河西綠洲荒漠過渡帶梭梭林土壤保育效應*

王彥武 羅 玲 張 峰? 陳天林

（1 甘肅省水土保持科學研究所，蘭州 730020）

（2 河南理工大學資源環(huán)境學院，河南焦作 454000）

（3 甘肅省水利廳水土保持局，蘭州 730000）

植被的土壤保育效應包含兩個內涵：一是植被對土壤的保護效應，即植被的阻擋攔沙和防風固沙作用；二是植被對土壤的復育效應，即植被對退化土壤質量的恢復和改良作用。土壤機械組成、有機質、氮素、磷素及生物學特性是評價土壤質量的重要指標[1-2］，對改良土壤的松緊程度、改善土壤水肥狀況和防治土壤沙化具有重要作用[3］，而植被的防風固沙效應是改善這些土壤復育效應指標的前提保障。植被通過樹冠等的阻擋作用降低風速，減少風的動能，防止對土壤的風力侵蝕[4］，進而攔截近地表風沙流中攜帶的物質，使其在冠層下沉積[5］，最終達到阻風攔沙的目的[6-7］。土壤和植被不同特征參數(shù)之間相關性顯著，在退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復過程中，植物與土壤之間的相互作用方式主要是植被對土壤的保護改良作用和改良的土壤對植被的促進作用[8］。因此，研究植被對土壤的保護效應和復育效應成為防治土地沙化的關鍵。

梭梭（Haloxylon ammodendron）是河西綠洲荒漠過渡帶優(yōu)良的防風固沙造林樹種，具有抗旱、抗寒，喜瘠薄、喜干燥，對風蝕沙埋的生態(tài)適應性強等特點[9］。近年來，由于河西綠洲荒漠過渡帶地下水位持續(xù)下降，大面積的梭梭林發(fā)生退化，退化面積達270 km2[10］，給荒漠化的防治工作帶來極大地挑戰(zhàn)。因此，要鞏固治沙造林成果，有效制止梭梭林邊治理、邊退化、邊破壞現(xiàn)象的發(fā)生，需要對梭梭林保護土壤和改良土壤的效應進行深入的分析。目前，學者們對梭梭的研究絕大多數(shù)是從梭梭林地水分平衡[10-11］、退化及恢復更新[12］、群落結構[13］、土壤理化特性[14］、防風固沙功能[15］、病蟲鼠害[16］等角度進行分析，而對梭梭林土壤保護與土壤復育間關系的研究較少，尤其是有關河西綠洲荒漠過渡帶梭梭林保護土壤效應和改良土壤效應各因子間相關關系方面的研究，目前還未見報道。

梭梭林在河西綠洲荒漠過渡帶防治荒漠化的過程中起著獨特的作用[17］，它不但可以防風固沙，而且對土壤養(yǎng)分及土壤生物學性質有重要影響。然而，隨著梭梭林齡的增加，其防風固沙效果和土壤質量狀況如何變化？梭梭林保護土壤效應因子對改良土壤質量是否有顯著影響？土壤保護與土壤改良效應因子間的相關關系如何？上述問題的研究將對進一步分析河西綠洲荒漠過渡帶梭梭林的土壤質量和健康狀況奠定基礎。因此，本研究通過野外調查和室內分析，對河西綠洲荒漠過渡帶不同齡階梭梭林保護土壤的效應和改良土壤的效應進行了研究，探討各因子之間的相互關系和梭梭林保育土壤的內在機制，為保護、恢復和治理河西綠洲荒漠過渡帶生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于石羊河流域下游甘肅省河西走廊東北部的民勤治沙試驗站區(qū)（38°35′N，102°58′E），該區(qū)域為典型的干旱荒漠氣候，年均降雨量113 mm，且多集中在7、8、9三個月，年均蒸發(fā)量2 644 mm，年平均氣溫7.7℃，無霜期約151 d。西北風向為主，多年平均風速為2.7 m·s-1，年最大風速為23 m·s-1，大風日數(shù)（瞬時風速≥17 m·s-1）42 d。該區(qū)土壤以灰棕漠土、風沙土和草甸土為主。20世紀60年代以來，在綠洲邊緣營造的防風固沙樹種梭梭，現(xiàn)已成為該區(qū)域主要的人工—天然植被群落。該區(qū)域其他的防風固沙植被有花棒（Hedysarum scoparium）、白刺（Nitraria tangutorumBobr.）、多枝檉柳（Tamarix ramosissimaLedeb.）、膜果麻黃（Ephedra przewalskii Stapf）、沙拐棗（Calligonum mongolicumTurcz.）、紅砂（Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.)、沙蒿（Artemisia desertorumSpreng.）、沙棘（Hippophae rhamnoidesLinn.）、檸條（Caragana KorshinskiiKom.）、沙打旺（Astragalus adsurgensPall.）、黃花磯松（Limonium aureum(Linn.) Hill.）、狗尾草（Setaria viridis(Linn.) Beauv.）等。

