黃河三角洲濕地不同植物群落土壤鹽分分布特征

張?zhí)炫e，陳永金，劉加珍

(聊城大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，山東聊城252059)

土壤鹽漬化問題已受到社會的普遍關(guān)注。全世界約有1/3的土壤鹽漬化，嚴重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，影響著生態(tài)環(huán)境［1］。土壤鹽漬化主要發(fā)生在干旱、半干旱和半濕潤地區(qū)，我國的西北荒漠鹽漬區(qū)、東北半濕潤-半干旱草原-草甸鹽漬區(qū)、黃淮海半濕潤-半干旱旱作草甸鹽漬區(qū)、青海極漠生境鹽漬區(qū)、西藏高寒漠境鹽漬區(qū)，以及濱海濕潤-半濕潤海浸鹽漬區(qū)等都是典型地區(qū)。黃河三角洲作為濱海濕潤-半濕潤海浸鹽漬區(qū)，受到了國內(nèi)專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。陳永金等［2］指出，該區(qū)可溶性鹽分垂直分布變異性大;孫運朋等［3］指出，該區(qū)農(nóng)田土壤鹽分分布呈底聚型，表層變異最強，底層變異最弱;劉玉斌等［4］指出，黃河三角洲新生濕地土壤含鹽量由海向陸遞減，由黃河河道向兩側(cè)遞增，植物生物量由海向陸遞增，由黃河河道向兩側(cè)遞減，植物群落類型與地下水埋深和土壤鹽分含量密切相關(guān)［5］。鹽地堿蓬通過形態(tài)特征及生物分配特征的調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)潮間帶和潮上帶的生境而達到種群維持和土壤改良的目的［6］;人工刺槐林的退化程度越高，其林地表層土壤含水量越低，深層土壤鹽分含量則越高［7］;草甸群落在鹽分梯度上呈鹽地堿蓬-蘆葦、鹽地堿蓬-其他草甸的變化規(guī)律［8］。土壤鹽分和地下水埋深是影響黃河三角洲植被發(fā)育和分布的重要因素［9］;水鹽運動是影響濕地植被演替的重要因素［10］。

針對土壤鹽漬化的研究，近年來從未間斷［11－16］。盡管前人做出了一定的貢獻，但是這些研究仍不能滿足當今土壤改良的需求。原因如下:一是改良效果不夠理想。前人的研究大多集中在物理、化學(xué)、工程等方面，這些方法雖能起到一定的效果，但也有弊端。二是研究不夠系統(tǒng)。不能全面反映土壤鹽漬化的特點。三是不同區(qū)域土壤鹽漬化的特點不同。土壤含鹽量作為反映土壤鹽漬化程度的重要指標［17］，一直備受研究者關(guān)注?；诖?，本研究以土壤鹽分為對象，選擇4種植物群落，通過分析群落中土壤鹽分的空間分布特征及離子間的關(guān)系來揭示土壤鹽漬化機理，以期為鹽漬化土壤改良提供參考。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

黃河三角洲主要分布在山東省東營市和濱州市境內(nèi)，介于 36°55'—38°16'N、117°31'—119°18'E之間。以利津為頂點，北到徒駭河口，南到小清河口，呈扇狀三角形，面積5 450 km2。地勢平坦，海拔在10 m以下。屬于溫帶季風(fēng)性氣候，四季分明，光照充足，年平均氣溫11.7～12.6℃，年均日照時數(shù)2 590～2 830 h，年均降水量530～630 mm，具有明顯的季節(jié)性(70%分布在夏季)，導(dǎo)致地表徑流和地下水補給量年內(nèi)分配極不均勻。該區(qū)域受水分、含鹽量、水埋深、礦化度、距海遠近、地貌類型及人類活動的影響，植物群落組成比較簡單，主要以檉柳、堿蓬、蘆葦、棉花(人工種植)為主。

