蒸發(fā)條件下潛水埋深對(duì)土壤-檉柳水鹽分布的影響

趙西梅,夏江寶,陳為峰,陳印平

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 泰安 271018 2 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濱州 256603

蒸發(fā)條件下潛水埋深對(duì)土壤-檉柳水鹽分布的影響

趙西梅1,2,夏江寶2，*,陳為峰1,陳印平1,2

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 泰安 271018 2 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濱州 256603

鹽水礦化度下模擬設(shè)置4個(gè)潛水埋深(0.9、1.2、1.5、1.8 m),分析不同土層的土壤相對(duì)含水量(RWC)、含鹽量(SC)和土壤溶液絕對(duì)濃度(CS)等水鹽參數(shù),及檉柳葉片和新生枝條的含水量及Na+含量,探討鹽水礦化度下土壤-檉柳水鹽參數(shù)對(duì)潛水埋深的響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明：各土層RWC與潛水埋深呈負(fù)相關(guān),0.9 m潛水埋深下各土層的RWC均最高,且各土層RWC隨土層深度的增加呈先降低后增加的趨勢(shì),其它潛水埋深下各土層RWC均逐漸增加,1.2 m是地下水所能上升且保持檉柳柱體土壤表層濕潤(rùn)的最高高度。各土層SC和CS與潛水埋深呈拋物線型,均表現(xiàn)為先增加后降低,潛水埋深1.2 m時(shí),各土層SC均最高。隨土層深度的增加,各潛水埋深下SC先降低后增加,而CS呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；潛水埋深越高,土層間CS變化幅度越激烈。潛水埋深對(duì)檉柳葉片和新生枝條的含水量無顯著影響(P>0.05),而隨潛水埋深的增加,檉柳葉片Na+含量逐漸增加,新生枝條Na+含量則先增加后降低。從整個(gè)檉柳土柱看,隨潛水埋深的增加,整個(gè)土壤剖面的RWC均值逐漸降低,而SC和CS均值先增加后降低,潛水埋深1.2 m是鹽分變化的分界點(diǎn),建議栽植檉柳的潛水埋深大于1.2 m。

潛水埋深；水分；鹽分；分布特征；檉柳；土壤

土壤鹽漬化是世界性的土地資源與生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的重要問題之一,黃河三角洲位于渤海南部的黃河入?？谘匕?該地區(qū)植被覆蓋率低,生態(tài)環(huán)境脆弱,鹽堿地土壤比重大,鹽漬化是制約黃河三角洲農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素。濱海鹽堿地水鹽運(yùn)動(dòng)復(fù)雜[1],地下水埋深和礦化度是影響土壤水鹽分布的主要因素[2],進(jìn)而間接影響植被的分布及植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收利用[3-5]。研究發(fā)現(xiàn),土壤水分運(yùn)動(dòng)和蒸發(fā)是導(dǎo)致土壤鹽分變化的關(guān)鍵因素,而土壤水鹽運(yùn)移與潛水埋深密切相關(guān)[2,6-9],當(dāng)?shù)叵滤簧仙烈欢ǚ秶_(dá)到臨界深度,鹽分才能隨水分通過毛細(xì)管作用積聚于地表。但由于土壤性狀[2,6,10]、地形[9- 10]、植被[11]及氣候環(huán)境[12]等因素的不同,致使土壤的水鹽運(yùn)移與潛水埋深的相關(guān)性差異較大[2],黃河三角洲地區(qū)地下水位淺,礦化度高,蒸降比大,鹽分更容易通過毛管作用向上遷移,易形成次生鹽漬化,導(dǎo)致植被和土地生產(chǎn)力退化嚴(yán)重,加劇了當(dāng)?shù)氐乃亮魇1,7,13]。因此,從地下水埋深的角度開展土壤-植物水鹽分布特征及其動(dòng)態(tài)規(guī)律的研究,對(duì)有效防治土壤次生鹽漬化、有效利用地下水資源及耐鹽堿植物的栽培管理具有重要的科學(xué)意義。