1.2 標準樣地設置

采用典型抽樣和空間代替時間的方法，在研究區(qū)選擇不同齡階的梭梭林（20a、30a、40a）和裸沙地為研究對象，在每個齡階的梭梭林中分別設置4個30 m×30 m的研究樣地，樣地中梭梭植株行距約為3 m×5 m，兩行間的梭梭呈“品”字型排列，風季梭梭樹冠的疏透度為0.42。每個樣地的立地條件類型基本一致，人為干擾較少。樣地基本情況見表1。

1.3 梭梭林防風固沙效應的野外測定

2016年3月至5月，在樣地內選擇標準梭梭木各3株，確定主風方向后，在每株標準木的迎風面和背風面各布置4個觀測點，觀測點距標準木距離分別為0.5 m、1 m、2 m和3 m，觀測點周圍無其他植被影響。每場起沙風時，在每個觀測點用HOBO小型移動氣象站同時測定高度為20 cm、50 cm、100 cm、200 cm處的風速值，每10秒記錄1次，每組20次，同一觀測點連續(xù)觀測3組，取平均值，以裸沙地為對照，最終分析不同高度和距離處梭梭林的防風效能。

1.4 梭梭林改良土壤效應的野外測定

2016年3月、5月、9月、11月，在樣地內運用多點混合取樣法采集土樣。取樣時，在每塊樣地沿“S”型線路分別選設5個2 m×2 m的樣方，除去表層石塊、植物殘根等雜物后挖掘土壤剖面，按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三層取樣，用四分法取5個樣點各層的混合土樣三份：一份裝入事先準備的無菌塑料袋，帶回室內風干處理，用以測定其機械組成和化學性質；一份用便攜式車載冰箱在4℃條件下保存，帶回實驗室后測定土壤微生物數(shù)量；一份風干后粉碎，分別過孔徑1 mm和0.25 mm篩，用于測定土壤酶活性。

土壤機械組成變化規(guī)律的測定采用篩分法和比重計法，并根據(jù)國際制土壤粒級劃分標準將研究區(qū)土壤粒級分為粗砂粒(0.2～2.0 mm)、細砂粒(0.02～0.2 mm)、粉粒(0.002～0.02 mm)和黏粒(＜0.002 mm)。土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化法測定，全氮采用半微量開氏法測定，全磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定，全鉀采用NaOH熔融—火焰光度法測定[18］；細菌、真菌和放線菌數(shù)量采用稀釋平板法測定[19］；過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定，堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[20］。

表1 梭梭樣地基本情況表Table 1 Basic information of the Haloxylon ammodendron stands

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007、Surfer13.0和SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，其中，基本數(shù)據(jù)分析和圖件制作采用Microsoft Excel 2007軟件，風速等值線圖采用Surfer13.0制圖，多重比較、方差分析和相關性分析等采用SPSS 19.0軟件。方差分析采用One-way ANOVA分析，各組均值間兩兩成對比較采用Duncan法，土壤保育效應因子與土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量、酶活性之間采用Pearson相關分析。所有數(shù)值均以平均值±標準差表示。

2 結 果

2.1 不同齡階梭梭的防風效應

不同齡階梭梭的防風效果及對風速的影響不同（圖1），各齡階梭梭背風面風速較迎風面顯著減小。40年生梭梭最佳的防風效果位于背風面50～220 cm，30年生梭梭位于背風面30～220 cm，20年生梭梭位于背風面50～180 cm，說明各齡階梭梭背風面防風固沙范圍以30年生梭梭最大，40年生梭梭次之，20年生梭梭最小。

