黄河口湿地不同植物群落土壤盐分与养分分布特征①

张天举，陈永金，刘加珍

黄河口湿地不同植物群落土壤盐分与养分分布特征①

张天举，陈永金*，刘加珍

(聊城大学环境与规划学院，山东聊城 252059)

为研究黄河口湿地不同植物群落下土壤盐分与养分含量的空间变化特征以及盐分与养分指标之间的关系，运用经典统计分析、Pearson相关分析、单因素方差分析等方法，开展了植物样地调查和土壤剖面采样分析。结果表明：①研究区土壤全盐(TS)、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4等盐分指标含量及有效磷(AP)、速效氮(AN)、全氮(TN)等养分含量在土壤表层(0 ~ 5 cm)最高，随着土壤深度的增加呈递减之势。②土壤属于重盐土类型(含盐量大于4.0 g/kg)，Cl–、Na+含量远高于其他离子，是导致土壤盐渍化的主要成分。3种植物群落土壤表层(0 ~ 5 cm)TS含量分异特征表现为柽柳群落>碱蓬群落>芦苇群落。钠吸附比分析表明，3种植物可能会在10 ~ 20 cm土层较早受到Na+的毒害。差异显著性检验结果表明，K+、Na+、HCO– 3含量在不同植物群落间差异性显著(<0.05)；除全磷(TP)外，其余土壤养分含量在相同土层不同植物群落之间或在不同土层相同植物群落之间均有显著性差异(<0.05)。③Pearson相关分析表明，3种植物群落的土壤盐分与养分指标之间相关性不显著，但TS与Na+(<0.05)、Cl–含量(<0.01) 均呈显著性相关。3种植物群落土壤养分均处于亏缺状态，土壤相对贫瘠。土壤N∶P均<14，植物受制于氮元素。控制或减少氯盐及钠盐的投入、增施有机肥和覆盖有机质含量高的物质是一条减轻黄河口湿地土壤盐渍化的合适途径。

黄河口湿地；植物群落；盐分；养分

土壤盐渍化是指土壤底层或地下水中的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程[1]。世界约有1/3的土壤发生盐渍化，而我国盐渍化土地面积达2.5×106hm2，严重影响了土地资源尤其是耕地资源的有效供给，威胁着我国的粮食安全[2-3]。因此，盐渍化问题已成为世界性广泛关注的热点。在尺度研究方面，研究者们多以区域性研究为主[4-9]；在治理方法上，大多是集中在物理、化学和工程等方面。近年来生物改良方法因其可持续性强、生态环境效益好深受学界欢迎，如碱蓬、柽柳和芦苇等以其较强的耐盐能力常被用作改良盐渍化土壤的优先物种[10-18]。

黄河三角洲河口湿地受气候条件、土壤母质、海水以及沉积环境的影响，导致盐渍化土壤在区域内广泛分布，已严重影响到当地农业的可持续发展和生态系统的安全[19-20]。因此，研究该区域盐渍化土壤的主导因子，对于更好地预防和治理土壤盐渍化具有十分重要的意义。本研究在前人研究的基础上，选择黄河口湿地3种典型植物群落(碱蓬、柽柳、芦苇)，通过分析其土壤盐分与养分的组成、含量变化及二者的关系，探讨不同植物群落下土壤盐分、养分的空间分布特征，进而揭示盐渍化土壤的主导盐分因子，以为黄河口湿地盐渍化土壤的源头治理改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黄河口湿地因受黄河尾闾摆动和河水、海水的双重影响，使其具有独特的特征，主要分布在我国山东省东营市境内，地面平坦，海拔较低(10 m以下)。处于温带季风性气候区，四季分明，光照充足，年平均气温11.7 ~ 12.6 ℃，无霜期211 d；年均降水量530 ~ 630 mm，且70% 分布在夏季，具有明显的季节性，从而导致地表径流和地下水补给量年内分配极不均匀；平均蒸散量为750 ~ 2 400 mm。该区域由于受水分、含盐量、水埋深、矿化度、距海远近、地貌类型及人类活动的影响，植物群落组成比较简单，主要以柽柳、碱蓬和芦苇等为主。

