民勤2種梭梭林地幼苗更新對土壤水分與養分的響應

中圖分類號：S792.99 文獻標識碼：A

Response of Seedling Regeneration of Two Haloxylon ammodendron Species in Minqin to Soil Moisture and Nutrients

Wang Fanglin1 ， Youjun1， Chengwu ^1，2 * ， Wenqian1，Du Juan1 （1. Gansu Desert Control Research Institute，Lanzhou 73oo7O，China； 2. Key Laboratory of Desertification Prevention and Control in Gansu Province，Wuwei 733o0o，China）

Abstract Taking natural Haloxylon ammodendron forestlandand artificial Haloxylon ammodendron forest land on the edge of Minqin oasis as the research objects，the numberof regeneration seedlings of two kinds of Haloxylon ammodendron forest lands was investigated by transect method. At the same time，soil samples of 0-90cm soil layer in the sample plot were colected.The variation characteristics and correlation ofsoil moisture，electrical conductivity，soil organic mater，total nitrogen （N）and available phosphorus （P）were compared and analyzed，and the relationship between seedling regeneration and soil factors in two kinds of Haloxylon ammodendron forest lands was discussed. The results showed as the following two aspects.1） Good soil moisture was conducive to the regeneration of Haloxylonammodendron seedlings.The number of seedlings in natural Haloxylonammodendron forest land was significantly higher than that in artificial Haloxylonammodendron forest land. Soil conductivityand soil （204 pH in the forest land also affected the regeneration of Haloxylon ammodendron seedlings. 2）The roots of Haloxylon ammodendron regeneration seedlings mainly grew in the soil layer of 0-30cm deep，and the utilization and consumptionof nutrients were small. Soilorganic mater，total N，andavailable Phad litle efecton theregeneration of natural andartificial Haloxylonammodendron seedlings. Good water condition is a prerequisitefor the regeneration of Haloxylon ammodendron.The high salt massfractionin shallow soil is not conducive to the regenerationof Haloxylon ammodendron seedlings，and the seedling regeneration stage is less affected by soil nutrients.

Key words Haloxylon ammodendron ;seedling regeneration;soil moisture;soil nutrient

民勤綠洲位于騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠的交匯處，阻止著這兩大沙漠的合攏，具有重要的生態戰略意義。近年來，由于大量人工固沙林退化，致使該地區荒漠化加劇。因此，該地區固沙林的人工恢復已經成為保護民勤綠洲生態安全的主要措施之_[1]。梭梭（Haloxylon ammodendron）是民勤人工固沙林的重要組成部分，對保護當地的生態環境具有重要意義。調查發現，民勤人工梭梭林自然更新狀況較差，而天然梭梭林更新較好。土壤作為植物生長、發育及繁殖的基礎，也是重要的生態因子，其水分、理化性質、成分的變化直接影響著植被群落的演替及植物的生長發育。土壤養分能供應和協調植物生長與發育的營養條件與環境條件，是指示土壤肥力的重要指標 [2-4] ；同時，土壤中生長的植物在整個生長發育過程中也通過自身根系分泌物和枯落物降解等改善著土壤的水、肥、氣和熱等一系列理化性質[5]。在荒漠植被演替過程中，群落物種結構與組成不但和土壤中的顆粒組成有關，而且與土壤養分條件有著十分密切的關系[6-7]。因此，本研究就民勤巴丹吉林沙漠南緣2種梭梭林地土壤水分、養分變化特征進行分析，旨在為林地植被更新和恢復重建提供科學依據，對生態環境建設具有指導作用。