1．2 樣品采集

為研究黃河三角洲土壤鹽堿化問題，綜合考慮自然因素和人為因素，于2012年10月在大汶流管理站西研究區(qū)內(nèi)，選擇4種典型的植物群落，即檉柳群落(CL)、堿蓬群落(JP)、蘆葦群落(LW)和棉花群落(MH)采集土樣。根據(jù)該研究區(qū)的地形、地貌特征，選擇地勢相對平坦、植物分布相對均勻的樣地布設(shè)采樣點。在該研究區(qū)內(nèi)共計布設(shè)30個采樣點(包括9個主采樣點，每個主采樣點挖1個土壤剖面，共9個土壤剖面，即主剖面)，其中:檉柳群落8個樣點(含3個主采樣點，3個剖面)，堿蓬群落7個樣點(含2個主采樣點，2個剖面)，蘆葦群落7個樣點(含2個主采樣點，2個剖面)，棉花群落8個樣點(含2個主采樣點，2個剖面)。同種植物群落內(nèi)相鄰采樣點相距0.3 km，除9個土壤剖面土樣采至深層外，其余每個采樣點均采集0～5 cm的土樣。土壤剖面采樣深度依次為0～5、5～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm……直至采到地下水水位(0.2～1.4 m)。以每個主采樣點為中心、50 cm為步長，分別在其東、西、南、北4個方向，按照和主采樣點相同的土層用便攜式螺旋土鉆進行采樣(作為輔助樣點)，將輔助樣點和主采樣點相同土層土樣等量均勻混合，制成土壤樣品，用GPS儀記錄每個主采樣點的位置及其周圍的地形地貌。鑒于該研究區(qū)不同主剖面點的水埋深不同，選取0～5、5～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm等6層剖面土壤作為研究樣品，將研究樣品裝入聚乙烯袋中，并進行編號:檉柳編號為CL1～CL8，其中剖面記為 CL1-1～CL1-6、CL2-1～CL2-6、CL3-1～CL3-6;堿蓬編號為JP1～JP7，其中剖面記為 JP1-1～JP1-6、JP2-1～JP2-6;蘆葦編號為LW1～LW7，其中剖面記為LW1-1～LW1-6、LW2-1～LW2-6;棉花編號為 MH1～MH8，其中剖面記為 MH1-1～MH1-6、MH2-1～MH2-6。將采集后的土壤樣品帶回實驗室，自然風(fēng)干以備后用。

1．3 樣品處理

除去土壤樣品中的枯枝、殘葉等雜物，將土壤樣品研碎過2 mm篩，然后將過篩后的表層(0～5 cm)樣品裝入聚乙烯袋中(沿用原先的編號)。剖面土壤作如下處理:將每個檉柳土壤樣品二等分，各取其中一份與相同植物群落下相同土層的土壤均勻混合(即CL1-1、CL2-1與CL3-1混合、CL1-2、CL2-2 與 CL3-2 混合、CL1-3、CL2-3與CL3-3混合，以此類推，直到所有土層的土樣混合完成)，形成混合樣，然后將每個混合樣品各取1/3作為對照組，編號記為CL4-1～CL4-6;每個土樣剩余的一份作為實驗用品(編號不變)。堿蓬土壤樣品處理方法和檉柳土壤樣品處理方法相似，將每個堿蓬土壤樣品平均二等分，各取其中一份與相同植物群落下相同土層的土壤兩兩均勻混合(即JP1-1與JP2-1混合、JP1-2與JP2-2混合、JP1-3與JP2-3混合，以此類推，直到所有土層的土樣混合完成)，形成混合樣，再將每個混合后的樣品二等分，其中一份作為對照組，編號記為JP3-1～JP3-6，每個土壤樣品剩余的一份作為實驗用品。蘆葦、棉花土壤樣品處理方法與堿蓬土壤樣品處理方法相同，樣品編號分別記為LW3-1～LW3-6、MH3-1 ～MH3-6。

分別將處理后的等質(zhì)量的實驗樣品(CL1～CL8、CL1-1～CL1-6、CL2-1～CL2-6、CL3-1 ～CL3-6、CL4-1～CL4-6;JP1 ～JP7、JP1-1 ～JP1-6、JP2-1 ～JP2-6、JP3-1～JP3-6;LW1～LW7、LW1-1～LW1-6、LW2-1～LW2-6、LW3-1～LW3-6;MH1～MH8、MH1-1～MH1-6、MH2-1～MH2-6、MH3-1～MH3-6)按水土體積質(zhì)量比5∶1配制溶液，測定其鹽分指標．

1．4 土壤鹽分測定

土壤Cl－含量測定采用硝酸銀滴定法與含量測定采用雙指示劑滴定法含量測定采用EDTA(乙二胺四乙酸)容量法，K+與Na+含量測定采用火焰分光光度法，Ca2+與Mg2+含量測定采用EDTA容重法，全鹽(TS)含量采用離子加和法計算，電導(dǎo)率(EC)采用DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測定。