1.2 样品采集

依据样点选择的代表性、典型性等原则，根据黄河口湿地的地形、地貌特征，选择地势相对平坦、植物长势良好、分布相对均匀且具有该区一般特征的区域布设22个样点(图1，柽柳群落8个，碱蓬群落7个，芦苇群落7个)进行土壤样品采集，每个样点3次重复。采集0 ~ 5、5 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80 cm土层的土壤样品，共计396个。将采集后的土壤样品带回实验室自然风干以备后用。

图1 研究区示意图

1.3 样品处理

除去土壤样品中的枯枝、残叶等杂质，研碎过2 mm筛，使用蒸馏水制备1∶5土水质量比溶液，静置过滤得到浸提液，测定离子组成。其中，K+与Na+含量采用火焰分光光度法，Ca2+与Mg2+含量采用EDTA容重法，Cl–含量采用硝酸银滴定法，HCO– 3含量采用双指示剂滴定法，SO2– 4含量采用EDTA容量法，全盐(TS)含量采用离子加和法。pH、电导率(EC)则分别采用PHS-2C型数字式酸度计、DDSJ-308A电导率仪测定。土壤速效氮(AN)含量采用扩散吸收法，土壤有效磷(AP) 含量采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法，土壤全磷(TP) 含量采用高氯酸–硫酸消化法，土壤全氮(TN)采用凯氏定氮法[21]，土壤全钾(TK) 含量采用原子吸收分光光度计法，土壤速效钾(AK)采用乙酸铵浸提法[22]。

1.4 数据分析

采用Excel 2003、SPSS 22.0对数据进行处理，包括统计分析、相关分析、单因素方差分析等。利用SPSS 22.0统计软件对结果进行单因素方差分析，并利用LSD法检验单因素下各处理间差异的显著性(显著性水平设定为=0.05)，采用Pearson相关分析法分析各盐分指标之间以及盐分、养分之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 不同植物群落土壤盐分的分布特征及其相关关系

图2显示，除HCO– 3外，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4、TS等土壤盐分指标在碱蓬群落、柽柳群落表聚现象较明显，而各盐分指标在芦苇群落0 ~ 80 cm土层波动不大，这是因为芦苇群落地势较低，土壤长期处于湿润状态，使可溶性盐基离子在不同土层的分布相对均匀。在土壤表层(0 ~ 5 cm)，TS含量柽柳群落>碱蓬群落>芦苇群落。在阳离子中，Na+含量最高、K+含量最低；在阴离子中，Cl–含量最高，SO2– 4次之，HCO– 3最少。差异显著性检验结果表明，在0 ~ 80 cm的土层，K+含量，碱蓬群落显著高于芦苇群落(=7.52，<0.05)；Na+含量，柽柳群落、碱蓬群落显著高于芦苇群落(=9.19，<0.05)；HCO– 3含量，碱蓬群落、芦苇群落显著高于柽柳群落(=12.01，<0.05)；其余离子及TS含量在3种植物群落中的差异性不显著(>0.05)。Pearson相关分析结果表明 (表1)，在碱蓬群落中，TS与Cl–、SO2– 4含量呈极显著性相关(<0.01)，与K+、Na+、Mg2+含量呈显著性相关 (<0.05)；pH与Mg2+、HCO– 3含量呈显著性相关(<0.05)；EC与K+、Mg2+含量呈显著性相关(<0.05)，与Cl–、SO2– 4含量呈极显著性相关(<0.01)。在柽柳群落中，除HCO– 3外，TS与Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4含量呈极显著性相关(<0.01)，与K+、Na+含量呈显著性相关(<0.05)；pH与所有离子均未呈显著性相关；EC与离子的相关性和TS与离子的相关性一致。在芦苇群落中，TS与Cl–含量呈极显著性相关(<0.01)，与Na+含量呈显著性相关(<0.05)；pH与Mg2+含量呈显著性相关(<0.05)；EC与Cl–含量呈极显著性相关(<0.01)。

