黃河三角洲濱海灘涂不同密度檉柳林的土壤鹽堿與養(yǎng)分特征

陳 萍,夏江寶,王善龍,李 棟,高芳磊,趙萬里,馬金昭

1 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, 泰安 271018 2 濱州學(xué)院,山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 濱州 256603 3 東平縣林業(yè)保護(hù)發(fā)展中心, 泰安 271504 4 濱州市城鄉(xiāng)水務(wù)發(fā)展服務(wù)中心, 濱州 256603

林分密度是影響林木生長的重要因子,不僅對環(huán)境資源分配和種內(nèi)競爭起到非常重要的作用,而且對土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分循環(huán)等有顯著影響[1—2]。密度和植物-土壤反饋有關(guān),植物對密度具有依賴性[3—4],Carson等[4]發(fā)現(xiàn)125種植物中有40%表現(xiàn)出密度依賴性死亡。適宜的林分密度可以改善土壤結(jié)構(gòu),提高生物產(chǎn)量。研究表明,萊州灣南岸灘涂中密度(3600 株/hm2)檉柳林改良土壤、修復(fù)植被的效果相對最佳[5]。檉柳生長能對土壤狀況產(chǎn)生影響,而改善的立地土壤環(huán)境又有利于檉柳生長、更新和擴(kuò)散,從而土壤與檉柳之間形成了正反饋作用機(jī)制,易出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)[6]?！胺蕧u”是指土壤養(yǎng)分在生物與非生物過程作用下富集于灌木周圍,表現(xiàn)為土壤養(yǎng)分含量由冠內(nèi)向冠外逐漸遞減的現(xiàn)象?！胺蕧u”效應(yīng)和植被的生長發(fā)展相互促進(jìn),對改善檉柳灌叢下的土壤肥力以及植物的更新和擴(kuò)散具有重要意義[7—8]。土壤鹽堿狀況是衡量鹽堿土理化性質(zhì)的基礎(chǔ),也是土壤肥力的重要影響因素之一[9]。因黃河三角洲泥質(zhì)海岸帶地下水位淺且礦化度高,降雨量少、蒸發(fā)量大和海水入侵等因素影響,導(dǎo)致濱海灘涂地帶土壤鹽漬化嚴(yán)重,植物不易在中重度鹽堿區(qū)生存,利用耐鹽植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)可以有效改善濱海鹽漬土壤的結(jié)構(gòu),抑制土壤鹽堿化；另一方面生態(tài)環(huán)境的改善能為其它植物的定居和生長繁衍提供必要條件,對鹽堿地的改良與植被恢復(fù)具有重要意義[10—11]。檉柳是泌鹽植物,具有富集土壤鹽分、改良土壤等作用,檉柳能通過吸收土壤鹽分調(diào)節(jié)自身滲透壓,從而適應(yīng)高鹽度環(huán)境下的生長生存。種植檉柳后冠下土壤的含鹽量低于周圍土壤的現(xiàn)象稱為“鹽谷”效應(yīng)。“鹽谷”效應(yīng)的出現(xiàn)表明檉柳林對土壤鹽分有遷移、疏導(dǎo)作用。但也有研究發(fā)現(xiàn),檉柳林并未對林下草本群落表現(xiàn)出明顯的“肥島”、“鹽谷”效應(yīng)[12]。位于黃河三角洲區(qū)域的山東省濱州市泥質(zhì)海岸帶濱州港林場分布著大面積檉柳天然群落,對改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況和維護(hù)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。目前對黃河三角洲檉柳的研究主要集中在濱海濕地檉柳種群空間分布格局[13—15]、檉柳群落的土壤環(huán)境特征[16—18]、檉柳林生長動態(tài)對密度結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征[10]、不同密度檉柳林地土壤調(diào)蓄水功能[19]以及檉柳林濕地肥島效應(yīng)研究[6]等方面。但關(guān)于濱海灘涂不同檉柳林分密度條件下是否存在“鹽谷”、“肥島”效應(yīng)以及檉柳林土壤養(yǎng)分、鹽分富集作用強(qiáng)度的差異尚不清楚,導(dǎo)致該區(qū)域檉柳林分密度調(diào)控以及檉柳林生態(tài)保護(hù)和撫育提升管理存在一定困難。因此,探明黃河三角洲濱海灘涂不同密度檉柳林的土壤鹽堿和養(yǎng)分特征,明確何種密度下土壤降鹽抑堿和改善土壤養(yǎng)分效果好,對檉柳林分密度調(diào)整、管護(hù)和土壤改良等都具有一定指導(dǎo)意義。