1研究區概況

研究區位于巴丹吉林沙漠南緣的民勤綠洲區，人工梭梭林地的地理位置為 102^°02^′-104^°23^′E 38^°05^′ 一 39^°06^′N ;天然梭梭林地位置為 86^°06^′ —86°50^′E，44^°40^′45^°N 。該區氣候干旱，平均海拔1305m ，多年平均氣溫 7.5°C ，極端最高溫40.1°C ，極端最低溫 -28.8^°C ，年平均氣溫 7～ 8^°C 。年降水量 115.9mm ，主要集中在7—9月，占年總降水量的 72% 。年均蒸發量 2 644mm 。年日照時數 2834.5h 。主導風向多以西北風（NW）為主，年平均風速 2.3m?s^-1 ，無霜期 175d ，年平均8級以上大風日數37.6d，沙塵暴日數 26.8d 。近年，民勤地下水位急劇下降，由20世紀50年代的 1～ 3m 下降至目前的 20m 。民勤境內梭梭林分布廣泛，在流動沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、丘間平灘地、風蝕殘積山坡、山前洪積扇和平緩假戈壁等均有分布，其中，以流動沙丘、固定沙丘、半固定沙丘上分布居多，占民勤梭梭林面積的 97.56% ，是民勤地區梭梭林防風固沙的主體，梭梭林保存密度 320～ 350株 ?hm^-2 。土壤以灰棕漠土為主，鹽堿化程度高。植被除梭梭外，還分布有白刺（Nitrariaschoberi）、紅柳（Tamarixramosissima）、沙棗（Elaeagnusangustifolia）、黃花磯松（Limoniumaureum）、霧冰藜（Bassiadasyphylla）和鹽生草（Halogeton glomeratus）等。

2研究方法

2.1 樣地設置

2024年5月，在巴丹吉林沙漠南緣的民勤綠洲區選擇人工梭梭林地和天然梭梭林地作為研究樣地。樣地詳情見表1。

表1民勤2種梭梭林樣地基本特征

2.2 林地梭梭更新苗調查

分別選擇人工梭梭林地和天然梭梭林地內生長健壯的梭梭母株，以該母樹為中心，在其東、東南、南、西南、西、西北、北和東北8個方向上布設 50m 的調查樣帶，分別調查樣帶兩側 2m 范圍內梭梭更新幼苗的數量、生長狀況、苗齡和風蝕狀況等指標，兩林地分別重復3次。

2.3 樣品采集

在距離梭梭樣株 10m 的范圍內進行取樣。由于取樣過程中2樣地間距離比較近，海拔高度差小于 50m ，取樣過程中因海拔高度等因素帶來的影響可以忽略。試驗以樣地內長勢良好的人工梭梭和天然梭梭樣株為中心，分別在樣株東、南、西、北4個方向布設樣線，在長 20m 的樣線上每隔 5m 取樣1次，每條樣線設置 1m×1m 的樣方，取樣3次，記錄樣方內群落的名稱、樣方內出現的植物物種及名稱等。土壤取樣采用環刀法，取樣深度為 90cm ，分10，30，50，70，90cm 5 個層次，每樣方3次重復，混合均勻后去除樹葉等其他雜物，用“四分法\"取大于1kg 土樣帶回實驗室進行分析。

2.4 測定方法

土壤水分采用烘干法 105^°C 測定；電導率采用電導率儀（METTLER-TOLEDOS230一K，瑞士）測定； pH 采用 pH 計（SartoriusPB—1O，德國）測定，按照 5g 土對應 1mL 水的比例配制待測液；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法一外加熱法測定；全氮（全N）采用半微量凱氏法測定；速效磷（速效P）采用鉬銻抗比色法（S756P一紫外分光光度計，日本）測定。以上測定均3次重復，取平均值進行分析[8]

2.5 數據處理

采用SPSS19.O和Excel2007進行數據分析和處理。為檢驗不同階段各測定指標的差異性，采用Duncan檢驗法對均值差異的顯著性進行檢驗（差異不顯著 Pgt;0.05 、差異顯著 Plt;0. 05 、差異極顯著Plt;0.01 ）。

3結果與分析

3.12種梭梭林有活力種子數量調查分析

2種梭梭林地更新苗數量見表2。2種梭梭林地不同方位樣帶上均出現更新苗。兩林地相比，天然梭梭林地8條樣帶的更新苗數量均大于人工梭梭林地，除西北和北2條樣帶外，2種林地其他方向各樣帶更新苗數量間均存在顯著差異（ ?Plt;0.05），2 種林地梭梭更新苗數量平均分別為1168.7、687.5株 ?hm^-2 左右。

