胡杨林地土壤水盐动态及对植被生长的影响

李宗杰,田青,宋玲玲

(甘肃农业大学林学院,甘肃 兰州　730700)

胡杨林地土壤水盐动态及对植被生长的影响

李宗杰,田青,宋玲玲

(甘肃农业大学林学院,甘肃 兰州730700)

摘要：以甘肃河西走廊金塔县沙漠森林公园作为典型胡杨林地的研究区域，通过野外实地采样和植被生长状况的调查，研究不同土层土壤水盐动态变化以及对胡杨生长状况的影响.结果表明：在距离地表60 cm以内，随着土层的加深，土层中水分的含量随之增高；而在60 cm以下，随着土层的加深，土层水分的含量在不断减少，但变化平缓.土壤盐分的变化总体趋势为随着土层的不断加深，土层中盐分的含量在不断的减少,其中以0～10 cm层土壤的盐分最高.在不同的水分和盐分条件下，胡杨林的生长状况为，随着水分的增加，不管是树高、胸径还是地径都呈现出增加的趋势，植被的生长状况也趋向良好；随着土壤含盐量的增加，植被的生长状况趋势于不良，区域植被趋于衰落.在一定条件下，土壤水盐运动是相伴而行的，土壤水分运移的过程带动了土壤盐分的运动，所以在水分和盐分共同作用下，每块样地土壤全盐量和含水量表现出相矛盾的现象.

关键词：胡杨林；土壤；水盐动态；金塔县

第一作者：李宗杰(1989-)，男，硕士研究生，研究方向为水土保持与荒漠化防治.E-mail：1549017594@qq.com

Dynamic of soil water and salt inPopuluseuphratica

forest and its effect on the growth condition of

vegetation in Jinta County

LI Zong-jie,TIAN Qing,SONG Ling-ling

(College of Forestry,Gansu Aguriclultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：Choosing Populus euphratica forest in Desert and Forest Park of Jinta County as study object,the dynamic changes of soil water and salt in different soil depths were analyzed through field sampling and investigation of vegetation growth status.The results showed as follows:1) Within the upper 60 cm soil layer,soil moisture increased with soil depth,on the contrary,soil moisture decreased with soil depth under 60 cm soil layer.2) Soil salt displayed a decreasing trend with the increasing of soil depth,and the maximum soil salt content was in 0～10 cm soil layer.3) In different conditions of soil water and salt,the growth status including tree height,diameter at breast height and ground diameter of Euphrates Poplars showed different patterns.4) Under given conditions,the movement of soil moisture and salt were companied,which meant that the movements of soil moisture and salt always associated with each other,so there was contradictory phenomena of soil moisture and soil salt.

Key words：Populus euphratica forest; soil;dynamic of soil water and salt;Jinta County

胡杨(Populuseuphratica)是荒漠地区特有的珍贵森林资源，它对于稳定荒漠地带的生态平衡，防风固沙，调节绿洲气候和形成肥沃的森林土壤，具有十分重要的作用.同时，胡杨还是较古老的树种，它对于研究亚非荒漠区气候变化、河流变迁、植物区系的演化以及古代经济、文化的发展都有重要的科学价值.胡杨是生活在沙漠中的惟一的乔木树种，它是中国西北干旱区荒漠化过程的见证.虽然目前胡杨林的分布已退缩至沙漠河岸地带，但仍然被称为“死亡之海”的生命之魂.胡杨林的土壤起初并不是盐分很重的土壤，如果没有其他自然因素影响(如洪水的浸淹、地下水的突然下降等)，它就会随着林木的生长和发展而逐步趋于盐化[1-4].胡杨大量枯枝落叶的长期积累和腐解，一方面增加了土壤的有机质，改善了土壤的性质，起到了改良上壤的作用；另一方面又是土壤上层盐分增加和集聚的一个来源.在蒸发量远大于降水量的干旱、半干旱地区，土壤中部分可溶性盐随着土壤水分运动而迁移，导致盐分在土壤表层积累并形成盐渍化[5-7].研究表明额济纳三角洲地区土壤具有质地粗、含盐量高、盐分表聚性强等特征[7-9].周茅先等[10]研究了额济纳三角洲地下水的水盐变化特征及其与植被生长的关系，发现地下水的水盐条件制约植被的分布、生存和演替.土壤水盐作为荒漠区植被地下生境的关键因素，其变化直接影响和制约着植被的发生，干旱区生态环境的日益恶化，使得植被土壤水盐的研究愈来愈受到学者们的关注.本文选择河西走廊胡杨林分布最集中、最大的黑河中下游天然胡杨林区作为研究区，以期为该地区水资源合理利用、胡杨林保护与更新、生态环境恢复与重建、区域社会经济可持续发展提供科学决策依据[11-12].