本研究以3種不同林分密度的檉柳林為研究對象,測定分析不同密度檉柳林及檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿狀況、養(yǎng)分特征等指標(biāo),探討不同密度檉柳林是否具有明顯的“鹽谷”、“肥島”效應(yīng),明確不同密度檉柳林對土壤的改良作用,研究結(jié)果可為泥質(zhì)海岸帶濱海灘涂檉柳灌叢的生態(tài)保護(hù)以及低效檉柳林的密度調(diào)控管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 不同密度檉柳林采樣點位圖 Fig.1 Schematic map of sampling sites of Tamarix chinensis under different density shrubsL: 低密度檉柳林采樣點Sampling sites of low-density T. chinensis; M: 中密度檉柳林采樣點 Sampling sites of medium-density T. chinensis; H: 高密度檉柳林采樣點 Sampling sites of high-density T. chinensis

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點位于渤海灣西南岸的山東省濱州市北海新區(qū)黃河三角洲東南部的濱州港林場(38°9′51″—38°10′44″N,118°2′15″—118°4′32″E),研究區(qū)總面積達(dá)5.58 km2。該區(qū)域為暖溫帶半濕潤地區(qū),大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫為12.6 ℃,年平均無霜期為203 d,年平均日照時間為2850 h,年平均降水量543.2 mm,年平均蒸發(fā)量1806 mm,降水集中在6—9月,占年降水量的75%。研究區(qū)地下水位淺、礦化度高；地貌屬于濱海緩平低地,地形低洼平緩,海拔為0.5—1.0 m,坡度為0.1‰—0.2‰；灘涂土壤為沖積性黃土母質(zhì),以粉砂和淤泥質(zhì)粉砂為主,沙粘相間,易于壓實,通氣透水性差；灘涂主要分布有檉柳和蘆葦(Phragmitesaustralis)、鹽地堿蓬(Suaedasalsa)、白茅(Imperatacylindrica)、狗尾草(Setariaviridis)、鵝絨藤(Cynanchumchinense)等植物。該檉柳群落是自然演替形成,主要由鹽地堿蓬逐步過渡到檉柳群落,鹽地堿蓬的生長起到了降鹽改土作用,增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量,為檉柳群落生長創(chuàng)造了條件。該區(qū)域地貌類型為濱海灘涂地帶,土壤來源于黃河沉積物攜大量泥沙淤海造陸形成的,即為沖積性黃土母質(zhì)在海浸母質(zhì)上沉淀而成。

