黃河三角洲濱海灘涂不同微地形改造的鹽地堿蓬恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)

蘇 麗，葛 磊，夏江寶，孫 佳，趙西梅

黃河三角洲濱海灘涂不同微地形改造的鹽地堿蓬恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)

蘇 麗1,2，葛 磊3，夏江寶1※，孫 佳1,2，趙西梅1

（1. 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；2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院/泰山森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站/黃河下游森林培育國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018；3. 山東省林木種質(zhì)資源中心，濟(jì)南 250102）

為提高植被覆蓋率，探索適宜的植被恢復(fù)模式，以光灘裸地為對(duì)照，在黃河三角洲濱海灘涂地勢(shì)平坦地段設(shè)置S形、條帶形、品字形和月牙形4種微地形改造模式，測定分析其工程量、地表粗糙度、植被生長及改良土壤效應(yīng)指標(biāo)，并采用主成分及模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法分析評(píng)價(jià)其植被恢復(fù)效應(yīng)。結(jié)果表明：微地形顯著影響土壤理化性質(zhì)與植被生長狀況（0.05），與裸地相比顯著降低了土壤容重、含鹽量、pH值等，增加了土壤養(yǎng)分，孔隙度，持水量等。4種微地形改造模式中月牙形模式與光灘裸地相比顯著降低了44.19%的土壤鹽分，并且月牙形改造模式最利于促進(jìn)植被恢復(fù)效果；條帶形模式可顯著增加土壤養(yǎng)分，其坑底土壤有機(jī)質(zhì)含量為裸地的2.87倍；品字形模式可顯著提高土壤孔隙度，顯著降低了15.24%的土壤容重；S形模式在植被恢復(fù)及土壤改良效應(yīng)上表現(xiàn)較差。不同微地形改造模式對(duì)植物生長和改良土壤效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果從大到小依次為：月牙形、條帶形、品字形、S形、裸地，建議在黃河三角洲濱海灘涂進(jìn)行微地形改造時(shí)，首先考慮月牙形，其次是條帶性、品字形，S形可不采用。研究結(jié)果可為黃河三角洲濱海灘涂植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

土壤；植被；微地形；地表粗糙度；鹽堿地

0 引 言

微地形改造技術(shù)是以自然恢復(fù)為主，人工修復(fù)為輔的工程技術(shù)手段，通過對(duì)平坦的地表進(jìn)行處理，形成大小不等、形狀各異的丘坑組合體，改變地表粗糙度，攔截種子與地表凋落物，促進(jìn)植物生長，以改變土壤理化性質(zhì)，改善土壤立地條件，遏制土地退化促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)[1-2]。微地形可顯著影響土壤物理及化學(xué)屬性以及植物恢復(fù)效果[3-5]。

黃河三角洲地區(qū)的植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)是黃河（下游）流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要組成部分。黃河三角洲濱海灘涂主要分布于淤積型泥質(zhì)海岸帶，地面植被稀少，為典型的植被退化生態(tài)脆弱區(qū)[6]，受潮汐與蒸發(fā)作用影響，容易形成表面干燥、地勢(shì)平坦的光灘裸地。地表粗糙度則是表示地表起伏與凹陷的物理形狀指標(biāo)，顯著影響地表徑流、土壤入滲、地表低洼儲(chǔ)水量[7]。由于黃河三角洲濱海地區(qū)分布大面積的光灘裸地，且地表空曠、無地形起伏、風(fēng)速大，難以截留空氣中漂浮的種子，進(jìn)而影響種子著陸嚴(yán)重減弱植被恢復(fù)進(jìn)程。因此需要通過人為干擾改變地表粗糙度，降低風(fēng)速，坑內(nèi)富集雨水形成溫潤區(qū)促進(jìn)種子著陸和生長，增加植被覆蓋度[8-9]，以減緩或改善濱海泥質(zhì)灘涂鹽堿地的植被退化進(jìn)程。

目前，國內(nèi)外有關(guān)微地形改造影響微生境的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，主要涉及梯田、陡坎、緩坡、魚鱗坑、擋水埂、水平溝、水平階等微地形[10]。微地形改造后增加了地表粗糙度并與洼地儲(chǔ)藏存在的耦合效應(yīng)[11]，具有減流減沙、蓄水保肥、植被恢復(fù)等水土保持效果。例如，不同形式的水平梯田在煤礦邊坡地中應(yīng)用廣泛，達(dá)到很好的蓄水保土效果。水平階調(diào)控坡面徑流與泥沙，增加降雨入滲，減少水土流失[10]。在半干旱黃土高原地區(qū)陡坎緩坡等微地形的變化改變了土壤理化特征[12]。微地形改造后增加的地表粗糙度對(duì)地表徑流、雨滴濺蝕、植被生長特性、土地利用方式、田間耕作具有顯著影響[12-14]。但在黃河三角洲濱海灘涂地區(qū)，由于缺乏基于微地形改造的植被恢復(fù)技術(shù)探討，導(dǎo)致濱海平坦灘涂地帶灌草種子截留效果差，植被覆蓋率低。因此，本研究結(jié)合前期野外調(diào)研，在黃河三角洲濱海灘涂地帶，通過改變微地形，增加光灘裸地粗糙度，增大種子截留率，提高植被覆蓋度，模擬設(shè)計(jì)4種微地形改造模式，測定分析其工程量、地表粗糙度、土壤理化性質(zhì)、植被生長狀況等指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)出適宜于濱海灘涂的微地形改造模式，以期為黃河三角洲濱海灘涂的植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省濱州市北海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)黃河三角洲東南部濱州港天然檉柳林（38°10′27″N，118°03′06″E）。研究區(qū)緊鄰渤海區(qū)域泥質(zhì)海岸帶，地勢(shì)平坦，潮間帶深遠(yuǎn)、灘涂寬廣，土壤類型以濱海潮鹽土為主，鹽漬化程度高。地下水位較淺（1.2～2.4 m），平均礦化度達(dá)32.4 g/L。該區(qū)域?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期。降雨主要集中在夏季，占全年的70%。春季蒸發(fā)強(qiáng)烈，占全年的51.7%。年平均降水量577.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 806 mm，年平均氣溫11.7～12.6 ℃。區(qū)域風(fēng)向季節(jié)變化明顯，地貌單元上屬黃河沖積平原，微地貌形態(tài)為緩平坡地，灘涂土壤為沖積性黃土母質(zhì)，土壤類型為濱海鹽化潮土，以粉砂和淤泥質(zhì)粉砂為主，沙黏相間，易于壓實(shí)，通氣透水性差，受海水侵蝕影響可溶性鹽類含量高。植物種類主要以灌木檉柳（）為主，草本以鹽地堿蓬（）、蘆葦（）、鵝絨藤（）、白茅（）和獐茅（）等耐鹽植物為主。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

