìn)行方差分析，采用DPS軟件的Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，微生物數(shù)量和理化因子之間的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)，所有數(shù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工梭梭林地土壤粒度特征

經(jīng)Spearman相關(guān)關(guān)系檢測(cè)，SMILE組和FS-LASIK組在手術(shù)前后角膜光密度的變化量與手術(shù)前后角膜厚度、曲率、眼壓、等效球鏡的改變量無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系。

圖1 人工梭梭林地與流動(dòng)沙丘土壤粒度組成Fig.1 Composition of soil particles in H. ammodendron plantation sand and flowing sand

在研究區(qū)內(nèi)選擇20年人工梭梭林地和流動(dòng)沙丘2種沙地類型，對(duì)其土壤粒徑進(jìn)行對(duì)比分析。如圖1所示，2種沙地的土壤粒徑分布有明顯的不同，人工梭梭林地主要以細(xì)砂粒為主(占56.1%)，流動(dòng)沙丘以粗砂粒為主(占46.7%)。在土壤表層(0～2 cm)和2～10 cm，粘粒、粉粒和細(xì)砂粒含量人工梭梭林地遠(yuǎn)高于流動(dòng)沙丘，梭梭林與流動(dòng)沙丘土壤表層粘粒分別占7.5%，1.0%，粉粒占22.5%，3.0%，細(xì)砂粒占67.0%，39.0%，粗砂粒占3.0%，57.0%。在垂直方向上，隨土層深度的增加，人工梭梭林地粘粒、粉粒和細(xì)砂粒含量逐漸減小，粗砂粒含量增加；而流動(dòng)沙丘粘粒和粉粒含量基本保持不變，細(xì)砂粒含量逐漸增加，粗砂粒含量減少?？梢钥闯?，流動(dòng)沙丘梭梭造林對(duì)土壤的形成作用非常明顯。

2.2 人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量特征

表1表明，梭梭林的營(yíng)造對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)和發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用，表現(xiàn)為人工梭梭林地土壤微生物總數(shù)量明顯高于流動(dòng)沙丘；在梭梭林和流動(dòng)沙丘中微生物類群數(shù)量特征為：細(xì)菌>放線菌>真菌；梭梭人工林地的細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著高于流動(dòng)沙丘，而真菌數(shù)量明顯低于流動(dòng)沙丘。

在土層垂直分布上，細(xì)菌和放線菌數(shù)量在梭梭林地各土層差異顯著(P<0.05)，隨著土層深度增加細(xì)菌數(shù)量先增大后減小、放線菌數(shù)量逐漸增大；而在流動(dòng)沙丘各土層細(xì)菌和放線菌數(shù)量差異不顯著(P>0.05)；真菌數(shù)量在梭梭林地差異不顯著(P>0.05)，而在流動(dòng)沙丘差異顯著(P<0.01)，隨著土壤深度增加依次增大。可見(jiàn)，在流動(dòng)沙丘上營(yíng)造梭梭林，對(duì)土壤微生物的影響較大，梭梭林對(duì)流動(dòng)沙丘風(fēng)沙土形成土壤具有重要的作用。

表1 人工梭梭林地土壤微生物區(qū)系

注:表中值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同列不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01),不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: The table is the mean value±standard error, different capital letters have a extremely significant difference (P<0.01) and different lowercase letters have a significant difference (P<0.05) in the same column, the same below.

2.3 人工梭梭林地土壤化學(xué)特性

由表2 可知，隨著流動(dòng)沙丘上人工梭梭林的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤養(yǎng)分含量發(fā)生顯著變化。梭梭林地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效磷和速效鉀含量都較流動(dòng)沙丘有較大幅度的提高，另外，梭梭林隨沙地的逐漸固定，土壤的堿化度得到一定程度的緩解，梭梭的防風(fēng)固沙作用，細(xì)顆粒物質(zhì)和大氣降塵在表層土壤得到積累，CaCO3含量有所增加。

在土層垂直分布上，梭梭林地和流動(dòng)沙丘有機(jī)質(zhì)和水解氮含量各土層差異顯著(P<0.01)；全氮、全磷和全鉀差異不顯著(P>0.05)；而速效磷和速效鉀在梭梭林地各土層差異顯著，在流動(dòng)沙丘差異不顯著；此外，有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮和速效鉀的含量在2～20 cm內(nèi)含量顯著高于表層土壤(0～2 cm)，這說(shuō)明植物根系本身對(duì)土壤養(yǎng)分的影響較大。