1.2 樣品采集與處理

野外采樣時間為2019年8月,在山東省濱州市北海新區(qū)的濱州港林場,選取林齡為5 a的檉柳林地作為采樣地,根據(jù)前期課題組對該區(qū)域的調(diào)查,針對檉柳生長密度情況,以低密度(1100 株/hm2)、中密度(4100 株/hm2)、高密度(7100 株/hm2)三種林分密度的檉柳林為研究對象,采樣點布設(shè)見圖1,其中低、中、高密度檉柳林面積分別為1.25 km2、1.60 km2、1.17 km2。每種密度檉柳林各設(shè)置3個20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地(低密度檉柳林采樣點分別為L1、L2、L3；中密度檉柳林采樣點分別為M1、M2、M3；高密度檉柳林采樣點分別為H1、H2、H3),共9個樣地,調(diào)查樣地的生境條件基本一致(坡向、坡度、海拔等),在每塊樣地內(nèi)沿對角線設(shè)置3個 5 m×5 m的灌木小樣方,分別記錄樣方內(nèi)每株檉柳株高、冠幅、蓋度等指標(biāo),并根據(jù)株高、冠幅等指標(biāo)在樣方內(nèi)選擇長勢均勻、生長良好的3 株檉柳標(biāo)準(zhǔn)木,即每個密度下選擇9 株標(biāo)準(zhǔn)木,不同密度檉柳的形態(tài)特征見表1。

在每個樣方中,以檉柳灌叢為圓心,在檉柳主根部位、冠幅中心(根部與灌叢邊緣之間的中心)、冠幅邊緣(灌叢冠幅在地表垂直投影的位置)和株間空地(灌叢之間的裸地)共4個不同位置(圖2),分別取不同方位(東、西、南、北) 0—20 cm土壤深度的4個土樣,每4個不同方位的土樣均勻混合后作為一個樣株位置的土壤樣品,裝入自封袋帶回實驗室,經(jīng)自然風(fēng)干后去除植物殘體和石塊,測定其土壤鹽堿及養(yǎng)分指標(biāo)。檉柳周邊各位置9 (3×3) 個土樣,共36 (4×3×3) 個土樣。

圖2 檉柳土壤采樣示意圖 Fig.2 Schematic diagram of Tamarix chinensis soil samplingA: 檉柳根部 Root of T. chinensis; B: 冠幅中心 Canopy center; C: 冠幅邊緣 Canopy brim; D: 株間空地 Interspaces

1.3 土壤樣品的測定

采用電位法測定土壤pH(水土比5∶1浸提)；采用電導(dǎo)率儀(HANNA, HI8733)測定土壤浸提液(水土比5∶1)電導(dǎo)率；采用堿解擴(kuò)散法測定土壤速效氮含量；采用鉬銻抗比色法測定土壤樣品的速效磷含量；采用醋酸銨-火焰光度計法測定土壤速效鉀含量；采用TOC分析儀(VSeriesSSM- 5000A)測定土壤有機(jī)碳含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0軟件對土壤鹽堿及養(yǎng)分指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計分析,采用Origin 2018軟件作圖。運用單因素(one-way ANOVA)和Duncan法進(jìn)行方差分析 (α=0.05),比較檉柳根部、冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地之間土壤鹽堿和養(yǎng)分含量差異,以及不同密度檉柳土壤鹽堿和養(yǎng)分含量及其富集率的差異。圖表中數(shù)據(jù)為9次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,各指標(biāo)相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。

富集率可以用來表示土壤養(yǎng)分、鹽分富集程度[20]。EA=A/D,表示檉柳根部養(yǎng)分、鹽分富集狀況；EB=B/D,表示檉柳冠幅中心養(yǎng)分、鹽分富集狀況；EC=C/D,反映檉柳冠幅邊緣土壤養(yǎng)分、鹽分富集狀況。其中A、B、C、D分別表示根部、冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地的土壤養(yǎng)分或鹽分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿含量

由圖3可知,相同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤電導(dǎo)率差異顯著(P<0.05)。低密度下,檉柳林根部土壤電導(dǎo)率顯著高于冠幅中心、冠幅邊緣和株間空地,與根部相比,3個位置分別降低54.30%、33.82%、22.71%；中密度下,檉柳林土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)為根部<冠幅中心<冠幅邊緣<株間空地,與株間空地相比,分別降低63.02%、52.10%、34.26%；高密度下,檉柳林根部土壤電導(dǎo)率與冠幅中心、冠幅邊緣相比差異不顯著(P>0.05)。中、高密度檉柳林的土壤電導(dǎo)率整體表現(xiàn)出“根部和冠幅中心小、冠幅邊緣大、株間空地更大”的特點。

