塔里木河流域荒漠河岸林土壤理化性质1)

李荔 周正立 吕瑞恒 梁继业

(新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室(塔里木大学)，阿拉尔，843300)

责任编辑:王广建。

塔里木河是中国流域面积最大的内流河，亦是南疆绿洲主要分布区。近年来，由于对塔里木河流域地下水及河水的过度开发利用，使流域内生态环境发生显著变化［1-2］。加之过度垦荒，胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix chinensis)等天然植被破坏严重，土壤沙化、次生盐碱化等问题日益严重。因此，干旱区内流河的生态保育与可持续发展已成为当前社会各界关注的重要话题。

在生态系统中，土壤与植被相互依存、相互制约［3-4］。在土壤—植被—大气这个连续系统中，土壤是至关重要的组成部分［5］。而土壤理化性质不仅是反映土壤肥力的重要指标，也是环境检测的重要因子［6］。因土壤是自然连续的非匀质体，即使在土壤质地相同的区域内，同一时刻土壤理化性质在不同空间位置上也具有明显差异，这种属性称为土壤特性的空间变异性［7］。不同土壤理化性质会造成土壤水、气、热的差异，从而影响土壤中矿物养分的供应状况。研究土壤理化性质差异性，可了解土壤形成过程、结构和功能，对土壤与植物关系、植被空间格局以及土壤侵蚀、土地利用变化、生态过程等研究有借鉴作用［8-9］。

综上所述，土壤理化性质的空间分异是影响森林植被生长发育的关键因素，是决定土壤肥力与土壤性质的重要指标［10-11］。因此，以塔里木河流域上、中、下游典型荒漠河岸林为研究对象，分析3 个区域土壤理化性质的空间变异特征，以期为塔里木河流域生态环境恢复、重建提供基础数据。

1 研究区概况

塔里木河流域是环塔里木盆地的阿克苏河、和田河、叶尔羌河等九大水系的总称，流域面积为1.02×106km2。塔里木河干流从阿克苏河、和田河、叶尔羌河三河汇合口(肖夹克)至台特玛湖全长1 321 km，属平原型河流。干流区干旱少雨，蒸发强烈，具有明显的大陆性气候特征，年降水一般在50 mm 以下，蒸发量达2 300～3 000 mm;光照丰富，年日照时间为2 800～3 100 h;无霜期185～210 d，年平均气温10～11 ℃，大于10 ℃积温达4 000～4 350 ℃［12］。主要土壤类型为盐化草甸土、胡杨林土、盐土、绿洲潮土、风沙土和沼泽土等。植被类型属暖温带稀疏灌木、半灌木荒漠地带，主要建群种有胡杨(Populus euphratica)、铃 档 刺(Halimodendron halodendron)、沙 枣(Elaeagnus angustifolia)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、盐穗木(Halostachys caspica)、花花柴(Karelinia caspia)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、罗布麻(Apocynum venetum)、芦苇(Phragmaites australis)和柽柳属(Tamarix chinensis)植物等［13］。

2 研究方法

2.1 样地布设及采样

在塔里木河上游(阿瓦提)、中游(轮台县)、下游(34 团)沿垂直河道方向，选取面积较大、人为干扰较小、具有代表性的林地，设置10 个30 m×30 m的样地(见表1)。

表1 样地分布

每个样地设置4 个15 m×15 m 的样方，调查林分结构、记录(DBH≥2.5 cm)乔木树种的胸径、树高、冠幅等指标;每个样方内设置5 块5 m×5 m 和1 m×1 m 的小样方，分别记录灌木层和草本层的种类、数量、株高、地径、盖度、多度等指标，植物多样性分别采用Shannon-Wiener 指数(H)、Simpson 指数(S)、Pielou 指数(E)度量(见表2)。并记录每个样地的海拔高度、经纬度及地下水位数据。在每个样地分别挖掘3 个100 cm 的土壤剖面，分为0～20、＞20～40、＞40～60、＞60～80、＞80～100 cm 土层，在每层中部取环刀样和铝盒样，分别测定土壤密度和含水率;同时在每层土壤剖面的中部自下而上进行鲜土取样，共采集150 个土壤样品。取样过程中去除石砾及植物根系，土壤样品经风干后，碾碎并过1.00、0.25 mm 口径筛，备用测定土壤理化性质。

2.2 项目测定

土壤密度采用环刀法，土壤含水率采用烘干法，全盐量采用电导率法测定，pH 值采用电位法，有机质采用重铬酸钾外加热法，全氮用浓硫酸消煮—凯氏定氮法，全磷用HClO4—H2SO4法，全钾用NaOH溶融—火焰光度计法，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法，速效钾用乙酸铵浸提—火焰光度计法［14］。

2.3 数据分析

运用Shannon-Wiener 多样性指数(H)、Simpson优势度指数(S)、Pielou 均匀度指数(E)来计算不地区荒漠河岸林多样性。各指数公式如下［15-16］:

式中:s 为各群落的物种数目;Ni为群落中某一层次第i 个物种的重要值;N 为该层次所有物种重要值之和，将群落各层次多样性指数加和得到群落物种总体多样性指数。

统计分析采用SPSS 20.0;单因素方差分析检验不同地区荒漠河岸林土壤含水率、土壤密度、全盐量、有机质、氮、磷、钾、碱解氮、速效磷、速效钾各样方平均值的差异;采用相关分析法分析河岸林10 种土壤理化性质指标的相关性;采用Excel 2010 计算平均值及标准误差等。

