河西绿洲荒漠过渡带梭梭林土壤保育效应*

王彦武 罗 玲 张 峰† 陈天林

（1 甘肃省水土保持科学研究所，兰州 730020）

（2 河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454000）

（3 甘肃省水利厅水土保持局，兰州 730000）

植被的土壤保育效应包含两个内涵：一是植被对土壤的保护效应，即植被的阻挡拦沙和防风固沙作用；二是植被对土壤的复育效应，即植被对退化土壤质量的恢复和改良作用。土壤机械组成、有机质、氮素、磷素及生物学特性是评价土壤质量的重要指标[1-2］，对改良土壤的松紧程度、改善土壤水肥状况和防治土壤沙化具有重要作用[3］，而植被的防风固沙效应是改善这些土壤复育效应指标的前提保障。植被通过树冠等的阻挡作用降低风速，减少风的动能，防止对土壤的风力侵蚀[4］，进而拦截近地表风沙流中携带的物质，使其在冠层下沉积[5］，最终达到阻风拦沙的目的[6-7］。土壤和植被不同特征参数之间相关性显著，在退化生态系统的植被恢复过程中，植物与土壤之间的相互作用方式主要是植被对土壤的保护改良作用和改良的土壤对植被的促进作用[8］。因此，研究植被对土壤的保护效应和复育效应成为防治土地沙化的关键。

梭梭（Haloxylon ammodendron）是河西绿洲荒漠过渡带优良的防风固沙造林树种，具有抗旱、抗寒，喜瘠薄、喜干燥，对风蚀沙埋的生态适应性强等特点[9］。近年来，由于河西绿洲荒漠过渡带地下水位持续下降，大面积的梭梭林发生退化，退化面积达270 km2[10］，给荒漠化的防治工作带来极大地挑战。因此，要巩固治沙造林成果，有效制止梭梭林边治理、边退化、边破坏现象的发生，需要对梭梭林保护土壤和改良土壤的效应进行深入的分析。目前，学者们对梭梭的研究绝大多数是从梭梭林地水分平衡[10-11］、退化及恢复更新[12］、群落结构[13］、土壤理化特性[14］、防风固沙功能[15］、病虫鼠害[16］等角度进行分析，而对梭梭林土壤保护与土壤复育间关系的研究较少，尤其是有关河西绿洲荒漠过渡带梭梭林保护土壤效应和改良土壤效应各因子间相关关系方面的研究，目前还未见报道。

梭梭林在河西绿洲荒漠过渡带防治荒漠化的过程中起着独特的作用[17］，它不但可以防风固沙，而且对土壤养分及土壤生物学性质有重要影响。然而，随着梭梭林龄的增加，其防风固沙效果和土壤质量状况如何变化？梭梭林保护土壤效应因子对改良土壤质量是否有显著影响？土壤保护与土壤改良效应因子间的相关关系如何？上述问题的研究将对进一步分析河西绿洲荒漠过渡带梭梭林的土壤质量和健康状况奠定基础。因此，本研究通过野外调查和室内分析，对河西绿洲荒漠过渡带不同龄阶梭梭林保护土壤的效应和改良土壤的效应进行了研究，探讨各因子之间的相互关系和梭梭林保育土壤的内在机制，为保护、恢复和治理河西绿洲荒漠过渡带生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于石羊河流域下游甘肃省河西走廊东北部的民勤治沙试验站区（38°35′N，102°58′E），该区域为典型的干旱荒漠气候，年均降雨量113 mm，且多集中在7、8、9三个月，年均蒸发量2 644 mm，年平均气温7.7℃，无霜期约151 d。西北风向为主，多年平均风速为2.7 m·s-1，年最大风速为23 m·s-1，大风日数（瞬时风速≥17 m·s-1）42 d。该区土壤以灰棕漠土、风沙土和草甸土为主。20世纪60年代以来，在绿洲边缘营造的防风固沙树种梭梭，现已成为该区域主要的人工—天然植被群落。该区域其他的防风固沙植被有花棒（Hedysarum scoparium）、白刺（Nitraria tangutorumBobr.）、多枝柽柳（Tamarix ramosissimaLedeb.）、膜果麻黄（Ephedra przewalskii Stapf）、沙拐枣（Calligonum mongolicumTurcz.）、红砂（Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.)、沙蒿（Artemisia desertorumSpreng.）、沙棘（Hippophae rhamnoidesLinn.）、柠条（Caragana KorshinskiiKom.）、沙打旺（Astragalus adsurgensPall.）、黄花矶松（Limonium aureum(Linn.) Hill.）、狗尾草（Setaria viridis(Linn.) Beauv.）等。