植株周邊相同位置不同密度檉柳林的土壤電導(dǎo)率差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著低于低密度,與低密度相比,根部土壤電導(dǎo)率分別降低69.45%、75.04%；從冠幅中心來看,低、中密度檉柳林土壤電導(dǎo)率差異不顯著(P>0.05),但顯著高于高密度；從冠幅邊緣來看,低、中密度檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著高于高密度,與高密度相比,分別增加119.82%、80.28%；從株間空地來看,低密度檉柳林土壤電導(dǎo)率和中密度相比差異不顯著(P>0.05),電導(dǎo)率均值大小表現(xiàn)為中密度>低密度>高密度。不同密度檉柳林地土壤電導(dǎo)率均值表現(xiàn)為低密度>中密度>高密度,中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率分別比低密度降低28.39%、55.74%。

由圖3可知,相同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤pH差異不顯著(P>0.05),高密度檉柳林土壤pH出現(xiàn)根部和冠幅邊緣的土壤pH高于株間空地的現(xiàn)象,而低、中密度檉柳林的土壤pH表現(xiàn)出根部和冠幅邊緣低于株間空地。

植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤pH差異也不顯著(P>0.05)，不同密度檉柳林土壤pH均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

圖3 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤電導(dǎo)率和pH含量Fig.3 Soil electrical conductivity and pH content in different densities of Tamarix chinensis and different positions不同大寫字母者表示不同密度檉柳林植株周邊相同位置差異顯著(P<0.05); 不同小寫字母表示相同密度檉柳林植株周邊不同位置差異顯著(P<0.05)

2.2 不同密度檉柳林的土壤養(yǎng)分含量

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加88.59%、65.04%；從冠幅中心來看,不同密度檉柳林土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,中、高密度分別增加109.59%、46.36%；從冠幅邊緣來看,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量差異不顯著(P>0.05),但顯著高于低密度；從株間空地來看,低、中密度檉柳林土壤速效氮含量顯著高于高密度,與高密度相比,分別增加42.04%、18.03%。不同密度檉柳林地土壤速效氮含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量分別比低密度增加49.80%、25.83%。

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效磷含量差異顯著(P<0.05),且均表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。不同密度檉柳林土壤速效磷含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,中、高密度檉柳林土壤速效磷含量分別比低密度增加120.05%、58.48%。

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效鉀含量差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加23.49%、40.44%；從冠幅中心來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量差異不顯著(P>0.05),但均顯著高于低密度；從冠幅邊緣來看,不同密度檉柳林土壤速效鉀含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為高密度>中密度>低密度；從株間空地來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于低密度,分別比低密度增加89.31%、67.77%。不同密度檉柳林土壤速效鉀含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,中、高密度分別增加58.90%、65.34%。

由圖4可知,從根部來看,不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度；從冠幅中心來看,中、高密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量高于低密度,與低密度相比,分別增加38.96%、16.78%；從冠幅邊緣和株間空地來看,不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量差異不顯著(P>0.05)。不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,分別增加65.05%、22.80%。

圖4 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分含量Fig.4 Soil nutrient content in different densities of Tamarix chinensis and different positions

2.3 不同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分差異

由圖4可知,低密度下,檉柳林根部速效氮、有機(jī)碳含量和冠幅邊緣、株間空地差異不顯著(P>0.05),但均高于冠幅中心；檉柳林根部速效磷、速效鉀含量與冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地均差異不顯著(P>0.05)。

中密度下,檉柳植株周邊不同位置的土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地,與株間空地相比,3個位置分別增加127.36%、83.22%、35.64%；檉柳林根部速效磷含量顯著高于冠幅邊緣和株間空地,與冠幅中心差異不顯著(P>0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地；檉柳林根部速效鉀含量顯著低于冠幅中心和株間空地,與冠幅邊緣相比差異不顯著(P>0.05)；不同位置檉柳林有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地。