受海岸沖刷以及機(jī)械施工痕跡影響，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)形成了不同形狀的小坑，形狀多為S形、圓形、長條形等零星式聚集分布為主的植被斑塊。基于上述野外微地形現(xiàn)狀觀測，為精準(zhǔn)探討微地形改造與植物生長之間的關(guān)系，依據(jù)微地形形狀（圖1）、地塊大小和設(shè)計(jì)微地形的規(guī)格參數(shù)，于2018年10月在山東省濱州港濱海灘涂地帶地勢(shì)平坦的光灘裸地上，模擬設(shè)計(jì)了不同規(guī)格（3 m×3 m、10 m×10 m）的4種微地形改造模式（圖 2），為不影響試驗(yàn)結(jié)果，在分析比較上對(duì)土方量和地表粗糙度進(jìn)行了單位面積的統(tǒng)一處理。以沿海灘涂光灘裸地為對(duì)照，每種微地形改造模式設(shè)計(jì)3個(gè)樣方重復(fù)，微地形設(shè)計(jì)規(guī)格為：品字形，在3 m×3 m樣方設(shè)置3個(gè)直徑0.7 m，深0.25 m的圓形丘坑組合體；S形，在3 m×3 m樣方設(shè)置寬0.4 m，深0.2 m的S形丘坑組合體；條帶形，在3 m×3 m樣方設(shè)置3條長3 m、寬0.4 m、深0.3 m的長條形丘坑組合體；月牙形，在10 m×10 m樣方內(nèi)設(shè)置9個(gè)不同朝向、深0.5 m的月牙形、長方形、圓形等丘坑組合體。具體設(shè)計(jì)規(guī)格參數(shù)見圖2。人工用鐵鍬設(shè)置不同形狀規(guī)格的微地形，挖掘的土壤培成土丘，丘坑高度相同，并在土丘留低穴口為截留種子提供通道，設(shè)置土丘攔截漂浮在空氣中的種子促使種子著陸流入土坑內(nèi)；設(shè)置土坑為貯存植物種子，便于植物生根發(fā)芽，并在土坑底部疏松10 cm厚土壤以提高種子發(fā)芽率。

1.2.2 植物和土壤樣品采集

2019年10月測定所設(shè)置4種微地形改造模式的植物種類、覆蓋度、高度、冠幅、密度等指標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行土壤樣品取樣。在不同微地形改造模式每樣地的丘頂和坑底的0～10 cm土壤層，進(jìn)行環(huán)刀和鋁盒土樣的采集，并在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)取3份土壤樣品，用于土壤養(yǎng)分的測定。

1.2.3 測定方法

1）植物調(diào)查指標(biāo)和土壤理化參數(shù)

高度、冠幅、覆蓋度等調(diào)查方法采用樣點(diǎn)法，密度調(diào)查方法采用等距取樣法。土壤含水率：烘干稱重法測定；土壤含鹽量：殘?jiān)娓煞y定；土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度、土壤持水量、土壤飽和含水率等指標(biāo)采用環(huán)刀浸水法測定；pH值采用Five Easy Plus臺(tái)式pH計(jì)FE28-Meter（水土比5∶1）；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法進(jìn)行測定；總磷采用HClO4-H2SO4消化、鉬藍(lán)比色法測定；總碳采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測定；總氮采用凱氏定氮法[15]測定。

2）土方量和地表粗糙度和模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)

土方體積計(jì)算公式[16]：

式中表示土方體積，m3；表示挖土方底面積，m2；表示挖土方深度，m。

地表粗糙度反映地表起伏變化，一般定義為地表單元曲面面積與水平面投影面積之比，計(jì)算公式[17]為

式中SSR表示地表粗糙度；曲面表示樣方內(nèi)地表起伏面積，m2；投影表示地表在水平的投影面積，m2。

3）模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)

隸屬函數(shù)計(jì)算公式[18]如下：

指標(biāo)與土壤改良與植物生長成正相關(guān)：

(u)=(X-min)/(max-min) （3）

指標(biāo)與土壤改良與植物生長成負(fù)相關(guān)：

(u)=1-(X-min)/(max-min)

式中(u)表示隸屬值；X表示測試指標(biāo)的平均值；min表示測試指標(biāo)的最小值；max表示測試指標(biāo)的最大值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)軟件利用單因素方差分析（ANOVA）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)性進(jìn)行顯著性分析，并進(jìn)行指標(biāo)的相關(guān)性分析和主成分分析，利用Auto CAD 2016繪制樣地示意圖。地表粗糙度指數(shù)運(yùn)用Arc GIS 10.5識(shí)別樣地曲面面積。微地形改造模式的植被恢復(fù)效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微地形改造模式的植物生長特征