1.2 标准样地设置

采用典型抽样和空间代替时间的方法，在研究区选择不同龄阶的梭梭林（20a、30a、40a）和裸沙地为研究对象，在每个龄阶的梭梭林中分别设置4个30 m×30 m的研究样地，样地中梭梭植株行距约为3 m×5 m，两行间的梭梭呈“品”字型排列，风季梭梭树冠的疏透度为0.42。每个样地的立地条件类型基本一致，人为干扰较少。样地基本情况见表1。

1.3 梭梭林防风固沙效应的野外测定

2016年3月至5月，在样地内选择标准梭梭木各3株，确定主风方向后，在每株标准木的迎风面和背风面各布置4个观测点，观测点距标准木距离分别为0.5 m、1 m、2 m和3 m，观测点周围无其他植被影响。每场起沙风时，在每个观测点用HOBO小型移动气象站同时测定高度为20 cm、50 cm、100 cm、200 cm处的风速值，每10秒记录1次，每组20次，同一观测点连续观测3组，取平均值，以裸沙地为对照，最终分析不同高度和距离处梭梭林的防风效能。

1.4 梭梭林改良土壤效应的野外测定

2016年3月、5月、9月、11月，在样地内运用多点混合取样法采集土样。取样时，在每块样地沿“S”型线路分别选设5个2 m×2 m的样方，除去表层石块、植物残根等杂物后挖掘土壤剖面，按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三层取样，用四分法取5个样点各层的混合土样三份：一份装入事先准备的无菌塑料袋，带回室内风干处理，用以测定其机械组成和化学性质；一份用便携式车载冰箱在4℃条件下保存，带回实验室后测定土壤微生物数量；一份风干后粉碎，分别过孔径1 mm和0.25 mm筛，用于测定土壤酶活性。

土壤机械组成变化规律的测定采用筛分法和比重计法，并根据国际制土壤粒级划分标准将研究区土壤粒级分为粗砂粒(0.2～2.0 mm)、细砂粒(0.02～0.2 mm)、粉粒(0.002～0.02 mm)和黏粒(＜0.002 mm)。土壤有机质采用重铬酸钾氧化法测定，全氮采用半微量开氏法测定，全磷采用NaOH熔融—钼锑抗比色法测定，全钾采用NaOH熔融—火焰光度法测定[18］；细菌、真菌和放线菌数量采用稀释平板法测定[19］；过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法测定，碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[20］。

表1 梭梭样地基本情况表Table 1 Basic information of the Haloxylon ammodendron stands

1.5 数据统计分析

所有数据采用Microsoft Excel 2007、Surfer13.0和SPSS 19.0进行数据统计分析，其中，基本数据分析和图件制作采用Microsoft Excel 2007软件，风速等值线图采用Surfer13.0制图，多重比较、方差分析和相关性分析等采用SPSS 19.0软件。方差分析采用One-way ANOVA分析，各组均值间两两成对比较采用Duncan法，土壤保育效应因子与土壤养分、微生物数量、酶活性之间采用Pearson相关分析。所有数值均以平均值±标准差表示。

2 结 果

2.1 不同龄阶梭梭的防风效应

不同龄阶梭梭的防风效果及对风速的影响不同（图1），各龄阶梭梭背风面风速较迎风面显著减小。40年生梭梭最佳的防风效果位于背风面50～220 cm，30年生梭梭位于背风面30～220 cm，20年生梭梭位于背风面50～180 cm，说明各龄阶梭梭背风面防风固沙范围以30年生梭梭最大，40年生梭梭次之，20年生梭梭最小。

从图1可以看出，各龄阶梭梭在迎风面风速比较稳定，随着距离梭梭植株越近，风速逐渐减小，当风速到达背风面时，风速显著减小，且背风面的减小程度大于迎风面，当距离梭梭背风面2m以上时，风速略有增加，说明梭梭的防风和阻沙效应对风速有显著影响，且风速大小与距离梭梭植株的远近有显著的相关性。同一测点，各龄阶梭梭林风速随着高度的增加而增大，这与裸沙地地表的风速分布规律相一致。风速在梭梭植株的附近出现明显波动，且表现为顶端风速大，中下部风速小。

