青土湖間斷性水淹干擾對白刺沙堆土壤特性與生物量的影響

張芝萍 安富博 趙艷麗 劉淑娟 郭春秀

摘要?以青土湖過渡帶3個不同立地類型（常淹水中的白刺沙包、固定白刺沙包、半固定白刺沙包）的白刺灌叢沙包為研究對象，采用了空間代替時間的方法，測定了間斷性水淹前后白刺群落土壤水分、土壤電導率、pH、白刺生物量等參數。結果表明，3種立地類型的白刺沙包土壤電導率和pH隨著深度的變化而有不同的變化。常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的變化較為平穩;固定白刺沙包不同部位的土壤含水量在淺層（0～20cm）相差較大，在較深層變化較小;半固定樣地的各個部位土壤含水量相差不大。白刺的生物量從大到小依次為距離水50 m、離水200 m、離水100 m、水中，這說明土壤水分對白刺沙包生長有重要的影響，距離水50 m為白刺生長最佳距離。

關鍵詞?白刺;水淹;土壤含水量;生物量;青土湖

中圖分類號?Q?948文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）01-0070-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.01.022

開放科學（資源服務）標識碼（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

青土湖區域處于極度干旱地區，年平均降雨量在100 mm以下，生態系統恢復具有其特殊性。在極端干旱、貧瘠環境條件下生長發育的白刺灌叢沙堆，灌叢沙堆作為綠洲和沙漠之間一道重要的生態屏障，其最終的演化方向對于綠洲地區的生態環境穩定有著很大影響。2010—2013年數次向石羊河尾閭青土湖注入生態用水，該區域大片白刺灌叢沙堆被水淹。因此，系統地調查研究青土湖區域間斷性水淹前后不同演化階段個體白刺沙堆的特征，明確白刺沙堆在群落范圍內的空間分布格局，同時探討沙堆上其他植物的分布格局以及白刺沙堆促進生物多樣性的基礎作用和自身生存適應性特征;明確白刺群落的土壤分布特征，探討白刺沙堆在群落生態系統中結構和功能的基礎性地位有其必要性和特殊意義，同時為其他地區白刺資源的保護和利用提供參考，也能為正確評估青土湖生態輸水的生態效益及該地區植被保育和生態環境恢復提供科學依據。

1?資料與方法

1.1?研究區概況

青土湖地處甘肅省民勤縣城東北70 km處，騰格里沙漠西緣，地理位置為39°05′N、103°31′E，土地面積大約40 km2，屬于巴丹吉林沙漠東南緣，海拔為1 292～1 310 m。該區年平均氣溫為 7.8 ℃，>10 ℃的有效積溫 3 289.1 ℃·d;年降水量 110 mm 左右，且降水多集中于7—9月，占全年降水總量的73%，蒸發量達 2 600 mm 以上;無霜期168 d，光照 3 181 h，太陽輻射630 kJ/cm2;全年盛行西北風，夏秋季盛行東風，年均風速4.1 m/s;屬典型溫帶大陸性干旱荒漠氣候。區域地形地貌主要是湖相沉積基質上分布3～10 m高的流動、半固定、固定沙丘與丘間低地相互交錯分布的地貌類型。研究區主要以湖相沉積物的砂土及壤質砂土為主。植被類型為典型的荒漠植被，主要植被類型為白刺群落（Form.Nitraria tangutorum）和蘆葦群落（Form.Phragmitesaustralis），白刺沙堆呈斑塊狀分布，面積相對較大，蘆葦群落主要分布在地下水位較淺的區域。黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、鹽爪爪（Kalidium foliatum）為主要伴生灌木。草本植物有刺沙蓬（Salsola ruthenica）、豬毛菜（Salsola collina）、駝蹄瓣（Zygophyllum fabago）、戟葉鵝絨藤（Cynanchum sibiricum）、沙蓬（Agriophyllumsquarrosum）、砂藍刺頭 （Echinops gmelinii）、砂引草（Messerschmidia sibirica）、碟果蟲實（Corispermumpatelliforme）等。

1.2?研究方法

1.2.1?樣地設置。

以空間代替時間序列的方法，按照白刺灌叢沙堆形態、植被生長狀況、沙堆土壤狀況，分別選擇3種不同立地類型（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，每個立地類型選6個樣地，在每個樣地中設置30 m×30 m灌木樣方，并在每個灌木樣方內的中心和4個角處共設置5個1 m×1 m的草本植物調查樣方，逐株調查樣方內所有植物種的種類、株樹（叢數）、蓋度以及生物量;并在不同立地類型的白刺沙包取土樣0～60cm（0～5、5～10、10～20、20～40、40～60 cm），測其土壤電導率、pH、土壤含水率等土壤性質。使用全球定位系統（GPS）對調查地點定位，并記錄各樣地的海拔、地貌及土壤類型等環境因子[1]。