不同微地形改造模式僅坑底有鹽地堿蓬生長，丘頂與裸地?zé)o植物生長。由表1可知就植物高度而言，S形改造模式表現(xiàn)最差，為23.76 cm，顯著低于條帶形、品字形和月牙形改造模式（＜0.05）。S形和品字形改造模式下的植物冠幅小于條帶形和月牙形，分別為31.25和38.25 cm。各改造模式下的植物密度無顯著差異。品字形和月牙形改造模式下的植物覆蓋度均顯著高于S形和條帶形，分別達(dá)到82.20%和85.21%。綜合分析可見，月牙形在植物恢復(fù)方面表現(xiàn)最好，品字形坑內(nèi)鹽地堿蓬生長密集，條帶形與月牙形鹽地堿蓬密度略低于品字形，S形鹽地堿蓬在植物調(diào)查的各項(xiàng)指標(biāo)中表現(xiàn)最差。

表1 不同微地形改造模式的植物生長指標(biāo)

注：不同小寫字母表示不同微地形改造模式坑底差異顯著（<0.05）。下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences between the top and bottom of the pit in different micro-topography reconstruction modes (<0.05). The same below.

2.2 不同微地形改造模式的土壤水鹽特征

由圖3a可知，微地形改造后，地表起伏度的增加，強(qiáng)化了降雨的入滲過程，使雨水轉(zhuǎn)化為土壤水分，坑底形成濕潤區(qū)，使坑底含水率顯著高于裸地與丘頂（<0.05）。其中，丘頂月牙形土壤含水率最低，S形、條帶形、品字形丘頂含水率與裸地相比無顯著差異。S形、條帶形、品字形、月牙形坑底含水率與裸地相比分別增加18.66%、35.53%、22.37%、29.00%，坑底土壤含水率表現(xiàn)為條帶形最高，S形與品字形相比坑底含水率無顯著差異。

圖3b可知，不同微地形改造模式的坑底收集雨水，坑底含水率高或植物吸收鹽離子，導(dǎo)致土壤含鹽量顯著低于裸地，微地形改造后，受蒸發(fā)作用與鹽分表聚作用影響，丘頂土壤含鹽量與裸地相比差異顯著（<0.05），丘頂土壤含鹽量均顯著高于坑底（<0.05）。S形、條帶形、品字形、月牙形坑底含鹽量與丘頂相比分別降低56.59%、43.02%、50.73%、57.57%，與裸地相比分別低36.51%、30.69%、49.88%、44.19%。坑底4種微地形改造模式土壤含鹽量無顯著差異。

2.3 不同微地形改造模式的土壤物理性質(zhì)

由表2可知，不同模式微地形改造后，微地形-土壤-微生物-植物相互作用對(duì)坑底土壤的物理性質(zhì)改良顯著，使得微地形改造后坑底土壤容重顯著低于裸地，坑底土壤孔隙度、持水量、飽和含水率等大于裸地。S形、條帶形、品字形、月牙形坑底土壤容重與裸地相比分別低10.60%、14.58%、15.24%、16.56%?？拥淄寥廊葜仫@著低于丘頂（<0.05）。在坑底S形土壤容重最大，其他3種微地形改造模式無顯著差異。以總孔隙度為例，S形、條帶形、品字形、月牙形坑底與裸地相比分別增加9.80%、8.75%、14.25%、8.64%。S形、條帶形、品字形、月牙形坑底與裸地相比，飽和含水率分別增加14.50%、18.23%、26.44%、20.86%，毛管持水量分別增加11.69%、19.55%、23.84%、17.57%，孔隙比分別增加24.24%、21.21%、36.36%、21.21%。4種微地形改造模式中丘頂與坑底土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、孔隙比綜合表現(xiàn)為品字形對(duì)土壤物理性質(zhì)改良最好，S形表現(xiàn)最差。

2.4 不同微地形改造模式的土壤化學(xué)性質(zhì)

由圖4a可知，不同模式微地形改造后，品字形和月牙形丘頂pH值顯著高于裸地（<0.05），S形丘頂pH值顯著低于裸地，條帶形丘頂pH值與裸地相比無顯著差異。丘頂pH值高于坑底，在坑底品字形與月牙形土壤pH值無顯著差異，丘頂品字形pH值達(dá)到最高，為8.79。坑底月牙形與品字形無顯著差異，S形坑底pH值顯著低于品字形與月牙形。

微地形改造后，一方面，攜沙風(fēng)使細(xì)小砂粒沉積于坑底，另一方面受重力作用，丘頂含有養(yǎng)分的細(xì)土向坑底流失，增加了坑底養(yǎng)分積累?？拥字参锏纳L以及凋落物的分解使坑底養(yǎng)分顯著高于丘頂與裸地。由圖4b可知，條帶形、品字形、月牙形土壤總氮含量坑底顯著高于丘頂與裸地（<0.05），S形坑底與丘頂土壤總氮含量無顯著差異，S形坑底土壤總氮含量與裸地相比無顯著差異，條帶形、品字形、月牙形坑底與裸地相比分別高35.43%、13.17%、21.80%?？拥自卵佬瓮寥揽偟柯缘陀跅l帶形，S形和品字形坑底土壤總氮含量顯著低于條帶形與月牙形（<0.05）。

表2 不同微地形改造模式的土壤物理性質(zhì)