从表2可以看出，不同龄阶梭梭降低风速的幅度不同，且与植株的高度显著相关。在距离地表面20 cm、50 cm、100 cm、200 cm高度时，梭梭的风速降低幅度分别在13.75%、14.55%、15.00%、7.34%以上，说明梭梭中下部的防风效果较好，而在200 cm高度时风速降低幅度显著减小，中下部的风速降低幅度为顶端处的1.05倍～2.04倍，主要是由于此高度处于梭梭上部顶端，疏透度增大，降低风速的作用减小。

不同龄阶梭梭随着林龄的增长，风速降低幅度的均值由12.66%增大至20.41%。在距离地表面20 cm、50 cm、100 cm高度时，风速的降低幅度表现为30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，说明随着林龄的增长，梭梭林高度增大，疏透度减小，梭梭林防风作用增强；由于40年生梭梭林发生死亡和退化，其生长减缓，中下部的疏透度增大，故其防风作用较30年生梭梭林变弱。在200 cm高度时，风速的降低幅度表现为40年生梭梭林＞30年生梭梭林＞20年生梭梭林，主要是由于梭梭植株的高度不同影响所致。

图1 梭梭林周围不同高度风速等值线图Fig 1 Contour map of wind speed around the Haloxylon ammodendron forest relative to height above the ground

表2 不同龄阶梭梭林周围平均风速降低百分比Table 2 Mean wind reduction (%) around Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.2 梭梭林土壤机械组成变化

从图2中可以看出，各龄阶梭梭林土壤中砂粒、粉粒、黏粒所占比例不同，粗砂粒、细砂粒、粉粒、黏粒含量变化范围分别为45.62%～50.87%、44.72%～46.10%、3.65%～6.85%、0.07%～2.08%，均表现为粗砂粒和细砂粒含量最高，粉粒含量次之，黏粒含量最低，且粉粒和黏粒所占比例远远小于粗砂粒和细砂粒所占比例。

由图2可知，在0～60 cm土层，梭梭林土壤粉粒和黏粒含量随土层深度增加略有减小，主要原因是裸沙地建立植被后，由于梭梭林对风蚀的细粒物质和降尘的阻挡和截留，表层土壤细粒组分不断增加；此外，随着梭梭林的生长，枯枝落叶经微生物分解而形成的腐殖质不断集中在土壤表层，使得土壤表层的腐殖质和黏粒的凝聚作用增强，形成的微团粒增多，有利于更多的粉粒和黏粒在表层胶结聚集。

不同龄阶梭梭三层土壤粉粒和黏粒含量均表现为裸沙地＜20年生梭梭林＜40年生梭梭林＜30年生梭梭林，粗砂粒含量均表现为裸沙地＞20年生梭梭林＞40年生梭梭林＞30年生梭梭林，可以看出，梭梭林三层土壤的粉粒和黏粒含量均显著大于裸沙地，粗砂粒含量均显著小于裸沙地，说明裸沙地建立植被后，土壤机械组成发生变化，粉粒和黏粒含量增大，粗砂粒含量减小，主要是因为梭梭林的覆盖保护使地表土壤被风吹蚀的作用减弱，枯落物的分解增加了土壤细粒组分和有机质，随之土壤容重减小，土壤的稳定性提高，有效地改善了土壤的物理性质。

不同龄阶梭梭林土壤机械组成存在差异，土壤黏粒和粉粒含量先随着树龄增加而增大，到30年左右达到最大值，后随树龄增大而逐渐减小；粗砂粒含量先随着树龄增加而减小，到30年左右达到最小值，后随树龄增大而逐渐增大。由此说明随着林龄的增长，林木阻挡和截留的细粒物质增多，梭梭林枯落物分解转化的有机质含量增加，改善了林地土壤结构。

图2 不同龄阶梭梭土壤机械组成比较Fig. 2 Soil mechanical composition of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.3 梭梭林改良土壤质量的效应

不同龄阶梭梭林对土壤质量各指标均有显著影响（表3）。不同龄阶梭梭林土壤的养分含量、微生物数量和酶活性不同，土壤质量各指标在三层土壤中均表现为30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林。