1.2.2?測定方法。

土壤含水量采用烘干法，pH采用電位計法（水土比為5∶1），有機質采用重鉻酸鉀-外加熱法，有效氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，有效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法;土壤樣品利用馬爾文激光粒度儀進行土壤粒度的測定。粒度分析的粒級是0.02～2 000.00 μm，粒度參數用Folk 和Word 的計算公式求出。土壤水分測定采用烘干法，容重采用環刀法。

1.3?數據處理與分析

對所得試驗數據用 Excel記錄，求取平均值，進行數據分類和繪圖，應用 SPSS 18.0 統計分析軟件進行觀測數據的顯著性檢驗和相關分析，采用 Excel 2013制圖。

2?結果與分析

2.1?不同立地類型的白刺樣地土壤電導率的變化

從圖1可以看出，常淹在水中的白刺沙包，沙包下部的土壤電導率在10～20 cm達最大值;沙包上部的土壤電導率最大值出現在0～5 cm，而且隨著土壤土層加深，電導率反而下降;沙包中部的土壤電導率在土層5～10 cm處達最小值，而在20～40 cm最大。由此可見，土壤電導率在土層深度小于40 cm時，土壤電導率沙包上部>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。固定樣地沙包，沙包下部的電導率從土壤為0～5 cm直線下降到10～20 cm處后的變化較為平緩，沙包中部和沙包上部是沙包下部的電導率隨著土壤深度的增加，一直處于降低趨勢。半固定樣地，土壤深度為0～5 cm時土壤電導率達最大值，當土壤深度>5 cm時，隨著土壤深度加深土壤電導率反而降低。由此看來，電導率在不同立地類型的白刺沙包的不同部位隨著土壤深度的變化而發生變化，并且與土壤含水率有密切關系[2-5]。

2.2?不同立地類型的白刺樣地土壤pH的變化

從圖2可看出，常淹在水中的白刺沙包，土壤深度為0～20 cm時，土壤的pH沙包下部<沙包中部<沙包上部;土壤深度在20～60 cm時，土壤的pH相反，沙包下部>沙包中部>沙包上部。固定樣地沙包，土壤深度在0～5 cm時，土壤的pH沙包下部<沙包中部和沙包上部;當土壤深度在5～10、10～20、40～60 cm時，沙包下部>沙包上部>沙包中部;而當土壤深度為20～40 cm 時，土壤的pH沙包下部>沙包中部>沙包上部。半固定樣地土壤的pH，當土壤深度為5～10 cm時土壤pH最高;40～60 cm的pH次之;土層深度為0～5和20～40 cm時土壤pH最小。所以，不同立地類型的白刺沙包的不同部位pH隨著不同土壤深度的變化而變化，pH的變化可能與白刺沙包的土壤含水量的影響有關。

2.3?不同立地類型的白刺樣地土壤含水量的變化

從圖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，當土層深度為0～5和5～10 cm時，土壤含水量沙包下部>沙包中部>沙包上部;當土壤深度為10～20、20～40 cm時，沙包中部>沙包下部>沙包上部;當土壤深度為40～60 cm時，沙包中部>沙包上部>沙包下部。在固定樣地中，土壤深度在0～5 cm時，沙包的土壤含水量沙包下部>沙包上部>沙包中部;當土壤深度為5～60 cm時，沙包下部>沙包中部>沙包上部，而且土壤深度在0～20 cm時，沙包下部的土壤含水量遠大于沙包中部和沙包上部的，但是隨著土層的增加，沙包中部、沙包上部和沙包下部之間土壤含水量的差距也在減小。在半固定樣地，土壤含水量在土層深度為10～20 cm時最大，而在0～5 cm時土壤含水量最小。綜上所述，常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的變化較為平穩;固定樣地白刺沙包不同部位的土壤含水量在淺層（0～20 cm）相差較大，在較深層，不同部位的土壤含水量的變化較小;而半固定樣地的土壤含水量相差不大。

2.4?距離湖面不同距離白刺生物量的變化

由圖4可知，4種（水中、離水50 m、離水100 m、離水200 m）距離湖面的白刺包的生物量，距離水面50 m的白刺生物量最大，而且底部和頂部的白刺生物量的差距最小;距離水面200 m的次之，距離湖面100 m的白刺生物量小于距離湖面200 m的，而在水中生長的白刺生物量最小。由此可見，土壤水分對白刺生長有一定的影響，并且在距離水面50 m的地方白刺沙包的生長較好。