高密度下,檉柳植株周邊不同位置的土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地,與株間空地相比,3個位置分別增加134.78%、54.79%、50.97%；檉柳林根部速效磷含量表現(xiàn)為根部>冠幅中心>株間空地>冠幅邊緣；檉柳林根部速效鉀含量與冠幅邊緣、株間空地差異不顯著(P>0.05)；不同位置檉柳林有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地。

2.4 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿及養(yǎng)分的富集率差異

由表2可知,從根部來看,低、中密度檉柳林土壤pH富集率顯著低于高密度,與高密度相比,分別降低8.65%、7.69%；不同密度檉柳林土壤電導(dǎo)率富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度；中、高密度檉柳林土壤速效氮富集率顯著高于低密度,分別比低密度增加1.27倍、1.35倍；中、高密度檉柳林土壤速效磷富集率顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加0.82倍、1.06倍；不同密度檉柳林土壤速效鉀富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度；不同密度檉柳林有機(jī)碳富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

從冠幅中心來看,土壤pH富集率差異不顯著(P>0.05)；低、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率富集率顯著高于中密度,與中密度相比,分別增加31.11%、35.56%；土壤速效氮富集率差異顯著(P<0.05),具體表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度；中密度檉柳林土壤速效磷富集率顯著高于低密度,但與高密度差異不顯著(P>0.05)；低、中密度檉柳林土壤速效鉀富集率顯著低于高密度,與高密度相比,分別降低9.56%、14.78%；中、高密度檉柳林有機(jī)碳富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

從冠幅邊緣來看,中密度檉柳林土壤pH富集率顯著高于低密度,但與高密度相比差異不顯著(P>0.05)；中、高密度檉柳林電導(dǎo)率富集率顯著低于低密度,與低密度相比,分別降低23.25%、20.93%；中、高密度檉柳林土壤速效氮富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為高密度>中密度>低密度；土壤速效磷富集率差異不顯著(P>0.05)；低、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于中密度,與中密度相比,分別增加29.87%、31.17%；中、高密度檉柳林有機(jī)碳富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

表2 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿和養(yǎng)分富集率

2.5 不同密度檉柳林植株周邊不同位置土壤鹽堿含量與養(yǎng)分的相關(guān)性分析

由表3可知,在檉柳根部,林分密度和電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與速效氮呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與速效磷、有機(jī)碳相關(guān)性不顯著。電導(dǎo)率和速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)碳呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),表明土壤鹽分與養(yǎng)分關(guān)系密切。速效氮和速效磷、有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),速效磷和有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

在冠幅中心,林分密度與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著。電導(dǎo)率和速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。速效氮和速效磷、有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),速效磷和速效鉀、有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在冠幅邊緣,林分密度和電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著。速效氮和速效磷、速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在株間空地,林分密度和電導(dǎo)率、速效氮呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05),速效磷和速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在檉柳根部、冠幅中心、冠幅邊緣和株間空地,各土壤因子具有一定的相關(guān)性,但林分密度與速效磷、有機(jī)碳無顯著相關(guān)性,與電導(dǎo)率呈極顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表3 檉柳植株周邊不同位置土壤養(yǎng)分指標(biāo)與鹽堿指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

3 討論

3.1不同密度檉柳林的土壤“鹽谷”效應(yīng)