从表3可知，不同龄阶梭梭林土壤养分含量均随土层深度增加而减小，表层0～20 cm土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量较40～60 cm土层分别高4.91%～33.52%、66.67%～133.33%、10.00%～43.75%、0.69%～5.16%，主要是由于梭梭林的枯枝落叶集中在土壤表层，经微生物分解转化成的养分元素富集在土壤表层，使表层土壤养分含量大于中间层和下层。土壤放线菌数量、真菌数量、蔗糖酶活性表现为表层＞中间层＞下层，主要是因为表层土壤枯落物丰富，透气性较好，有利于放线菌、真菌及蔗糖酶的生存；过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性变化趋势为下层大于中间层大于表层，土壤细菌数量呈不规律变化，说明梭梭林根系分布、养分含量大小、微生物特性、酶的来源等多种因素对细菌数量、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均产生重要影响。

与裸沙地相比，各龄阶梭梭林三层土壤中的养分含量、微生物数量和酶活性均有不同程度的增加，均为裸沙地的1.02倍以上，说明裸沙地梭梭林的建立使地表枯落物和地下根系逐渐增多，改善了土壤中微生物的生境条件，加速了枯落物的分解和腐殖质的转化速率，导致退化土壤质量不断恢复和改良。

表3 不同龄阶梭梭林土壤质量变化特征Table 3 Soil quality of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

续表

2.4 梭梭林防风效应和改良土壤效应的相关性

梭梭林地防风蚀效应因子对土壤机械组成有显著影响，而风蚀区土壤机械组成与土壤养分含量、微生物数量和酶活性之间关系密切，对其进行相关性分析（表4），结果表明，梭梭林的风速降低程度与粗砂粒和细砂粒含量呈极显著负相关关系（P＜0.01），相关系数达到了87.0%以上，与粉粒和黏粒含量呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数达到了94.6%以上。可以看出，梭梭林的风速降低程度越大，土壤中粗砂和细砂粒含量越小，粉粒和黏粒含量越高，说明通过营造梭梭林增大地表粗糙度，可以减小地表风速和风沙流流量，使风沙流中细小的沙粒不断在梭梭林周围沉积，进而改善土壤的机械组成。

土壤粉粒和黏粒含量与全磷、有机质、蔗糖酶、碱性磷酸酶以及微生物数量呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数达到了74.8%以上，说明土壤中粉粒和黏粒含量增加，形成有利于土壤有机质和养分元素积累的环境条件，最终改善土壤的养分质量和生物学特性，有利于梭梭林健康的生长。

从表4可看出，除全钾外，土壤养分含量、微生物数量及酶活性各指标间均呈显著正相关关系（P＜0.05），相关系数达到了58.5%以上，说明土壤养分含量、微生物数量及酶活性间相互影响，相互制约，对外部环境的变化比较敏感，在梭梭林管护过程中应注意“木桶效应”和外界因素产生的不利影响。