表2民勤2種梭梭林地更新苗數量

注：同列不同大寫字母表示不同類型林分間差異顯著 （Plt;0.05） 。

3.22種梭梭林地土壤水分變化特征

由圖1可知，2種梭梭林地土壤含水率變化趨勢顯著不同，天然梭梭林地土壤含水率隨土層加深而逐漸增大， 90cm 土層達 13.7% ，各土層間存在顯著差異（ Plt;0.05） 。

圖12種梭梭林地土壤水分變化特征

小寫字母不同表示同一林地不同土層間差異顯著（ Plt;0.05） ；大寫字母不同表示同一土層不同林地間差異顯著（ ?Plt;0. 05' 。

人工梭梭林地 0～90cm 土層中土壤含水率呈先降低再緩慢升高的變化趨勢， 10cm 及 90cm 土層較大， 30～70cm 較小，但各土層間差異不顯著 相同土層中天然梭梭林地土壤含水率均顯著大于人工梭梭林地，且2種林地同一土層間存在顯著差異（ ?Plt;0.05） °

3.32種梭梭林地土壤電導率及 pH 變化特征

土壤電導率及 pH 變化趨勢見圖2。2種梭梭林地電導率變化趨勢顯著不同，天然梭梭林地 0～ 90cm 王層電導率隨土層加深先升高然后逐漸降低， 50cm 出現峰值，為 284.667% ；人工梭梭林地電導率變化較為劇烈， 10cm 土層電導率值顯著高于其他土層，達 1545.667% ，并與天然梭梭林地 30～ 90cm 土層間均存在顯著差異（ .Plt;0.05? 。2種梭梭林地各土層間土壤 pH 變化均較為平穩，各土層之間無顯著差異 （Pgt;0.05），2 種梭梭樣地同一土層間，天然梭梭林土壤 pH 均小于人工梭梭林地，且均存在顯著差異（ ?Plt;0. 05' 。

小寫字母不同表示同一林地不同土層間差異顯著（ Plt;0.05） ；大寫字母不同表示同一土層不同林地間差異顯著（ Plt;0.05） 。

圖22種梭梭林地土壤電導率和pH變化特征

3.42種梭梭林地土壤養分變化特征

2種梭梭林地土壤有機質、全N和速效P質量分數的變化趨勢見圖3。由圖3可知，各土層有機質和全N質量分數總體均為天然梭梭林大于人工梭梭林地，且2種林地各土層間均存在顯著差異0 ?Plt;0.05） ；同一樣地中，天然梭梭林地有機質質量分數隨土層加深而逐漸升高， 10～30cm 土層間無顯著差異（ ?Pgt;0.05），70cm 土層有機質質量分數出現最大值 （0.062mg?kg^-1.1mg^-1.1mg^-1.062mg^-1.06mg^-1.1mg^-1.06mg^-1. ）， 70cm 和 90cm 土層間無顯著差異 （Pgt;0.05） ；人工梭梭林地有機質質量分數隨土層加深呈波動式變化趨勢， 30cm 土層出現峰值，為 0. 023 9mg?kg^-1，50～70cm 土層逐漸降低， 90cm 土層略有升高。

2種梭梭林地全N質量分數變化顯著不同，但各個土層中，天然梭梭林地全N質量分數均大于人工梭梭林地，2種林地各土層間均存在顯著差異（Plt;0.05） 。天然梭梭林地全 質量分數隨土層加深而逐漸升高，除 30cm 和 50cm 土層外，其他各土層間均呈顯著差異（ （Plt;0.05），90cm 土層中全N質量分數出現峰值，為 3. 023g?kg^-1 ；人工梭梭林地各土層中全N質量分數均小于 1.0g?kg^-1 ，并隨王層加深呈緩慢降低的趨勢，各土層間無顯著差異（ Pgt;0.05） 。