從圖1可以看出，各齡階梭梭在迎風面風速比較穩(wěn)定，隨著距離梭梭植株越近，風速逐漸減小，當風速到達背風面時，風速顯著減小，且背風面的減小程度大于迎風面，當距離梭梭背風面2m以上時，風速略有增加，說明梭梭的防風和阻沙效應對風速有顯著影響，且風速大小與距離梭梭植株的遠近有顯著的相關性。同一測點，各齡階梭梭林風速隨著高度的增加而增大，這與裸沙地地表的風速分布規(guī)律相一致。風速在梭梭植株的附近出現(xiàn)明顯波動，且表現(xiàn)為頂端風速大，中下部風速小。

從表2可以看出，不同齡階梭梭降低風速的幅度不同，且與植株的高度顯著相關。在距離地表面20 cm、50 cm、100 cm、200 cm高度時，梭梭的風速降低幅度分別在13.75%、14.55%、15.00%、7.34%以上，說明梭梭中下部的防風效果較好，而在200 cm高度時風速降低幅度顯著減小，中下部的風速降低幅度為頂端處的1.05倍～2.04倍，主要是由于此高度處于梭梭上部頂端，疏透度增大，降低風速的作用減小。

不同齡階梭梭隨著林齡的增長，風速降低幅度的均值由12.66%增大至20.41%。在距離地表面20 cm、50 cm、100 cm高度時，風速的降低幅度表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，說明隨著林齡的增長，梭梭林高度增大，疏透度減小，梭梭林防風作用增強；由于40年生梭梭林發(fā)生死亡和退化，其生長減緩，中下部的疏透度增大，故其防風作用較30年生梭梭林變弱。在200 cm高度時，風速的降低幅度表現(xiàn)為40年生梭梭林＞30年生梭梭林＞20年生梭梭林，主要是由于梭梭植株的高度不同影響所致。

圖1 梭梭林周圍不同高度風速等值線圖Fig 1 Contour map of wind speed around the Haloxylon ammodendron forest relative to height above the ground

表2 不同齡階梭梭林周圍平均風速降低百分比Table 2 Mean wind reduction (%) around Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.2 梭梭林土壤機械組成變化

從圖2中可以看出，各齡階梭梭林土壤中砂粒、粉粒、黏粒所占比例不同，粗砂粒、細砂粒、粉粒、黏粒含量變化范圍分別為45.62%～50.87%、44.72%～46.10%、3.65%～6.85%、0.07%～2.08%，均表現(xiàn)為粗砂粒和細砂粒含量最高，粉粒含量次之，黏粒含量最低，且粉粒和黏粒所占比例遠遠小于粗砂粒和細砂粒所占比例。

由圖2可知，在0～60 cm土層，梭梭林土壤粉粒和黏粒含量隨土層深度增加略有減小，主要原因是裸沙地建立植被后，由于梭梭林對風蝕的細粒物質和降塵的阻擋和截留，表層土壤細粒組分不斷增加；此外，隨著梭梭林的生長，枯枝落葉經(jīng)微生物分解而形成的腐殖質不斷集中在土壤表層，使得土壤表層的腐殖質和黏粒的凝聚作用增強，形成的微團粒增多，有利于更多的粉粒和黏粒在表層膠結聚集。

不同齡階梭梭三層土壤粉粒和黏粒含量均表現(xiàn)為裸沙地＜20年生梭梭林＜40年生梭梭林＜30年生梭梭林，粗砂粒含量均表現(xiàn)為裸沙地＞20年生梭梭林＞40年生梭梭林＞30年生梭梭林，可以看出，梭梭林三層土壤的粉粒和黏粒含量均顯著大于裸沙地，粗砂粒含量均顯著小于裸沙地，說明裸沙地建立植被后，土壤機械組成發(fā)生變化，粉粒和黏粒含量增大，粗砂粒含量減小，主要是因為梭梭林的覆蓋保護使地表土壤被風吹蝕的作用減弱，枯落物的分解增加了土壤細粒組分和有機質，隨之土壤容重減小，土壤的穩(wěn)定性提高，有效地改善了土壤的物理性質。

不同齡階梭梭林土壤機械組成存在差異，土壤黏粒和粉粒含量先隨著樹齡增加而增大，到30年左右達到最大值，后隨樹齡增大而逐漸減小；粗砂粒含量先隨著樹齡增加而減小，到30年左右達到最小值，后隨樹齡增大而逐漸增大。由此說明隨著林齡的增長，林木阻擋和截留的細粒物質增多，梭梭林枯落物分解轉化的有機質含量增加，改善了林地土壤結構。