3 讨 论

3.1 梭梭林防风蚀效应特征

黏C l a y 粒1数系关相的成组械机壤土与子因应效蚀风防林梭梭4表粒S i l t粉粒d r o n f o r e s t s 砂F i n e细s a n d粗C o粒a r s e砂e n s a n d o d m m n n a 降度s p速x y l o e e d程c t i o l o风低W i n d r e d u H a i n s i t i o n 磷a t a s e性酶酸p o 碱A l k a l i n e o s p h p h e c h a n i c a l c o m糖c r a s e 酶蔗S u i t h s o i l m 化氧酶过氢C a t a l a s e g e f f e c t w菌n g i真F u i n r e a k d b 菌c e t e s i n 线m y f w 放r s o A c t i n o f t h e f a c t o菌细n c o e f f i c i e n t o B a c t e r i a有O r g a n i c 质机m a t t e r r r e l a t i o钾t a l m全T o t a s s i u C o p o b l e 4 o r u s T a 磷t a l全T o o s p h p h氮t a l e n全T o n i t r o g 1标d e x指I n 氮全1*4*0.9 2磷全1 5*3*0.6 8 0.6 9钾全5*1 0.6 4*4*0.9 7*7*0.8 2质机有1*4*0.7 8 0**0.2 3 6 8**0.8 1 0.7 3菌细1*9*0.9 2*8*0.8 7 3 0.2 4*8*4*0.8 4 0.6 8菌线放1*9*4**0.8 2 0.8 3*7*0.7 3 4**0.2 0 1 3*0.7 1 0.6 0菌真5*1 6*0.5 8 0.6 8*2*0.7 6*0*7*0.8 3 0.7 0*8*0.9 1*5*0.9 5化氧酶过氢1*2*0.7 7*2*0.7 9*4*0.9 0*3*0.9 9*3*0.7 4 8 0.2 1*8*0.7 8*5*0.7 3酶糖蔗4**1 0.9 1 0*0.6 9*7*0.8 2*9*6**0.9 9 0.9 3*5*0.8 6 8**0.2 2 1 0*0.8 3 0.6 8磷性酶碱酸1*5*0.9 8*5*5*0.8 6 0.6 8*3*0.8 0*3*0.9 8*5*0.8 8*6*0.8 7 0.2 4*9*2*0.8 3 0.6 5降度速程风低6 1**1 7 5**-0.9 2 5**-0.9.8 6 9-0 3 3**-0.5 7 8**-0.8 6 9**-0.9 4 2**-0.8.8 4 4-0 7 4**-0.1.7-0 8 3*.5-0粒砂粗1*9*7 0**0.8 0 0 4**-0.8 7 7**-0.9.9-0 9 2*2 8**-0.6 9 0**-0.7 5 4**-0.8.9-0 6 4*.6-0 8 3 1 1**-0.0.7-0 4 7*.6-0粒砂细8 2**1 9 0**-0.8.9-0*9*0.9 6*2*0.9 9*7*7*0.8 9 0.6 2*9*0.8 4*0*0.9 9*8*0.9 2*3*0.8 3 5 0.1 4*1*8*0.7 9 0.6 2粒粉*8*4 6**0.9 6 9 4**-0.7.9-0*6*e c t i v e l y 0**0.9 4 r e s p l e v e l，5%9**0.9 5% a n d 0.7 5 4 i f f e r e n c e a t t h e 1 0.5 1 n i f i c a n t d*4*0.8 0 e a n s s i g* m*5*9**0.9 5* a n d t e: *N o关相0.8 0著显上平*3*水0.8 3 0.0 5在示8**0.1 3 4表，*关相著显0.7 4上平水6 0.0 1 0.5 3在示表*粒：*黏注

梭梭林的防风蚀特性在风沙防治中起着至关重要的作用，梭梭林地上枝叶的覆盖和阻挡使近地表免受风力直接侵蚀，通过分散近地表的风动量以降低风速，进而拦截近地表风沙流中的沙粒并使其沉积，最终达到阻风拦沙的目的[21］。本研究中，不同龄阶的梭梭林保护土壤的效应不同(30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林)，且背风面显著强于迎风面。梭梭林的风速降低程度越大，梭梭林保护土壤的效应就越强，越有益于土壤有机质的积累和土壤质量的改善。植被是控制风蚀的决定性因素，其高度差异对土壤风蚀具有重要影响[22］。试验中，同一观测点，当风通过梭梭林时，梭梭林近地表风速均随着高度增大而增大，越接近梭梭林顶端处，梭梭林对风速的影响越小，越接近梭梭林中部，梭梭林对风速的影响越大，主要是由于各龄阶梭梭林顶端疏透度大，越接近顶端处，梭梭林对风速的阻碍作用越小，而中部疏透度小，对风速的阻碍作用大，导致风速明显减弱。随着植被林龄的增大，其高度和覆盖度不断增大，对降低林地内的风速和改善小气候的作用显著[23］。本研究中，40年生梭梭林的防风作用较30年生梭梭林变弱，主要是由于人类活动不合理利用水资源使当地地下水位下降，导致需水量较大的40年生梭梭林发生死亡和退化[24］，使其疏透度增大，覆盖度减小，阻风拦沙的作用减弱。从梭梭林的防风固沙效果、改良土壤效应和可持续经营等方面综合考虑，30年生梭梭林更适合当地生境条件，它不仅防风固沙效果明显，而且改善流动沙丘土壤性状和微生物活性的能力较好。因此，在梭梭林的营造和管护过程中，对龄阶大于30年且出现明显退化的梭梭林应进行间伐、保水、补肥等外部干预措施，以保障其健康生长，可持续地发挥其防风固沙的生态作用。

