黄河三角洲湿地不同植物群落土壤盐分分布特征

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)

土壤盐渍化问题已受到社会的普遍关注。全世界约有1/3的土壤盐渍化，严重制约着农业生产，影响着生态环境［1］。土壤盐渍化主要发生在干旱、半干旱和半湿润地区，我国的西北荒漠盐渍区、东北半湿润-半干旱草原-草甸盐渍区、黄淮海半湿润-半干旱旱作草甸盐渍区、青海极漠生境盐渍区、西藏高寒漠境盐渍区，以及滨海湿润-半湿润海浸盐渍区等都是典型地区。黄河三角洲作为滨海湿润-半湿润海浸盐渍区，受到了国内专家学者的广泛关注。陈永金等［2］指出，该区可溶性盐分垂直分布变异性大;孙运朋等［3］指出，该区农田土壤盐分分布呈底聚型，表层变异最强，底层变异最弱;刘玉斌等［4］指出，黄河三角洲新生湿地土壤含盐量由海向陆递减，由黄河河道向两侧递增，植物生物量由海向陆递增，由黄河河道向两侧递减，植物群落类型与地下水埋深和土壤盐分含量密切相关［5］。盐地碱蓬通过形态特征及生物分配特征的调节，能够适应潮间带和潮上带的生境而达到种群维持和土壤改良的目的［6］;人工刺槐林的退化程度越高，其林地表层土壤含水量越低，深层土壤盐分含量则越高［7］;草甸群落在盐分梯度上呈盐地碱蓬-芦苇、盐地碱蓬-其他草甸的变化规律［8］。土壤盐分和地下水埋深是影响黄河三角洲植被发育和分布的重要因素［9］;水盐运动是影响湿地植被演替的重要因素［10］。

针对土壤盐渍化的研究，近年来从未间断［11－16］。尽管前人做出了一定的贡献，但是这些研究仍不能满足当今土壤改良的需求。原因如下:一是改良效果不够理想。前人的研究大多集中在物理、化学、工程等方面，这些方法虽能起到一定的效果，但也有弊端。二是研究不够系统。不能全面反映土壤盐渍化的特点。三是不同区域土壤盐渍化的特点不同。土壤含盐量作为反映土壤盐渍化程度的重要指标［17］，一直备受研究者关注。基于此，本研究以土壤盐分为对象，选择4种植物群落，通过分析群落中土壤盐分的空间分布特征及离子间的关系来揭示土壤盐渍化机理，以期为盐渍化土壤改良提供参考。

1 材料与方法

1．1 研究区概况

黄河三角洲主要分布在山东省东营市和滨州市境内，介于 36°55'—38°16'N、117°31'—119°18'E之间。以利津为顶点，北到徒骇河口，南到小清河口，呈扇状三角形，面积5 450 km2。地势平坦，海拔在10 m以下。属于温带季风性气候，四季分明，光照充足，年平均气温11.7～12.6℃，年均日照时数2 590～2 830 h，年均降水量530～630 mm，具有明显的季节性(70%分布在夏季)，导致地表径流和地下水补给量年内分配极不均匀。该区域受水分、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、芦苇、棉花(人工种植)为主。