1研究区域概况

金塔县地处黑河流域中下游，河西走廊中部北侧，巴丹吉林沙漠边缘，介于E 90°58′、N 39°47′，海拔多在1 400～1 900 m.东北以合黎山与高台县为界，西和玉门市毗邻，南至夹山与酒泉市肃州区、嘉峪关市接壤，北至内蒙古额济纳旗.境内东西长180 km，南北宽120 km，总面积1.88万km2,其中绿洲面积约0.17万km2,占总面积的9.0%,包括金塔绿洲(鸳鸯灌区)和鼎新绿洲(黑河灌区).其中,金塔绿洲是讨赖河下游的冲积三角洲,北宽南窄,呈典型的倒三角形分布,其水源主要来自讨赖河下游的鸳鸯池水库，绿洲内多为洪积冲积物组成，洼地缓岗相间，零星半固定沙丘和流动沙丘与农田交错分布.地势由西南向东北倾斜，鼎新绿洲属黑河冲积阶地，以冲积物为主，是典型的沿河绿洲，各种景观均沿河分布，北部属马鬃山东南部低山地带，中南部的北大河冲积扇和东部黑河两岸是金塔绿洲和鼎新绿洲[13-17]，黑河东岸属巴丹吉林沙漠边缘，有沙丘分布，金塔绿洲西北和北山山地以南为戈壁分布地带，金塔绿洲和黑河之间在北大河古道两侧也有戈壁和沙丘分布.金塔县深居西北内陆，气候干燥，降水量少，蒸发量大，冬季寒冷，夏季酷热，四季分明，气温年较差、日较差大，属典型的温带大陆性气候.年平均气温8 ℃，年平均降水量59.5 mm.年平均日照总时数高达3 300 h，年平均蒸发量2 538.6 mm，光热资源丰富，平均太阳辐射总量153 kJ/cm2，无霜期140～150 d.天然植被主要有耐盐碱、耐干旱的梭梭、红柳、泡泡刺、膜果麻黄、胡杨、合头草、沙拐枣、沙蒿、盐爪爪等.绿洲内土壤土质优良，以灌淤土(绿洲灌溉耕作土)、潮土(草甸土)、风沙土等为主，绿洲外围则为典型灰棕漠土[18-20].

2材料与方法

2.1土壤水分分布状况的调查

首先，通过对金塔县沙漠森林公园的全面了解，将整个公园面积大体划分为4个部分，然后运用对角线法，选取其中两个部分,每个部分选取3个20 m×20 m样方,每个样方选取5个测点分别对离地表0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80 cm进行土壤取样.利用电子天平对每个土样进行湿质量的称量，然后将土样带回实验室放入烘箱，待完全烘干后，再次称量土样，得出土壤干质量.通过湿质量减去干质量，得出土样水分质量.最后，对所得数据进行汇总处理，分析得出水分分布状况表.采用烘干法进行土壤水分的测定.将已知质量的土壤样品，即用铝盒取回的样品放入烘箱，在105 ℃的恒温下烘10 h，待样品在烘箱中自然冷却至常温，称干质量.用下式计算含水量.

2.2土壤盐分分布状况的调查

对已采土样运用电导法(DDS-307A电导率仪)进行全盐量的测定.按水土比5∶1进行泡土浸提、振荡过滤、测定样品温度，用电导率仪测定土壤溶液的电导度，选择其中土壤含盐量最高(电导度最大)的样品溶液作为标准溶液，按不同比例稀释后用质量法(水浴蒸干)测定其含盐量.根据所得值绘制标准曲线，由已知的电导度从标准曲线上查得土壤的总盐量，即可获得土壤的全盐量.

2.3植被生长状况的调查

在已选好的样地中，对每个样方中的乔木和灌木进行调查.乔木调查指标：树种，树高，胸径，地径;灌木调查：树种，树高，地径等.同时对整个样方胡杨的生长状况做一评判.最后，对数据进行汇总分析，得出林木的生长状况.

