石羊河流域下游盐碱化退耕地黑果枸杞群落土壤特征分析

张 杰，郭树江，李得禄

(1. 甘肃民勤连古城国家级自然保护区管理局，甘肃 民勤 733300；2. 甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070)

黑果枸杞(Lyciumruthenicummurr.)为茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)多棘刺灌木，主要分布于我国陕西北部黄土高原、宁夏、甘肃、青海、内蒙古、新疆和西藏等地区，中亚、高加索和欧洲等地区亦有分布。其中，我国新疆、甘肃分布较多，而甘肃则主要分布于河西走廊地区、黑河流域沿岸及其湿地地区[1]。据测定黑果枸杞含17种氨基酸、13种微量元素，可生食，有滋补、明目作用；黑果枸杞主根发达，喜生于盐碱荒地、盐化沙地、盐湖岸边、路旁等各种盐渍化土壤中，是宝贵的盐生植物[2]。

近年来有关黑果枸杞的研究报道也越来越多，Chen等[3]、何芳兰等[4]、王桔红等[5]、韩多红等[6]、王琴等[7]开展了深入研究，其研究结果显示黑果枸杞具有独特的外部形态和内部结构特征，是一种集药用、绿化和水土保持价值为一体的野生优良植物；马彦军等[8]通过对民勤、瓜州、金塔、老寺庙4个种源黑果枸杞叶片生理指标的变化规律研究，初步判断民勤地区黑果枸杞抗盐性较其它3个地区强。吕培霖等[9]对不同区域黑果枸杞土壤中氮磷钾进行了分析研究，结果表明青海产区的黑果枸杞土壤全N含量，速效P、速效K含量较甘肃和内蒙两个产区都要高，而甘肃产区有机质含量高于青海和内蒙的。郭春秀等[10]对民勤黑果枸杞形态特征与土壤因子的关系进行了研究，结果表明盐碱地有机质含量显著高于覆沙地、砾石地、固定或半固定沙丘。

随着该物种药用价值的进一步开发利用，野生资源破坏严重，种群数量大面积减少，部分地区甚至出现成片死亡现象，该物种当前已被列为重要保护植物[11]。在石羊河流域下游民勤青土湖区域内，由于土地退耕后在漫长的群落演替过程中形成了黑果枸杞植物群落，通过对研究区黑果枸杞群落的土壤特征分析研究，为开展有效的保护和盐碱地治理提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究区位于地处河西走廊的东北部，石羊河流域下游的甘肃省民勤县青土湖，地理坐标为38°48'27"～39°08′51′′ N、103°21′43′′～103°56′15′′ E，海拔高度1280～1347 m。该区域为典型的温带大陆性极干旱气候类型，年均温度7.4℃，变化剧烈，极端最高气温为38.1℃，极端最低气温是-28.8℃。年均降水量110 mm，年均蒸发量2 644 mm，年日照时数2 832.1 h。年平均风速2.3 m/s，以西北风、西北偏西风为主，全年平均有59 d为扬沙，27 d有沙尘暴。地带性土壤主要为灰棕漠土和风沙土，还有盐土和草甸土，风沙危害极为严重。土壤类型以盐碱土为主，随着强烈的地表蒸发，可溶性盐类随土壤毛细管上升至地表，导致退耕地土壤盐渍化程度较高。植被以耐盐性植物为主，主要有黑果枸杞(Lyciumruthenicummurr.)、盐爪爪(Kalidiumfoliatum)、碱蓬(Suaedaglauca)、芦苇(Phragmitescommunis)等。

2 研究方法

2.1 样地概况

在民勤县青土湖区域分别选择三种类型的黑果枸杞群落试验地(样地概况见表1)，采集土壤样品，进行分析测试，研究土壤水分、盐分、养分变化特征。

表1 黑果枸杞群落土壤采样地概况

2.2 土壤水分测定

土壤水分监测采用烘干法测定，在观测样地内利用土壤取土钻分层进行采集。采集深度为200 cm，每隔20 cm采集一层，每层重复3个样品。土壤含水量采用烘干法测定，将采集的土壤样品用铝盒装好，用便携式电子天平(0.01 g)在采样点称量湿土重，带回实验室烘干、称重，计算土壤含水率，分析黑果枸杞群落不同采样地0～200 cm深度范围内土壤含水量垂直变化特征。