目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)地下水位(或潛水埋深)與土壤水鹽及植被的研究,多集中在潛水埋深下的灌溉對(duì)土壤水鹽運(yùn)移及作物的影響[14-16],土壤水分或鹽分與地下水位的單一關(guān)系的探討[7,10-11,14,17],以及地下水水位與植被格局、群落演替關(guān)系[1, 5, 13,]、碳氧循環(huán)[18- 19]等方面,缺少在地下水-土壤-植物不同介質(zhì)中的水分和鹽分運(yùn)移特征方面的探討,特別是在垂直深度上不同土壤剖面及植物主要組織器官等的水鹽參數(shù)對(duì)不同潛水埋深的響應(yīng)規(guī)律尚不清晰。檉柳(Tamarixchinensis)是黃河三角洲鹽堿地主要水土保持灌木樹種,耐鹽能力強(qiáng),具有較好的防風(fēng)固沙、保持水土和改良土壤功能。針對(duì)檉柳生長(zhǎng)和分布受潛水埋深影響較大這一問題,本文模擬鹽水礦化度設(shè)置4個(gè)不同的潛水埋深,以檉柳土柱為研究對(duì)象,重點(diǎn)探討蒸發(fā)條件下潛水埋深對(duì)不同土壤剖面以及檉柳主要組織器官水鹽分布的影響,揭示“土壤-檉柳”系統(tǒng)水鹽參數(shù)對(duì)潛水埋深的響應(yīng)規(guī)律,以期為泥質(zhì)海岸帶地下水淺埋區(qū)的鹽堿地改良和適宜檉柳栽植的水鹽生境提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)于山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的智能溫室內(nèi)進(jìn)行,土壤類型為潮土,取自黃河下游灘地,自然風(fēng)干后篩分備用。初始pH值為7.54,土壤容重為1.32 g/cm3,田間持水量為37.86%,含鹽量達(dá)0.01%。植物選擇黃河三角洲地區(qū)優(yōu)勢(shì)種中國檉柳(Tamarixchinensis),實(shí)驗(yàn)?zāi)M地下水為黃河三角洲海鹽自行配制,因黃河三角洲地區(qū)地下水礦化度多介于14.3—32.4 g/L[7],因此,本實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)置鹽水礦化度(20 g/L),實(shí)測(cè)地下水礦化度20.3 g/L,pH 值為7.79,鹽度為1.68%,其地下水離子組成見表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該地區(qū)地下潛水埋深較淺,且受近海距離影響,差異較大,平均潛水埋深1.1 m[1],因此,本研究模擬設(shè)置潛水埋深分別為0.9、1.2、1.5、1.8 m,每個(gè)潛水埋深設(shè)3個(gè)重復(fù)。

具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：在智能化科研溫室內(nèi),以高度不同、內(nèi)徑為30 cm的PVC圓管作為栽植檉柳和模擬地下水埋深的實(shí)驗(yàn)裝置,將其放入高×上口直徑×底部直徑為0.70 m×0.57 m×0.45 m的水桶中,為保證地下水溫度的均一性,挖溝將水桶埋入土壤中。依據(jù)設(shè)置的潛水埋深進(jìn)行PVC圓管不同高度的加工,具體高度=模擬潛水埋深+實(shí)際淹水深度0.55 m +頂端0.03 m的留沿口,因此,根據(jù)模擬0.9、1.2、1.5、1.8 m潛水埋深,分別加工高度為1.48、1.78、2.08、2.38 m的PVC圓管,依據(jù)設(shè)置的取土深度在PVC圓管的四周各打1個(gè)2 cm的孔徑作為土壤取樣口,并用塞子堵嚴(yán)[20]。

表1 地下水離子組成

圖1 檉柳土柱模擬裝置實(shí)景圖Fig.1 Photo of soil-Tamarix chinensis system

為保證裝置的透水性和防止底部土壤外漏,實(shí)際水位埋深的0.55 m淹水區(qū)PVC管每隔10 cm打4個(gè)1 cm孔徑的進(jìn)水口,用透水布堵住,PVC圓管底部用透水布包住后,鋪反濾層以保證水分從淹水區(qū)底部和四周的進(jìn)水口進(jìn)入土壤柱體。土柱填土量根據(jù)土壤容重計(jì)算,以20 cm為一層填充,層間壓實(shí)。將長(zhǎng)勢(shì)一致,大小相當(dāng),根莖平均為1.3 cm的3 a生檉柳苗木統(tǒng)一截干60 cm,栽植于不同高度的PVC管中,每個(gè)裝置先栽植2—3株,正常栽植管理1月后,進(jìn)行模擬水位-礦化度的控制,成活后留1株苗木[20]。具體模擬裝置見實(shí)景圖1。