由圖4c可知，不同微地形改造模式下的土壤總碳含量坑底高于丘頂與裸地，S形、條帶形、品字形、月牙形坑底與裸地相比分別增加26.22%、37.81%、29.50%、38.44%?？拥自卵佬慰偺己孔罡?，條帶形與月牙形無顯著差異。S形，品字形顯著低于條帶形與月牙形。

由圖4d可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量坑底顯著高于丘頂與裸地（<0.05），坑底S形、條帶形、品字形、月牙形分別是裸地的1.25、2.87、1.57、1.64倍。土壤有機(jī)質(zhì)含量條帶形丘頂和坑底都顯著高于其他3種改造模式，差異顯著（<0.05）。月牙形與品字形無顯著差異。

圖4e可知，總磷含量坑底高于丘頂與裸地但無顯著差異。不同改造模式坑底與裸地相比顯著增加12.41%、18.77%、13.13%、22.00%。丘頂條帶形土壤總磷含量最高，品字形總磷含量最低。

2.5 不同微地形改造模式的生態(tài)化學(xué)計(jì)量

由表3可知，不同微地形改造模式下，C/N、C/P、N/P的變化范圍分別為90.51～164.80、17.19～26.69、0.11～0.25。對(duì)于土壤碳氮比（C/N），條帶形、品字形、月牙形改造模式丘頂大于裸地，分別增加了82.08%、44.62%、69.77%（＜0.05）。對(duì)于土壤碳磷比（C/P），除了月牙形改造模式，其余3中改造模式下丘頂和坑底的值均顯著大于裸地。對(duì)于土壤氮磷比（N/P），條帶形和月牙形改造模式丘頂小于裸地，分別降低了40.00%和45.00%，其余無顯著差異。

2.6 不同微地形改造模式的土方量與地表粗糙度指數(shù)

由表4可知，選擇裸地作為對(duì)照，裸地?zé)o地表起伏，土方量，地表粗糙度指數(shù)為0，不同微地形改造模式單位面積土方量從大到小表現(xiàn)為：條帶形、月牙形、品字形/S形。地表粗糙度指數(shù)從大到小依次為：條帶形、品字形、S形、月牙形，條帶形地表粗糙度指數(shù)最高為2.31，其他3種改造模式與條帶形相比分別降低29.26%、33.62%、22.66%。

2.7 不同微地形改造模式的綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)

不同微地形改造模式顯著影響植物生長狀況、土壤理化性質(zhì)、土方量和地表粗糙度指數(shù)等，對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表5）。第一主成分貢獻(xiàn)率為39.93%，主要指標(biāo)為植物高度、冠幅、覆蓋度、密度、土壤總氮以及含鹽量，因此，可描述為植被生長狀況與土壤養(yǎng)分。第二主成分累積貢獻(xiàn)率59.04%，其中負(fù)荷量較大的指標(biāo)為總孔隙度、毛管孔隙度、孔隙比毛管持水量和C/P，可描述為土壤孔隙度。第三主成分累積貢獻(xiàn)率為74.07%，其中負(fù)荷量較大的指標(biāo)為土方量、地表粗糙度和土壤有機(jī)質(zhì)。

表3 不同微地形改造模式的土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量

表4 不同微地形改造模式的地表粗糙度指數(shù)與土方量

依據(jù)主成分分析結(jié)果，選用因子負(fù)荷量較大的14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行微地形改造模式的綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)（表6），主要指標(biāo)有植物高度、冠幅、密度和覆蓋度，以及土壤總碳、總氮、有機(jī)質(zhì)、地表粗糙度、土方量、土壤含鹽量、容重、總孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量，其主要指標(biāo)的隸屬函數(shù)值綜合評(píng)價(jià)從小到大依次為：月牙形、條帶形、品字形、S形、裸地。

相關(guān)性分析（表7）得知，總氮、氮磷化與植物生長狀況（植物高度、冠幅、密度、覆蓋度）呈極顯著正相關(guān)（<0.01），孔隙度、持水量等指標(biāo)與植物生長狀況呈顯著正相關(guān)（<0.05），土壤容重與植被生長狀況呈極顯著負(fù)相關(guān)。含水率與植物生長狀況呈顯著正相關(guān)，含鹽量與植物生長狀況呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表5 不同微地形改造模式的主成分分析因子及主要貢獻(xiàn)率

表6 不同微地形改造模式綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)的隸屬函數(shù)值

注：“+”表示指標(biāo)對(duì)土壤改良與植物生長影響成正相關(guān)，“-”表示指標(biāo)對(duì)土壤改良與植物生長影響成負(fù)相關(guān)。

Note: “+” indicates that the index has a significant positive correlation to the improvement of soil plant growth, and “-” indicates that the index has a significant negative correlation to the impact of soil plant improvement.

表7 不同微地形改造模式下植物生長、土壤理化性質(zhì)、工程量及地表粗糙度的相關(guān)系數(shù)

注：*表示顯著相關(guān)性（<0.05）；**表示極顯著相關(guān)性（<0.01）。

Note: * indicates significant correlation (<0.05); ** indicates extremely significant correlation (<0.01).