圖2 不同齡階梭梭土壤機械組成比較Fig. 2 Soil mechanical composition of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.3 梭梭林改良土壤質量的效應

不同齡階梭梭林對土壤質量各指標均有顯著影響（表3）。不同齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性不同，土壤質量各指標在三層土壤中均表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林。

從表3可知，不同齡階梭梭林土壤養(yǎng)分含量均隨土層深度增加而減小，表層0～20 cm土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量較40～60 cm土層分別高4.91%～33.52%、66.67%～133.33%、10.00%～43.75%、0.69%～5.16%，主要是由于梭梭林的枯枝落葉集中在土壤表層，經(jīng)微生物分解轉化成的養(yǎng)分元素富集在土壤表層，使表層土壤養(yǎng)分含量大于中間層和下層。土壤放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量、蔗糖酶活性表現(xiàn)為表層＞中間層＞下層，主要是因為表層土壤枯落物豐富，透氣性較好，有利于放線菌、真菌及蔗糖酶的生存；過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性變化趨勢為下層大于中間層大于表層，土壤細菌數(shù)量呈不規(guī)律變化，說明梭梭林根系分布、養(yǎng)分含量大小、微生物特性、酶的來源等多種因素對細菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均產(chǎn)生重要影響。

與裸沙地相比，各齡階梭梭林三層土壤中的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性均有不同程度的增加，均為裸沙地的1.02倍以上，說明裸沙地梭梭林的建立使地表枯落物和地下根系逐漸增多，改善了土壤中微生物的生境條件，加速了枯落物的分解和腐殖質的轉化速率，導致退化土壤質量不斷恢復和改良。

表3 不同齡階梭梭林土壤質量變化特征Table 3 Soil quality of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

續(xù)表

2.4 梭梭林防風效應和改良土壤效應的相關性

梭梭林地防風蝕效應因子對土壤機械組成有顯著影響，而風蝕區(qū)土壤機械組成與土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性之間關系密切，對其進行相關性分析（表4），結果表明，梭梭林的風速降低程度與粗砂粒和細砂粒含量呈極顯著負相關關系（P＜0.01），相關系數(shù)達到了87.0%以上，與粉粒和黏粒含量呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數(shù)達到了94.6%以上?？梢钥闯?，梭梭林的風速降低程度越大，土壤中粗砂和細砂粒含量越小，粉粒和黏粒含量越高，說明通過營造梭梭林增大地表粗糙度，可以減小地表風速和風沙流流量，使風沙流中細小的沙粒不斷在梭梭林周圍沉積，進而改善土壤的機械組成。

土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機質、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數(shù)達到了74.8%以上，說明土壤中粉粒和黏粒含量增加，形成有利于土壤有機質和養(yǎng)分元素積累的環(huán)境條件，最終改善土壤的養(yǎng)分質量和生物學特性，有利于梭梭林健康的生長。

從表4可看出，除全鉀外，土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性各指標間均呈顯著正相關關系（P＜0.05），相關系數(shù)達到了58.5%以上，說明土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性間相互影響，相互制約，對外部環(huán)境的變化比較敏感，在梭梭林管護過程中應注意“木桶效應”和外界因素產(chǎn)生的不利影響。