2014年5-9月各月平均降水量為6.6，17.3，37.5，34.6，6.0 mm，7和8月為高降水量月份。由表3可知，在流動(dòng)沙丘上營(yíng)建梭梭人工林后，高降水量月份表層土壤含水量高于低降水量月份，但在0～50 cm土層范圍內(nèi)，低降水量月份，土壤含水量隨土層深度的增加含水量增加，而高降水量月份，土壤含水量隨土層深度的增加含水量減小，最后兩者含水量基本達(dá)到同一水平；50～100 cm范圍內(nèi)，5-8月土壤含水量逐漸減小并達(dá)到最低，其原因是該期為梭梭生長(zhǎng)期，梭梭根系主要分布范圍在50～100 cm，梭梭的蒸騰作用消耗了土壤水分；100～150 cm范圍內(nèi)，5-8月土壤含水量逐漸升高并在130 cm之后基本保持穩(wěn)定。5-8月土壤含水量變化幅度比較大，而9月，土壤含水量變化幅度較小。可見(jiàn)，降水量的多少對(duì)0～50 cm土層影響較大，而對(duì)下層土壤基本沒(méi)有影響，另外，隨季節(jié)的變化各土層含水量變化不同，夏季末期和秋季初期(5月底-8月初)的多雨季節(jié)各土層水分含量變化較大，而秋季中、末期(8月底-9月底)的少雨季節(jié)變化較小。

表2 人工梭梭林地土壤化學(xué)特性

2.5 人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量與土壤化學(xué)性狀之間的相關(guān)性分析

梭梭林地中的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量與土壤化學(xué)因子之間均具有一定的相關(guān)性(表4)。真菌、放線菌數(shù)量與pH值呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，細(xì)菌與pH值呈正相關(guān)關(guān)系且不顯著(P>0.05)；細(xì)菌數(shù)量與全氮、全鉀、CaCO3和水解氮含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系且不顯著，與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系；真菌數(shù)量與全氮、有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效鉀和CaCO3含量呈正相關(guān)關(guān)系且與有機(jī)質(zhì)、水解氮和速效鉀顯著(P<0.05)，與全磷、全鉀和速效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系且與速效磷極顯著；放線菌數(shù)量與水解氮和速效磷含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)和速效鉀呈正相關(guān)關(guān)系且不顯著，與全鉀和CaCO3含量呈負(fù)相關(guān)性且不顯著。

2.6 人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量與土壤物理性狀之間的線性關(guān)系

20年的人工梭梭林地，土壤微生物數(shù)量隨土壤粒度的增大而減小，隨土壤含水量增大而增加(圖2)，但土壤微生物數(shù)量與土壤粒度大小、土壤含水量之間相關(guān)性不顯著(P=0.567，P=0.124)。

表3 人工梭梭林地土壤水分分布特征

表4 人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量與土壤化學(xué)性狀之間的相關(guān)性分析

注：**為P<0.01，極顯著相關(guān)；*為P<0.05，顯著相關(guān)。

Note: **forP<0.01, extremely significant correlation; * forP<0.05, significant correlation.

圖2 人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量與土壤物理性狀之間的線性關(guān)系Fig.2 Relationship between soil microbial quantity and soil physical properties in H. ammodendron plantation sand