3 討 論

微地形強(qiáng)化了降雨入滲過程，研究發(fā)現(xiàn)微地形改造能將89%的降雨轉(zhuǎn)化為土壤水分。類似緩坡魚鱗坑設(shè)置成品字形錯(cuò)開，能提高降雨入滲及集水蓄水效果[10,19]，對(duì)重度鹽堿地的起壟處理，對(duì)于土壤水鹽分布、孔隙度、植物覆蓋度、植物生物量具有顯著影響，有研究發(fā)現(xiàn)微地形引起水鹽運(yùn)移變化，使不同地形土壤水鹽分布產(chǎn)生差異[20]。微地形改造后降雨使丘頂鹽分向坑底淋溶，坑底鹽分在蒸發(fā)作用下向丘頂匯集，雨水匯集使坑底土壤含水率增高，坑底形成了較好的水鹽條件促進(jìn)了植物生長。且坑底鹽地堿蓬生長旺盛，莖葉覆蓋抑制土壤反鹽，在生長過程中鹽地堿蓬根系吸收大量鹽離子，降低坑底含鹽量。丘頂蒸發(fā)量大且無植物覆蓋，丘頂含水率少，出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象。取樣時(shí)間在秋季，降雨少，蒸發(fā)量大，雨水淋洗作用小，丘頂坑底含鹽量差異顯著[21]。研究發(fā)現(xiàn)，通過一年內(nèi)調(diào)查鳥類的刨坑覓食行為改變了光灘微地形，使得土壤硬度和土壤鹽度顯著降低，而土壤含水率和土壤碳氮營養(yǎng)指標(biāo)則顯著高于裸地；鳥類活動(dòng)改善的凹坑環(huán)境能夠顯著提高鹽地堿蓬的種子保留量，有效的促進(jìn)鹽地堿蓬在植被退化區(qū)域的恢復(fù)，與本研究類似[22]。

微地形改造后坑下土壤養(yǎng)分富集。圓形斑塊內(nèi)肥島效應(yīng)起到很好的植物與土壤反饋?zhàn)饔肹23]，土壤氮素是植物的生長主要限制因子，碳氮比可影響土壤微環(huán)境，進(jìn)而影響植物生長狀況[24]。研究發(fā)現(xiàn)水平溝土壤養(yǎng)分損失具有減緩作用，本研究中微地形對(duì)土壤養(yǎng)分存在明顯富集作用。鹽地堿蓬生長在坑底，地形變化與植物相互作用形成的坑內(nèi)微環(huán)境也有利于增加微生物的數(shù)量與種類[25]；野外取樣時(shí)也發(fā)現(xiàn)坑內(nèi)有螻蛄等土壤動(dòng)物生存，微地形造成的局部微生境會(huì)增加土壤動(dòng)物的多樣性，土壤動(dòng)物會(huì)粉碎植物殘?bào)w、疏松土壤；微生物分解凋落物和動(dòng)物尸體會(huì)增加土壤營養(yǎng)物質(zhì)的含量[26]；植物根系在坑底穿插、纏繞、固結(jié)等可改變土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，分散土體[27]。微地形改造后，降低了坑底的土壤容重、增加了土壤孔隙度，提高了土壤滲透率，起到改良土壤物理性質(zhì)的作用。

微地形改造后在坑底形成的溫潤區(qū)，使鹽地堿蓬快速著陸與生長，植被覆蓋度都得到顯著提高，達(dá)63.34%～85.21%（表1），黃土高原溝壑區(qū)在平攤地段采用水平階，復(fù)雜地段采用魚鱗坑整地，也顯著提高了植被覆蓋率，與本研究類似。土方量、地表粗糙度與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)（表7），有機(jī)質(zhì)豐富的土壤容易形成較多良好結(jié)構(gòu)，土壤抗蝕能力增強(qiáng)[28]。4種微地形改造模式土壤改良效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)表現(xiàn)為，條帶形對(duì)土壤養(yǎng)分增加具有顯著效應(yīng)，品字形對(duì)土壤物理性質(zhì)顯著改良效應(yīng)明顯，這可能是因?yàn)闂l帶性造成的地表粗糙度和土方量最高，地表粗糙度較高，條形溝能攔截風(fēng)力作用下搬運(yùn)的地表凋落物和顆粒物，坑底土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加，養(yǎng)分充足，條帶性植物生長旺盛；但可能因形狀所限，可攔截種子的方向單一，植被密度和覆蓋度相對(duì)低。品字形坑內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，有利于微生物和土壤動(dòng)物的生長繁殖，對(duì)凋落物分解、土壤孔隙度的增加具有較好作用。植物恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，月牙形在植物恢復(fù)方面表現(xiàn)最好，可能是因?yàn)樵卵佬尉邆洳煌虻那鹂咏M合體，且小丘之間相互影響，攜沙風(fēng)經(jīng)過樣地時(shí)發(fā)生繞流和滲流，使樣地內(nèi)地表風(fēng)速低于沙粒啟動(dòng)速度[29]，有效遮蔽距離最大，較大范圍降低了風(fēng)速改變局部風(fēng)向，改變?nèi)郝浞N子水平擴(kuò)散方向，使大量種子由丘頂流向坑底，截留種子數(shù)量較多，植物密度達(dá)647株/m2（表1）；研究發(fā)現(xiàn)，微地形在風(fēng)力影響下可改變種子擴(kuò)散隨機(jī)格局，使種子由高坡位向低坡位流動(dòng)[30]。坑內(nèi)密閉的微生境促進(jìn)了種子發(fā)芽生長。品字形植被覆蓋度低于月牙形，可能與小坑間距或設(shè)置種子通道大小有關(guān)。S形造成地表粗糙度最小，空氣繞流弱，受形狀限制與不利于構(gòu)建穩(wěn)定微環(huán)境，在土壤改良與促進(jìn)植物生長表現(xiàn)較差?？紤]到黃河三角洲氣候條件坡地狀況等要素，本研究中微地形屬于小工程，仍需深入探討投入產(chǎn)出等經(jīng)濟(jì)效益問題，以及最合適坑深度及直立與斜坡的挖深方式；另外應(yīng)結(jié)合其他濱海灘涂植物的生物學(xué)特性，探討蘆葦、檉柳等植物種子所需的截留及生長發(fā)芽條件，以進(jìn)一步優(yōu)化微地形改造的技術(shù)參數(shù)。