1．2 样品采集

为研究黄河三角洲土壤盐碱化问题，综合考虑自然因素和人为因素，于2012年10月在大汶流管理站西研究区内，选择4种典型的植物群落，即柽柳群落(CL)、碱蓬群落(JP)、芦苇群落(LW)和棉花群落(MH)采集土样。根据该研究区的地形、地貌特征，选择地势相对平坦、植物分布相对均匀的样地布设采样点。在该研究区内共计布设30个采样点(包括9个主采样点，每个主采样点挖1个土壤剖面，共9个土壤剖面，即主剖面)，其中:柽柳群落8个样点(含3个主采样点，3个剖面)，碱蓬群落7个样点(含2个主采样点，2个剖面)，芦苇群落7个样点(含2个主采样点，2个剖面)，棉花群落8个样点(含2个主采样点，2个剖面)。同种植物群落内相邻采样点相距0.3 km，除9个土壤剖面土样采至深层外，其余每个采样点均采集0～5 cm的土样。土壤剖面采样深度依次为0～5、5～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm……直至采到地下水水位(0.2～1.4 m)。以每个主采样点为中心、50 cm为步长，分别在其东、西、南、北4个方向，按照和主采样点相同的土层用便携式螺旋土钻进行采样(作为辅助样点)，将辅助样点和主采样点相同土层土样等量均匀混合，制成土壤样品，用GPS仪记录每个主采样点的位置及其周围的地形地貌。鉴于该研究区不同主剖面点的水埋深不同，选取0～5、5～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm等6层剖面土壤作为研究样品，将研究样品装入聚乙烯袋中，并进行编号:柽柳编号为CL1～CL8，其中剖面记为 CL1-1～CL1-6、CL2-1～CL2-6、CL3-1～CL3-6;碱蓬编号为JP1～JP7，其中剖面记为 JP1-1～JP1-6、JP2-1～JP2-6;芦苇编号为LW1～LW7，其中剖面记为LW1-1～LW1-6、LW2-1～LW2-6;棉花编号为 MH1～MH8，其中剖面记为 MH1-1～MH1-6、MH2-1～MH2-6。将采集后的土壤样品带回实验室，自然风干以备后用。

1．3 样品处理

除去土壤样品中的枯枝、残叶等杂物，将土壤样品研碎过2 mm筛，然后将过筛后的表层(0～5 cm)样品装入聚乙烯袋中(沿用原先的编号)。剖面土壤作如下处理:将每个柽柳土壤样品二等分，各取其中一份与相同植物群落下相同土层的土壤均匀混合(即CL1-1、CL2-1与CL3-1混合、CL1-2、CL2-2 与 CL3-2 混合、CL1-3、CL2-3与CL3-3混合，以此类推，直到所有土层的土样混合完成)，形成混合样，然后将每个混合样品各取1/3作为对照组，编号记为CL4-1～CL4-6;每个土样剩余的一份作为实验用品(编号不变)。碱蓬土壤样品处理方法和柽柳土壤样品处理方法相似，将每个碱蓬土壤样品平均二等分，各取其中一份与相同植物群落下相同土层的土壤两两均匀混合(即JP1-1与JP2-1混合、JP1-2与JP2-2混合、JP1-3与JP2-3混合，以此类推，直到所有土层的土样混合完成)，形成混合样，再将每个混合后的样品二等分，其中一份作为对照组，编号记为JP3-1～JP3-6，每个土壤样品剩余的一份作为实验用品。芦苇、棉花土壤样品处理方法与碱蓬土壤样品处理方法相同，样品编号分别记为LW3-1～LW3-6、MH3-1 ～MH3-6。

分别将处理后的等质量的实验样品(CL1～CL8、CL1-1～CL1-6、CL2-1～CL2-6、CL3-1 ～CL3-6、CL4-1～CL4-6;JP1 ～JP7、JP1-1 ～JP1-6、JP2-1 ～JP2-6、JP3-1～JP3-6;LW1～LW7、LW1-1～LW1-6、LW2-1～LW2-6、LW3-1～LW3-6;MH1～MH8、MH1-1～MH1-6、MH2-1～MH2-6、MH3-1～MH3-6)按水土体积质量比5∶1配制溶液，测定其盐分指标．

1．4 土壤盐分测定

土壤Cl－含量测定采用硝酸银滴定法与含量测定采用双指示剂滴定法含量测定采用EDTA(乙二胺四乙酸)容量法，K+与Na+含量测定采用火焰分光光度法，Ca2+与Mg2+含量测定采用EDTA容重法，全盐(TS)含量采用离子加和法计算，电导率(EC)采用DDSJ-308A电导率仪测定。

1．5 数据处理

所有数据采用Excel 2010和SPSS 22.0进行处理，包括统计分析、相关分析、变异分析。其中，对照组实测数据用于检验加权平均求的数据，以确保实验的准确性。利用SPSS 22.0进行单因素方差分析，检验群落对土壤盐分的影响，对有显著差异的，采用Tukey法进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 土壤盐分