3结果与分析

3.1土壤不同层位的水分分布状况

由于土壤水分是保持在土壤孔隙中的水分，其主要来源是大气降水和灌溉水，此外尚有近地面水气的凝结、地水位上升及土壤矿物质中的水分.土壤水存在于土壤孔隙中，尤其是中小孔隙中，大孔隙常被空气所占据.正是因为土壤水的这种属性，特别是对干旱、半干旱的沙质土壤，这种属性尤为显现.通过对各个样方的不同层次的土样水分的调查计算，得出土壤不同层位水分分布状况，如图1所示.水分变化的大体趋势为土壤表层和土壤深层较少，而在10～60 cm之间的土壤中水分含量相对较高.0～10 cm层土壤的水分平均含量为1.95%，而70～80 cm层的水分含量最少，平均为1.94%；30～40 cm层土壤的水分平均含量为5.30%，为土壤层中含水量最高的土层.从水分分布情况可知，在距离地表60 cm以内，随着土层的不断加深，土层中水分的含量也在不断增多.而在60 cm以下，随着土层的不断加深，土层中水分的含量却在不断减少，但变化平缓.这主要是由于研究区深居西北内陆，气候干燥，降水量少，蒸发量大，而距离地表越近地面蒸发就越强烈，再加研究区土壤为砂壤土，表层土壤易散失.土壤深层水分较少的原因与胡杨的生理特征有关，胡杨是极其耐旱的树种，而耐旱树种的共同特性就是根系广而深，大量的深层水分都被根系吸收.中层土壤(10～60 cm)含水量高主要是由于水分在重力的作用下有一个下行的趋势，再由于距离地表、根系较远，所以水分散失较少.

图1　土壤不同层位水分的分布状况

3.2土壤不同层位的全盐量分布状况

土壤盐分的含量以及分布状况直接决定着植被的生长状况，也严重影响着植被的生长发育.土壤含盐量愈高，根吸水愈困难，甚至可能出现体内水分外渗的危险，因而盐害的通常表现实际上是作物旱害，尤其在大气相对湿度低的情况下，随蒸腾加强，盐害更为严重.

本研究通过对每个样方的不同层次的土样盐分的调查、分析，得出土壤不同层位的全盐量的分布状况(图2).土壤全盐量的变化总体趋势为随着土层的不断加深，土层中的全盐量在不断的减小.0～10 cm层土壤的盐分最高，平均含量为35.00%.在30～40 cm层土壤盐分有明显的增加，这主要是由于研究区定期的灌溉导致积聚在表层的盐分随着水分下移，发生了压盐过程，所以在该层有明显的增加趋势.土壤表层盐分最高的主要原因是由于当地的气候干燥，蒸发强烈，导致盐分随着水分上移，土壤表层发生积盐，此外还有一部分表层积盐是由当地的灌溉水所致.70～80 cm层土壤的盐分含量最少，这是由于水分压盐主要在30～40 cm土壤层，同时研究区的地下水位较低也有可能是原因之一.

图2　土壤不同层位盐分的分布状况

3.3不同的水分和盐分条件下胡杨林的生长状况

3.3.1不同的水分条件下胡杨林的生长状况植被分布呈地带性特征，其分布情况与水分状况有很大关系，特别是在干旱半干旱水资源匮乏地区，水分是制约植被生长的关键因素.根据对调查区的植被调查发现，水分对植被的生长发育至关重要.随着水分的增加，胡杨林不管是树高、胸径还是地径都呈现出增加的趋势，植被的生长状况也趋向良好.分析图3可知，第3样地土壤的含水率最高(7.71%)，平均树高为15.82 m，为研究区的最高值，平均地径为31.96 cm、平均胸径为31.45 cm，基本趋于最高值.而第1样地的土壤含水量最低(4.89%)，平均树高为12.03 m，为研究区的最低树高，平均地径为22.12 cm、平均胸径为21.5 cm，基本趋于最低值.第4样地的土壤含水率不是最高，但平均地径32.64 cm、平均胸径32.64 cm均为研究区最高值，平均树高仅次于第3样地.这可能是由于影响植被生长的生态因素很复杂，水分仅为其中一个因素.经实地调查显示，研究区胡杨平均树高为13.58 m,平均胸径为26.60 cm,平均地径为27.54 cm.