由于試驗(yàn)期太短，濱州港鹽地堿蓬群落較多，坑底首先促進(jìn)了鹽地堿蓬的生長，但我們預(yù)測隨時(shí)間的推移，以及鹽地堿蓬對(duì)坑底生長環(huán)境的長期改善，能促進(jìn)其他植物種子的著陸生長，可形成新的灌草群落[31]。本試驗(yàn)后續(xù)會(huì)對(duì)微地形恢復(fù)效果進(jìn)行持續(xù)觀測，觀察微地形改造后植物恢復(fù)情況，以構(gòu)建在濱海灘涂以微地形改造模式為主的植被恢復(fù)體系。

4 結(jié) 論

試驗(yàn)通過設(shè)置微地形改變光灘裸地粗糙度，截留種子與地表凋落物，改善土壤理化性質(zhì)，形成錯(cuò)落有致，凹凸不平的捕獲微區(qū)域，以促進(jìn)種子著陸與生長。結(jié)論如下：

1）不同微地形改造模式在改善土壤理化性狀和促進(jìn)植物生長方面表現(xiàn)出一定差異，植被恢復(fù)效應(yīng)上，月牙形模式可顯著降低坑底土壤鹽分，與光灘裸地相比顯著降低了44.19%的土壤鹽分（0.05），植物覆蓋度達(dá)85.21%。

2）土壤改良效應(yīng)上條帶形模式可顯著增加土壤養(yǎng)分，土壤總碳、總氮與光灘裸地相比分別增加了37.81%、35.43%；品字形模式可顯著提高土壤孔隙度和持水能力（0.05），與光灘裸地相比土壤容重顯著降低了15.24%；而S形模式植被恢復(fù)度最低，為63.34%，在植被恢復(fù)及土壤改良效應(yīng)方面表現(xiàn)較差。

3）4種微地形改造模式的植被恢復(fù)效應(yīng)的隸屬函數(shù)得分從大到小為：月牙形、條帶形、品字形、S形、裸地。建議在黃河三角洲濱海灘涂進(jìn)行微地形改造時(shí)，首先考慮月牙形，其次是條帶性、品字形，S形可不采用。

[1] Sleeper B, Ficklin R. Edaphic and vegetative responses to forested wetland restoration with created microtopography in arkansas[J]. Ecological Restoration, 2016, 34(2): 117-123.

[2] 李志剛，梁心藍(lán)，黃洪糧，等. 坡耕地地表起伏對(duì)坡面漫流的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2020，167(2)：74-80，88.

Li Zhigang, Liang Xinlan, Huang Hongliang, Effect of surface land fluctuation on overland flow in sloping farmland[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2020, 167(2): 74-80, 88. (in Chinese with English abstract)

[3] Kevan J M, Alexia M K, Miao G F. Micro-topography alters hydrology, phenol oxidase activity and nutrient availability in organic soils of a coastal freshwater forested wetland[J]. Wetlands, 2019, 39(10): 263-273.

[4] Jennifer C W, Stuart E G. Effects of micro-topography on hydrology, physicochemistry, and vegetation in a tidal swamp of the Hudson River[J]. Society of Wetland Scientists, 2011, 31(2): 239-249.

[5] Danielle B, John S. Rough soil surface lessens annual grass invasion in disturbed rangeland-sciencedirect[J]. Rangeland Ecology & Management, 2019, 72(2): 292-300.

[6] Bruland G L, RichardSon C J. Hydrologic, edaphic, and vegetative responses to micro-topographic reestablishment in a restored wetland[J]. Restoration Ecology, 2005, 13(3): 515-523.

[7] 李陶陶，吳發(fā)啟. 黃土坡耕地不同地表糙度下坡面填洼與入滲的關(guān)系研究[J]. 中國水土保持，2016(11)：60-63.

Li Taotao, Wu Faqi. Relationship between depression storage and infiltration with different surface roughness of Loess Slope Farmland[J]. Soil and Water Conservation in China, 2016(11): 60-63. (in Chinese with English abstract)

[8] 楊坪坪，李瑞，盤禮東，等. 地表粗糙度及植被蓋度對(duì)坡面流曼寧阻力系數(shù)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(6)：106-114.

Yang Pingping, Li Rui, Pan Lidong. et al. Effects of surface roughness and vegetation coverage on Manning'sresistance coefficient to overland flow[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(6): 106-114. (in Chinese with English abstract)

[9] Thompson S E, Katul G G, Porporato A. Role of microtopography in rainfall-runoff partitioning: An analysisusing idealized geometry[J]. Water Resources Research, 2010, 46(7): 7520.

[10] 楊婭雙，王金滿，萬德鵬. 人工堆墊地貌微地形改造及其水土保持效果研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2018，37(2)：569-579.

Yang Yashuang, Wang Jinman, Wan Depeng. Micro-topography modification and its effects on the conservation of soil and water in artificially piled landform area: A review[J]. Chinese Journal of Ecology, 2018, 37(2): 569-579. (in Chinese with English abstract)

[11] Rossi J, Ares O. Overland flow from plant patches: Coupled effects of preferential infiltration, surface roughness and depression storage at the semiarid Patagonian Monte[J]. Journal of Hydrology, 2016, 533: 603-614.

[12] Zhu P Z, Zhang G H, Wang H X, et al. Land surface roughness affected by vegetation restoration age and types on the Loess Plateau of China[J]. Geoderma, 2020, 366: 114240.