3 討 論

3.1 梭梭林防風蝕效應特征

黏C l a y 粒1數(shù)系關相的成組械機壤土與子因應效蝕風防林梭梭4表粒S i l t粉粒d r o n f o r e s t s 砂F i n e細s a n d粗C o粒a r s e砂e n s a n d o d m m n n a 降度s p速x y l o e e d程c t i o l o風低W i n d r e d u H a i n s i t i o n 磷a t a s e性酶酸p o 堿A l k a l i n e o s p h p h e c h a n i c a l c o m糖c r a s e 酶蔗S u i t h s o i l m 化氧酶過氫C a t a l a s e g e f f e c t w菌n g i真F u i n r e a k d b 菌c e t e s i n 線m y f w 放r s o A c t i n o f t h e f a c t o菌細n c o e f f i c i e n t o B a c t e r i a有O r g a n i c 質機m a t t e r r r e l a t i o鉀t a l m全T o t a s s i u C o p o b l e 4 o r u s T a 磷t a l全T o o s p h p h氮t a l e n全T o n i t r o g 1標d e x指I n 氮全1*4*0.9 2磷全1 5*3*0.6 8 0.6 9鉀全5*1 0.6 4*4*0.9 7*7*0.8 2質機有1*4*0.7 8 0**0.2 3 6 8**0.8 1 0.7 3菌細1*9*0.9 2*8*0.8 7 3 0.2 4*8*4*0.8 4 0.6 8菌線放1*9*4**0.8 2 0.8 3*7*0.7 3 4**0.2 0 1 3*0.7 1 0.6 0菌真5*1 6*0.5 8 0.6 8*2*0.7 6*0*7*0.8 3 0.7 0*8*0.9 1*5*0.9 5化氧酶過氫1*2*0.7 7*2*0.7 9*4*0.9 0*3*0.9 9*3*0.7 4 8 0.2 1*8*0.7 8*5*0.7 3酶糖蔗4**1 0.9 1 0*0.6 9*7*0.8 2*9*6**0.9 9 0.9 3*5*0.8 6 8**0.2 2 1 0*0.8 3 0.6 8磷性酶堿酸1*5*0.9 8*5*5*0.8 6 0.6 8*3*0.8 0*3*0.9 8*5*0.8 8*6*0.8 7 0.2 4*9*2*0.8 3 0.6 5降度速程風低6 1**1 7 5**-0.9 2 5**-0.9.8 6 9-0 3 3**-0.5 7 8**-0.8 6 9**-0.9 4 2**-0.8.8 4 4-0 7 4**-0.1.7-0 8 3*.5-0粒砂粗1*9*7 0**0.8 0 0 4**-0.8 7 7**-0.9.9-0 9 2*2 8**-0.6 9 0**-0.7 5 4**-0.8.9-0 6 4*.6-0 8 3 1 1**-0.0.7-0 4 7*.6-0粒砂細8 2**1 9 0**-0.8.9-0*9*0.9 6*2*0.9 9*7*7*0.8 9 0.6 2*9*0.8 4*0*0.9 9*8*0.9 2*3*0.8 3 5 0.1 4*1*8*0.7 9 0.6 2粒粉*8*4 6**0.9 6 9 4**-0.7.9-0*6*e c t i v e l y 0**0.9 4 r e s p l e v e l，5%9**0.9 5% a n d 0.7 5 4 i f f e r e n c e a t t h e 1 0.5 1 n i f i c a n t d*4*0.8 0 e a n s s i g* m*5*9**0.9 5* a n d t e: *N o關相0.8 0著顯上平*3*水0.8 3 0.0 5在示8**0.1 3 4表，*關相著顯0.7 4上平水6 0.0 1 0.5 3在示表*粒：*黏注

梭梭林的防風蝕特性在風沙防治中起著至關重要的作用，梭梭林地上枝葉的覆蓋和阻擋使近地表免受風力直接侵蝕，通過分散近地表的風動量以降低風速，進而攔截近地表風沙流中的沙粒并使其沉積，最終達到阻風攔沙的目的[21］。本研究中，不同齡階的梭梭林保護土壤的效應不同(30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林)，且背風面顯著強于迎風面。梭梭林的風速降低程度越大，梭梭林保護土壤的效應就越強，越有益于土壤有機質的積累和土壤質量的改善。植被是控制風蝕的決定性因素，其高度差異對土壤風蝕具有重要影響[22］。試驗中，同一觀測點，當風通過梭梭林時，梭梭林近地表風速均隨著高度增大而增大，越接近梭梭林頂端處，梭梭林對風速的影響越小，越接近梭梭林中部，梭梭林對風速的影響越大，主要是由于各齡階梭梭林頂端疏透度大，越接近頂端處，梭梭林對風速的阻礙作用越小，而中部疏透度小，對風速的阻礙作用大，導致風速明顯減弱。隨著植被林齡的增大，其高度和覆蓋度不斷增大，對降低林地內的風速和改善小氣候的作用顯著[23］。本研究中，40年生梭梭林的防風作用較30年生梭梭林變弱，主要是由于人類活動不合理利用水資源使當?shù)氐叵滤幌陆?，導致需水量較大的40年生梭梭林發(fā)生死亡和退化[24］，使其疏透度增大，覆蓋度減小，阻風攔沙的作用減弱。從梭梭林的防風固沙效果、改良土壤效應和可持續(xù)經(jīng)營等方面綜合考慮，30年生梭梭林更適合當?shù)厣硹l件，它不僅防風固沙效果明顯，而且改善流動沙丘土壤性狀和微生物活性的能力較好。因此，在梭梭林的營造和管護過程中，對齡階大于30年且出現(xiàn)明顯退化的梭梭林應進行間伐、保水、補肥等外部干預措施，以保障其健康生長，可持續(xù)地發(fā)揮其防風固沙的生態(tài)作用。