2.3 土壤理化性质测定

在每个观测样地上设置5个10 m×10 m的小样方，在样地内小样方之间设土壤样品采集剖面2个，分耕作层0～30 cm和生土层30～60 cm 2个层次，分析测定土壤机械组成、有机质、全氮、速效磷、速效钾、水溶性盐、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等指标。土壤有机质采用重铬酸钾容量法～外加热法；有效氮采用碱解扩散法；速效磷采用钼锑抗比色法-0.5 mol/L NaHCO浸提法；速效钾采用原子吸收光谱法(NH4OAC浸提法)；水溶性盐总量采用残渣烘干质量法和电导法测定。具体分析方法参见文献[12]。

3 结果与分析

3.1 黑果枸杞群落土壤水分变化

土壤水分是土壤的重要组成部分,也是重要的土壤肥力因素，水分是影响荒漠生态系统内诸多生态过程的主要制约因子[13]，尤其在干旱半干旱荒漠地区，水分是限制植物分布的一个极其重要的条件[14]。

图1 黑果枸杞群落土壤水分变化Fig.1 Soil water change of L. ruthenicum communities

在黑果枸杞群落演替过程中，随着退耕年限的增长，不同深度土壤水分含量发生了相应的变化。通过对青土湖不同退耕年限的黑果枸杞群落的土壤水分的监测分析，结果表明0～20 cm深度范围内土壤水分表现为20世纪80年代退耕>60年代退耕>原始群落，且三种类型土壤水分变化不明显。在土壤0～200 cm深度范围内，土壤水分整体表现为原始群落(15.6%)>60年代退耕(13.9%)>80年代退耕(10.9%)。80年代退耕地黑果枸杞群落土壤含水率比较低，原始群落土壤含水量较高。

3.2 土壤养分空间变化特征

土壤养分是气候、植被、地形及土壤因素等自然条件的综合反映[15]。分析结果显示，研究区不同退耕年代黑果枸杞群落土壤有机质、全N、速效磷、速效钾含量存在差异。

3.2.1 土壤有机质、全N变异特征

土壤有机质作为土壤的重要组成成分,是表征土壤肥力和土壤质量的重要因子,是植物必需营养元素的主要来源，在土壤肥力、环境保护等方面均起着极其重要的作用。尤其在干旱荒漠化地区，土壤有机质含量直接影响该地区土壤质量的高低，并对荒漠化地区的生态演化有直接的影响。沙漠土壤有机质含量虽然占土壤总量很小,但它在土壤形成、土壤肥力等方面都有着极其重要的意义。沙漠土壤有机质的来源主要包括各类植物的调落物、死亡的植物体及根系、土壤动物和非土壤动物的残体及各种动物、植物、微生物的排泄物和分泌物等。

土壤有机质的变化，必然会导致土壤微生物数量和土壤N素的变化。通过对不同类型黑果枸杞群落土壤有机质、全N含量分析研究(图2、图3)，结果表明，不同退耕年限的黑果枸杞群落土壤有机质、全N含量随土层深度的不同而表现出差异性，但变化的趋势基本一致。0～30 cm土壤有机质含量随着退耕后植被演替有机质含量呈先减小后趋于稳定的趋势，而30～60 cm深度有机质含量则表现为下降趋势。而全N含量0～30 cm随着退耕后植被演替，表现为先增加后降低的趋势，30～60 cm深度表现为持续、稳定下降趋势。

图2 黑果枸杞群落土壤有机质变化Fig.2 Changes of soil organic matter in L. ruthenicum communities

图3 黑果枸杞群落土壤全氮变化Fig.3 Changes of soil total nitrogen in L. ruthenicum communities

3.2.2 土壤速效P、K变异特征

速效P、K是衡量土壤近期内提供植物生长所需养分能力的重要标尺。而土壤速效P指土壤中在短期内能为作物吸收利用的磷素，土壤速效磷含量能反映土壤磷素的供应水平。钾是植物必须的三大营养元素之一，在植物体内钾的含量仅次于氮，土壤速效钾含量是衡量土壤钾素养分供应能力的现实指标，它标志着目前乃至近期内可供植物吸收利用的钾的数量。通过对三种不同类型黑果枸杞群落速效磷含量的分析，由图4、图5可知，随着退耕后黑果枸杞群落的演替，速效磷含量呈上升趋势，这与退耕后草本层短期内生长、死亡后根系及调落物分解转化进入土壤有密切关系，而原始植被速效磷含量较低。速效钾表现为随着退耕年限的增加而逐渐减小，原始群落速效钾含量最小。

图4 黑果枸杞群落土壤速效磷变化Fig.4 Changes of soil available phosphorus in L. ruthenicum communities

图5 黑果枸杞群落土壤速效钾变化Fig.5 Changes of soil available potassium in L. ruthenicum communities

