石羊河下游鹽堿化林地土壤理化特征及其對植被生物多樣性的影響

摘要以石羊河下游鹽堿化林地為研究對象，按照輕度、中度、重度3個標準，采用樣地法調(diào)查鹽堿地鹽分含量、組成及其植被物種多樣性。結(jié)果表明：（1）石羊河下游鹽堿化林地土壤鹽分中Cl-、SO42-兩個離子的含量最高，占比較大。Y1、Y3兩樣地Cl-離子含量高于SO42-離子，其他樣地SO42-離子含量高于Cl-離子，土壤類型總體屬于硫酸鹽—氯化物型和氯化物—硫酸鹽型。（2）石羊河下游鹽堿化林地土壤鹽分主要集聚在表層0～50 cm范圍內(nèi)，50 cm以下土壤鹽分值相對較小，變化穩(wěn)定。（3）土壤鹽分、水分與土壤質(zhì)地有密切關(guān)系，壤土和沙壤地的土壤含水量相對較高，土壤鹽分相對較低，更有利于植被生長和恢復；植被覆蓋度與土壤水分存在正相關(guān)性，覆蓋度越大土壤水分越大。（4）鹽堿化林地的物種組成、數(shù)量與土壤含鹽量、土壤水分、土壤類型、氣候干旱緊密相關(guān)，土壤鹽分和水分對物種組成和數(shù)量呈正相關(guān)性，土壤鹽分越低、水分越高，物種數(shù)量就越大，土壤封凍至次年3月土壤表層鹽分濃度相對較低。鹽堿地植被恢復應在土壤封凍前造林，整地挖穴深度≥50 cm，次年4—6月人工補水淋洗土壤表層鹽分，可提高造林成活率，促進植被恢復。

關(guān)鍵詞石羊河下游；鹽堿地；土壤理化特征；物種多樣性

中圖分類號：S714.2文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.016

Soil Physical and Chemical Characteristics of Salinealkali Forest Land and Its Effects on Vegetation Biodiversity in the Lower Reaches of Shiyang River

Liu Yonggang Xu Li Wang Julian Jiang Junji Li Ying Liu Shiquan

（1. Shiyanghe Forestry General Farm，Wuwei City，Wuwe 733399，China;2. Gansu Minqin Sand Control Comprehensive Experimental Station，Wuwei 733399，China）

AbstractTaking the salinealkali land in the lower reaches of Shiyang River as the research object，according to the three criteria of mild，moderate and severe，the salt content，composition and vegetation species diversity of salinealkali land were investigated by plot method. The results showed as the following four aspects.（1）The contents of Cl- ions and SO42- ions in the soil salt of the salinized forest land in the lower reaches of Shiyang River were the highest，accounting for a large proportion. The content of Cl- ions in Y1 and Y3 plots was higher than that of SO42- ions，and the content of SO42- ions in other plots was higher than that of Cl- ions. The soil types generally belonged to sulfate chloride type and chloride sulfate type.（2）The soil salinity of salinealkali forest land in the lower reaches of Shiyang River was mainly concentrated in the range of 0 – 50 cm in the surface layer，and the soil salt score below 50 cm was relatively small and stable.（3）Soil salinity and moisture were closely related to soil texture. The soil water content of loam and sandy loam was relatively high，and the soil salinity was relatively low，which was more conducive to vegetation growth and recovery. There was a positive correlation between vegetation coverage and soil moisture，and the greater the coverage，the greater the soil moisture.（4）The species composition and quantity of salinealkali forest land were closely related to soil salinity，soil moisture，soil type and climate drought. Soil salinity and moisture were positively correlated with species composition and quantity. The lower the soil salinity and the higher the moisture，the greater the quantity. The soil surface salt concentration was relatively low from soil freezing to March of the next year. Vegetation restoration in salinealkali land should be planted before soil freezing，and the depth of soil preparation and excavation should be ≥ 50 cm. In the next year，artificial water replenishment leaching of the soil surface salt should be carried out from April to June，which can improve the survival rate of afforestation and promote vegetation restoration.