2種梭梭林地土壤速效P質量分數變化差異較大， 10～90cm 土層中天然梭梭林地土壤速效P質量分數均小于人工梭梭林地，且2種林地同一土層速效P質量分數均存在顯著差異（ ΔPlt;0. 05Δ ；天然梭梭林地土壤速效P峰值出現在 10cm 土層，具有明顯的“表聚效應”， 30cm 土層最小， 50～90cm 呈逐漸升高的趨勢，但變化趨勢平穩，各土層間差異較小；人工梭梭林地速效 P 質量分數變化較為劇烈，10cm 和 90cm 土層較大， 90cm 出現峰值， 30cm 和 50cm 土層間無顯著差異 （Pgt;0.05），70cm 最小，并與其他土層間存在顯著差異（ （Plt;0.05） 。

圖32種梭梭林地土壤養分變化特征

小寫字母不同表示同一林地不同土層間差異顯著（ .Plt;0. 05? ；大寫字母不同表示同一土層不同林地間差異顯著（ ?Plt;0. 05）

3.52種梭梭林地各環境因子相關性分析

由表3可知，天然梭梭和人工梭梭2種不同林地各環境因子表現為不同的相關性，天然梭梭林地中更新苗數量與土壤水分間呈極顯著正相關（ Plt; 0.01），更新苗數量與電導率、土壤 pH ，土壤水分與電導率、土壤 pH 間均呈顯著正相關（ ?Plt;0. 05） ；人工梭梭林地中，更新苗數量分別與土壤水分和電導率間呈極顯著正相關（ Plt;0.01） ，而更新苗數量與土壤 pH ，土壤水分與電導率、土壤 pH 間呈顯著正相關（ ?Plt;0. 05） 。

表32種梭梭林地各環境因子相關性分析

4討論

4.1 梭梭更新苗現狀

梭梭作為沙漠生態系統中的先鋒植物，對防風固沙、維持生態平衡起著至關重要的作用。近年來，隨著生態保護意識的增強和治沙工程的推進，梭梭更新苗的存活與生長備受關注。20世紀80年代以來，梭梭林更新機理研究一直是荒漠植物研究的熱點問題之一。張立運[9對內蒙古天然梭梭林的自然更新機理和過程進行了深人研究，劉國軍等[10]和黃培祐等[1]對新疆準噶爾盆地梭梭更新進行了研究。結果表明，人夏前沙漠表層土壤或 60cm 以內土層水分含量的高低是制約梭梭天然更新和實生苗生存的關鍵因素；而 Yu 等[12]、Nobel等[13]研究表明，地表層高溫也會影響沙漠植物幼苗的生根和存活。自2007年10月，新聞媒體報道[14在民勤花兒園發現一片面積約 0.33×10⁴hm² 的天然梭梭林以來，丁峰等[15]、陳芳等[16]、李發江等[17]分別對民勤巴丹吉林沙漠天然梭梭林更新狀況進行了研究，這些研究表明：自然條件下，梭梭更新苗成幼苗的概率較小，不過一旦成活，其根系能深入地下十幾米，以吸收水分維持生長，在年降水量不足 200mm 、夏季地表溫度超 60°C 的嚴酷條件下也能頑強生存；經過自然環境演變的馴化，退化的梭梭林分在開始逐年修復；民勤天然梭梭林更新較好，而人工梭梭林更新較差或不能自然更新，土壤細沙粒具有較好的持水能力，因此土壤表層 0～35cm 細沙粒含量較高，有利于天然梭梭自然更新[18]；極端低溫天氣導致梭梭幼苗不能越冬也是限制梭梭更新的主要因素；采用平茬復壯技術在一定程度上有利于梭梭防風固沙效益的發揮，但卻在短時間內降低了梭梭結實率，使其在自然更新方面發揮的作用降低。

4.2 梭梭更新與土壤因子的關系

在荒漠區，土壤水分是限制植物生長發育的最主要生態因子，也是荒漠地區眾多生態過程的重要驅動因素[19-20]。試驗區蒸發量大而天然降水量較小，土壤表層中的水分含量變化與降水密切相關，并且對梭梭更新至關重要。一方面，土壤表層水分是梭梭種子萌發的關鍵條件之一，水分不足會導致種子休眠或無法正常萌發；另一方面，適宜的土壤水分含量有助于梭梭幼苗根系的生長和發育，使其能更好地扎根入土，吸收水分和養分，但土壤水分過多也會對梭梭更新產生不利影響，可能導致根系缺氧、腐爛，甚至造成幼苗死亡。本研究中，天然梭梭林地土壤水分含量均顯著大于人工梭梭林地，且天然梭梭林地出現 90cm 土層土壤水分含量最高的現象，這可能是天然梭梭林地更新苗數量大于人工梭梭林地的主要原因；也可能與林地土壤結構、土壤持水力、王壤透氣性，以及在植被影響下的天然水分下滲與吸收、養分狀況及林分密度等條件有關。