1.3 樣品采集及指標(biāo)測(cè)定

2014年2月準(zhǔn)備試驗(yàn),3月初完成試驗(yàn)布設(shè),6月份進(jìn)行土壤、檉柳新生枝條和葉片水鹽參數(shù)的測(cè)定。結(jié)合文獻(xiàn)[7, 14, 17],土樣采集間距設(shè)計(jì)為：90—120 cm深度內(nèi),20 cm為1層,含取表土層10 cm；超過120 cm深度,每30 cm為1層,含取表土層10 cm處,為方便描述,將每土柱的土層從上到下描述為表土層、淺土層、中土層、深土層和底土層。選取長(zhǎng)勢(shì)、采光方位及葉齡大致相同的檉柳新生枝條和葉片,用于含水量和Na+的測(cè)定。上述取樣及測(cè)定均為3個(gè)重復(fù)。

采用日本HORIBA U- 52多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀測(cè)定模擬地下水中鹽度、電導(dǎo)率和pH值。采用殘?jiān)娓煞y(cè)定土壤含鹽量,烘干法測(cè)定土壤重量含水量,并根據(jù)以下公式計(jì)算土壤相對(duì)含水量和土壤溶液絕對(duì)濃度,土壤相對(duì)含水量(RWC,%)=(土壤重量含水量/田間持水量)× 100。土壤溶液絕對(duì)濃度(CS,%)=土壤含鹽量(占干土重%)/土壤含水量(占干土重%)× 100[20]。檉柳新生枝條和葉片含水量采用烘干法測(cè)定,先于105 ℃殺青15min,再于80—90 ℃下烘至恒重。植物研磨,過80目篩,參照LY/T1270—1999測(cè)定檉柳葉片、新生枝條中的全量Na+。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖,SAS9.0進(jìn)行方差分析和差異顯著性比較,其中百分?jǐn)?shù)的方差分析先換算為平方根,然后求平方根的反正弦,再進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同潛水埋深對(duì)各土層相對(duì)含水量的影響

由圖2可知,隨潛水埋深的增加,各相同土層的土壤相對(duì)含水量(RWC)多表現(xiàn)為逐漸降低,潛水埋深0.9 m時(shí),各土層的RWC均最高,表現(xiàn)為典型的潛水埋深越低,整個(gè)土壤層水分含量越高的變化趨勢(shì),這與魏彬[11]、李彬[14]等研究規(guī)律相符。其中,隨潛水埋深的增加,表土層RWC呈快速下降的趨勢(shì),與潛水埋深0.9 m相比,其它3個(gè)潛水埋深下的表土層RWC分別下降了77.50%,83.30%,88.02%,且該3個(gè)潛水埋深下表土層的RWC差異不顯著(P>0.05)。這可能因?yàn)闈撍裆畹蜁r(shí),表土層RWC主要受大氣蒸發(fā)力和毛管上升水的影響,但當(dāng)潛水埋深大于1.2 m,由于潛水埋深的增加,水分傳輸距離超過毛細(xì)管作用的臨界,地下水對(duì)表土層的補(bǔ)給減少,致使表土層水分缺乏,且變幅降低[10]。淺土層和中土層的RWC隨潛水埋深增加均呈降低趨勢(shì),潛水埋深0.9 m的土壤RWC顯著高于其它潛水埋深(P<0.05),但超過1.2 m后,各潛水埋深對(duì)這兩個(gè)土層無顯著影響(P>0.05)。深土層的RWC呈先降低后逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì),超過潛水埋深1.5 m后,深土層的RWC無顯著差異(P>0.05)。