3.2 梭梭林对土壤机械组成及土壤质量的改良效应

土壤机械组成是土壤质量的一个自然属性，表现出土壤的粗细状况，它是评价土壤质量的一个重要指标，对改良土壤的松紧程度、改善土壤水肥状况和防治土壤沙化具有重要作用[25］。不同粒径的颗粒含量对形成土壤团粒结构的影响作用不同，导致其防风蚀的性能也不同，黏粒与带负电荷的腐殖质结合后其通透性差，很难被微生物分解，不易被风吹蚀，抗风蚀性能较好。绿洲荒漠过渡带梭梭林土壤中粉粒和黏粒所占比例远远小于粗砂粒和细砂粒所占比例，主要是由于研究区土壤以灰棕漠土和风沙土为主，成土母质多为砂砾质堆积物，质地较粗，细颗粒物质很少，加之当地属温带干旱荒漠气候，降雨量少，植被稀疏，风蚀作用强，粒径较小的粉粒和黏粒容易被风吹蚀，导致土壤质地以砂粒为主，其土壤质量不利于梭梭林的健康生长。唐炎林等[26］的研究表明，土壤中黏粒和粉粒等细小颗粒的含量越高，粗砂粒等大颗粒物质的含量越低，土壤中有机质、全氮、全磷和全钾的含量就越高。本研究的结果与此基本吻合，说明黏粒含量较高的土壤，其保持养分的能力较好。梭梭林对改善土壤机械组成和其生长的土壤环境有重要作用，本研究中，随着裸沙地梭梭林的恢复，土壤颗粒组成发生变化，黏粒含量趋于增多，砂粒减少，表层土壤中粉粒和黏粒的含量增加尤为显著，黏粒的增多有效地增加了土壤的养分含量和微生物数量，有利于梭梭林生境的改善，主要是由于林木根系通过穿透作用和根际效应既可以将土壤分割成细颗粒，又能将土粒和土壤中有机质和腐殖质胶结形成团粒结构，与林木根系伴生的土壤微生物通过时间、空间的梯度变化与根系不断相互影响，最终形成稳定的土壤群落结构[27］。随着林龄增长，30年生梭梭林土壤机械组成出现峰值和谷值，说明30年生的梭梭林处于生长旺盛期，受环境因素和地下水位下降的影响，使得林龄大于30年的梭梭林生存环境恶化，植物生长受到抑制，进入土壤的枯落物及分解转化的有机质相应减少，使得粉粒和黏粒含量减少，土壤质量下降。

土壤有机质、全量养分、微生物数量和酶活性是土壤肥力和生产力的主要指标，而有机质则是最关键的指标，其主要来自于地表枯落物与地下根系的分解补充和累积，有机质在土壤剖面的分布主要取决于有机残体归还量的多少和腐殖质在土体中淋溶、迁移、淀积的过程[28］。本研究中，随着裸沙地梭梭林的恢复，土壤中黏粒等细颗粒的增多导致了有机质含量的增大，使得土壤中的养分含量、微生物数量和酶活性均有不同程度的增加，从而导致土壤肥力质量和稳定性的升高，说明土壤中有机质含量的高低将对全量养分、微生物数量和酶活性产生重要的影响。刘乃君[29］对巴丹吉林沙漠东南缘人工梭梭林的土壤改良效应进行了研究，结果表明，在流动沙丘上人工建立梭梭林后，对林地土壤不仅可以起到防风固沙的作用，而且还可以提升土壤的养分含量，改良贫瘠的土壤。本研究中，不同龄阶梭梭林对土壤养分含量、微生物数量和酶活性的积累作用不同，以30年生梭梭林最大，主要是由于梭梭林建立后随着龄阶的增大，进入土壤的枯落物增多，经过土壤微生物和酶的分解和转化，致使土壤养分不断累积，微生物和酶的生存环境不断改善，在30年龄阶达到生长旺盛期，使其养分含量、微生物数量和酶活性较其他龄阶梭梭林高，说明研究区30年生梭梭林对土壤质量的改良作用较好。40年生梭梭林各指标较30年生梭梭林小，主要是因为40年生梭梭林受环境因素影响处于生长退化阶段，其改善土壤质量的作用不及30年生梭梭林。本研究中，不同龄阶梭梭林土壤的养分含量、微生物数量和酶活性具有明显的垂直分布特征，但细菌数量、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性与其他指标的变化趋势不一致，主要是由于梭梭根系分布、养分含量大小、微生物特性、酶的来源等多种因素综合影响所致，具体原因尚需深入研究。

