滨海盐碱地植被生物多样性及土壤水分特征研究

吴林川

（沃德兰特（北京）生态环境技术研究院有限公司，北京 100192）

盐渍土广泛分布于世界干旱地区及沿海平原。据报道，盐渍土面积约占陆地面积的10%左右[1]。在全球灌溉土地面积中，约50%的土地在不同程度地遭受着土壤次生盐渍化和水淹的危害。世界上每年约有1 000万hm2土地由于土壤次生盐渍化而被丢弃，土壤盐渍化已成为世界性问题。我国盐碱地面积已由过去的2 600万hm2发展到3 300万hm2[2]，是世界上盐碱土较多的国家之一。我国拥有长达18 000 km的海岸线和众多岛屿，滨海地区因其特殊的地理位置以及受到海水的周期性影响，土壤盐碱化、盐渍化更严峻[3]。

山东省昌邑市北部濒临渤海湾，沿海7个乡镇有低荒盐碱地13 350 km2，成土母质为海相沉积物和河流冲积物。昌邑海洋生态特别保护区位于黄河三角洲，属于滨海湿地，其水盐分布受潮汐等因素变化较大，进而影响植物群落特征[4]。长期受盐分含量较高的地下潜水层影响，滨海土壤中积累了大量可溶性盐分，土壤含盐量一般在1%以上，潜水矿化度10～20 g/L，局部大于50 g/L[5]。滨海地区土壤具有盐分重、养分含量低的特性，是扩大开发滨海盐土资源、提高垦殖效果亟待解决的问题。在昌邑市滨海盐碱地开展植物群落生物多样性与水分特征研究[6]，有助于进一步绿化、美化生态环境，以改善滨海地区生态环境，增强防护抗灾能力，兼顾经济效益、景观效果。我国广大沿海地区多为盐碱化土壤，实行多林种科学布局，在盐碱地上打造生态绿洲，对滨海地区滩涂盐碱地改良绿化进行探索研究，不仅可明确该区植物的分异性，同时也能摸清与其土壤水分特征的相关性，对盐碱地植被恢复具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

昌邑海洋生态特别保护区位于山东省昌邑市、莱州湾南岸、防潮坝以北，东起国防大学盐场西防潮坝，西至堤河，东西长5 000 m，南北长7 000 m，总面积 29.3 hm2，中心坐标为北纬 37°06′15″、东经119°22′00″。 昌邑海洋生态特别保护区在 2007年10月获得国家海洋局批准建立，主要保护以柽柳为主的多种滨海湿地生态系统和各种海洋生物，是我国唯一以柽柳为主要保护对象的国家级海洋特别保护区，同时也是山东省设立的首个国家级海洋特别保护区[7]。昌邑海洋生态特别保护区包括柽柳林、滩涂湿地、浅海等多种生态类型，生物种类繁多，生长着大片茂盛的柽柳，有天然柽柳林面积2 070 hm2，其规模和密度在全国滨海盐碱地区罕见[4]。

研究区所在区域属于温带半湿润季风型大陆性气候区。多年太阳辐射总量达123.2×103K/cm2，年平均日照时数2 640.1 h，年平均气温11.9℃，最高气温40.4℃，最低气温-19.5℃，≥0℃活动积温4 582℃，＞10℃有效积温4 127.5℃，无霜期187 d，年平均降水量为660.1 mm，年均蒸发量为1 859.4 mm，降水多集中在7月、8月，降水量约占全年降水量的52%，年平均总蒸发量远大于年平均降水量[4，8]。地势南高北低，地质构造属于华北地台渤海凹陷的一部分，地层为第四纪堆积层，地势平坦，地貌形态属堆积平原海岸，土壤母质为近代黄河冲积物。莱州湾属正规半日潮，并受风暴潮影响，滨海湿地在抵御风暴潮中发挥着重要作用[4]。

经过绿化改良，昌邑滨海地区森林资源已有很大改善。全区林业用地面积近750 hm2，占全区土地总面积的9%。昌邑滨海地区拥有丰富的森林资源，当前树林覆盖率达13%，在非林业用地中，村镇林木覆盖面积1 500 hm2，占非林业用地面积的18%。