表2 不同地区荒漠河岸林群落特征

3 结果与分析

3.1 不同地区土壤物理性质差异

塔里木河荒漠河岸林土壤水分在时空分布上存在明显差异。近年来除自然原因，人类活动对土壤水分的空间变异影响越来越大。土壤水分是影响土壤性状的重要因素，也是干旱地区生态过程的主要驱动因子［17］。由表3可知，上、中、下游3 个地区荒漠河岸林土壤密度、毛管孔隙度、含水率均差异显著(P＜0.05)。中游地区各样点土壤平均密度为1.421～1.523 g·cm-2且毛管孔隙度最低，这是由于洪水满溢对河岸林土壤结构影响，形成较为黏重的土质。上游与中游土壤含水率较高，下游最低且含水率低于6.069%，极干旱。土壤最大持水量在全流域波动变化，上游整体高于中下游地区。毛管孔隙度与毛管持水量最大值也出现在上游(分别为50.062%、40.269%)，而中游地区毛管孔隙度和毛管持水量相对偏低，表明中游地区由于洪水满溢，形成较为黏重的土层。

水分条件影响土壤理化性质重要因素，而土壤密度、含水率、毛管孔隙度是影响土壤的通气、透水的主要因子，进而影响了该地区植被尤其胡杨更新苗的生长。

表3 不同地区土壤物理性质

3.1.1 不同地区土壤含水率垂直变化规律

由表4可知，塔里木河上、中、下游土壤含水率存在着明显差异，但又表现出明显的规律性。土壤含水率随深度波动变化，不同地区同一土层含水率差异显著(P＜0.05)。上游地区土壤含水率为13.43%～17.13%，＞20～40 cm 土层含水率最高;中游地区含水率差异不大，在＞40～60 cm 土层出现最大值;下游地区在0～60 cm 变化不大，＞60～80 含水率最高。0～20、＞40～60、＞80～100 cm 含水率变化规律是:中游＞上游＞下游;＞20～40、＞60～80 cm 含水率变化规律是:从上游到下游依次递减。

表4 不同地区土壤含水率垂直变化 %

3.1.2 不同地区土壤密度垂直变化规律

土壤密度与土壤质地、压实程度、土壤颗粒密度、土壤有机质质量分数等密切相关。由表5可知，3 个地区同一土层土壤密度差异显著(P＜0.05)。各土层土壤密度为1.17～1.48 g/cm3;0～20 cm 土层土壤密度为:中游＞上游＞下游;＞20～40、＞80～100 cm土层土壤密度为:中游＞下游＞上游;＞40～60 cm 土层土壤密度从上游到下游逐渐降低;而＞60～80 cm土层土壤密度从上游到下游逐渐增加。说明上、中游地区土壤保水性较好，这与塔里木河流域的土壤类型特征及水文特征有明显关系［18］。因此，合理调控塔里木河水量，增加下游生态用水，是下游河岸林正常生长繁殖的重要保障。

表5 不同地区土壤密度垂直变化 g·cm-3

3.2 不同地区土壤化学性质差异

土壤养分在空间和时间上呈异质性分布，并且相对复杂，而成土母质、地形、人类活动等对土壤养分的空间变异均有相应影响。由表6可知，上、中、下游3 个地区河岸林土壤pH、全盐、有机质等10 个指标均有显著差异(P＜0.05)。土壤pH 值均呈碱性，且下游地区土壤碱性最大;全盐量基本是从上游向下游逐渐增加;有机质、全氮、全磷质量分数由上游向下游逐渐降低，全钾质量分数中游较低。各地区碱解氮、速效磷、速效钾质量分数变化与有机质的变化趋势一致，中游地区碱解氮、速效磷质量分数较高，下游速效钾质量分数最高。

土壤养分及水分条件不同程度的影响着植被群落的变化，在对里木河上游、中游及下游不同地区河岸林的调查表明，水分条件较好的上、中游地区活立木数量较多，各项生长指标也较下游稍高，特别是更新苗数量在上、中游地区明显高于下游。

表6 不同地区土壤化学性质

3.3 土壤理化性质相关性

由表7可知，土壤含水率与有机质、全磷及速效磷呈显著正相关;与pH 值、全钾、速效钾呈显著负相关。表明水分条件对塔里木河荒漠河岸林土壤化学性质变化有重要影响。全盐量与其他指标相关性不明显;有机质与全磷、速效磷呈显著正相关，与速效钾呈显著负相关;全氮与全磷呈显著正相关;全磷与速效钾、全钾与速效磷及碱解氮均呈显著负相关;速效养分与相对应的土壤养分呈显著正相关。pH与有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷呈负相关，表明土壤pH 值大小直接影响土壤有机质的分解速度，进而影响土壤养分的有效性。

表7 土壤理化性质相关性

4 结束语

塔里木河上、中、下游地区荒漠河岸林土壤10种理化性质均有显著差异。其水分状况表现为上游、中游地区均高于下游，与陈亚宁等［19］、赵振勇等［20］、高前兆等［21］研究的结论一致。水分条件影响了土壤化学性质，从而对植被生长起着重要作用。在干旱半干旱地区，水是影响植被及土壤养分循环的重要因子，而塔里木河水量变化直接影响上、中、下游荒漠河岸林的发展动态。但由于近年来塔里木河流域的垦荒种植，对塔里木河的水资源过度开发利用，使得下游乃至中游地区河岸林大面积消失，并对本地区生物多样性变化影响较大。因此，应通过对塔里木河干流的水量进行合理调控，满足荒漠河岸林生态需水，提高河岸林的生态效益。

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