3.2 梭梭林對土壤機械組成及土壤質量的改良效應

土壤機械組成是土壤質量的一個自然屬性，表現(xiàn)出土壤的粗細狀況，它是評價土壤質量的一個重要指標，對改良土壤的松緊程度、改善土壤水肥狀況和防治土壤沙化具有重要作用[25］。不同粒徑的顆粒含量對形成土壤團粒結構的影響作用不同，導致其防風蝕的性能也不同，黏粒與帶負電荷的腐殖質結合后其通透性差，很難被微生物分解，不易被風吹蝕，抗風蝕性能較好。綠洲荒漠過渡帶梭梭林土壤中粉粒和黏粒所占比例遠遠小于粗砂粒和細砂粒所占比例，主要是由于研究區(qū)土壤以灰棕漠土和風沙土為主，成土母質多為砂礫質堆積物，質地較粗，細顆粒物質很少，加之當?shù)貙贉貛Ц珊祷哪畾夂?，降雨量少，植被稀疏，風蝕作用強，粒徑較小的粉粒和黏粒容易被風吹蝕，導致土壤質地以砂粒為主，其土壤質量不利于梭梭林的健康生長。唐炎林等[26］的研究表明，土壤中黏粒和粉粒等細小顆粒的含量越高，粗砂粒等大顆粒物質的含量越低，土壤中有機質、全氮、全磷和全鉀的含量就越高。本研究的結果與此基本吻合，說明黏粒含量較高的土壤，其保持養(yǎng)分的能力較好。梭梭林對改善土壤機械組成和其生長的土壤環(huán)境有重要作用，本研究中，隨著裸沙地梭梭林的恢復，土壤顆粒組成發(fā)生變化，黏粒含量趨于增多，砂粒減少，表層土壤中粉粒和黏粒的含量增加尤為顯著，黏粒的增多有效地增加了土壤的養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量，有利于梭梭林生境的改善，主要是由于林木根系通過穿透作用和根際效應既可以將土壤分割成細顆粒，又能將土粒和土壤中有機質和腐殖質膠結形成團粒結構，與林木根系伴生的土壤微生物通過時間、空間的梯度變化與根系不斷相互影響，最終形成穩(wěn)定的土壤群落結構[27］。隨著林齡增長，30年生梭梭林土壤機械組成出現(xiàn)峰值和谷值，說明30年生的梭梭林處于生長旺盛期，受環(huán)境因素和地下水位下降的影響，使得林齡大于30年的梭梭林生存環(huán)境惡化，植物生長受到抑制，進入土壤的枯落物及分解轉化的有機質相應減少，使得粉粒和黏粒含量減少，土壤質量下降。

土壤有機質、全量養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性是土壤肥力和生產(chǎn)力的主要指標，而有機質則是最關鍵的指標，其主要來自于地表枯落物與地下根系的分解補充和累積，有機質在土壤剖面的分布主要取決于有機殘體歸還量的多少和腐殖質在土體中淋溶、遷移、淀積的過程[28］。本研究中，隨著裸沙地梭梭林的恢復，土壤中黏粒等細顆粒的增多導致了有機質含量的增大，使得土壤中的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性均有不同程度的增加，從而導致土壤肥力質量和穩(wěn)定性的升高，說明土壤中有機質含量的高低將對全量養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性產(chǎn)生重要的影響。劉乃君[29］對巴丹吉林沙漠東南緣人工梭梭林的土壤改良效應進行了研究，結果表明，在流動沙丘上人工建立梭梭林后，對林地土壤不僅可以起到防風固沙的作用，而且還可以提升土壤的養(yǎng)分含量，改良貧瘠的土壤。本研究中，不同齡階梭梭林對土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性的積累作用不同，以30年生梭梭林最大，主要是由于梭梭林建立后隨著齡階的增大，進入土壤的枯落物增多，經(jīng)過土壤微生物和酶的分解和轉化，致使土壤養(yǎng)分不斷累積，微生物和酶的生存環(huán)境不斷改善，在30年齡階達到生長旺盛期，使其養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性較其他齡階梭梭林高，說明研究區(qū)30年生梭梭林對土壤質量的改良作用較好。40年生梭梭林各指標較30年生梭梭林小，主要是因為40年生梭梭林受環(huán)境因素影響處于生長退化階段，其改善土壤質量的作用不及30年生梭梭林。本研究中，不同齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性具有明顯的垂直分布特征，但細菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性與其他指標的變化趨勢不一致，主要是由于梭梭根系分布、養(yǎng)分含量大小、微生物特性、酶的來源等多種因素綜合影響所致，具體原因尚需深入研究。