3 結(jié)論與討論

流動(dòng)沙丘營(yíng)造梭梭林對(duì)促進(jìn)土壤的形成作用明顯。土壤是由大小、形狀不同的固體組分和孔隙以一定形式連結(jié)所形成的多孔介質(zhì)，固體組分的大小、數(shù)量、形狀及其結(jié)合方式?jīng)Q定著土壤的質(zhì)地與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤水分、微生物、理化性狀及養(yǎng)分循環(huán)和能量交換[39]，尤其在干旱區(qū)沙地土壤物理組成直接影響著沙地土壤形成以及成土過(guò)程的快慢[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，流動(dòng)沙丘上梭梭林的營(yíng)造以及人工植被的發(fā)育和沙丘固定年限的延長(zhǎng)，流動(dòng)沙丘得以固定，土壤物理組成發(fā)生了顯著的變化，粘粒、粉粒和細(xì)砂粒含量相對(duì)流動(dòng)沙丘明顯增高，相反，粗砂粒含量減少，尤其表層土壤粘粒、粉粒含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他土層。原因在于梭梭枝系構(gòu)型本身的特性和群體梭梭林分的特征[40]，改變了局部環(huán)境，消弱了沙丘的風(fēng)蝕程度。同時(shí)由于在梭梭林內(nèi)風(fēng)速降低，植被蓋度較大，使粘粒、粉粒和細(xì)顆粒物質(zhì)沉降在土壤表面，不斷的積累，從而形成1層結(jié)皮，使粗砂粒所占比重減少[41]。盡管土壤下層不受風(fēng)的影響，但表層風(fēng)積細(xì)砂粒隨降水的淋溶作用以及下層粗砂粒通過(guò)植物根系分泌物生物和化學(xué)作用的影響，從而使粗砂粒和大顆粒物質(zhì)的含量產(chǎn)生一定的變化，但這種變化是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程[42-44]?？梢?jiàn)土壤物理組成的變化是由多種因素組成的，但與人工植被減弱風(fēng)速后風(fēng)積沙塵有直接關(guān)系。

流動(dòng)沙丘營(yíng)造梭梭林對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)和發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用。在民勤綠洲-沙漠過(guò)渡帶流動(dòng)沙丘上營(yíng)造梭梭林，封育20年后，土壤微生物數(shù)量顯著增多，尤其細(xì)菌和放線菌數(shù)量；微生物類群數(shù)量依次為：細(xì)菌>放線菌>真菌。另外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效磷、速效鉀和CaCO3含量提高，土壤的養(yǎng)分含量得到改善；土壤堿化程度得到緩解，這與劉乃君[31]的研究結(jié)果基本一致。主要是由于人工植被建立后，地表植被覆蓋度增加，局部區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)減弱，大氣降塵沉積積累，同時(shí)每年有大量植被枯落物進(jìn)入土壤，在水熱條件和土壤微生物的作用下，植被枯落物和植物根系分泌物、殘留物發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，地表逐漸形成生物結(jié)皮，結(jié)皮的形成使土壤理化性質(zhì)發(fā)生很大變化，加快了土壤的形成[42,45]；這一變化同時(shí)也為沙地植被向更高階段的演變創(chuàng)造了有利條件，林冠下層及林間空地天然植被也逐漸發(fā)育起來(lái)，地上現(xiàn)存生物量逐漸增加，植被對(duì)土壤的生物改造作用逐漸增強(qiáng)；這種局部小環(huán)境的形成為地表微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了有利條件，下層土壤隨著梭梭及伴生灌木植物根系橫向和縱向的生長(zhǎng)，其根系分泌物和殘留物為土壤微生物的繁殖提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這樣土壤顆粒-微生物-養(yǎng)分-微環(huán)境形成了局部生態(tài)系統(tǒng)，相互依賴，相互促進(jìn)，加快了成土過(guò)程。

本研究發(fā)現(xiàn)梭梭生長(zhǎng)期，土壤含水量在50～100 cm處顯著低于其他土層。梭梭林地在0～50 cm土層范圍內(nèi)，土壤含水量增加并保持較高，50～100 cm范圍內(nèi)，土壤含水量減小并達(dá)到最小值；100～150 cm范圍內(nèi)，土壤含水量逐漸升高并在130 cm之后基本保持穩(wěn)定，這與流動(dòng)沙丘土壤含水量的變化恰好相反。主要是由于梭梭林的營(yíng)造，改變了局部小環(huán)境氣候、梭梭遮陰、林冠截留作用以及夏季末期和秋季初期的自然降水[46]，使0～50 cm土壤含水量較高；而50～100 cm范圍內(nèi)，梭梭主根和側(cè)根水平分布范圍較廣[12,47]，為保證其自然生長(zhǎng)根系吸收大量水分[28]，進(jìn)而土壤含水量較低；100 cm以下，根系分布較少以及內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定可能使土壤含水量有所增加并保持穩(wěn)定。另外，研究還發(fā)現(xiàn)0～50 cm范圍內(nèi)較高的土壤含水量促進(jìn)了草本植物、天然紅砂(Reaumuriasoongorica)種群和沙拐棗(Calligonumarborescens)等小灌木的萌芽、生長(zhǎng)、發(fā)育和更新，提高了植物種類多樣性，加快了植被恢復(fù)[28]。