1．5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 22.0進行處理，包括統(tǒng)計分析、相關(guān)分析、變異分析。其中，對照組實測數(shù)據(jù)用于檢驗加權(quán)平均求的數(shù)據(jù)，以確保實驗的準確性。利用SPSS 22.0進行單因素方差分析，檢驗群落對土壤鹽分的影響，對有顯著差異的，采用Tukey法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤鹽分

通過對不同植物群落下土壤全鹽含量的比較分析，可以較好地解釋植物群落的空間分布格局(表1)。檉柳群落土壤TS含量為15.21～55.00 g·kg－1，變幅為 39.79 g·kg－1，平均值為31.54 g·kg－1;堿蓬群落土壤 TS含量為9.29～26.16 g·kg－1，變幅為 16.87 g·kg－1，平均值為18.80 g·kg－1;蘆葦群落土壤 TS含量為4.88～40.62 g·kg－1，變幅為 35.74 g·kg－1，平均值為12.02 g·kg－1;棉花群落土壤 TS含量為1.92～14.84 g·kg－1，變幅為 12.92 g·kg－1，平均值為6.95 g·kg－1。4種植物群落土壤全鹽含量平均值均大于 4.0 g·kg－1，屬于重鹽土類型［2］。隨著檉柳群落-堿蓬群落-蘆葦群落-棉花群落的演替，土壤鹽分含量呈逐漸降低之勢，檉柳群落的土壤全鹽含量顯著(P＜0.05)高于蘆葦群落和棉花群落。EC和TS的變化趨勢相似，且檉柳群落的EC同樣顯著(P＜0.05)高于蘆葦群落和棉花群落。

2．2 可溶性離子

不同植物群落土壤可溶性鹽離子的分布特征不同(圖1)。研究區(qū)土壤中的K+含量較低，且表現(xiàn)為堿蓬群落＞檉柳群落＞蘆葦群落＞棉花群落。除蘆葦群落外，隨著土壤深度增加，其余3種植物群落的K+含量均有先降后升之勢。檉柳群落的Na+表聚較明顯，堿蓬群落在0～5和20～40 cm土層，Na+出現(xiàn)較大值，蘆葦群落的Na+則有先升后降之勢。隨著土壤深度增加，檉柳群落的Ca2+含量逐漸降低，堿蓬群落的Ca2+含量先降后升，蘆葦、棉花群落的 Ca2+含量變化相對平穩(wěn)。4種植物群落中，Mg2+、Cl－的變化趨勢和Ca2+相似，這一特點在堿蓬、檉柳群落中更明顯。隨著土壤深度增加，檉柳、堿蓬群落中的SO24－含量逐漸降低，棉花群落、蘆葦群落的含量變化稍復(fù)雜。含量以棉花群落和堿蓬群落土壤較高。除在堿蓬、棉花群落中極少量出現(xiàn)外，其余植物群落中均未測出。

表1 不同植被群落土壤鹽分統(tǒng)計特征Table 1 Characteristics of soil salinity under different plant communities

圖1 不同植物群落土壤鹽離子特征Fig．1 Variations of ions concentration in soil profile under different plant communities

差異顯著性檢驗結(jié)果表明，在0～80 cm的土壤剖面中:K+、Na+、Ca2+、Cl－含量在4種植物群落中差異顯著(P＜0.05)，而Mg2+、無明顯差異。這說明土壤中K+、等的分布和植物群落有關(guān)。

2．3 土壤鹽分離子比

如圖2所示:不同植物群落土壤鹽分離子比值不同，同種植物群落不同土壤深度的離子比值也不同。隨著土壤深度增加，檉柳群落、蘆葦群落的Na+/K+有逐漸增大的趨勢，而其余群落的Na+/K+變化趨勢不大。蘆葦群落的Ca2+/K+隨著土壤深度增加而增大。堿蓬群落的Na+/Ca2+在20～40 cm土層出現(xiàn)最大值，Ca2+/Mg2+在5～10 cm土層出現(xiàn)最大值，Na+/Mg2+在10～20 cm土層出現(xiàn)最大值。檉柳群落的Mg2+/K+隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，蘆葦?shù)腗g2+/K+隨著土壤深度增加而增加。檉柳群落的 Cl－/隨著土壤深度增加呈先減小后平穩(wěn)的趨勢，而其余植物群落的Cl－/隨土壤深度增加變化不明顯，尤其是棉花群落。檉柳群落的 Cl－/隨著土壤深度增加先增大后減小，蘆葦群落的 Cl－/則呈現(xiàn)出“波浪”式變化。除檉柳群落的/隨著土壤深度增加呈現(xiàn)先減小后增大的明顯變化外，其余植物群落的/變化趨勢相對不明顯。這說明不同鹽離子在植物群落中的富集效應(yīng)不同，如檉柳對 Na+、Ca2+、Mg2+的富集要高于 K+，對 Cl－、的富集高于。同樣，其他植物群落亦有各自的富集特征。