隨土層深度的增加,潛水埋深為1.2、1.5、1.8 m時(shí),RWC逐漸增加,潛水埋深為1.2 m時(shí)底土層和深土層的土壤含水量分別為69.14%和67.76%,兩者無顯著差異(P>0.05),這可能由于取土?xí)r這兩層的土壤間距較小,土壤通過毛管作用力可以到達(dá)深土層,且保持較高的含水量。而當(dāng)潛水埋深為0.9 m時(shí),各土層RWC隨土壤深度的增加呈先降低后增加的趨勢(shì),表土層、底土層和深土層三者無顯著差異(P>0.05),當(dāng)潛水埋深較淺時(shí),潛水靠近土壤表層,地下潛水面形成的毛管水很容易帶到表土層,土壤表層的水分含量較高,這與Jeevarathinam研究結(jié)論類似[3]。從圖2可以看出,在潛水埋深達(dá)1.2 m時(shí),表土層RWC開始明顯降低,當(dāng)潛水埋深增加時(shí),地下水到土壤表層的距離增加,水分的傳導(dǎo)能力降低,致使表土層或淺土層土壤含水量下降,各土層間含水量差異顯著(P<0.05),實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)表層土濕潤(rùn)的檉柳土柱,其潛水埋深都不高于1.2 m,即地下水所能上升且保持土壤表層濕潤(rùn)的最高高度為1.2 m。從整個(gè)土柱來看,四個(gè)潛水埋深從低到高平均RWC逐漸降低,依次為69.85%,47.99%,34.86%和34.01%,變化幅度逐漸變小。

2.2 不同潛水埋深對(duì)各土層含鹽量的影響

由圖3可知,隨潛水埋深的增加,各相同土層下土壤含鹽量(SC)均先增加后降低,呈拋物線型,潛水埋深1.2 m的SC均最高,其中,潛水埋深0.9 m和1.2 m下表土層的SC無顯著差異(P>0.05),但潛水埋深1.5 m和1.8 m下SC分別比0.9 m潛水埋深下降了0.36%,74.66%；4個(gè)潛水埋深下淺土層和表土層的SC的變化較大,而當(dāng)潛水深超過1.5 m時(shí),隨潛水埋深的增加,中土層、深土層和底土層的SC均無顯著差異(P>0.05)。這可能是因?yàn)橥寥蕾|(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔隙度和含水量等因素對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響程度差異較大,致使地下水中鹽分進(jìn)入土壤的動(dòng)力不一致,各土壤剖面鹽分的積累不同[6- 8, 13]。鹽分隨水分運(yùn)移[21],模擬地下鹽水中的鹽分隨土壤毛管水流向土壤表層,在無降水和灌水的條件下,潛水蒸發(fā)加劇了淺土層土壤鹽分的積累[10],使鹽分在表層累積,當(dāng)潛水埋深較淺時(shí),潛水埋深小于潛水蒸發(fā)臨界深度,鹽分隨地下水通過毛管作用到達(dá)土表,土壤RWC較高,表土層聚集的土壤鹽分增大了滲透壓,降低了水分蒸發(fā)[22],致使SC降低。本研究中4個(gè)潛水埋深均出現(xiàn)了鹽分表聚現(xiàn)象,而底土層的鹽分受到底層飽和含水量的影響,鹽分在一定的程度上受到外界影響較小。

圖2 不同潛水埋深下各土層相對(duì)含水量的分布特征Fig.2 Distribution characteristics of the relative soil water content in different soil layers to the groundwater level圖中不同大寫字母表示同一潛水埋深下不同土層間差異顯著,不同小寫字母表示同一土層在不同潛水埋深間差異顯著(P<0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

圖3 不同潛水埋深下各土層含鹽量的分布特征Fig.3 Distribution characteristics of the soil salinity in different soil layers to the groundwater level圖中不同大寫字母表示同一潛水埋深下不同土層間差異顯著,不同小寫字母表示同一土層在不同潛水埋深間差異顯著(P<0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

隨土層深度的增加,4個(gè)潛水埋深下SC均表現(xiàn)為先降低后增加,表土層與其它土層間差異均顯著(P<0.05),SC最低均出現(xiàn)中土層,這可能與檉柳的耐鹽特性有關(guān),研究表明,栽植檉柳能在一定程度上降低土壤含鹽量[20, 23],而檉柳為深根系植物,根系生長(zhǎng)速度較快,從栽植到采樣根系集中分布層為50—70 cm,該范圍內(nèi)由于根系的吸收,土壤含鹽量呈降低趨勢(shì)。從整個(gè)土柱的平均含鹽量來看,隨潛水埋深的增加,土柱剖面平均含鹽量也表現(xiàn)為先增加后減少,潛水埋深1.2 m是鹽分變化的分界點(diǎn),0.9、15、1.8 m潛水埋深下整個(gè)土柱的平均含鹽量分別為潛水埋深1.2 m時(shí)的75.99%,26.40%,20.88%,下降幅度逐漸變小。這與管孝艷研究結(jié)論[2]相似,即潛水埋深愈大,潛水蒸發(fā)強(qiáng)度愈小,鹽分累積速度相應(yīng)減少。