土壤電導率和 pH 是反映土壤鹽堿性高低的重要指標[21]。梭梭能在一定pH范圍內的土壤中生長，但土壤 pH 過高或過低都會對梭梭更新產生影響，因為過酸或過堿的土壤環境可能會影響土壤中養分的有效性，進而影響梭梭對養分的吸收，還可能對梭梭種子的萌發和幼苗的生長產生直接的抑制作用[22]。人工梭梭林地各個土層中土壤電導率和pH均大于天然梭梭林地，說明兩樣地相比較，人工梭梭林地生長區域土壤鹽分質量分數較高，尤其是在土壤表層 0～10cm 。較高的鹽分質量分數可能對梭梭種子在土壤中的萌發、出苗或出苗后的保苗產生影響，導致出苗后的幼苗因不能忍受較大的土壤鹽分質量分數而死亡，特別是人工梭梭林地 10cm 土層電導率高出其他土層 7～8 倍，可能也是影響人工梭梭林地幼苗更新的另一個主要原因[23]，這與李發江等[17研究的“土壤鹽分雖然不是限制梭梭天然更新的主要因素，但較高的土壤pH均不利于天然梭梭幼苗自然更新\"的結果相一致。

王壤養分質量分數是反映土壤質量或其健康狀況的重要指標，是氣候、地形、地貌、水文及土壤其他因素等自然條件的綜合反應結果，土壤養分狀況往往對地區生態系統的演化過程和環境變化起促進或抑制作用[24-25]。梭梭林通過根系代謝與凋落物輸入，經微生物分解形成有機質，增加土壤碳氮儲量。研究表明，土壤全碳和全氮儲量與梭梭樹高度等呈正相關，當梭梭樹平均高度高于 2m 時，對土壤碳氮儲量的貢獻顯著提升；而豐富的土壤碳氮儲量又為梭梭更新提供了良好的養分基礎，有利于種子萌發和幼苗生長。此外，充足的速效養分能促進梭梭幼苗的生長發育，提高其存活和更新能力。梭梭屬于荒漠區深根性植物，根系發達且直立根系可延伸至地下 4～5m ，所以，成年梭梭植株對深層土壤中的養分消耗較大，對表層土壤中的營養消耗較小；而從幼苗更新的角度分析，更新苗根系主要生長在地下 0～30cm 土層，對養分的利用與消耗均較小，所以，土壤養分對2種林地梭梭苗更新的影響相對較小，相關性分析也能驗證以上結論。

5 結論

1）天然梭梭林地土壤水分條件較好，梭梭幼苗更新數量顯著大于人工梭梭林地，說明良好的土壤水分有利于梭梭幼苗的更新；此外，林地土壤電導率、土壤pH也是影響梭梭幼苗更新的因素；而林地土壤結構、土壤持水力、植被影響下的天然水分下滲與吸收及林分密度等條件對梭梭更新的影響有待于進一步研究。

2）梭梭更新苗根系主要生長在 0～30cm 深的土壤中，對養分的利用與消耗均較小，所以土壤有機質、全N、速效P對天然梭梭和人工梭梭幼苗更新的影響較小。

參考文獻：

[1」趙赫然，趙鵬，姜生秀，等.民勤綠洲荒漠過渡帶固沙植被空間分配規律[J」.防護林科技，2023（1）：1—5，49.

[2]陳小紅，段爭虎，譚明亮，等.沙漠化逆轉過程中土壤顆粒分布及其養分含量的變化特征——以寧夏鹽池縣為例J」土壤通報，2010，41（6）：1412—1417.