3.3 梭梭林土壤保育效應的相關性

植被在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，是荒漠生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的主要供給者，其地下根系的生長可以有效改善土壤結構，地上植被的枯落物可以為土壤提供更多的營養(yǎng)物質[30］。植物措施保護土壤效應與改良土壤效應各因子間具有較好的相關性，曹成有等[31］的研究表明，固沙林的防風蝕效應因子對土壤機械組成有重要影響，隨著固沙林保護土壤效應的進行，固沙林土壤的粉粒、黏粒含量增加，使容重、孔隙度等物理性質改善，進而顯著提升土壤有機質、微生物數(shù)量等，有效地改良了風沙土土壤質量。本研究中，梭梭林的風速降低程度與粉粒和黏粒含量呈極顯著正相關關系，說明梭梭林的防風固沙作用明顯改善了土壤結構，有利于梭梭林枯落物分解轉化后土壤養(yǎng)分含量的積累和微生物生存環(huán)境的改善。楊濤等[32］研究了科爾沁沙地固沙林土壤養(yǎng)分與生物學性質間的關系，認為固沙林土壤的有機質、微生物和酶活性三者間具有顯著相關關系。本研究中，除全鉀外，土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性各指標間均呈顯著正相關關系，這與楊濤等[32］的研究結果基本吻合。土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機質、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關關系，說明梭梭林的防風蝕作用使得地表的機械組成發(fā)生變化，進而對梭梭林土壤的物理性質、化學性質、微生物數(shù)量及酶活性產(chǎn)生了重要影響。

梭梭林的防風固沙效應是梭梭改良土壤效應的基礎和前提條件，而梭梭改良土壤效應又為其健康生長提供保障。梭梭的枯落物是土壤中有機質的主要來源，土壤中有機質的積累可以促進土壤中氮和磷等養(yǎng)分含量的提升，也是增強土壤微生物數(shù)量和酶活性的主要方式，因此，提高退化土壤的有機質含量，對改良梭梭林土壤養(yǎng)分與生物學性質具有重要意義。梭梭改良土壤質量的同時也可以通過根系吸收土壤中的營養(yǎng)物質而健康生長，最終形成良性循環(huán)以利于生態(tài)環(huán)境的改善，所以梭梭林的健康生長是土壤肥力質量和生物學特性改善的關鍵。在今后河西地區(qū)的荒漠化防治和生態(tài)恢復的建設中，應該以土壤保育作用較好的30年齡階的梭梭林為界，對齡階大于30年且出現(xiàn)明顯退化的梭梭林應及時采取外部干預措施。

4 結 論

梭梭林保護土壤的效應取決于梭梭的生長情況及樹齡，梭梭林中下部對風速的阻礙作用較頂端處大，距離梭梭植株越近，風速逐漸減小，且背風面的減小程度大于迎風面；隨著林齡的增長，風速降低幅度的均值增大，30年生梭梭林防風固沙范圍達最大，表明健康梭梭林的防風蝕效應顯著。各齡階梭梭林土壤粉粒和黏粒所占比例遠遠小于粗砂粒和細砂粒，隨土層深度增加，粉粒和黏粒含量略有減小，但均顯著大于裸沙地；隨著樹齡增加，土壤黏粒和粉粒含量增大，粗砂粒含量減小，分別在30年時出現(xiàn)峰值和谷值；各齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性各指標均表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，且均為裸沙地的1.02倍以上。以上結果表明梭梭防風蝕效應可以有效改善土壤的機械組成，進而改善土壤質量，30年生梭梭林的土壤保育效果最好。梭梭林的風速降低程度與土壤的機械組成呈極顯著相關關系，相關系數(shù)達到了0.87以上，土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機質、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關關系，相關系數(shù)達到了0.748以上，說明梭梭林土壤保育效應因子間均有較好的相關性，他們相互制約、互相促進，對梭梭林生長發(fā)育和土壤質量改善具有顯著作用。