[13] Zhu P Z, Zhang G G, Zhang B J, et al. Variation in soil surface roughness under different land uses in a small watershed on the Loess Plateau, China[J]. Catena, 2020, 188: 104465.

[14] Zhao L S, Hou R, Wu F Q, et al. Effect of soil surface roughness on infiltration water, ponding and runoff on tilled soils under rainfall simulation experiments[J]. Soil & Tillage Research, 2018, 179(7): 47-53.

[15] 中國科學(xué)院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978：62-176.

[16] 羅德仁，鄒自力，湯江龍. 工程土方量計(jì)算比較分析[J]. 東華理工學(xué)院學(xué)報(bào). 2005，28(1)：59-64.

Luo Deren, Zou Zili, Tang Jianglong. Contrasting and analysis of the method of earthwork calculation[J]. Journal of East China Institute of Technology. 2005, 28(1): 59-64. (in Chinese with English abstract)

[17] 蘇琦，袁道陽，謝虹，等. 祁連山西段黨河流域地貌特征及其構(gòu)造指示意義[J]. 第四紀(jì)研究，2015，35(1)：48-59.

Su Qi, Yuan Daoyang, Xie Hong, et al. Geomorphic features of the Danghe River drainage basin in western Qilian Shan Mountain and its tectonic implications[J]. Quaternary Sciences, 2015, 35(1): 48-59. (in Chinese with English abstract)

[18] 夏江寶，朱麗平，趙自國，等. 黃河三角洲貝殼堤不同植被類型的土壤水分物理特征及蓄水潛能評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，24(3)：454-466.

Xia Jiangbao, Zhu Liping, Zhao Ziguo, et al. Assessment of soil potential water storage ability of different vegetation types at Shell Ridge Island in Yellow River Delta[J]. Journal of Basic Science and Engineering, 2016, 24(3): 454-466. (in Chinese with English abstract)

[19] 司夢(mèng)可，曹建生，陽輝. 微地形變化對(duì)地表水文過程影響的研究進(jìn)展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，27(10)：1587-1595.

Si Mengke, Cao Jiansheng Yang Hui. Advances in research on the effects of micro-topography changes on surface hydrological processes[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(10): 1587-1595. (in Chinese with English abstract)

[20] 紀(jì)永福，藺海明，楊自輝，等. 夏季覆蓋鹽堿地表面對(duì)土壤鹽分和水分的影響[J]. 干旱區(qū)研究，2007(3)：91-97.

Ji Yongfu, Lin Haiming, Yang Zihui, et al. Study on the effects of covering land on salt and moisture contents in saline or alkaline soil in summer[J]. Arid Zone Research, 2007(3): 91-97. (in Chinese with English abstract)

[21] 關(guān)法春，苗彥軍，Tianfang Bernie Fang，等. 起壟措施對(duì)重度鹽堿化草地土壤水鹽和植被狀況的影響[J]. 草地學(xué)報(bào)，2010，18(6)：763-767.

Guan Fachun, Miao Yanjun, Tianfang Bernie Fang, et al. Effects of ridging on soil and above-ground biomass in heavy alkali-saline grasslands of west songnen Plain[J]. China, Acta Agrestia Sinica, 2010, 18(6): 763-767. (in Chinese with English abstract)

[22] 邱冬冬，閆家國，張樹巖，等. 濱海濕地退化區(qū)鳥類刨坑覓食行為促進(jìn)植被的恢復(fù)[J]. 自然資源學(xué)報(bào)，2020，35(2)：449-459.

Qiu Dongdong, Yan Jiaguo, Zhang Shuyan, et al. Foraging-associated hollows of birds facilitate the vegetation resilience in a degraded coastal saltmarsh ecosystem[J]. Journal of Natural Resources, 2020, 35(2): 449-459. (in Chinese with English abstract)

[23] 安萍莉，琪赫，潘志華，等. 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同農(nóng)作制度對(duì)土壤風(fēng)蝕因子的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2008，22(5)：26-29.

An Pingli, Qi He, Pan Zhihua, et al. Influence of different farming systems on affecting factors of soil wind erosion in the ecotone between agriculture and animal husbandry of north China[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(5): 26-29. (in Chinese with English abstract)

[24] Liu Q S, Liu G H, Huang C, et al. Soil physicochemical properties asociated with quasi-circular vegetation patches in the Yellow River Delta, China[J]. Geoderma, 2019, 337: 202-214.

[25] 高凱，張麗娟，于永奇，等. 沙地土壤pH值，養(yǎng)分含量對(duì)微地形變化的響應(yīng)[J]. 水土保持通報(bào)，2016，36(1)：88-92.

Gao Kai, Zhang Lijuan, Yu Yongqi, et al. Effects of micro-topography on soil pH value, nutrient content in sandy land[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2016, 36(1): 88-92. (in Chinese with English abstract)

[26] 劉繼亮，李鋒瑞. 坡向和微地形對(duì)大型土壤動(dòng)物空間分布格局的影響[J]. 中國沙漠，2008，28(6)：1104-1112.

Liu Jiliang, Li Fengrui. Slope direction and topographic position interact to shape spatial distribution of soil macrofauna in a temperate secondary forest, China[J]. Journal of Desert Research, 2008, 28(6): 1104-1112. (in Chinese with English abstract)

[27] 劉均陽，周正朝，蘇雪萌. 植物根系對(duì)土壤團(tuán)聚體形成作用機(jī)制研究回顧[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2020，34(3)：267-273.