2.3 不同潛水埋深對(duì)各土層土壤絕對(duì)溶液濃度的影響

圖4 不同潛水埋深下各土層土壤溶液絕對(duì)濃度的分布特征 Fig.4 Distribution characteristics of the soil solution concentration in different soil layers to the groundwater level圖中不同大寫字母表示同一潛水埋深下不同土層間差異顯著,不同小寫字母表示同一土層在不同潛水埋深間差異顯著(P<0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

由圖4可知,隨潛水埋深的增加,各土層土壤溶液絕對(duì)濃度(CS)均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì),呈拋物線型,潛水埋深1.2 mCS均最高,與土壤含鹽量的趨勢(shì)一致。其中,潛水埋深1.2 m時(shí)表土層CS(0.18%)分別是0.9、1.2、1.8 m潛水埋深下的3.24倍,1.62倍和1.80倍,4個(gè)潛水埋深下表土層和淺土層CS變化明顯,但超過1.2 m后,相同土層下CS趨于穩(wěn)定,潛水埋深對(duì)其影響較小。這可能因?yàn)橥寥辣韺油寥利}分和水分均變化較大,而底部水分比較穩(wěn)定,1.2 m是土壤鹽分變化的拐點(diǎn),所以CS表現(xiàn)出和SC相似的分布規(guī)律。

隨土層深度的增加,4個(gè)潛水埋深下各土層CS逐漸降低,各潛水埋深下CS隨土層深度的增加,變化趨于穩(wěn)定,深土層與底土層均無顯著差異(P>0.05),而各潛水埋深下表土層CS變化較大,表土層CS與其它土層間差異均達(dá)到顯著(P<0.05),潛水埋深1.2 m下的淺土層、中土層、深土層和底土層CS分別為表土層的44.60%,31.86%,22.92%和23.26%,這可能由于底層土壤接近地下水,土壤水分接近飽和,而鹽分又比較穩(wěn)定,致使CS趨于穩(wěn)定。從整個(gè)土柱來看,各土柱的平均CS表現(xiàn)先增加后減少,和土壤平均含鹽量在整個(gè)土柱的分布規(guī)律一致,即潛水埋深越深,土層間CS變化幅度越激烈,這與潛水埋深越大,土壤鹽分累積速度越小,水分在整土柱中的分布差異越明顯有關(guān)。

2.4 不同潛水埋深對(duì)檉柳葉片和新生枝條含水量的影響

從圖5可以看出,隨潛水埋深的增加,檉柳葉片和新生枝條的含水量總體呈先降低后增加的趨勢(shì),葉片含水量在73.60%—74.26%之間,差異不顯著(P>0.05),且各潛水埋深間變化幅度很??；檉柳新生枝條含水量比葉片低,不同潛水埋深下新生枝條含水量無顯著差異(P>0.05),但隨潛水埋深增加其含水量逐漸降低,不同潛水埋深間的新生枝條含水量變化幅度大于葉片,當(dāng)潛水埋深達(dá)到1.5 m時(shí),新生枝條含水量顯著小于葉片(P<0.05),即潛水埋深對(duì)檉柳新生枝條含水量的影響顯著大于葉片。從檉柳新生枝條和葉片累積含水量來看,隨潛水埋深的增加,累積含水量先降低后增加,各潛水埋深間差異不顯著(P>0.05),當(dāng)潛水埋深達(dá)1.5 m時(shí),累積含水量最低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能與檉柳的生物學(xué)習(xí)性有關(guān),檉柳耐干旱又耐水濕,發(fā)達(dá)的根系可從深層土壤中吸水[23],在新生枝條、葉片中再分布,模擬實(shí)驗(yàn)中地下潛水水源穩(wěn)定,栽植裝置中的水分及根系所處的土壤水分可滿足檉柳的生長(zhǎng),在植物正常生態(tài)水位和耐受范圍內(nèi),所以不同潛水埋深對(duì)植物同一器官水分含量影響較小。