差異顯著性檢驗結(jié)果表明，除堿蓬群落和蘆葦群落中的Ca2+/K+、檉柳、蘆葦群落和棉花群落中的、蘆葦群落中的Na+/K+、堿蓬群落中的、蘆葦群落中的檉柳群落中的Cl－/外，其余離子比在相同的植物群落的不同土層間均無顯著差異。

2．4 土壤可溶性鹽的空間變異

變異性一般可分為弱變異性(≤10%)、中等強度變異性(＞10% ～100%)、強變異性( ＞100%)3 類［18］。在水平方向上(表 2)，檉柳群落除屬于強變異外，其余離子及TS均屬于中等強度變異性;堿蓬群落除屬于強變異性外，其余離子及TS均屬于中等強度變異性;蘆葦群落除Mg2+、Cl－及TS屬于強變異性外，其余離子均屬于中等強度變異;棉花群落中，可溶性鹽離子及TS均屬于中等強度變異性。在垂直方向上，除堿篷群落和棉花群落的屬于強變異性、蘆葦群落的Mg2+屬于弱變異性外，其余鹽離子和TS在不同植物群落中均屬于中等強度變異。

2．5 土壤可溶性鹽離子的相關(guān)性

相關(guān)性分析顯示(表4):在檉柳群落中，Cl－與Mg2+、TS呈極顯著(P ＜0.01)相關(guān)與TS呈顯著(P＜0.05)相關(guān)。在堿蓬群落中，Ca2+分別與 Mg2+、Cl－呈極顯著(P＜0.01)和顯著(P ＜0.05)相關(guān)，Mg2+與 Cl－、TS呈極顯著(P ＜0.01)相關(guān)與呈顯著(P＜0.05)負相關(guān)，Cl－與TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)。在蘆葦群落中，Na+與Ca2+呈顯著(P＜0.05)相關(guān)，與Mg2+、Cl－、TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，Ca2+與 Mg2+、Cl－、TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，Mg2+與 Cl－、TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，Cl－與、TS呈極顯著相關(guān)(P＜0.01)，與TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)。在棉花群落中，K+與 Ca2+、Mg2+、Cl－、TS 呈顯著(P ＜0.05)相關(guān)，Na+與 Mg2+、Cl－呈顯著(P ＜0.05)相關(guān)，與 TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，Ca2+與Mg2+、Cl－呈極顯著(P ＜0.01)相關(guān)，與 TS呈顯著(P ＜0.05)相關(guān)，Mg2+與 Cl－、TS呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，Cl－與 TS呈極顯著(P ＜0.01)相關(guān)。4種植物群落中，土壤TS均與Cl－呈極顯著(P＜0.01)相關(guān)，且Cl－含量遠高于其他離子。由此推斷，氯鹽是該研究區(qū)土壤鹽漬化的主要因素，建議當?shù)乜梢酝ㄟ^控制氯鹽來改良鹽漬化土壤。

3 討論

圖2 不同植物群落土壤離子比Fig．2 Ions ratios under different plant communities

表2 表層(0～5 cm)土壤鹽分離子變異系數(shù)Table 2 Variation coefficient of ions in surface layer of soil(0－5 cm)

表3 不同深度土壤鹽分離子變異系數(shù)Table 3 Variation coefficient of ions in different soil layers

表4 不同植物群落土壤可溶性鹽離子之間及其與全鹽的相關(guān)性Table 4 Correlations among soluble ions and total salt under different plant communities

鹽生植物是一類能夠在相當于200 mmol·L－1NaCl及以上濃度含鹽量的土壤中正常生活并完成生活史的植物［19］，但隨著土壤鹽分含量增加，過高的鹽分同樣會抑制其生長甚至導(dǎo)致死亡。非鹽生植物對鹽分更為敏感，鹽漬環(huán)境下，較多的鹽離子就會抑制其生長或致其死亡［20］。檉柳、堿蓬作為鹽生植物，耐鹽能力較高;而蘆葦、棉花則屬非鹽生植物，耐鹽能力相對較低。該研究區(qū)水平方向沿檉柳群落-堿蓬群落-蘆葦群落-棉花群落方向，土壤鹽分含量逐漸減少，這說明不同的植物類型在一定程度上可以反映出土壤鹽分含量。該研究區(qū)4種植物群落土壤鹽分含量均大于4.0 g·kg－1，屬于重鹽土類型，在該研究區(qū)開展土壤改良研究十分必要。

