青土湖间断性水淹干扰对白刺沙堆土壤特性与生物量的影响

张芝萍 安富博 赵艳丽 刘淑娟 郭春秀

摘要 以青土湖过渡带3个不同立地类型（常淹水中的白刺沙包、固定白刺沙包、半固定白刺沙包）的白刺灌丛沙包为研究对象，采用了空间代替时间的方法，测定了间断性水淹前后白刺群落土壤水分、土壤电导率、pH、白刺生物量等参数。结果表明，3种立地类型的白刺沙包土壤电导率和pH随着深度的变化而有不同的变化。常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的变化较为平稳;固定白刺沙包不同部位的土壤含水量在浅层（0～20cm）相差较大，在较深层变化较小;半固定样地的各个部位土壤含水量相差不大。白刺的生物量从大到小依次为距离水50 m、离水200 m、离水100 m、水中，这说明土壤水分对白刺沙包生长有重要的影响，距离水50 m为白刺生长最佳距离。

关键词 白刺;水淹;土壤含水量;生物量;青土湖

中图分类号 Q 948文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）01-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.01.022

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Intermittent Flooding Interference on Soil Properties and Biomass of Nitraria

ZHANG Zhi ping，AN Fu bo，ZHAO Yan li et al

（Gansu Key Laboratory of Desertification Combating，Gansu Desert Control Research Institute， Lanzhou，Gansu 730070）

Abstract The white thorn shrub sandbags of three different site types （white thorn sandbags， fixed nitraria sandbags， semi fixed nitraria sandbags） in the Qingtu Lake transition zone were used as research objects， and space was used instead of time.The parameters of soil moisture， soil conductivity， pH and nitraria biomass of nitraria community before and after intermittent flooding were determined.The results showed that the soil conductivity and pH of the three site types of white thorn sandbags had different changes with depth.The soil moisture content of different parts of the white thorn sandbags often flooded in water was relatively stable.The soil water content of different parts of the fixed nitraria sandbags was larger in the shallow layer （0-20cm） and smaller in the deeper layers.The soil moisture content of each part of the semi fixed plot was not much different.The biomass growth of nitraria was away from water 50 m> away from water 200 m> away from water 100 m> water， which indicated that soil moisture had an important influence on the growth of nitraria sandbags.The optimal distance of nitraria growth was 50 m away from water.

Key words Nitraria;Flooding;Soil water content;Biomass;Qingtu Lake

青土湖區域处于极度干旱地区，年平均降雨量在100 mm以下，生态系统恢复具有其特殊性。在极端干旱、贫瘠环境条件下生长发育的白刺灌丛沙堆，灌丛沙堆作为绿洲和沙漠之间一道重要的生态屏障，其最终的演化方向对于绿洲地区的生态环境稳定有着很大影响。2010—2013年数次向石羊河尾闾青土湖注入生态用水，该区域大片白刺灌丛沙堆被水淹。因此，系统地调查研究青土湖区域间断性水淹前后不同演化阶段个体白刺沙堆的特征，明确白刺沙堆在群落范围内的空间分布格局，同时探讨沙堆上其他植物的分布格局以及白刺沙堆促进生物多样性的基础作用和自身生存适应性特征;明确白刺群落的土壤分布特征，探讨白刺沙堆在群落生态系统中结构和功能的基础性地位有其必要性和特殊意义，同时为其他地区白刺资源的保护和利用提供参考，也能为正确评估青土湖生态输水的生态效益及该地区植被保育和生态环境恢复提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