土壤含鹽量是影響黃河三角洲萊州灣濕地檉柳灌叢分布的主導(dǎo)因素[14],土壤鹽分分布與地下水、植物種類、植物根系和根部分泌物等因素有關(guān)[21—22]。檉柳林分密度和土壤電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)(表3),隨林分密度增大,檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著降低。低密度檉柳林土壤電導(dǎo)率最大,可能是因為低密度檉柳林相鄰的植株距離較遠(yuǎn),林分郁閉度較低,導(dǎo)致地表蒸發(fā)作用增強(qiáng),從而使得土壤鹽分整體增大。而對濱海濕地不同密度檉柳林土壤調(diào)蓄水功能研究發(fā)現(xiàn)[19],土壤含鹽量均值大小表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度,與本研究低密度>中密度>高密度的結(jié)果不一致,可能是因為本研究中中密度林分由于其靠近鹽池和海水養(yǎng)殖池,及鹽水側(cè)滲等因素,使其電導(dǎo)率值高于高密度。

隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率逐漸增加,表現(xiàn)為根部<冠幅中心<冠幅邊緣<株間空地。檉柳冠下鹽分含量低于冠外的現(xiàn)象,表明中、高密度檉柳林出現(xiàn)了“鹽谷”效應(yīng),這與徐夢辰[6]對黃河三角洲濕地檉柳研究發(fā)現(xiàn)的檉柳冠下垂直深度0—10 cm、水平距離 0—150 cm處形成了一個典型的“鹽谷”區(qū)域的研究結(jié)果一致。檉柳冠下的這種“鹽谷”效應(yīng)形成,可能是由于檉柳為泌鹽植物,可通過根系較強(qiáng)的吸收作用將大量鹽分儲存于體內(nèi)[5]；其次,植物蔭蔽作用以及檉柳發(fā)達(dá)根系的穿插作用等有助于土壤脫鹽[23—24],所以檉柳冠下土壤含鹽量小于株間空地,出現(xiàn)了“鹽谷”效應(yīng)。從富集率來看(表2),中、高密度檉柳林電導(dǎo)率富集率均小于1,說明中、高密度檉柳林對土壤鹽分具有降低、遷移和疏導(dǎo)作用。

不同密度檉柳林土壤pH差異不顯著(P>0.05),說明在黃河三角洲濱海灘涂研究區(qū),密度對土壤pH并無顯著影響。隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),低、中密度檉柳林土壤的pH表現(xiàn)出由根部向株間空地逐漸增加,但無顯著差異(P>0.05)。檉柳根部pH較低可能與根部微生物呼吸作用產(chǎn)生CO2、根系分泌有機(jī)酸等有關(guān)[8,12],這與李從娟等[8]對荒漠灌木梭梭研究發(fā)現(xiàn)梭梭主根中心形成了一種高養(yǎng)分、低鹽和低pH值的研究結(jié)果一致。從富集率來看(表2),低、中密度檉柳林土壤pH富集率更低,但差異不顯著(P>0.05)。

3.2 不同密度檉柳林的土壤“肥島”效應(yīng)

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是植物進(jìn)行生命活動的基本保證[25—26]。董聿森等[5]研究發(fā)現(xiàn),林分密度對黃河三角洲萊州灣檉柳林的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀、速效磷影響顯著,并提出中密度可以提高土壤肥力,這與本文研究表明的隨林分密度增大,檉柳林土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)為先增加后減小的結(jié)論一致,說明林分密度可以顯著影響土壤養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分在中密度最高,主要是因為隨著林分密度的增大,凋落物增加,同時較多的檉柳根系降低了土壤的緊實程度,土壤孔隙度增大,微生物運動活躍,土壤養(yǎng)分開始表現(xiàn)出增加的趨勢[27]。但林分郁閉增加到一定值時,檉柳獲取的光照資源減少,種間競爭激烈,凋落物分解速率和養(yǎng)分歸還量下降,檉柳生長空間有限,導(dǎo)致檉柳生長受到一定限制,這時土壤養(yǎng)分隨著林分密度增加而降低,所以中密度檉柳林土壤養(yǎng)分含量高于高密度。隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤速效氮、速效磷含量表現(xiàn)為逐漸減小,即土壤養(yǎng)分含量由冠外向冠內(nèi)匯集,這與干旱區(qū)河岸-荒漠過渡帶梭梭(Haloxylonammodendron)與胡楊(Populuseuphratica)冠下“肥島”效應(yīng)[28]、南疆綠洲-荒漠過渡帶胡楊“肥島”的養(yǎng)分特征[29]研究結(jié)果一致。而低密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分含量差異不顯著(P>0.05),表明中、高密度檉柳林出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),而低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)。低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),主要是因為低密度檉柳林地表植被覆蓋度低,冠幅較小(表1),使空氣中的大氣沉降顆粒、土壤表層風(fēng)蝕物質(zhì)和枯枝落葉等不易富集在冠下,所以導(dǎo)致其產(chǎn)生的養(yǎng)分在不易土壤中聚集[30—31]；同時受海風(fēng)吹蝕等影響,易將枯落物等吹散,使土壤養(yǎng)分不易在冠下聚集[32]。