通过对不同植物群落下土壤全盐含量的比较分析，可以较好地解释植物群落的空间分布格局(表1)。柽柳群落土壤TS含量为15.21～55.00 g·kg－1，变幅为 39.79 g·kg－1，平均值为31.54 g·kg－1;碱蓬群落土壤 TS含量为9.29～26.16 g·kg－1，变幅为 16.87 g·kg－1，平均值为18.80 g·kg－1;芦苇群落土壤 TS含量为4.88～40.62 g·kg－1，变幅为 35.74 g·kg－1，平均值为12.02 g·kg－1;棉花群落土壤 TS含量为1.92～14.84 g·kg－1，变幅为 12.92 g·kg－1，平均值为6.95 g·kg－1。4种植物群落土壤全盐含量平均值均大于 4.0 g·kg－1，属于重盐土类型［2］。随着柽柳群落-碱蓬群落-芦苇群落-棉花群落的演替，土壤盐分含量呈逐渐降低之势，柽柳群落的土壤全盐含量显著(P＜0.05)高于芦苇群落和棉花群落。EC和TS的变化趋势相似，且柽柳群落的EC同样显著(P＜0.05)高于芦苇群落和棉花群落。

2．2 可溶性离子

不同植物群落土壤可溶性盐离子的分布特征不同(图1)。研究区土壤中的K+含量较低，且表现为碱蓬群落＞柽柳群落＞芦苇群落＞棉花群落。除芦苇群落外，随着土壤深度增加，其余3种植物群落的K+含量均有先降后升之势。柽柳群落的Na+表聚较明显，碱蓬群落在0～5和20～40 cm土层，Na+出现较大值，芦苇群落的Na+则有先升后降之势。随着土壤深度增加，柽柳群落的Ca2+含量逐渐降低，碱蓬群落的Ca2+含量先降后升，芦苇、棉花群落的 Ca2+含量变化相对平稳。4种植物群落中，Mg2+、Cl－的变化趋势和Ca2+相似，这一特点在碱蓬、柽柳群落中更明显。随着土壤深度增加，柽柳、碱蓬群落中的SO24－含量逐渐降低，棉花群落、芦苇群落的含量变化稍复杂。含量以棉花群落和碱蓬群落土壤较高。除在碱蓬、棉花群落中极少量出现外，其余植物群落中均未测出。

表1 不同植被群落土壤盐分统计特征Table 1 Characteristics of soil salinity under different plant communities

图1 不同植物群落土壤盐离子特征Fig．1 Variations of ions concentration in soil profile under different plant communities

差异显著性检验结果表明，在0～80 cm的土壤剖面中:K+、Na+、Ca2+、Cl－含量在4种植物群落中差异显著(P＜0.05)，而Mg2+、无明显差异。这说明土壤中K+、等的分布和植物群落有关。

2．3 土壤盐分离子比

如图2所示:不同植物群落土壤盐分离子比值不同，同种植物群落不同土壤深度的离子比值也不同。随着土壤深度增加，柽柳群落、芦苇群落的Na+/K+有逐渐增大的趋势，而其余群落的Na+/K+变化趋势不大。芦苇群落的Ca2+/K+随着土壤深度增加而增大。碱蓬群落的Na+/Ca2+在20～40 cm土层出现最大值，Ca2+/Mg2+在5～10 cm土层出现最大值，Na+/Mg2+在10～20 cm土层出现最大值。柽柳群落的Mg2+/K+随着土壤深度的增加呈现出先减小后增大的趋势，芦苇的Mg2+/K+随着土壤深度增加而增加。柽柳群落的 Cl－/随着土壤深度增加呈先减小后平稳的趋势，而其余植物群落的Cl－/随土壤深度增加变化不明显，尤其是棉花群落。柽柳群落的 Cl－/随着土壤深度增加先增大后减小，芦苇群落的 Cl－/则呈现出“波浪”式变化。除柽柳群落的/随着土壤深度增加呈现先减小后增大的明显变化外，其余植物群落的/变化趋势相对不明显。这说明不同盐离子在植物群落中的富集效应不同，如柽柳对 Na+、Ca2+、Mg2+的富集要高于 K+，对 Cl－、的富集高于。同样，其他植物群落亦有各自的富集特征。