3.3 梭梭林土壤保育效应的相关性

植被在荒漠生态系统中发挥着重要作用，是荒漠生态系统中养分的主要供给者，其地下根系的生长可以有效改善土壤结构，地上植被的枯落物可以为土壤提供更多的营养物质[30］。植物措施保护土壤效应与改良土壤效应各因子间具有较好的相关性，曹成有等[31］的研究表明，固沙林的防风蚀效应因子对土壤机械组成有重要影响，随着固沙林保护土壤效应的进行，固沙林土壤的粉粒、黏粒含量增加，使容重、孔隙度等物理性质改善，进而显著提升土壤有机质、微生物数量等，有效地改良了风沙土土壤质量。本研究中，梭梭林的风速降低程度与粉粒和黏粒含量呈极显著正相关关系，说明梭梭林的防风固沙作用明显改善了土壤结构，有利于梭梭林枯落物分解转化后土壤养分含量的积累和微生物生存环境的改善。杨涛等[32］研究了科尔沁沙地固沙林土壤养分与生物学性质间的关系，认为固沙林土壤的有机质、微生物和酶活性三者间具有显著相关关系。本研究中，除全钾外，土壤养分含量、微生物数量及酶活性各指标间均呈显著正相关关系，这与杨涛等[32］的研究结果基本吻合。土壤粉粒和黏粒含量与全磷、有机质、蔗糖酶、碱性磷酸酶以及微生物数量呈极显著正相关关系，说明梭梭林的防风蚀作用使得地表的机械组成发生变化，进而对梭梭林土壤的物理性质、化学性质、微生物数量及酶活性产生了重要影响。

梭梭林的防风固沙效应是梭梭改良土壤效应的基础和前提条件，而梭梭改良土壤效应又为其健康生长提供保障。梭梭的枯落物是土壤中有机质的主要来源，土壤中有机质的积累可以促进土壤中氮和磷等养分含量的提升，也是增强土壤微生物数量和酶活性的主要方式，因此，提高退化土壤的有机质含量，对改良梭梭林土壤养分与生物学性质具有重要意义。梭梭改良土壤质量的同时也可以通过根系吸收土壤中的营养物质而健康生长，最终形成良性循环以利于生态环境的改善，所以梭梭林的健康生长是土壤肥力质量和生物学特性改善的关键。在今后河西地区的荒漠化防治和生态恢复的建设中，应该以土壤保育作用较好的30年龄阶的梭梭林为界，对龄阶大于30年且出现明显退化的梭梭林应及时采取外部干预措施。

4 结 论

梭梭林保护土壤的效应取决于梭梭的生长情况及树龄，梭梭林中下部对风速的阻碍作用较顶端处大，距离梭梭植株越近，风速逐渐减小，且背风面的减小程度大于迎风面；随着林龄的增长，风速降低幅度的均值增大，30年生梭梭林防风固沙范围达最大，表明健康梭梭林的防风蚀效应显著。各龄阶梭梭林土壤粉粒和黏粒所占比例远远小于粗砂粒和细砂粒，随土层深度增加，粉粒和黏粒含量略有减小，但均显著大于裸沙地；随着树龄增加，土壤黏粒和粉粒含量增大，粗砂粒含量减小，分别在30年时出现峰值和谷值；各龄阶梭梭林土壤的养分含量、微生物数量和酶活性各指标均表现为30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，且均为裸沙地的1.02倍以上。以上结果表明梭梭防风蚀效应可以有效改善土壤的机械组成，进而改善土壤质量，30年生梭梭林的土壤保育效果最好。梭梭林的风速降低程度与土壤的机械组成呈极显著相关关系，相关系数达到了0.87以上，土壤粉粒和黏粒含量与全磷、有机质、蔗糖酶、碱性磷酸酶以及微生物数量呈极显著正相关关系，相关系数达到了0.748以上，说明梭梭林土壤保育效应因子间均有较好的相关性，他们相互制约、互相促进，对梭梭林生长发育和土壤质量改善具有显著作用。