2.2 不同植物群落钠吸附比特征

钠吸附比(SAR)是指土壤溶液中Na+和Ca2+、Mg2+的相对含量，通常用于判断植物生长状况和土壤是否会发生碱化[23]。碱蓬群落、柽柳群落和芦苇群落的钠吸附比随着土壤深度的增加呈先升后降之势，最大值均出现在10 ~ 20 cm土层(表2)，分别为6.13、4.52、2.73，这可能是由于上层的Na+淋溶至下层而使下层的Na+含量增加、下层的Ca2+和Mg2+含量因植物根系选择性吸收而降低或者是由土壤酸碱平衡被打破导致的。当pH升高时，HCO– 3会转化成CO2– 3，而使Ca2+、Mg2+以沉淀的方式降低。

图2 3种植物群落中土壤盐分指标分布特征

表1 3种植物群落盐分指标与离子之间的相关性

注：**表示在<0.01水平相关性显著；*表示在<0.05水平相关性显著，下同。

表2 3种植物群落不同土层钠吸附比变化特征

2.3 不同植物群落土壤养分的丰缺性及其分布特征

按照全国第二次土壤普查分级标准(表3)[24]判断，碱蓬群落的AK变幅为129.75 ~ 372.25 mg/kg，属于中等至丰富状态；AP的变幅为0.50 ~ 2.58 mg/kg，属于极缺状态；AN的变幅为10.68 ~ 28.88 mg/kg，属于极缺状态；TN的变幅为0.24 ~ 0.55 g/kg，属于缺到极缺状态。柽柳群落的AK属于较缺至丰富状态，AP属于极缺状态，AN属于缺至极缺状态，TN属于极缺状态。芦苇群落的AK属于缺至丰富状态，AP属于极缺状态，AN属于较缺至极缺状态，TN属于较缺至极缺状态。

表3 全国第二次土壤普查养分分级标准

从图3可知，相对于AP、AN，AK含量较高，多分布于0 ~ 40 cm土层，尤其是AK。AK、AP以碱蓬群落含量最高，柽柳群落次之，芦苇群落最少，这是因为芦苇群落的地势较低，土壤含水量较高，会溶解大量钾和磷，而被芦苇吸收；AN则以芦苇群落含量最高，柽柳群落次之，碱蓬群落最少。随着土壤深度的增加，碱蓬、柽柳群落的AK含量先升后降，芦苇群落则是先降后升再降，这可能是受土壤母质的影响，因为其变化趋势和TK基本一致，尤其是在碱蓬群落和柽柳群落中，而在芦苇群落5 ~ 10 cm土层AK被根部大量吸收；AP含量在3种植物群落中整体呈降低之势，且在芦苇群落20 cm以下土层未检测出；AN含量在芦苇、柽柳群落中整体呈下降之势，在碱蓬群落20 cm以上的土层几乎无变化。TK、TP含量在3种植物群落中的变化趋势大体相反，TK先升后降，TP先降后升。芦苇、柽柳群落的TN含量逐渐降低，而碱蓬群落则先升后降。

