遼河口濕地翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽分特征

楊楚燁， 王 立?， 蘇芳莉， 李海福

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 730000，蘭州； 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院， 110866，沈陽)

濱海濕地的生物多樣性非常豐富且生態(tài)服務(wù)價(jià)值極高，作為該生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者的植物受土壤及水中鹽分組成影響巨大。受全球氣候變暖海平面上升和河水補(bǔ)給量下降的共同影響，河口區(qū)地下水位下降、海水入侵范圍擴(kuò)展，導(dǎo)致濱海河口濕地土壤鹽漬化趨勢(shì)增強(qiáng)，進(jìn)而影響濕地系統(tǒng)生物地球化學(xué)過程及植被分布[1]，海平面上升引起明顯的鹽水入侵，使沿海區(qū)域土壤鹽漬化不斷加劇[2]，增加土壤鹽分含量，對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)植被組成產(chǎn)生巨大影響[3]。

地處遼松平原南部的遼河口濕地作為遼河的入?？?，是我國中高緯度地區(qū)重要的河口濕地[]，擁有著豐富多樣的動(dòng)植物群落，在為珍稀動(dòng)植物提供棲息地和生物多樣性保護(hù)方面具有非常重要的作用[]；極具區(qū)域特色的翅堿蓬群落形成了著名的“紅海灘”景觀，該濕地是瀕危物種丹頂鶴(Grusjaponensis)和斑海豹(Phocalargha)繁殖的最南緣，是全球最大的黑嘴鷗(Larussaundersi)繁育基地該物種生長及分布主要受土壤鹽分影響，濕地的成土物質(zhì)主要是由河水?dāng)y帶泥沙沉積而形成，pH值為7.2～7.6，主要建群為蘆葦(Phragmitesaustralis)和翅堿蓬(Suaedaheteroptera)，氣候類型為暖溫帶大陸性半濕潤半干旱季風(fēng)氣候[6]。近年來受海水入侵、天然降水和河流來水量減少影響，遼河口濕地土壤鹽分升高趨勢(shì)日益明顯[7]。

翅堿蓬屬于黎科鹽地堿蓬屬，為一年生莖肉質(zhì)化草本真鹽生植物，具有顯著的鹽攝取和鹽富集能力[8]，主要生長于海濱、湖邊、荒漠等鹽堿荒地，有很高的耐鹽性，能夠降低土壤鹽含量，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[9]。有研究表明，翅堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤中 N、P和K 的含量[10],具有重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值[11]。經(jīng)過對(duì)遼河口濕地植被分布情況的實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)遼河口濕地的植物群落分布為從裸灘至翅堿蓬再至蘆葦?shù)囊来窝萏娣植肌?/p>

筆者在遼河口濕地翅堿蓬分布區(qū)，測(cè)定翅堿蓬群落及其與蘆葦群落和裸灘交錯(cuò)區(qū)土壤易溶性鹽基離子組成、含量和土壤pH值，分析不同鹽基離子之間及與土壤鹽分含量的關(guān)系，探討影響土壤鹽漬化的主導(dǎo)因子，以期為深入了解遼河口濕地以及相似濕地翅堿蓬群落分布及其交錯(cuò)區(qū)的土壤鹽分特征提供參考。

1 研究區(qū)概況

遼河口濕地(E 122°5′～122°26′, N 40°40′～41°40′)位于遼河下游入海口，該區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為7.1～8.9 ℃，年降水量為557～682 mm，年蒸發(fā)量為1 392～1 705 mm，該區(qū)濕地的土壤類型屬于濱海鹽漬土，水分主要來源于河水的滯留和潮水的補(bǔ)給，該區(qū)地勢(shì)平坦，以沖積平原和潮灘為主[12]，主要植物群落為翅堿蓬和蘆葦。距海較近的裸灘區(qū)域沒有植物生長，過渡帶為翅堿蓬沼澤和距海較遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)閮?nèi)陸蘆葦沼澤。

2 材料與方法

2.1 土樣采集

河口地區(qū)春季土壤潛水位較低水分少處于強(qiáng)烈消耗期，土壤積鹽表現(xiàn)為表土強(qiáng)烈積鹽[13]，易與心土與底土鹽分形成區(qū)別。 2018年4月份，在有翅堿蓬分布的濕地由海灘至內(nèi)陸范圍，分別裸灘與翅堿蓬交錯(cuò)區(qū)、翅堿蓬群落和翅堿蓬與蘆葦交錯(cuò)區(qū)3種區(qū)域選擇樣地，因?yàn)橐话闱闆r下遼河口濕地的翅堿蓬根系長度均在0～30 cm范圍內(nèi)，在每個(gè)樣地按“三點(diǎn)取樣法”采集0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm深度的土壤樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)在方圓10 m范圍內(nèi)3次重復(fù)取樣，共采集81個(gè)土壤樣品。將樣品用自封袋封存后帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干。剔除土壤以外的侵入體(植物殘茬、石粒、磚塊等雜質(zhì))，根據(jù)土壤鹽基離子組成測(cè)試要求，研磨并過1 mm篩，于聚乙烯袋中保存使用。

2.2 測(cè)定方法

3 結(jié)果與分析

3.1 翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽基離子含量和pH值特征

翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤的pH值介于8.52～9.46之間，在0～10、10～20和20～30 cm 3層呈現(xiàn)依次上升趨勢(shì)，0～10 cm的土壤pH平均值為8.78，10～20 cm的土壤pH平均值為9.05，20～30 cm的土壤pH平均值為9.16。根據(jù)土壤酸堿性分類(pH值>8.5為強(qiáng)堿性土)可知，翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)的表層土壤總體屬于強(qiáng)堿性土。