1.2 研究方法

1.2.1 植物群落生物多样性测定。根据距海不同距离的植物演替所处的阶段的不同特征，2013年在昌邑海洋生态特别保护区设置了2条样线，这2条样线均垂直于海岸线。根据距海距离的不同，在植物群落有明显变化的部位分别设置调查样地，样地大小20 m×20 m，在样地内设置灌木样方3个，每个灌木样方内设置草本样方3个，其中灌木样方10 m×10 m、草本样方1 m×1 m。每个样方内调查植物种类、密度、高度、盖度、频度、生物量等。

物种多样性指数可用物种重要值、丰富度指数、均匀度指数和物种多样性指数度量，其具体公式如下：

其中：相对多度（%）=100×某个种的株数/所有种出现的总次数；相对频度（%）=100×某个种在样地中出现的次数/所有种出现的总次数。

计算出每一样方各物种的重要值，通过样方合并，分别统计出各物种重要值的平均值。

不同群落物种的多样性指数是以各样地物种重要值平均数为基础，按生长型（乔木、灌木、草本）度算各群落物种多样性物种丰富度指数（S）[9]。物种丰富度指数等于出现在样地内的物种数。

“岡”内部构件“山”常异写作“”“止”等，所以“岡”字又作、。《龙龛手鉴·冂部》：“冈：音古郎反。”表明三者系音义相同而形体不同的异体字。又构件“”与构件“亡”形似而讹，故“岡”字又作“罔”，与表“捕捉鱼鸟之工具”的“罔”字形成同形字。写本文献中“岡”、“罔”两字多混用，历代字书常将两字收录在一起以示区分，如《佩觿》卷中：“岡罔：上古郎翻，山脊；下亡郎翻，欺也。”《增广字学举隅·卷一·两字辨似》：“岡罔：上音刚，山脊；下忘，上声，无也，诬也。”

多样性指数包括 Simpson指数（D）、Shannon-Wiener指数（H′）；均匀度指数包括Pielou均匀度指数（Jsw和 Jsi）、Alatalo 均匀度指数（Ea）。 各指数计算公式如下：

式中：Ni为第i个种的重要值；N为种i所在群落的所有物种重要值之和；Pi（Pi=Ni/N）为第i个物种的相对重要值。

1.2.2 土壤水分含量测定。在每个样地内按对角线设置3个测点，在每个测点开挖土壤剖面，采用WET 水分盐分测定仪， 分层测定 0～10、10～20、20～30、30～40 cm的土壤水分、电导率和土壤温度。同时，用铝盒分层土，采用烘干法测定土壤含水量；用土样袋装土带回室内进行土壤含盐量测定。同步采用环刀浸水法测定上述各层的土壤孔隙度，计算其贮水特性。

2 结果与分析

2.1 植被群落生物多样性特征

群落组成种类数量以及空间配置的不同，形成了群落不同的结构格局。由表1可知，昌邑生态特别保护区研究区域共发现17种高等植物，隶属8科，其中禾本科5种、菊科3种、藜科2种、蓼科2种、蓝雪科2种、苋科1种、百合科1种、夹竹桃科1种。含有3个种以上的科只有2个，分别为禾本科和菊科，占总科数的25%，此2科含有植物8种，占总种数的47%。由于各类生境因子的影响，草本层和灌木层出现较多的禾本科和菊科植物。上述植物种个体数量多、盖度大、生物量高、生活能力强，形成了草本层和灌木层的优势种。以上结果表明，研究区域以禾本科和菊科植物种类居多。

表1 昌邑海洋生态特别保护区植物类型及重要值

物种丰富度是指单位样方面积中所包含的物种数目。试验样地面积差异较大，给群落多样性的准确度量带来困难[10]。本研究选择了Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Alatalo均匀度指数综合度量人工林下物种多样性水平[11]。Simpson指数是表示群落优势度的统计量，其值越大表明群落的优势种越明显[12]。Shannon-Wiener指数是用于表征物种个体密度、生境差异、群落类型、演替阶段的指数。Pielou均匀度指数是一种反映个体数量分布均匀程度的良好指标。Simpson指数被认为是反映群落优势度较好的指标[13]。