差异显著性检验结果表明，对于AK含量，碱蓬群落显著高于芦苇群落(10 ~ 20 cm，<0.05)、在40 ~ 60 cm土层3群落中差异性均显著(<0.05)，在其余相同土层3群落中的差异性均不显著(>0.05)；碱蓬群落在各土层之间差异性不显著(>0.05)，柽柳群落在5 ~ 10 cm和60 ~ 80 cm土层间、芦苇群落在20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土层间差异性均显著(<0.05)。对于AP含量，在5 ~ 10 cm土层的碱蓬群落和芦苇群落间，10 ~ 20 cm土层的碱蓬群落、柽柳群落和芦苇群落间，20 ~ 40 cm土层的碱蓬群落和柽柳群落间，60 ~ 80 cm土层的碱蓬群落和柽柳群落、芦苇群落间差异性均显著(<0.05)；碱蓬群落在0 ~ 10 cm和40 ~ 60 cm土层间、柽柳群落在0 ~ 10 cm和40 ~ 80 cm土层间差异性均显著(<0.05)，芦苇群落在各土层间差异性均不显著(>0.05)。对于AN含量，相同土层不同植物群落间差异性均不显著(>0.05)；碱蓬群落在各土层间差异性不显著(>0.05)，柽柳群落在0 ~ 5 cm和60 ~ 80 cm土层间、芦苇群落在0 ~ 5 cm和40 ~ 80 cm土层间差异性均显著(<0.05)。对于TK含量，相同土层不同植物群落间差异性均不显著(>0.05)；碱蓬群落在10 ~ 20 cm和40 ~ 60 cm土层间差异性显著(<0.05)，柽柳群落、芦苇群落在各土层间的差异性均不显著(>0.05)。对于TP含量，相同土层不同植物群落间差异性均不显著(>0.05)；相同植物群落不同土层间差异性均不显著(>0.05)。对于TN含量，除60 ~ 80 cm土层碱蓬群落和柽柳群落差异性显著外(<0.05)，其余相同土层3群落间的差异性均不显著(>0.05)；碱蓬群落在20 ~ 40 cm和40 ~ 80 cm土层间、柽柳群落在0 ~ 5 cm和60 ~ 80 cm土层间差异性均显著(<0.05)，芦苇群落在各土层间差异性均不显著(>0.05)。

2.4 不同植物群落土壤全磷含量及其氮磷比

碱蓬群落TP含量变幅为0.53 ~ 0.59 g/kg，均值为0.56 g/kg；柽柳群落TP含量变幅为0.49 ~ 0.56 g/kg，均值为0.53 g/kg；芦苇群落TP含量变幅为0.44 ~ 0.58 g/kg，均值为0.53 g/kg。3种植物群落TP含量均值除碱蓬群落外，其余两群落TP含量均值稍低于我国TP含量均值(0.56 g/kg)[25]。碱蓬群落土壤N∶P变幅为0.41 ~ 1.00；柽柳群落土壤N∶P变幅为0.06 ~ 0.91；芦苇群落土壤N∶P变幅为0.27 ~ 1.45。随着土壤深度的增加，柽柳群落和芦苇群落土壤N∶P逐渐降低，碱蓬群落土壤N∶P则先升后降，最大值出现在20 ~ 40 cm土壤深度。在0 ~ 10 cm土层，土壤N∶P芦苇群落>柽柳群落>碱蓬群落；在10 ~ 80 cm土层，土壤N∶P则表现为碱蓬群落>芦苇群落>柽柳群落，这一特征在20 cm以下土层较为明显(图4)。

2.5 土壤盐分与养分的相关性分析

由表4可知，碱蓬群落中的TN与 Na+含量呈显著性相关(<0.05)，其余盐分指标和养分指标间无显著相关性。柽柳群落中的AP与TS、Na+、Cl–、SO2– 4含量呈显著性相关(<0.05)，与K+含量呈极显著性相关(<0.01)；AN与K+含量呈显著性相关(<0.05)；TN与K+含量呈显著性相关(<0.05)，其余盐分、养分指标间相关性不明显。芦苇群落中的AK与Ca2+、Cl–含量呈显著性相关(<0.05)；AN与K+含量呈极显著性相关(<0.01)；TN与K+含量呈极显著相关(<0.01)，其余盐分、养分指标间没有明显相关性。