Key wordsthe lower reaches of Shiyang River;salinealkali land;soil physical and chemical characteristics;species diversity

土壤鹽堿化已是世界性問題。近年來，鹽堿地的開發(fā)利用已經(jīng)成為推進中國綠色發(fā)展的重要內(nèi)容，對國家生態(tài)安全及高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義[1]。黨中央高度重視鹽堿地綜合治理利用，經(jīng)過幾十年的改造，效果明顯，但我國鹽堿地面積大，部分地區(qū)鹽堿化趨勢加劇，特別是三北地區(qū)，“大量鹽堿地上植被稀疏，防風固沙能力差，如不加快治理，將增加荒漠化風險，治理鹽堿地的生態(tài)意義很大”[2]。土壤鹽分含量直接決定土壤鹽堿化發(fā)生的程度和地被植物組成和生長，掌握鹽堿化林地土壤水鹽的分異特征及植物群落生物多樣性，對鹽堿化林地資源開發(fā)利用，開展人工建植植被恢復生態(tài)環(huán)境，增加物種多樣性具有重要意義。

長期以來，大量的學者對石羊河下游鹽堿地的水鹽分異特征和物種多樣性進行了大量的研究，王俊年等[3]認為退耕地年限越長，土壤鹽分的含量集聚表層就越高、越明顯。顧夢鶴等[4]認為，民勤湖區(qū)土壤鹽分以硫酸鹽為主，其次為氯化鹽，鹽生植物隨著生長時間的增加對土壤鹽漬化影響顯著，梭梭（ Haloxylon ammodendron）對鹽堿地的脫鹽作用高于檉柳（Tamarix ramosissima）等其他植物。陳麗娟等[5]認為，民勤綠洲土壤鹽漬化的主要原因是干旱氣候、高礦化度地下水以及不合理水資源利用方式所致。李會亞等[6] 認為，民勤綠洲灌區(qū)表層土壤總體偏堿性，土壤以 Na+和SO42-為主，土壤全鹽量低值區(qū)集中在灌區(qū)西南部和北部中心地區(qū)，高值區(qū)主要分布于灌區(qū)中部、北部偏東和偏西的一些區(qū)域。韓福貴等[7] 對石羊河中下游不同生境檉柳群落物種多樣性及土壤水鹽進行了研究，認為丘間低地檉柳群落的生物多樣性值最大，灌木種類最多，物種的多樣性與土壤水分表現(xiàn)出非顯著正相關(guān)關(guān)系。張雪妮等[8] 對水鹽變化條件下荒漠植物多樣性研究，認為高水鹽環(huán)境荒漠植物功能多樣性和物種多樣性高于低水鹽環(huán)境，干旱脅迫是導致低水鹽環(huán)境物種多樣性降低的主要原因。目前，關(guān)于石羊河下游鹽堿化林地生物多樣性研究較少，不同程度鹽堿化林地物種組成及土壤理化性質(zhì)尚不知。因此，本研究通過調(diào)查鹽堿化林地物種組成和土壤理化性質(zhì)，掌握鹽堿化林地植被組成狀況，為進行鹽堿化林地植被恢復和管理，維護荒漠植物多樣性提供理論依據(jù)。

1調(diào)查區(qū)概況

試驗地選擇在石羊河林業(yè)總場及民勤縣境內(nèi)土壤表層鹽漬化區(qū)別較為明顯的小西溝下房子、蘇武山，中六壩灘，西大壩灘，東鎮(zhèn)東呂灘等林區(qū)（表1）。

試驗區(qū)均屬于典型溫帶大陸性荒漠氣候，年均氣溫7.6 ℃，極端最高氣溫40.0 ℃， 極端最低氣溫-30.8 ℃，≥１０ ℃積溫為3 248.8 ℃。年日照時數(shù)2 832.1 h，多年平均降水量113.2 mm，主要集中在7—9月，年平均蒸發(fā)量2 640.3 mm，是降水量 的23.6倍；干燥度5.1，空氣相對濕度47%；年平均風速2.5 m·s-1，最大風速23.0 m·s-1；區(qū)域以旱生灌木、半灌木和1年生草本為主，主要優(yōu)勢植物為檉柳、梭梭、紅砂（Reaumuria soongorica）、白刺（Nitraria tangutorum）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、鹽爪爪（kalidium foliatum）、蘆葦（Phragmites australis），豬毛菜（Salsola collina）等，參考《土壤農(nóng)化分析》和《土地工作手冊》中對土壤鹽漬化的分級標準（表2），將鹽漬化林地分為輕度、中度、重度3種立地類型。