中、高密度檉柳林養(yǎng)分富集率大于1(表2),表明中、高密度檉柳林對土壤養(yǎng)分具有富集作用,且中密度檉柳林養(yǎng)分富集率均大于高密度,說明中密度的“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于高密度,即中密度檉柳林富集土壤養(yǎng)分的能力最高。不同密度檉柳林土壤養(yǎng)分富集率差異的原因可能與檉柳所處的分布位置、土壤環(huán)境、檉柳形態(tài)特征以及冠下有無低矮植物、生物量的空間格局等有關(guān)[11,33—35]。中密度檉柳林生長較好,檉柳基徑和冠幅生長最大(表1),具有適宜的多枝半球狀冠幅,能使枯枝落葉等富集在冠下,易導(dǎo)致養(yǎng)分在土壤中聚集較高[31]；其次,土壤微生物數(shù)量、酶活性和土壤養(yǎng)分關(guān)系密切,中密度林分條件下,林下植被物種多樣性較高[36—37],土壤變得疏松透氣,有利于土壤中微生物和其他動物的活動,進(jìn)一步促進(jìn)“肥島”的發(fā)育[21],所以中密度檉柳林“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于高密度。不同密度檉柳林植株周邊不同位置對土壤養(yǎng)分具有富集作用(表2),其中土壤養(yǎng)分富集率表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣,說明檉柳根部“肥島”效應(yīng)最強(qiáng),冠幅中心次之,冠幅邊緣最差,這與黑河中游荒漠綠洲人工梭梭土壤養(yǎng)分特征[38]、北疆荒漠植被梭梭立地土壤養(yǎng)分“肥島”特征[30]的研究結(jié)果一致。主要是因為隨著到距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),其根系生物量逐漸減少[39],植物的吸收累積作用減弱,所以富集率逐漸減小。

4 結(jié)論

林分密度可顯著影響檉柳林土壤鹽分及養(yǎng)分含量。隨林分密度增大,檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著降低,土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)碳含量表現(xiàn)出先增大后減小。隨距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率逐漸增加,即中密度、高密度檉柳林出現(xiàn)“鹽谷”效應(yīng),低密度檉柳林未出現(xiàn)“鹽谷”效應(yīng)。不同密度檉柳林降鹽作用表現(xiàn)為中、高密度較好,低密度較差。在中、高密度檉柳林,檉柳植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分存在顯著差異(P<0.05),低密度差異不顯著(P>0.05),即中密度、高密度檉柳林出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)。中密度檉柳林在土壤養(yǎng)分含量、富集率方面高于高密度,具有更強(qiáng)的“肥島”和“鹽谷”效應(yīng)。

中密度檉柳林具有較好的提高土壤肥力作用,高密度次之,而低密度較差,不同密度檉柳林的降鹽作用表現(xiàn)為中、高密度較好,低密度較差。從改善土壤養(yǎng)分和降鹽抑堿的角度,建議黃河三角洲濱海灘涂檉柳合理的初植密度為4100 株/hm2。