图4 三种植物群落土壤N︰P

表4 3种植物群落土壤中盐分与养分间的相关性

3 讨论

碱蓬、柽柳、芦苇3种植物群落土壤TS含量的平均值均大于4.0 g/kg，属于重盐土类型[26]。土壤TS含量柽柳群落>碱蓬群落(0 ~ 10 cm)(图2H)，这是因为本研究区柽柳植被覆盖度相对较低，稀疏的植物分布增加了地表裸露的面积，强烈的蒸发作用导致灌丛间出现大量的“盐斑”，加之柽柳蒸腾作用导致大量失水，致使土壤盐分含量增加并向表层积聚而形成“盐岛”效应。另外，黄河三角洲盛行海陆风，不同程度的风贯穿柽柳灌丛，水分流失加快，也会促进灌丛间“盐岛”的形成。郗金标等[27]、尹传华等[28]报道柽柳的盐岛效应能增加土壤的含盐量。而碱蓬群落地势稍低，水分相对充裕，致使盐分表聚相对较弱，有学者指出碱蓬自身能够有效地降低土壤的含盐量[29-30]。

研究区Na+、Cl–含量较其他离子含量高(图2)，尤其是Cl–，这可能是因为Cl–很少被土壤吸附，也不易于从土壤解离，又不易形成难溶性的氯化物。而对于Na+，这是因为本区域距海较近，海水长期侧侵增加了土壤中Na+的含量，这与已有的研究海水能增大土壤的Na+含量[23]的结果相似。也可能是植物具有吸钾“拒钠”的功能，姚世响等[31]指出植物在NaCl低浓度胁迫时可以选择吸收K+，而避免在植物体内积累Na+；张继伟等[32]则指出油蒿具有“吸钾拒钠”的特征。相关分析表明，在3群落中TS均与Cl–、Na+含量关系密切(表1)，这说明氯盐、钠盐是土壤盐渍化的主要有效成分。因此，控制或减少氯盐、钠盐投入是一条减轻黄河口湿地土壤盐渍化的合适途径。除个别盐分、养分指标之间呈显著性相关外，大多数盐分、养分指标之间相关性不显著(>0.05) (表4)。

本研究的SAR最大均值为6.13，低于陈效民等[23]的7.85，高于贡璐等[33]的6.03，这可能是由于具体的地理位置、局域小气候、微地形、地貌、水文等条件导致。该区3种植物长势良好没有受到Na+毒害的迹象，若发生毒害可能出现在10 ~ 20 cm土层(表2)。有研究指出碱蓬能够将根部吸收的大量Na+运输至地上部并区域化进液泡以减轻Na+毒害[34]，以稀释的方式使吸收到体内的盐分不致于发生毒害[35]，以此来适应盐生环境。因此，种植碱蓬提高植被覆盖度也是一种减轻黄河口湿地土壤盐渍化的合适途径。根据Richards提出的SAR分级标准[36]，本研究SAR值远小于10，说明该研究区土壤尚未形成碱化土类型，仍以重盐土类型为主。

盛行的海陆风使植物能够较多地截留其所携带的有机物质，而使土壤表层有机质增加，凋落物的分解同样促使养分含量在表层增加。因此，该区出现了土壤养分表聚的现象。这与刘景双等[37]研究三江平原地区的结果相似。总体来讲，除AK外，其余土壤养分(AP、AN、TN)均处于缺或极缺状态(表3)，这说明该区土壤养分相对贫瘠、土壤质量较差。因此，应注意增施有机肥、覆盖有机质含量高的物质。差异显著性检验结果表明，TP含量在相同土层不同植物群落之间以及在不同土层相同植物群落之间差异性均不显著(>0.05)，这是因为TP主要受土壤风化作用的影响，由于土壤风化过程缓慢，且不同土层中土壤风化程度差异不大，因而随土壤深度的增加TP变化差异性不显著(图3)，这和刘学东等[38]研究结果一致。