2調(diào)查方法

2022年6—10月對石羊河下游鹽堿化林地植被和土壤進行調(diào)查與采樣工作，共布設(shè)9個采樣點，每個采樣點布設(shè)1個50 m×50 m的調(diào)查樣地，分別編號為Y1～Y8。每樣地按對角線設(shè)置3個10 m×10 m 的樣方，記錄樣方內(nèi)物種數(shù)、個體數(shù)、密度和株高等指標，同時在樣方裸地處采集0～10、＞10～20、＞20～40、＞40～60和＞60～80 cm土層土壤樣品。采樣時先去除表層枯枝落葉，然后開挖剖面進行采樣，剔除樣品中明顯的植物根段和枯落物等雜物，將3個樣方內(nèi)相同土層土樣混合作為一個樣品，其中一部分土樣裝入容重盒測定土壤含水量，其余樣品裝入采樣袋進行土壤理化指標的測定。土壤采樣避免降雨和灌溉對土壤含水量和電導率的影響。降雨后待土壤完全干燥后再進行采樣。

土壤容重采用環(huán)刀法測定。土壤水分采用烘干稱質(zhì)量法測定。配置水土比為5∶1的土壤浸提溶液，用 DDS-308A 型電導率儀測定土壤浸提溶液電導率（EC）。采用滴定法測定全鹽量，每個深度重復測定3次取平均值，具體測定的指標為：Ca2+，Mg²⁺，K⁺，Na⁺，CO^2-，HCO^-，Cl^-，SO^2-。土壤全鹽為八大鹽分離子含量之和。

選取 Margalef豐富度指數(shù)、Simpson物種多樣性指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)衡量植物群落物種多樣性特征。計算公式如下：

Margalef豐富度（Dma）：Dma＝（S-1）/lnN（1）

ShannonWiener指數(shù)（H）：H=－∑PlnP（2）

Simpson指數(shù)（D）：D=1－∑（Pi）2（3）

Pielou均勻度指數(shù)（J）：J=（∑PlnP）/lnS（4）

式中：Ｓ 為樣方中物種總數(shù)；P＝N／N，第i個物種的相對多度；N為樣方中第i個物種的個體數(shù)；N為樣方中記錄的個體總數(shù)。

采用

Excel 2003處理數(shù)據(jù)并繪圖，使用IBM SPSS Statistics 21軟件進行方差分析和多重比較，使用Duncan法多重比較檢驗效應異同，P<0.05異效，否則同效。

3結(jié)果與分析

3.1鹽堿化林地土壤剖面水鹽特征

由表3可知，土壤鹽分組成含量，各樣地Cl^-，SO^2-兩個離子的含量最大，屬于硫酸鹽—氯化物型和氯化物—硫酸鹽型土，陽離子中Ca²⁺、K⁺兩個離子相對較高。結(jié)合民勤氣候特征分析：民勤氣候干燥，年降雨量110 mm左右，降雨稀少，年均蒸發(fā)量2 640.3 mm，氣候溫差較大，土壤形成過程中釋放的可溶性養(yǎng)分得不到降雨的淋洗下滲，在強烈的蒸發(fā)作用下，土壤鹽分只能集聚在土壤表層形成鹽漬，隨著氣候的變暖，越干燥土壤積鹽越大，這一點與陳麗娟等[5]觀點相一致。石羊河下

游3月地溫開始升高，大風天氣增多，土壤蒸發(fā)逐漸增強，而雨季主要集中在7—9月，降水淋洗作用在這一時期較弱，土壤鹽分聚集迅速。進入7月，隨雨季來臨，在降雨條件下土壤鹽分被淋洗向下運移，地表開始脫鹽。進入冬季，一般在12月至次年3月，蒸發(fā)相對減弱，土壤封凍，土壤表層鹽分濃度相對較低。生產(chǎn)中建議在土壤封凍前進行營造林植被恢復，春季4—6月進行人工補水淋洗地表土壤鹽分，降低土壤鹽分濃度，可提高造林成活率。