差异显著性检验结果表明，除碱蓬群落和芦苇群落中的Ca2+/K+、柽柳、芦苇群落和棉花群落中的、芦苇群落中的Na+/K+、碱蓬群落中的、芦苇群落中的柽柳群落中的Cl－/外，其余离子比在相同的植物群落的不同土层间均无显著差异。

2．4 土壤可溶性盐的空间变异

变异性一般可分为弱变异性(≤10%)、中等强度变异性(＞10% ～100%)、强变异性( ＞100%)3 类［18］。在水平方向上(表 2)，柽柳群落除属于强变异外，其余离子及TS均属于中等强度变异性;碱蓬群落除属于强变异性外，其余离子及TS均属于中等强度变异性;芦苇群落除Mg2+、Cl－及TS属于强变异性外，其余离子均属于中等强度变异;棉花群落中，可溶性盐离子及TS均属于中等强度变异性。在垂直方向上，除碱篷群落和棉花群落的属于强变异性、芦苇群落的Mg2+属于弱变异性外，其余盐离子和TS在不同植物群落中均属于中等强度变异。

2．5 土壤可溶性盐离子的相关性

相关性分析显示(表4):在柽柳群落中，Cl－与Mg2+、TS呈极显著(P ＜0.01)相关与TS呈显著(P＜0.05)相关。在碱蓬群落中，Ca2+分别与 Mg2+、Cl－呈极显著(P＜0.01)和显著(P ＜0.05)相关，Mg2+与 Cl－、TS呈极显著(P ＜0.01)相关与呈显著(P＜0.05)负相关，Cl－与TS呈极显著(P＜0.01)相关。在芦苇群落中，Na+与Ca2+呈显著(P＜0.05)相关，与Mg2+、Cl－、TS呈极显著(P＜0.01)相关，Ca2+与 Mg2+、Cl－、TS呈极显著(P＜0.01)相关，Mg2+与 Cl－、TS呈极显著(P＜0.01)相关，Cl－与、TS呈极显著相关(P＜0.01)，与TS呈极显著(P＜0.01)相关。在棉花群落中，K+与 Ca2+、Mg2+、Cl－、TS 呈显著(P ＜0.05)相关，Na+与 Mg2+、Cl－呈显著(P ＜0.05)相关，与 TS呈极显著(P＜0.01)相关，Ca2+与Mg2+、Cl－呈极显著(P ＜0.01)相关，与 TS呈显著(P ＜0.05)相关，Mg2+与 Cl－、TS呈极显著(P＜0.01)相关，Cl－与 TS呈极显著(P ＜0.01)相关。4种植物群落中，土壤TS均与Cl－呈极显著(P＜0.01)相关，且Cl－含量远高于其他离子。由此推断，氯盐是该研究区土壤盐渍化的主要因素，建议当地可以通过控制氯盐来改良盐渍化土壤。

3 讨论

图2 不同植物群落土壤离子比Fig．2 Ions ratios under different plant communities

表2 表层(0～5 cm)土壤盐分离子变异系数Table 2 Variation coefficient of ions in surface layer of soil(0－5 cm)

表3 不同深度土壤盐分离子变异系数Table 3 Variation coefficient of ions in different soil layers

表4 不同植物群落土壤可溶性盐离子之间及其与全盐的相关性Table 4 Correlations among soluble ions and total salt under different plant communities