青土湖地处甘肃省民勤县城东北70 km处，腾格里沙漠西缘，地理位置为39°05′N、103°31′E，土地面积大约40 km2，属于巴丹吉林沙漠东南缘，海拔为1 292～1 310 m。该区年平均气温为 7.8 ℃，>10 ℃的有效积温 3 289.1 ℃·d;年降水量 110 mm 左右，且降水多集中于7—9月，占全年降水总量的73%，蒸发量达 2 600 mm 以上;无霜期168 d，光照 3 181 h，太阳辐射630 kJ/cm2;全年盛行西北风，夏秋季盛行东风，年均风速4.1 m/s;属典型温带大陆性干旱荒漠气候。区域地形地貌主要是湖相沉积基质上分布3～10 m高的流动、半固定、固定沙丘与丘间低地相互交错分布的地貌类型。研究区主要以湖相沉积物的砂土及壤质砂土为主。植被类型为典型的荒漠植被，主要植被类型为白刺群落（Form.Nitraria tangutorum）和芦苇群落（Form.Phragmitesaustralis），白刺沙堆呈斑块状分布，面积相对较大，芦苇群落主要分布在地下水位较浅的区域。黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、盐爪爪（Kalidium foliatum）为主要伴生灌木。草本植物有刺沙蓬（Salsola ruthenica）、猪毛菜（Salsola collina）、驼蹄瓣（Zygophyllum fabago）、戟叶鹅绒藤（Cynanchum sibiricum）、沙蓬（Agriophyllumsquarrosum）、砂蓝刺头 （Echinops gmelinii）、砂引草（Messerschmidia sibirica）、碟果虫实（Corispermumpatelliforme）等。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置。

以空间代替时间序列的方法，按照白刺灌丛沙堆形态、植被生长状况、沙堆土壤状况，分别选择3种不同立地类型（常淹水中的白刺沙包、固定白刺沙包、半固定白刺沙包）的白刺沙包群落，每个立地类型选6个样地，在每个样地中设置30 m×30 m灌木样方，并在每个灌木样方内的中心和4个角处共设置5个1 m×1 m的草本植物调查样方，逐株调查样方内所有植物种的种类、株树（丛数）、盖度以及生物量;并在不同立地类型的白刺沙包取土样0～60cm（0～5、5～10、10～20、20～40、40～60 cm），测其土壤电导率、pH、土壤含水率等土壤性质。使用全球定位系统（GPS）对调查地点定位，并记录各样地的海拔、地貌及土壤类型等环境因子[1]。

1.2.2 测定方法。

土壤含水量采用烘干法，pH采用电位计法（水土比为5∶1），有机质采用重铬酸钾-外加热法，有效氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，有效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法;土壤样品利用马尔文激光粒度仪进行土壤粒度的测定。粒度分析的粒级是0.02～2 000.00 μm，粒度参数用Folk 和Word 的计算公式求出。土壤水分测定采用烘干法，容重采用环刀法。

1.3 数据处理与分析

对所得试验数据用 Excel记录，求取平均值，进行数据分类和绘图，应用 SPSS 18.0 统计分析软件进行观测数据的显著性检验和相关分析，采用 Excel 2013制图。

2 结果与分析

2.1 不同立地类型的白刺样地土壤电导率的变化

从图1可以看出，常淹在水中的白刺沙包，沙包下部的土壤电导率在10～20 cm达最大值;沙包上部的土壤电导率最大值出现在0～5 cm，而且随着土壤土层加深，电导率反而下降;沙包中部的土壤电导率在土层5～10 cm处达最小值，而在20～40 cm最大。由此可见，土壤电导率在土層深度小于40 cm时，土壤电导率沙包上部>沙包中部>沙包下部，而40～60 cm之后，沙包中部>沙包上部>沙包下部。固定样地沙包，沙包下部的电导率从土壤为0～5 cm直线下降到10～20 cm处后的变化较为平缓，沙包中部和沙包上部是沙包下部的电导率随着土壤深度的增加，一直处于降低趋势。半固定样地，土壤深度为0～5 cm时土壤电导率达最大值，当土壤深度>5 cm时，随着土壤深度加深土壤电导率反而降低。由此看来，电导率在不同立地类型的白刺沙包的不同部位随着土壤深度的变化而发生变化，并且与土壤含水率有密切关系[2-5]。