另外，20年人工梭梭林地土壤微生物數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量、物理組成和水分含量具有一定的相關(guān)關(guān)系，彼此之間存在相互依從，相互制約的互作關(guān)系。尤其有機(jī)質(zhì)含量與細(xì)菌和真菌呈顯著正相關(guān)關(guān)系；真菌和放線菌數(shù)量與pH值呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與水解氮呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；速效鉀含量與真菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與細(xì)菌數(shù)量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。近年來(lái)，民勤沙區(qū)梭梭林隨地下水位的下降嚴(yán)重退化，沙地土壤風(fēng)蝕嚴(yán)重，林下灌木植物紅砂、沙拐棗的生長(zhǎng)發(fā)育受到威脅，如何促進(jìn)退化的梭梭林更新恢復(fù)，是今后研究的課題。

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Effects ofHaloxylonammodendronplanting on soil physico-chemical properties and soil microorganisms in sandy dunes

XI Jun-Qiang1,2, YANG Zi-Hui1,2*, GUO Shu-Jiang1, WANG Qiang-Qiang1, ZHANG Jian-Hui1,WANG Duo-Ze1

1.GansuMinqinNationalFieldObservation&ResearchStationonEcosystemofDesertGrassland,Minqin733300,China; 2.CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

In this research, the soil microbe populations, soil physical and chemical properties, and the correlation between microbe populations and soil properties of a 20-year oldHaloxylonammodendronplantation in sandy dunes and moving sandy dunes in Minqin were studied. The research aimed to explore the influence ofH.ammodendronplanting on soil formation on sand dunes and provide a scientific basis for desert land management in arid areas. The results showed that soil in theH.ammodendronplantation was much improved. Soil clay, silt and fine sand contents were increased 71.51%, 70.64%and 12.09%, respectively, compared to nearby unplanted areas. The contents of organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, hydrolytic nitrogen, potassium, available phosphorus and CaCO3were increased as well. In addition, the quantities of bacteria and actinomycetes were increased by 38.43% and 32.52%, respectively, while presence of fungi was decreased by 75.38%. Soil alkalinity was also reduced. Soil moisture contents were reduced which can be attributed to transpiration withdrawal of water byH.ammodendronin the 50-100 cm soil depth. Soil microbe populations were highly correlated with soil physical and chemical properties, especially fungi and actinomycetes, which showed a strong negative correlation with pH value (P<0.05); and soil organic matter level displayed an obvious positive correlation with numbers of bacteria and fungi (P<0.05). Soil microbe quantities have a linear relationship with soil particle size and soil moisture content but without significance (P>0.05). In summary,H.ammodendronplantating improves soil physical structure, increases soil fertility and accelerates the process of soil formation.

soil microbes; soil physical and chemical properties; sandy land;Haloxylonammodendronplantation

10.11686/cyxb20150506

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-11-25；改回日期：2015-01-04

國(guó)家重大林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404306)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260200)，國(guó)家973項(xiàng)目(2012CB723203)，甘肅省技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)專項(xiàng)(1105TCYA037)和中央財(cái)政林業(yè)推廣項(xiàng)目(2012ZYTQ1)資助。

席軍強(qiáng)(1988-)，男，甘肅會(huì)寧人，在讀碩士。E-mail：junqxi@163.com *通訊作者Corresponding author. E-mail：zihyang@126.com

席軍強(qiáng), 楊自輝, 郭樹(shù)江, 王強(qiáng)強(qiáng), 張劍揮, 王多澤. 人工梭梭林對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)和微生物的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(5): 44-52.

Xi J Q, Yang Z H, Guo S J, Wang Q Q, Zhang J H, Wang D Z. Effects ofHaloxylonammodendronplanting on soil physico-chemical properties and soil microorganisms in sandy dunes. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 44-52.