本研究中土壤的鹽離子大多具有表層(0～5 cm)聚集的特點，尤其是在堿蓬、檉柳群落中(除這一特點更為明顯。這說明在該研究區(qū)土壤鹽漬化主要發(fā)生在土壤表層。另外，檉柳對陽離子中Na+和陰離子中Cl－的富集性要強于同性的其他離子。有研究指出，對灌叢植物生長越重要的土壤離子，在土壤中聚集越顯著，離子的空間異質(zhì)性現(xiàn)象越明顯［21］。檉柳為泌鹽性植物，對Na+進行選擇性吸收，累積到枝葉［22－23］，枝葉凋落后在土壤表層積聚，經(jīng)理化作用和微生物分解再返回到土壤中。此外，檉柳還可通過自身的泌鹽作用將鹽離子排出體外直接返回土壤［24］。土壤 Cl－很少被土壤吸附，也不易從土壤中解離出來，又不易形成難溶性的氯化物［25］，其運移主要是隨水而動。由于研究區(qū)內(nèi)檉柳群落稀疏，強烈的蒸發(fā)使得Cl－向表層聚集。何秀平等［26］研究有相似的結(jié)果。有研究指出，堿蓬根系對于K+有較強的吸收能力，根系在吸收鹽離子K+過程中起到“鹽泵”的作用，使得K+向表層富集［27］。此外，堿蓬群落距海較近，地下水埋深較淺，蒸發(fā)積鹽作用強烈，導(dǎo)致表層含鹽量較高。梁東等［28］研究發(fā)現(xiàn)，博斯騰湖西岸湖濱帶土壤剖面鹽分表聚現(xiàn)象強烈，這與本研究區(qū)鹽分特點相似。

該研究區(qū)4種植物群落土壤鹽分離子在水平向和垂直向上大多屬于中等強度變異，說明該區(qū)鹽分在空間分布上相對均勻。這可能和該地區(qū)的水文因素有關(guān):研究區(qū)北臨黃河，植物群落間有人工灌區(qū)，長期的淡水浸漬使得土壤水分分布相對均勻。王勇輝等［29］的研究表明，夏爾希里地區(qū)土壤鹽分屬于中等強度變異。朱海清等［30］的研究中，棉田土壤水、鹽均屬于中等強度變異。這說明不同的研究區(qū)可以有相似的結(jié)果。因此，在改良鹽漬化土壤方面可以互相借鑒改良方法，做到優(yōu)勢互補。本研究土壤中的在檉柳群落中因易與Ca2+結(jié)合，生成了微溶于水的CaSO4沉淀，造成局部分布不均而形成強度變異性。Na+變異系數(shù)最小，可能是因為檉柳對 Na+進行選擇性吸收，并累積到枝葉［22－23］，再以凋落物的形式返回土壤，使得檉柳群落土壤中Na+近乎保持在動態(tài)平衡中，變異強度不大。堿蓬、棉花群落土壤中的部分與 Ca2+、Mg2+等陽離子結(jié)合形成碳酸化合物沉淀，部分與土壤中的有機酸H+離子結(jié)合易形成，造成在土壤中分布不均。

4種植物群落中，土壤鹽分指標之間具有一定的相關(guān)性，不同植物群落之間土壤鹽分的相關(guān)性不同:檉柳群落土壤TS主要與Cl－密切相關(guān);堿蓬群落土壤TS主要與Mg2+、Cl－密切相關(guān);蘆葦群落土壤 TS主要與 Na+、Ca2+、Mg2+、Cl－密切相關(guān);棉花群落土壤TS主要與K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl－密切相關(guān)。但 4 種植物群落有一個共同的特點，就是土壤TS均與Cl－密切相關(guān)，且Cl－含量遠高于其他離子，這說明在該研究區(qū)氯鹽是土壤鹽分的主要貢獻者。因此，在該地區(qū)改良鹽漬化土壤可主要通過控制氯鹽來實現(xiàn)，以節(jié)省人力、物力。