土壤N∶P是指示植物生长过程中土壤养分供应情况的指标，当土壤N∶P<14时，表现为氮素供应不足，影响植被生长[39]。本研究中土壤N∶P最大值为1.45，远低于14，更低于郭子武等[40](19.37)、胡启武等[41](20.63)、郑艳明等[42](21.30)的研究，这说明该研究区此3种植物生长所需的氮元素供应不足，生长受制于氮元素，同时也说明本研究区土壤氮元素相对于其他地区极其匮乏。因此，在该区域改良盐渍化土壤时，应适当增加含氮有机物质。

4 结论

1)研究区土壤属于重盐土类型(含量大于4.0 g/kg)，在土壤表层(0 ~ 5 cm)TS含量为柽柳群落>碱蓬群落>芦苇群落。

2)相关分析表明，Cl–、Na+是构成研究区盐渍化土壤的主要成分。控制或减少氯盐、钠盐投入是一条减轻黄河口湿地土壤盐渍化的合适途径。大多数盐分与养分指标之间呈不显著相关(>0.05)。

3)研究区土壤养分处于亏缺状态，相对贫瘠，应适当增施有机肥、覆盖有机质含量高的物质。差异显著性检验结果表明，除TP外，其余土壤养分在相同土层不同植物群落之间或在不同土层相同植物群落之间均有一定的差异显著性(<0.05)。

4)随着碱蓬群落向柽柳群落再到芦苇群落的演替，钠吸附比SAR依次降低，且可能会在10 ~ 20 cm的根层形成毒理层而使植物受到伤害。3种植物群落土壤N∶P均<14，植物生长受制于氮元素，在该区域改良盐渍化土壤时，应适当增加含氮有机物质。

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Spatial Distribution of Soil Salinity and Nutrients Under Different Vegetation Communities in Yellow River Estuary Wetland

ZHANG Tianjü, CHEN Yongjin*, LIU Jiazhen

(School of Environment and Planning, Liaocheng University, Liaocheng, Shandong 252059, China)

By using the classical statistical and correlation analysis and one way analysis of variance, an investigation of vegetation quadrats and soil samples was carried out to assess the spatial variation of soil salinity and nutrient contents and their relationship under different vegetation communities (,,) of the Yellow River Estuary. The results showed that: 1) The contents of salinity (TS, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, SO2– 4) and nutrients (available phosphorus, AP; available nitrogen, AN; total nitrogen, TN) in surface layers of soil profiles were obvious higher than those in other layers, and they declined with the increase of soil depth. 2) The studied soil belonged to heavy solonchak with the mean soil salinity more than 4.0 g/kg. Cl–and Na+were the two most important ions contributing to soil salinization. There were great differences among different vegetation communities in total salinity in the surface layers (0–5 cm) with an order of>>. Sodium adsorption ratio indicated that the three vegetation could be poisoned by Na+in the layer of 10–20 cm. K+, Na+and HCO– 3were significantly different among different vegetation communities. Except for TP, the other soil nutrients were significantly different between different vegetation communities in the same soil layer or among the same vegetation communities in different soil layers. 3) correlation between salinity and nutrients were not significant in the three vegetation communities, however, total salt had significant correlation with Na+(<0.05) and Cl–(<0.01). Soil nutrients were insufficient and the soil was infertile. The soil N︰P under the three vegetation communities was less than 14, consequently, nitrogen was the limited nutrient factor to the growth of vegetation in study area. Therefore, controlling or reducing chloride and sodium, increasing organic manure and covering with organic matter are the optional ways to alleviate soil salinization in the Yellow River Estuary Wetland.

The Yellow River Estuary Wetland; Vegetation community; Salinity; Nutrients

S156.4+2

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.026

张天举, 陈永金, 刘加珍. 黄河口湿地不同植物群落土壤盐分与养分分布特征. 土壤, 2020, 52(1): 180–187.

国家科技支撑计划项目(2014BAC15B02)和国家自然科学基金项目(40901276；40871239)资助。

张天举(1987—)，男，河南商丘人，硕士研究生，主要从事湿地生态修复研究。E-mail: 2382675001@qq.com