2.5不同潛水埋深對(duì)檉柳葉片和新生枝條Na+含量的影響

從圖6可以看出,隨潛水埋深的增加,檉柳葉片Na+含量呈逐漸增加的趨勢(shì),而新生枝條Na+含量先增加后降低。1.2、1.5、1.8 m潛水埋深下葉片Na+含量分別比0.9 m最低Na+含量(36.72 mg/g)增加3.49%,19.59%和94.00%,當(dāng)潛水埋深小于1.5 m時(shí),葉片Na+含量差異不顯著(P>0.05),由于檉柳為泌鹽植物,其吸收的鹽分最終通過葉片、皮孔等器官釋放,而葉片為主要泌鹽器官[24],泌鹽能力高于新生枝條,鹽分較少保留在葉片內(nèi),因此,在一定潛水埋深范圍內(nèi),檉柳葉片的Na+含量差異不大。潘婷婷[25]研究表明,土壤含水量較低時(shí),檉柳泌鹽腺的泌鹽能力下降,本研究中淺土層和中土層的土壤含水量隨潛水埋深的增加而降低,因此,當(dāng)潛水埋深為1.8 m時(shí),檉柳葉片的泌鹽能力較低,葉片中的Na+含量最高。

圖5 不同潛水埋深下檉柳葉片和新生枝條含水量的分布特征 Fig.5 Water contents of Tamarix chinensis leaves and new branches at different groundwater depths圖中不同大寫字母表示同一潛水埋深下不同植物器官間差異顯著,不同小寫字母表示同一植物器官在不同潛水埋深間差異顯著(P<0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

圖6 不同潛水埋深下檉柳葉片和新生枝條Na+含量的分布特征Fig.6 Na+ contents of Tamarix chinensis leaves and new branches at different groundwater depths圖中不同大寫字母表示同一潛水埋深下不同植物器官間差異顯著,不同小寫字母表示同一植物器官在不同潛水埋深間差異顯著(P<0.05);圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)

隨潛水埋深的增加,檉柳新生枝條的Na+含量先增加后降低, 1.2 m潛水埋深是新生枝條Na+含量差異變化的拐點(diǎn),潛水埋深0.9、1.5、1.8 m時(shí)檉柳新生枝條Na+含量分別比1.2 m最高Na+含量(144.44 mg/g)下降3.80%,14.19%,25.26%。新生枝條與葉片Na+含量隨潛水埋深變化規(guī)律有較大差異,各潛水埋深下新生枝條與葉片的Na+含量均差異顯著(P<0.05),這可能因?yàn)樾律l的泌鹽腺較少,不能滿足鹽分的大量快速釋放,大量的鹽分離子進(jìn)入鱗葉并通過葉片釋放[24-25],在新生枝條中分泌的鹽分更大程度上與根系集中分布層的土壤含鹽量相關(guān),本研究中檉柳根系集中分布層的土壤含鹽量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),與新生枝條Na+含量的規(guī)律一致。

3 結(jié)論

隨潛水埋深的增加,各土層土壤相對(duì)含水量(RWC)總體呈降低趨勢(shì),表土層RWC呈快速下降,土層間降低幅度有差異,潛水埋深0.9 m 時(shí)各土層RWC均最高。隨土層深度的增加,潛水埋深為0.9 m時(shí),各土層RWC先降低后增加,而其它潛水埋深RWC逐漸增加。當(dāng)潛水埋深達(dá)1.2 m時(shí),表土層RWC開始明顯降低,地下水能上升且保持土壤表層濕潤(rùn)的最高高度為1.2 m。

隨潛水埋深的增加,各土層土壤含鹽量(SC)和土壤溶液絕對(duì)濃度(CS)均先增加后降低,呈拋物線型,潛水埋深1.2 m時(shí)兩參數(shù)均最高。隨土層深度的增加,各潛水埋深下SC均先降低后增加,且隨潛水埋深的增加,變化幅度減緩,即潛水埋深愈大,潛水蒸發(fā)強(qiáng)度愈小,鹽分累積速度相應(yīng)減少。同一潛水埋深下,各土層CS隨土壤深度的增加而逐漸降低,且潛水埋深越大,土層間CS變化幅度越激烈。