2.2 不同立地类型的白刺样地土壤pH的变化

从图2可看出，常淹在水中的白刺沙包，土壤深度为0～20 cm时，土壤的pH沙包下部<沙包中部<沙包上部;土壤深度在20～60 cm时，土壤的pH相反，沙包下部>沙包中部>沙包上部。固定样地沙包，土壤深度在0～5 cm时，土壤的pH沙包下部<沙包中部和沙包上部;当土壤深度在5～10、10～20、40～60 cm时，沙包下部>沙包上部>沙包中部;而当土壤深度为20～40 cm 时，土壤的pH沙包下部>沙包中部>沙包上部。半固定样地土壤的pH，当土壤深度为5～10 cm时土壤pH最高;40～60 cm的pH次之;土层深度为0～5和20～40 cm时土壤pH最小。所以，不同立地类型的白刺沙包的不同部位pH随着不同土壤深度的变化而变化，pH的变化可能与白刺沙包的土壤含水量的影响有关。

2.3 不同立地类型的白刺样地土壤含水量的变化

从图3可以看出，常淹在水中的白刺沙包不同土壤深度的土壤含水量，当土层深度为0～5和5～10 cm时，土壤含水量沙包下部>沙包中部>沙包上部;当土壤深度为10～20、20～40 cm时，沙包中部>沙包下部>沙包上部;当土壤深度为40～60 cm时，沙包中部>沙包上部>沙包下部。在固定样地中，土壤深度在0～5 cm时，沙包的土壤含水量沙包下部>沙包上部>沙包中部;当土壤深度为5～60 cm时，沙包下部>沙包中部>沙包上部，而且土壤深度在0～20 cm时，沙包下部的土壤含水量远大于沙包中部和沙包上部的，但是随着土层的增加，沙包中部、沙包上部和沙包下部之间土壤含水量的差距也在减小。在半固定样地，土壤含水量在土层深度为10～20 cm时最大，而在0～5 cm时土壤含水量最小。综上所述，常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的变化较为平稳;固定样地白刺沙包不同部位的土壤含水量在浅层（0～20 cm）相差较大，在较深层，不同部位的土壤含水量的变化较小;而半固定样地的土壤含水量相差不大。

2.4 距离湖面不同距离白刺生物量的变化

由图4可知，4种（水中、离水50 m、离水100 m、离水200 m）距离湖面的白刺包的生物量，距离水面50 m的白刺生物量最大，而且底部和顶部的白刺生物量的差距最小;距离水面200 m的次之，距离湖面100 m的白刺生物量小于距离湖面200 m的，而在水中生长的白刺生物量最小。由此可见，土壤水分对白刺生长有一定的影响，并且在距离水面50 m的地方白刺沙包的生长较好。

3 结论

（1）常淹在水中的白刺沙包不同部位和不同深度土壤电导率，沙包下部的土壤电导率在10～20 cm达最大值，而沙包上部的土壤电导率最大值出现在0～5 cm，而且随着土壤土层加深，电导率反而下降;固定样地和半固样地的沙包不同部位的土壤电导率随着土壤深度的增加而降低。

安徽农业科学 2020年

（2）常淹在水中的白刺沙包土壤深度为0～20 cm时，沙包不同部位的土壤pH与土壤深度在20～60 cm时相反;固定样地沙包不同土壤深度的pH，土壤深度在0～5 cm时，沙包不同部位的土壤的pH与5～10、10～20、40～60 cm时相反;半固定样地土壤的pH，5～10 cm时土壤pH最高，40～60 cm次之， 0～5和20～40 cm时最小。可能与不同土壤深度白刺沙包的土壤含水量的影响有关[6-9]。

（3）常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的变化较为平稳，而在固定白刺沙包不同部位的土壤含水量在浅层（0～20 cm）相差较大，而在较深层，不同部位的土壤含水量的变化较小;半固定样地的土壤含水量相差不大。

（4）而对于青土湖白刺的生物量研究表明在离水50 m的地方白刺沙包的生长较好[10-14]，而水中生长的白刺生物量最小，这说明水分对白刺生长有很大的影响，并且有最佳水分阈值[15-16]。

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