圖1可知，各樣地隨著土層深度增加，土壤全鹽量呈現(xiàn)降低趨勢，0～50 cm土層Y1～Y3樣地鹽分值較高，為2.95%～8.29%，變化較大，且最大值在土壤表層0～10 cm，說明重度鹽堿地的鹽分主要聚集在土壤表層。Y4～Y8的鹽分值相對穩(wěn)定，Y9的變化波動大（0.87%～3.05%），最大值（3.05%）在10～20 cm土層，可能與樣地所處的地理位置有關(guān)。Y9樣地降雨量相對多于其他樣地，鹽分隨降雨淋洗下滲集聚在10～20 cm范圍內(nèi)；50～80 cm范圍各樣地土壤鹽分值波動較小。

整體土壤水分隨土層深度增加呈現(xiàn)增加趨勢，Y1、Y3兩個樣地土壤黏性大，多因自然降水淋溶至中間層后受到抑制，出現(xiàn)其土壤水分兩頭低中間高的特征，這一點與柳菲等[9] 研究結(jié)果一致。土壤水、鹽含量與土壤質(zhì)地有很大關(guān)系，Y4、Y5樣地土壤為黏性土壤，整體含水量相對較高，土壤鹽分主要集聚在0～50 cm，多因氣候干旱，降水少而蒸發(fā)強烈，土壤鹽分隨水分蒸發(fā)，在土壤毛管的作用下，將土壤鹽分積聚在土壤表層，導致土壤含鹽量高，因此，在造林植被恢復過程中，整地挖穴的深度＞50 cm，避免表層鹽分影響造林成活。 Y7、Y8、Y9樣地的土壤表層為壤土或黏土，下層多為沙壤土和壤土，在降雨后水分容易下滲，水分分配較好，在氣候干旱時，土壤水分不易從土壤空隙上升至表層，減弱鹽分在表層的集聚，因此，土壤表層鹽分值相對較低，土壤水分值相對較大，更有利于林地植被的恢復。

3.2不同程度鹽堿化林地對植被物種多樣性的影響由圖2可見，不同程度鹽堿化林地植被物種多樣性指數(shù)不同，不同樣地Simpson指數(shù)無差異性，Y7、Y9樣地Simpson指數(shù)值相對高于Y1、Y5、Y6的；各樣地ShannonWiener指數(shù)、Pielou指數(shù)、Margalef指數(shù)存在差異性，Y9的ShannonWiener指數(shù)值（1.265 5）最高，Y1的ShannonWiener指數(shù)值（0.23）最低，且Y7、Y9的值高于其他樣地；Y4、Y9的Pielou指數(shù)值相對較高，明顯高于Y1、Y3；Y7的Margalef指數(shù)值（1.239）最高，顯著高于Y1、Y4、Y5、Y6、Y8；相對而言，隨著含鹽量減小，物種多樣性指數(shù)值有增大的趨勢，土壤含鹽量并非決定性因素，Y4的土壤含水量高于其他樣地，其Pielou指數(shù)值高于Y～Y3，說明荒漠物種多樣性與土壤含鹽量、土壤水分、土壤類型、氣候干旱緊密相關(guān)，并非單因素影響，相關(guān)研究[8]也證明了這一點。

3.3不同程度鹽堿化林地對植被蓋度的影響由圖3可知，不同程度鹽堿化林地間植被覆蓋度存在差異性，Y9的植被覆蓋度（67.7）最大，顯著高于其他樣地，Y3、Y7的植被覆蓋度（32.1%、30.3%）顯著高于Y1、Y2、Y6的，而Y3、Y7、Y9表層土壤水分最小值≥9.23%，相對較高，Y1、Y2、Y6三樣地植被覆蓋度最大值≤8.67%，表層土壤水分最大值為6.13%，相對較低，說明植被覆蓋度對土壤水分有相關(guān)性，植被覆蓋度越大，地表層覆蓋面積和植物凋落物越多，能夠阻礙土壤水分的蒸發(fā)，減少土壤鹽分向土壤表層聚集。同時，土壤質(zhì)地對土壤水鹽存在影響，Y3、Y7、Y9土壤質(zhì)地為壤土或沙壤土，壤土保水性好，沙壤土自然降水后，水分下滲分配較好，對植物的生長均有利。相反，好的土壤水分更有利于植物生長，促其冠幅形成，二者相輔相成。