不同潛水埋深下,檉柳葉片含水量高于新生枝條,潛水埋深對(duì)檉柳葉片及新生枝條含水量均無顯著影響。隨潛水埋深的增加,檉柳葉片Na+含量逐漸增加,而新生枝條Na+含量先升高后降低。

從整個(gè)檉柳土柱來看,潛水埋深可顯著影響鹽水礦化度下檉柳土柱的水鹽參數(shù)。隨潛水埋深的增加,整個(gè)土柱的RWC均值逐漸降低,而SC和CS均值先增加后降低,潛水埋深1.2 m是鹽分變化的分界水位,且隨潛水埋深的增加,土壤水鹽參數(shù)的下降幅度逐漸變小。因此,根據(jù)水鹽變化規(guī)律,建議栽植檉柳幼苗的潛水埋深應(yīng)大于1.2 m,栽植深度盡量避開表土層的高含鹽量。

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Effectofgroundwaterdepthonthedistributionofwaterandsalinityinthesoil-Tamarixchinensissystemunderevaporationconditions

ZHAO Ximei1,2, XIA Jiangbao2,*, CHEN Weifeng1, CHEN Yinping1,2

1CollegeofResourceandEnvironment,ShandongAgriculturalUniversity,Tai′an271018,China2ShandongProvincialKeyLaboratoryofEco-EnvironmentalScienceforYellowRiverDelta,BinzhouUniversity,Binzhou256603,China

In order to investigate the response of water and salt distribution in theTamarix-soil system to groundwater depth under saline conditions, a soil column experiment was carried out withTamarixchinensisplanted under four treatments with different groundwater depths (0.9 m, 1.2 m, 1.5 m, and 1.8 m). The soil relative water content (RWC), soil salt content (SC), and absolute concentration of soil solution (CS) were determined in different profiles of water content and Na+content of the leaves and new branches ofT.chinensis. The RWC in each soil profile was negatively correlated with the groundwater depth, and the maximum values for each soil layer were observed in groundwater depth treatment that was 0.9 m deep. With the increase in soil depth, the RWC in this treatment increased initially and then decreased, while it constantly increased at other groundwater depths. The results showed that the 1.2 m groundwater depth treatment was the greatest depth to which water could reach and keep the soil surface moist in the soil column planted with T.chinensis. With the increase in groundwater depth,SCandCSof each soil profile increased initially and then decreased, displaying a parabola pattern, The maximum content at each soil layer was observed in the 1.2 m groundwater depth treatment. With the increase in soil depth,SCin all groundwater depth treatments decreased initially and then increased, whileCSdecreased gradually. The change range ofCSbetween soil layers increased with the increase of groundwater depth. Significant differences were not observed (P>0.05) between the water content in either the leaves or new branches ofTamarixat different groundwater depths, while the content of Na+in the leaves increased gradually and that in the new branches decreased after an initial increase. For the wholeTamarix-soil column, the mean of RWC decreased gradually with the increase in groundwater depth, whereas the mean ofSCorCSincreased initially followed by a decrease. The groundwater depth of 1.2 m is the demarcation point of salinity change, suggesting that the groundwater depth forTamarixshould be more than 1.2 m.

groundwater depth; water; salt; distributional characteristics;Tamarixchinensis; soil

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31370702,31570522)；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015GNC111022)；濱州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011ZC0702)；濱州學(xué)院博士學(xué)位人員科研啟動(dòng)項(xiàng)目(2014Y04)；濱州學(xué)院科研基金項(xiàng)目(BZXYL1108)

2016- 06- 28; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 04- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiajb@163.com

10.5846/stxb201606281276

趙西梅,夏江寶,陳為峰,陳印平.蒸發(fā)條件下潛水埋深對(duì)土壤-檉柳水鹽分布的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(18):6074- 6080.

Zhao X M, Xia J B, Chen W F, Chen Y P.Effect of groundwater depth on the distribution of water and salinity in the soil-Tamarixchinensissystem under evaporation conditions.Acta Ecologica Sinica,2017,37(18):6074- 6080.