Liu Junyang, Zhou Zhengchao, Su Xuemeng. Review of the mechanism of root system on the formation of soil Aggregates[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2020, 34(3): 267-273. (in Chinese with English abstract)

[28] Fernández-Montblanc T, Duo E, Ciavola P. Dune reconstruction and revegetation as a potential measure to decrease coastal erosion and flooding under extreme storm conditions[J]. Ocean & Coastal Management, 2020, 188: 105075.

[29] 王海龍，劉暢，孫婧，等. 沙漠鐵路固沙磚設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值模擬[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2018，62(11)：59-64.

Wang Hailong, Liu Chang, Sun Jing, et al. Numerical simulation for design parameters of sand-fixing brick in desert railway[J]. Railway Standard Design, 2018, 62(11): 59-64. (in Chinese with English abstract)

[30] 沈澤昊，呂楠，趙俊. 山地常綠落葉闊葉混交林種子雨的地形格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(9)：1981-1987.

Shen Zehao, Lyu Nan, Zhao Jun. The topographic pattern of seed rain of a mountain mixed evergreen and deciduous forest community[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(9): 1981-1987. (in Chinese with English abstract)

[31] 楊策, 陳環(huán)宇, 李勁松,等. 鹽地堿蓬生長對(duì)濱海重鹽堿地的改土效應(yīng)[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，27(10)：1578-1586.

Yang Ce, Chen Huanyu, Li Jinsong, et al. Soil improving effect of Suaeda salsa on heavy coastal saline-alkaline land[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(10): 1578-1586.(in Chinese with English abstract)

Evaluatingrestoration after micro-topography reconstruction in the coastal beach of the Yellow River Delta, China

Su Li1,2, Ge Lei3, Xia Jiangbao1※, Sun Jia1,2, Zhao Ximei1

(1.-,,256603,; 2.,/,271018,; 3.,250102,)

Coastal beaches are mostly distributed in the silt-type muddy coastal zone, particularly in the Yellow River Delta of China. The typical ecologically fragile areas have suffered from severe soil degradation, where the ground vegetation is scarce. Furthermore, the tides and evaporation have also posed great damage to forming bare beaches with dry surface and flat terrain. In this study, four types of micro-topography transformation modes were established in the flat terrain of the Yellow River Delta beach, in order to explore suitable vegetation restoration. Specifically, S-, strip-, pin-, and crescent-shaped topographies were selected in the bare land of the light beach. The specific parameters were then measured to analyze the engineering quantity in the four micro-terrain reconstructions, including the surface roughness, vegetation growth, and soil improvement. A principal component and fuzzy mathematics membership functions were used to comprehensively evaluate the vegetation restoration and soil improvement in the four micro-terrain reconstructions. The results showed that the surface roughness increased, but the wind speed reduced under the various micro-topography of bare land in the light beach. The probability of seed retention increased in this case, where a warm zone formed at the bottom of the pit, thereby to promoting seed germination and growth. It was found that the micro-topography significantly enhanced the physical and chemical properties of soil for the growth of vegetation (<0.05). Meanwhile, the micro-topography significantly reduced the soil bulk density, salinity, and pH value, whereas, it increased soil nutrients, porosity, and water-holding capacity, compared with the bare land of the light beach. The indicators were systematically evaluated in the four micro-terrain reconstructions. The Crescent-shaped mode significantly reduced the soil salinity by 44.19% (<0.05), indicating a much more excellent performance to promote the vegetation restoration, compared with the bare land in the four micro-terrain reconstructions. The content of soil organic matter in the striped transformation mode was 2.87 times of that in bare land (<0.05), indicating a significant effect on the soil improvement, compared with the bare land of the bare beach. The pattern of the pin-shaped mode greatly increased the soil porosity, while reduced the soil bulk density by 15.24% (<0.05), indicating a better improvement in the physical properties of soil. Nevertheless, the S-shaped pattern performed a relatively weak correlation on vegetation restoration and soil improvement. Therefore, four micro-topography modification modes were ranked in a descending order: crescent-shaped, strip-shaped, pin-shaped, S-shaped, and bare land, after the comprehensive evaluation on the plant growth and soil improvement. A strong recommendation was that the crescent-shaped should be considered firstly, when carrying out the micro-topography transformation on the beaches of the Yellow River Delta, followed by the stripe-shaped and pin-shaped ones, where the S-shaped one cannot be adopted. There were still some limitations here, where the moist area at the bottom of the pit was first used to promote the growth of. It is also expected to measure the environmental changes at the bottom of pits in a long term, due mainly to the short testing period here. The finding can provide insightful technical support to the vegetation restoration for the coastal beaches of the Yellow River Delta in China.

soils; vegetation; microtopography; surface roughness; saline-alkali land

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.10.010

S725.4

A

1002-6819(2021)-10-0082-09

蘇麗，葛磊，夏江寶，等. 黃河三角洲濱海灘涂不同微地形改造的鹽地堿蓬恢復(fù)效應(yīng)評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(10)：82-90.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.10.010 http://www.tcsae.org

Su Li, Ge Lei, Xia Jiangbao, et al. Evaluatingrestoration after micro-topography reconstruction in the coastal beach of the Yellow River Delta, China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(10): 82-90. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.10.010 http://www.tcsae.org

2021-01-06

2021-04-10

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目-山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目（U2006215）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31770761）；山東省農(nóng)業(yè)科技資金（林業(yè)科技創(chuàng)新）項(xiàng)目（2019LY006）；泰山學(xué)者工程專項(xiàng)（TSQN201909152）。

蘇麗，研究方向?yàn)橹脖换謴?fù)與生態(tài)修復(fù)。Email：1833639377@qq.com

夏江寶，教授，博士，研究方向?yàn)榱謽I(yè)生態(tài)工程。Email：xiajb@163.com