3.4不同程度鹽堿化林地對植被組成的影響

由表4可知，不同程度的鹽堿化林地隨著土壤鹽分含量降低，植被物種組成和數(shù)量呈現(xiàn)增長趨勢，物種由簡單的灌草型向喬灌草型演變，Y7、Y8、Y9三樣地物種種類明顯有所增加，尤為明顯的是出現(xiàn)了沙生針茅、砂藍刺頭、蒲公英，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計共有18種，其中鹽爪爪出現(xiàn)的次數(shù)（8次）最多，其次為紅砂和白刺（7次），輕度鹽堿地物種組成數(shù)最多，達21種，土壤鹽分和水分對物種的組成有正相關(guān)性，并非絕對，比如Y4的土壤水分明顯高于Y3，但物種數(shù)明顯少于Y3。

4討論與結(jié)論

4.1討論

石羊河下游地處民勤境內(nèi)，氣候干旱，光照強，日照時間長，降水稀少，水資源補給嚴重不足是最大特征。（1）地表水補給嚴重不足。主要通過外來人工調(diào)水和石羊河少量的尾流，補給水量僅能滿足部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，在氣候變暖的大環(huán)境下，土地的鹽堿化加速，同時上游來水過程中，隨水流運動沖洗的一些鹽離子流向下游，導致民勤境內(nèi)成為石羊河流域的最終積鹽場。（2）地下水開采過量。2007年民勤縣實施國務院石羊河流域綜合治理規(guī)劃，采取關(guān)閉機井和壓減耕地的措施節(jié)約用水。但總體水量短缺，地下水仍然是水資源利用的主要渠道。大量抽取地下水，導致地下水水位下降，礦化度逐年升高，鹽分隨地下水抽取集聚在土壤表層。（3）植被覆蓋度降低，增加地面的蒸發(fā)量。近年來，政府倡導膜下滴管和休耕輪作的措施節(jié)水，滴管和休耕使地表水分更加短缺、草本數(shù)量減少、裸露土地增多，氣候干旱蒸發(fā)越強烈，致使土壤鹽分隨水分蒸發(fā)集聚地表越快，次生鹽漬化加劇。（4）年均降水量少，3月土壤解凍，氣溫升高，地面蒸發(fā)隨之加大，而主要降水在7—9月，這一時期降水淋洗的作用較弱，進入集中雨季，年均僅110 mm降雨量對土壤表層鹽分的淋洗遠不足干旱蒸發(fā)集聚，因此土壤鹽分逐年增加。

4.2結(jié)論

石羊河下游鹽堿化林地的土壤鹽分中Cl-、SO42-兩個離子的含量最高，占比較大。Y1、Y3兩樣地Cl-離子含量高于SO42-離子，其他樣地為SO42-離子含量高于Cl-離子，總體土壤類型屬于硫酸鹽—氯化物型和氯化物—硫酸鹽型。

石羊河下游鹽堿化林地土壤鹽分主要集聚在表層0～50 cm范圍內(nèi)，50 cm以下土壤鹽分值相對較小，變化穩(wěn)定。建議在營造林植被恢復過程中整地挖穴深度≥50 cm。

土壤鹽分和水分與土壤質(zhì)地有關(guān)系，壤土和沙壤地的土壤含水量相對較高，土壤鹽分相對較低，更有利于植被生長和恢復，植被覆蓋度與土壤水分存在正相關(guān)性，覆蓋度越大土壤水分越大。

鹽堿化林地的物種組成、數(shù)量與土壤含鹽量、土壤水分、土壤類型、氣候緊密相關(guān)，土壤鹽分和水分對物種組成和數(shù)量呈正相關(guān)性，土壤鹽分越低、水分越高，物種組成越豐富，數(shù)量越大。

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