3?結論

（1）常淹在水中的白刺沙包不同部位和不同深度土壤電導率，沙包下部的土壤電導率在10～20 cm達最大值，而沙包上部的土壤電導率最大值出現在0～5 cm，而且隨著土壤土層加深，電導率反而下降;固定樣地和半固樣地的沙包不同部位的土壤電導率隨著土壤深度的增加而降低。

安徽農業科學?2020年

（2）常淹在水中的白刺沙包土壤深度為0～20 cm時，沙包不同部位的土壤pH與土壤深度在20～60 cm時相反;固定樣地沙包不同土壤深度的pH，土壤深度在0～5 cm時，沙包不同部位的土壤的pH與5～10、10～20、40～60 cm時相反;半固定樣地土壤的pH，5～10 cm時土壤pH最高，40～60 cm次之， 0～5和20～40 cm時最小。可能與不同土壤深度白刺沙包的土壤含水量的影響有關[6-9]。

（3）常淹在水中的白刺沙包不同部位的土壤含水量的變化較為平穩，而在固定白刺沙包不同部位的土壤含水量在淺層（0～20 cm）相差較大，而在較深層，不同部位的土壤含水量的變化較小;半固定樣地的土壤含水量相差不大。

（4）而對于青土湖白刺的生物量研究表明在離水50 m的地方白刺沙包的生長較好[10-14]，而水中生長的白刺生物量最小，這說明水分對白刺生長有很大的影響，并且有最佳水分閾值[15-16]。

參考文獻

[1] 李進軍，馬存世，張有佳，等.民勤連古城自然保護區白刺生長發育影響因素[J].東北林業大學學報，2010，38（10）：41-43.

[2] 左麗明.唐山市豐南沿海地區土壤電導率與含鹽量的關系[J].安徽農業科學，2013，41（26）：10632，10642.

[3] 劉廣明，楊勁松.土壤含鹽量與土壤電導率及水分含量關系的試驗研究[J].土壤通報，2009，32（S1）：85-87.

[4] 常兆豐，趙明.民勤荒漠生態研究[M].蘭州：甘肅科學技術出版社，2003.

[5] 杜建會，嚴平，展秀麗，等.民勤綠洲白刺灌叢沙堆不同演化階段表面抗蝕性及其影響因素[J].應用生態學報，2008，19（4）：763-768.

[6] 賈寶全，慈龍駿，蔡體久，等.綠洲-荒漠交錯帶土壤水分變化特征初步研究[J].植物生態學報， 2002，26（2）：203-208.

[7] 張萍，哈斯，岳興玲，等.白刺灌叢沙堆形態與沉積特征[J].干旱區地理， 2008， 31（6）： 926-932.

[8] 楊自輝，高志海.荒漠綠洲邊緣降水和地下水對白刺群落消長的影響[J].應用生態學報， 2000，11（6）：923-926.

[9] 杜建會，嚴平，俄有浩.甘肅民勤不同演化階段白刺灌叢沙堆分布格局及特征[J].生態學雜志，2007，26（8）：1165-1170.

[10] 趙長明，魏小平，尉秋實，等.民勤綠洲荒漠過渡帶植物白刺和梭梭光合特性[J].生態學報，2005，25（8）：1908-1913.

[11] 靳虎甲，馬全林，張有佳，等.石羊河下游白刺灌叢演替發育過程的土壤呼吸及其影響因素分析[J].中國沙漠，2012，32（1）：140-147.

[12] 詹科杰，黃寧.民勤綠洲邊緣白刺灌叢沙堆表面風沙運動特征及在沙堆發育過程中的響應[C]//中國力學學會辦公室.中國力學大會——2013論文摘要集.北京：中國力學學會，2013.

[13] 王文，蔣文蘭，謝忠奎，等.黃土丘陵地區唐古特白刺根際土壤水分與根系分布研究[J].草業學報，2013，22（1）：20-28.

[14] 單立山，李毅，任偉，等.河西走廊中部兩種荒漠植物根系構型特征[J].應用生態學報，2013，24（1）：25-31.

[15] 何炎紅，郭連生，田有亮.白刺葉不同水分狀況下光合速率及其葉綠素熒光特性的研究[J].西北植物學報， 2005， 25（11）： 2226-2233.

[16] 潘曉玲，沈觀冕，陳鵬.白刺屬植物的分類學及系統學研究[J].云南植物研究，1999，21（3）：287-295.