从冠幅与种盖度来看，狗尾草与碱蓬占绝对优势，构成了该区域的优势种。狗尾草平均高度为50.67 cm，而翅碱蓬平均高度为35.77 cm。样地内狗尾草平均重要值达到了0.437，翅碱蓬平均重要值达到了0.128。研究区域内的Simpson指数为0.958，Shannon-Wiener指数为1.122，Pielou均匀度指数为0.488，Alatalo均匀度指数为10.900 1。

从整体看，从陆向海方向，由于土壤含水率和可溶性盐含量升高，有机质含量降低，群落组成种类减少，群落盖度降低。由以狗尾草为优势种多种植物伴生的杂草群落演变成单一的柽柳、碱蓬群落，最后耐盐的翅碱蓬成为群落的单优势种，物种的丰富度和多样性均显著降低。

2.2 土壤物理性质与植被群落生态分布的关系

2.2.2 样地土壤容重和孔隙度。各样地土壤水分物理特征参数如表2所示。各样地平均土壤容重为1.19～1.55 g/cm3，表现为碱蓬样地＜柽柳林样地＜狼尾草样地＜茵陈蒿样地＜狗尾草样地＜翅碱蓬样地＜鹅绒藤样地。各样地土壤容重变异系数为0.04～0.17，全部表现为弱变异性，其中：碱蓬样地土壤不同层次的土壤容重差异最大；翅碱蓬样地土壤不同层次的土壤容重差异最小。

表2 各样地土壤水分物理特征参数

表2（续）

不同样地平均总孔隙度变幅在38.819%～49.620%，各样地均值表现为狼尾草样地＜鹅绒藤样地＜狗尾草样地＜翅碱蓬样地＜茵陈蒿样地＜柽柳林样地＜碱蓬样地。鹅绒藤、狼尾草、碱蓬样地的表层（0～10 cm）土壤总孔隙度较大，柽柳林、茵陈蒿样地的20～30 cm土层的土壤总孔隙度较大，柽柳林、碱蓬样地10～20 cm土层土壤总孔隙度较大。各样地不同土层的总孔隙度均呈弱变异性，其中：柽柳林样地变异系数最大，为0.25；翅碱蓬、狗尾草样地最小，均为0.03。各样地各土层毛管孔隙度均大于23%，不同样地毛管孔隙度平均值表现为狼尾草样地＜鹅绒藤样地＜狗尾草样地＜翅碱蓬样地＜茵陈蒿样地＜碱蓬样地＜柽柳林样地。毛管孔隙度越大，土壤中有效水的贮存容量越大，可供树木根系利用的有效水分的比例越多。各样地平均非毛管孔隙度为2.657%～9.060%。非毛管孔隙度与土壤通透性存在显著相关性，非毛管孔隙度越大，土壤通透性越好，越有利于降雨入渗，进而减少地表径流。

2.2.3 样地土壤持水和蓄水。由表3可以看出，不同样地土壤持水蓄水特征存在差异。各样地毛管最大持水量平均为24.34%～35.32%，其中柽柳林样地最大，鹅绒藤样地最小。各样地土壤饱和含水率均值为26.26%～43.67%，其中碱蓬样地最大，鹅绒藤样地最小。各样地土层贮水量均值为336.83～465.02 m3/hm2，其中柽柳林样地最大，狼尾草样地最小。各样地土壤饱和含水量均值为388.19～496.20 t/hm2，其中碱蓬样地最大，狼尾草样地最小。从土壤垂直方向上看：柽柳林样地各土层特征参数的变异性较大，CV值为0.25～0.46，均处于中等变异程度；碱蓬样地现有土壤贮水的变异系数达0.83，处于强变异程度；其余样地各特征参数的变异性均处于弱变异程度。

表3 各样地土壤持水蓄水特征参数

表3（续）

3 结论与讨论

（1）植被分布与土壤水分之间成显著相关性。随着水分的降低，植物种类减少，丰富度减小，生物多样性降低。植被群落分布与土壤水分之间成显著相关性，随着土壤含水量的减少，群落组成种类逐渐减少，耐旱性植被柽柳增多，成为单优势种。

（2）柽柳林样地持水蓄水特征参数在垂直方向上处于中等变异程度，碱蓬样地现有土壤贮水处于强变异程度，其余样地各特征参数的垂直变异性均处于弱变异程度。

（3）柽柳耐盐碱、耐干旱，涵养土壤水分的能力较强，可作为改造滨海盐碱地的优良树种。