大寫字母表示同一區(qū)域不同深度之間的比較，小寫字母表示在同一深度之間不同區(qū)域的比較。Upper case letters indicate the comparison between different depths of the same area, and lower case letters indicate the comparison between different depths of the same area. 圖1 土壤各鹽基離子在不同深度范圍內(nèi)各區(qū)域之間的差異比較Fig.1 Comparison of differences among different regions of soil salt ions in different depth range

圖2 表層土壤各主要陰、陽離子含量比例Fig.2 Percentages of main anions and cations in topsoil

3.2 翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽基離子及pH的相關(guān)性

3.3 翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽基離子的主成分分析

雖然土壤鹽分含量與各鹽分離子含量相關(guān)性密切，但土壤鹽分及各離子含量分布特征的定量性描述較差[14]。為了深入研究翅堿蓬群落的分布受各鹽基離子含量的影響程度，選取翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)的表層土壤各鹽分離子含量，采用主成分分析法，提取特征值大于1的主成分為主導(dǎo)因子，獲得翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽基離子特征值及其方差貢獻(xiàn)率和因子載荷(表2)。由此可以看出第1主成分的特征值為4.849，第2主成分的特征值為1.249。方差貢獻(xiàn)率表明主成分?jǐn)y帶的原始變量的信息量[15]，從表2可以看出：第1主成分方差貢獻(xiàn)率為69.266%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第2主成分的17.84%，說明第1主成分?jǐn)y帶的原始變量的信息量較多；累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.106%，代表著前 2個(gè)主成分包含了幾乎所有鹽分離子的主要信息。

表1 土壤鹽分因子相關(guān)系數(shù)矩陣

注：**表示在P<0.01級(jí)別(雙尾)下極顯著相關(guān)。Notes:**indicates a significant correlation at levelP<0.01 (double tailed).

表2 翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)土壤鹽基離子特征值及其方差貢獻(xiàn)率和因子載荷

圖3 表層土壤鹽分離子二維因子圖Fig.3 Two-dimensional factors of salt ions in topsoil

為了更好地將原始變量因子與主成分之間的線性關(guān)系表現(xiàn)出來，選取第1主成分和第2主成分作為新的變量，建立單個(gè)主成分綜合得分線性方程，其系數(shù)為主成分特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，得到式(1)和式(2)。式中特征向量值越大，說明主成分更多地反映了該鹽分離子指標(biāo)的信息[16]。

將各因子在主成分上的載荷與特征值進(jìn)行計(jì)算，得出第1、2主成分的各因子的系數(shù)，詳見表3，由表3得出主成分的表達(dá)式為：

F1=0.211x1+0.114x2+0.247x3+0.168x4+
0.193x5+0.138x6+0. 177x7;

(1)

表3 翅堿蓬群落其及交錯(cuò)區(qū)特征向量矩陣

F2=-0.057x1+0.205x2-0.132x3-
0.258x4+0.047x5+0.314x6-0.715x7。

(2)

進(jìn)一步綜合F1和F2可以得到翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)鹽分離子指標(biāo)綜合得分模型，見式(3)，該式的系數(shù)即為第1主成分F1和第2主成分F2各自所對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率與累積貢獻(xiàn)率之比。

Y=0.795F1+0.205F2=0.156x1+0.133x2+
0.169x3+0.080x4+0.163x5+0.174x6-0. 006x7。

(3)

其中：系數(shù)分別為主成分因子及各鹽分離子指標(biāo)在綜合得分中的權(quán)重，系數(shù)越大，說明各指標(biāo)在綜合得分占據(jù)的重要性(權(quán)重)越大。進(jìn)一步由該式可以計(jì)算出所有土樣點(diǎn)的綜合得分，分值范圍為1.02～3.24之間，可為遼河口濕地翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)的土壤鹽分空間分布的綜合分析與評(píng)價(jià)提供理論參考。

4 結(jié)論和討論

以上結(jié)果表明：研究區(qū)遼河口濕地主要以強(qiáng)堿性土為主，翅堿蓬與裸灘交錯(cuò)區(qū)的總鹽含量在0～10 cm的深度范圍內(nèi)明顯高于純翅堿蓬生長區(qū)域和翅堿蓬與蘆葦交錯(cuò)區(qū)。翅堿蓬與裸灘交錯(cuò)區(qū)的總鹽含量在10～30 cm的深度范圍略高于純翅堿蓬生長區(qū)域和翅堿蓬與蘆葦交錯(cuò)區(qū)，差異不顯著，這印證了春季土壤表層強(qiáng)烈積鹽的觀念。翅堿蓬群落及其交錯(cuò)區(qū)的土壤總鹽含量在0～10 cm與10～30 cm上差異顯著，土壤鹽分陰離子在0～30 cm的深度范圍內(nèi)均以Cl-為主，陽離子均以Na+離子為主，符合濱海鹽漬土是以氯鹽為主的觀點(diǎn)。

綜上所述，可以得到遼河口濕地的翅堿蓬分布及其交錯(cuò)區(qū)中，翅堿蓬與裸灘交錯(cuò)區(qū)的總鹽含量在0～10 cm的深度范圍內(nèi)達(dá)到了18.46 cmol/kg，明顯高于純翅堿蓬生長區(qū)域和翅堿蓬與蘆葦交錯(cuò)區(qū)?？梢詫⑵湟曌鳛檫|河口濕地翅堿蓬鹽度生長上限閾值，純翅堿蓬生長區(qū)域和翅堿蓬與蘆葦交錯(cuò)區(qū)的平均含鹽量為9.54 cmol/kg，可以視作遼河口濕地翅堿蓬鹽度生長下限閾值，低于這個(gè)鹽度的區(qū)域翅堿蓬被蘆葦取代。