3.3 土壤盐分含量变化特征

土壤可溶性盐分主要包括HCO3-、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，土壤可溶性盐分含量可作为盐碱土划分的重要依据，可用来判断土壤盐渍化状况和盐分动态，并根据结果确定土壤中所含盐分的种类及含盐量，来制定土壤改良利用的主要措施。

因为研究区气候干燥、降水稀少、土壤蒸发强烈，随着退耕年限的变化，黑果枸杞群落土壤盐分也随之变化。通过对不同类型黑果枸杞群落土壤盐分的分析，结果表明，研究区土壤盐渍化比较严重，土壤中盐类主要为硫酸盐，其次为氯化物。由图6可知，随着退耕后植被的演替，土壤盐分处于累积状态，含量不断增加，且呈现强烈的表聚性。研究结果显示，原始植被表层含盐量最高，80年代退耕地内黑果枸杞群落土壤含盐量较小，且0～30 cm和30～60 cm含盐量差异很小。原始植被土壤表层土壤盐分含量达24.66 g/kg，表层0～30 cm含盐量可达30～60 cm的5倍，盐分表层聚集现象明显。

图6 黑果枸杞群落土壤可溶性盐分含量Fig.6 Soil soluble salt content in L. ruthenicum communities

通过分析表明(图7)，研究区内离子类型呈现多样性，水溶性盐主要包括Cl-、SO42-、HCO3-、 Ca2+、Mg2+、K+、Na+，没有CO32-存在。从盐分的八大离子组成中可以看出，80年代退耕黑果枸杞种群HCO3-含量较高，随着群落演替SO42-、Cl-逐渐增加，原始黑果枸杞群落土壤30～60 cm主要以Cl-为主，其次为Mg+,而K+、Na+含量较小。

4 讨论与结论

20世纪80年代退耕地黑果枸杞群落表层含水量略高于其它两种类型，这可能由于退耕年限相对较短，由于前期耕作，表层土壤理化性质得到改善，土壤可溶性盐分含量较低，土壤蓄水量增强，使表层土壤水分略高于其它两种类型，这一结果与刘海威等[16]的研究结果一致。研究区退耕地黑果枸杞在随着退耕年限增加，土壤水分随着土壤深度增加亦逐渐增加，0～200 cm深度整体表现为原始群落(15.6%)>60年代退耕(13.9%)>80年代退耕(10.9%)，主要原因是随着退耕年限增加，植被演替后草本层植物逐渐退出，灌木植物成为退耕地的优势种，群落结构亦趋于稳定，生物残体逐渐增多，改善土壤作用显著，使得土壤水分逐步增加，研究结果与王晶、马俊梅等[17-18]的研究结果相似。

图7 黑果枸杞群落土壤盐分离子比例结构图Fig.7 Soil saltion proportion structure of L. ruthenicum communities

通过对不同类型的黑果枸杞种群的有机质、全N含量的对比分析，表明研究区不同类型黑果枸杞群落土壤有机质、全N含量均较低且表现出差异性，0～30 cm土壤有机质、全氮含量底于30～60 cm，这一研究结果与王杰等[19]的研究结果相似。本研究结果还表明，民勤退耕地野生黑果枸杞土壤有机质平均含量较低，均低于吕培霖等[9]研究的甘肃、青海、内蒙三地黑果枸杞群落土壤有机质含量，这与他们研究的甘肃产区有机质含量高于青海和内蒙的结果不一致。

研究区退耕地随着退耕年限的增加，逐渐演替为黑果枸杞群落后，土壤盐分含量表现为80年代>60年代>原始植被。其主要原因为土地退耕后在黑果枸杞植物种出现前多生长一年生和多年生草本[20]，此时植被盖度较大，蒸发小，土壤空隙度小；到退耕60年代随着黑果枸杞群落的发育，草本植物演替为耐盐灌木，生长稀疏，植被盖度低，土壤水分蒸发强烈，土壤中全盐含量逐渐升高，肥力水平出现降低；而原始植被是由黑果枸杞+盐爪爪组成的稳定顶级群落，此时植物种组成单一，在蒸发与蒸腾的作用下，可溶性盐分随着水分的上移积累在表层土壤中，造成土壤表层积盐非常严重。

石羊河流域下游盐碱化退耕地黑果枸杞群落土壤中盐类主要为硫酸盐，其次为氯化物。土壤中盐分含量在退耕后随着黑果枸杞群落发育、演替而逐渐升高，并且呈现明显的表聚现象，造成的土地盐渍化较为严重。建议在土地退耕初期及时选择黑果枸杞、盐爪爪、柽柳等耐盐植物进行造林，使土壤盐分得到转化和转移，及时起到生物排碱，生物排盐的作用，降低土壤盐碱化程度。