盐生植物是一类能够在相当于200 mmol·L－1NaCl及以上浓度含盐量的土壤中正常生活并完成生活史的植物［19］，但随着土壤盐分含量增加，过高的盐分同样会抑制其生长甚至导致死亡。非盐生植物对盐分更为敏感，盐渍环境下，较多的盐离子就会抑制其生长或致其死亡［20］。柽柳、碱蓬作为盐生植物，耐盐能力较高;而芦苇、棉花则属非盐生植物，耐盐能力相对较低。该研究区水平方向沿柽柳群落-碱蓬群落-芦苇群落-棉花群落方向，土壤盐分含量逐渐减少，这说明不同的植物类型在一定程度上可以反映出土壤盐分含量。该研究区4种植物群落土壤盐分含量均大于4.0 g·kg－1，属于重盐土类型，在该研究区开展土壤改良研究十分必要。

本研究中土壤的盐离子大多具有表层(0～5 cm)聚集的特点，尤其是在碱蓬、柽柳群落中(除这一特点更为明显。这说明在该研究区土壤盐渍化主要发生在土壤表层。另外，柽柳对阳离子中Na+和阴离子中Cl－的富集性要强于同性的其他离子。有研究指出，对灌丛植物生长越重要的土壤离子，在土壤中聚集越显著，离子的空间异质性现象越明显［21］。柽柳为泌盐性植物，对Na+进行选择性吸收，累积到枝叶［22－23］，枝叶凋落后在土壤表层积聚，经理化作用和微生物分解再返回到土壤中。此外，柽柳还可通过自身的泌盐作用将盐离子排出体外直接返回土壤［24］。土壤 Cl－很少被土壤吸附，也不易从土壤中解离出来，又不易形成难溶性的氯化物［25］，其运移主要是随水而动。由于研究区内柽柳群落稀疏，强烈的蒸发使得Cl－向表层聚集。何秀平等［26］研究有相似的结果。有研究指出，碱蓬根系对于K+有较强的吸收能力，根系在吸收盐离子K+过程中起到“盐泵”的作用，使得K+向表层富集［27］。此外，碱蓬群落距海较近，地下水埋深较浅，蒸发积盐作用强烈，导致表层含盐量较高。梁东等［28］研究发现，博斯腾湖西岸湖滨带土壤剖面盐分表聚现象强烈，这与本研究区盐分特点相似。

该研究区4种植物群落土壤盐分离子在水平向和垂直向上大多属于中等强度变异，说明该区盐分在空间分布上相对均匀。这可能和该地区的水文因素有关:研究区北临黄河，植物群落间有人工灌区，长期的淡水浸渍使得土壤水分分布相对均匀。王勇辉等［29］的研究表明，夏尔希里地区土壤盐分属于中等强度变异。朱海清等［30］的研究中，棉田土壤水、盐均属于中等强度变异。这说明不同的研究区可以有相似的结果。因此，在改良盐渍化土壤方面可以互相借鉴改良方法，做到优势互补。本研究土壤中的在柽柳群落中因易与Ca2+结合，生成了微溶于水的CaSO4沉淀，造成局部分布不均而形成强度变异性。Na+变异系数最小，可能是因为柽柳对 Na+进行选择性吸收，并累积到枝叶［22－23］，再以凋落物的形式返回土壤，使得柽柳群落土壤中Na+近乎保持在动态平衡中，变异强度不大。碱蓬、棉花群落土壤中的部分与 Ca2+、Mg2+等阳离子结合形成碳酸化合物沉淀，部分与土壤中的有机酸H+离子结合易形成，造成在土壤中分布不均。

4种植物群落中，土壤盐分指标之间具有一定的相关性，不同植物群落之间土壤盐分的相关性不同:柽柳群落土壤TS主要与Cl－密切相关;碱蓬群落土壤TS主要与Mg2+、Cl－密切相关;芦苇群落土壤 TS主要与 Na+、Ca2+、Mg2+、Cl－密切相关;棉花群落土壤TS主要与K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl－密切相关。但 4 种植物群落有一个共同的特点，就是土壤TS均与Cl－密切相关，且Cl－含量远高于其他离子，这说明在该研究区氯盐是土壤盐分的主要贡献者。因此，在该地区改良盐渍化土壤可主要通过控制氯盐来实现，以节省人力、物力。