图3　不同的水分条件下植被的生长状况

3.3.2不同盐分条件下胡杨林的生长状况盐分不仅是土壤的必要组成部分，也是植物生长的营养元素,但是过量的盐分会干扰营养离子平衡和渗透胁迫，盐胁迫直接影响植物的生命代谢过程.不同植物对盐分的耐受力不同,如果超过一定盐浓度所有植物的生长都会受到影响.当土壤中积累的盐分达到一定的临界值时，会抑制作物根系吸收水分和养分的能力，或腐蚀植物根系，从而导致作物的正常生长和发育受到危害.随着盐分含量的变化，植被生长状况的变化规律是，第3样地的全盐量最低，为30.50%，但胡杨的平均高度最高(15.82 m)，平均地径和平均胸径分别为31.96 cm和31.45 cm，也趋于最高值.这就表明随着土壤含盐量的减少，植被的生长趋势良好，植被群落趋于稳定.相反的，在第5样地中全盐量达60.00%，为研究区的最高含盐量，其平均树高为12.2 m，平均地径为25.2 cm，平均胸径为22.73 cm，均趋于最低值.因此认为，土壤含盐量越高，越不利胡杨生长，土壤含盐量高的区域，植被的生长状况不良，区域植被趋于衰落.

图4　不同的盐分条件下植被的生长状况

3.4胡杨林地土壤水盐动态规律

在一定条件下，土壤水盐运动是相伴而行的，也就是说，土壤水分运移的过程带动了土壤盐分的运动，所以在这两种物质的运动作用下，每块样地土壤全盐量和含水量才表现出相矛盾的现象.土壤中的盐分随水分而运动，在蒸发过程中盐分随水分输送到表层，水分蒸发后盐分积聚在表层土壤中，灌溉和降雨入渗的水分又将盐分带向深层.在长时间内，如果由于蒸发而带到表层的盐分多于入渗淋洗带到深层的盐分，则土壤处于积盐状态；反之，则处于脱盐状态.土壤水盐动态也与灌溉排水条件和农业技术措施有关，如干旱、半干旱地区，如果灌水量过多,又缺乏排水设施,将招致地下水位的升高，蒸发加大，使表土盐分不断积累，形成次生盐碱化.分析图5可知，当水分的含量趋于增多时，盐分的含量也随之增多；反之，则会相应的减少.金塔县沙漠森林公园属于干旱地区，由于水分的大量蒸发，导致部分盐分在土壤表层的积聚，但研究区森林植被大部分是人工植被，定期的灌溉导致积聚在表层的盐分又随着水分下移，发生压盐过程.这主要是由于土壤盐分是随着水分而运动，在水分极少的情况下，绝大部分盐分会滞留在土壤中.当水分含量高时盐分也就随着增加，这主要是因为人工植被的定期灌水和土壤表层的大量蒸发所致，因此，人工灌溉时排盐是非常必要的.

图5　土壤水盐动态规律

4结论

1)基于对金塔县沙漠森林公园土壤不同层位的水分分布状况的研究发现，在距离地表60 cm以内，随着土层的不断加深，土层中水分的含量也在不断增多；而在60 cm以下，随着土层的不断加深，土层中水分的含量在不断减少，但变化平缓.

2)通过对金塔县沙漠森林公园土壤不同层位的盐分分布状况的研究发现，土壤盐分的变化总体趋势为随着土层的加深，土层中盐分的含量在不断的减少.0～10 cm层土壤的盐分最高，平均含量为35.00%.

3)根据对研究区的植被调查发现，在不同的水分和盐分条件下，水分对胡杨林的生长发育至关重要.随着水分的增加，胡杨林不管是树高、胸径还是地径都呈现出增加的趋势，胡杨林的生长状况也趋向良好.随着土壤含盐量的增加，胡杨林的生长状况趋势不良，区域植被趋于衰落.

4)根据对金塔县沙漠森林公园土壤不同层位水分分布状况和盐分分布状况的研究，分析得出在一定条件下，土壤水盐运动是相伴而行的，也就是说，土壤水分运移的过程带动了土壤盐分的运动，所以在这两种不同物质的运动作用下，每块样地土壤全盐量和含水量才表现出相矛盾的现象.土壤中的盐分随水分而运动，在蒸发过程中盐分随水分输送到表层，水分蒸发后盐分积聚在表层土壤中，灌溉和降雨入渗的水分又将盐分带向深层.在长时间内，如果由于蒸发而带到表层的盐分多于入渗淋洗带到深层的盐分，则土壤处于积盐状态；反之，则处于脱盐状态.土壤水盐动态与灌溉排水条件和农业技术措施直接相关.

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(责任编辑胡文忠)

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收稿日期：2014-06-24；修回日期：2014-09-04

基金项目：国家自然科学基金项目(31260122).

通信作者：田青，女，博士，副教授，主要从事水土保持与恢复生态学方面的教学和研究工作.E-mail：tqing@gsau.edu.cn

中图分类号：S 792.119

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)03-0126-06