石羊河下游盐碱化林地土壤理化特征及其对植被生物多样性的影响

摘要以石羊河下游盐碱化林地为研究对象，按照轻度、中度、重度3个标准，采用样地法调查盐碱地盐分含量、组成及其植被物种多样性。结果表明：（1）石羊河下游盐碱化林地土壤盐分中Cl-、SO42-两个离子的含量最高，占比较大。Y1、Y3两样地Cl-离子含量高于SO42-离子，其他样地SO42-离子含量高于Cl-离子，土壤类型总体属于硫酸盐—氯化物型和氯化物—硫酸盐型。（2）石羊河下游盐碱化林地土壤盐分主要集聚在表层0～50 cm范围内，50 cm以下土壤盐分值相对较小，变化稳定。（3）土壤盐分、水分与土壤质地有密切关系，壤土和沙壤地的土壤含水量相对较高，土壤盐分相对较低，更有利于植被生长和恢复；植被覆盖度与土壤水分存在正相关性，覆盖度越大土壤水分越大。（4）盐碱化林地的物种组成、数量与土壤含盐量、土壤水分、土壤类型、气候干旱紧密相关，土壤盐分和水分对物种组成和数量呈正相关性，土壤盐分越低、水分越高，物种数量就越大，土壤封冻至次年3月土壤表层盐分浓度相对较低。盐碱地植被恢复应在土壤封冻前造林，整地挖穴深度≥50 cm，次年4—6月人工补水淋洗土壤表层盐分，可提高造林成活率，促进植被恢复。

关键词石羊河下游；盐碱地；土壤理化特征；物种多样性

中图分类号：S714.2文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2024.05.016

Soil Physical and Chemical Characteristics of Salinealkali Forest Land and Its Effects on Vegetation Biodiversity in the Lower Reaches of Shiyang River

Liu Yonggang Xu Li Wang Julian Jiang Junji Li Ying Liu Shiquan

（1. Shiyanghe Forestry General Farm，Wuwei City，Wuwe 733399，China;2. Gansu Minqin Sand Control Comprehensive Experimental Station，Wuwei 733399，China）

AbstractTaking the salinealkali land in the lower reaches of Shiyang River as the research object，according to the three criteria of mild，moderate and severe，the salt content，composition and vegetation species diversity of salinealkali land were investigated by plot method. The results showed as the following four aspects.（1）The contents of Cl- ions and SO42- ions in the soil salt of the salinized forest land in the lower reaches of Shiyang River were the highest，accounting for a large proportion. The content of Cl- ions in Y1 and Y3 plots was higher than that of SO42- ions，and the content of SO42- ions in other plots was higher than that of Cl- ions. The soil types generally belonged to sulfate chloride type and chloride sulfate type.（2）The soil salinity of salinealkali forest land in the lower reaches of Shiyang River was mainly concentrated in the range of 0 – 50 cm in the surface layer，and the soil salt score below 50 cm was relatively small and stable.（3）Soil salinity and moisture were closely related to soil texture. The soil water content of loam and sandy loam was relatively high，and the soil salinity was relatively low，which was more conducive to vegetation growth and recovery. There was a positive correlation between vegetation coverage and soil moisture，and the greater the coverage，the greater the soil moisture.（4）The species composition and quantity of salinealkali forest land were closely related to soil salinity，soil moisture，soil type and climate drought. Soil salinity and moisture were positively correlated with species composition and quantity. The lower the soil salinity and the higher the moisture，the greater the quantity. The soil surface salt concentration was relatively low from soil freezing to March of the next year. Vegetation restoration in salinealkali land should be planted before soil freezing，and the depth of soil preparation and excavation should be ≥ 50 cm. In the next year，artificial water replenishment leaching of the soil surface salt should be carried out from April to June，which can improve the survival rate of afforestation and promote vegetation restoration.

Key wordsthe lower reaches of Shiyang River;salinealkali land;soil physical and chemical characteristics;species diversity

土壤盐碱化已是世界性问题。近年来，盐碱地的开发利用已经成为推进中国绿色发展的重要内容，对国家生态安全及高质量发展具有重要的意义[1]。党中央高度重视盐碱地综合治理利用，经过几十年的改造，效果明显，但我国盐碱地面积大，部分地区盐碱化趋势加剧，特别是三北地区，“大量盐碱地上植被稀疏，防风固沙能力差，如不加快治理，将增加荒漠化风险，治理盐碱地的生态意义很大”[2]。土壤盐分含量直接决定土壤盐碱化发生的程度和地被植物组成和生长，掌握盐碱化林地土壤水盐的分异特征及植物群落生物多样性，对盐碱化林地资源开发利用，开展人工建植植被恢复生态环境，增加物种多样性具有重要意义。

长期以来，大量的学者对石羊河下游盐碱地的水盐分异特征和物种多样性进行了大量的研究，王俊年等[3]认为退耕地年限越长，土壤盐分的含量集聚表层就越高、越明显。顾梦鹤等[4]认为，民勤湖区土壤盐分以硫酸盐为主，其次为氯化盐，盐生植物随着生长时间的增加对土壤盐渍化影响显著，梭梭（ Haloxylon ammodendron）对盐碱地的脱盐作用高于柽柳（Tamarix ramosissima）等其他植物。陈丽娟等[5]认为，民勤绿洲土壤盐渍化的主要原因是干旱气候、高矿化度地下水以及不合理水资源利用方式所致。李会亚等[6] 认为，民勤绿洲灌区表层土壤总体偏碱性，土壤以 Na+和SO42-为主，土壤全盐量低值区集中在灌区西南部和北部中心地区，高值区主要分布于灌区中部、北部偏东和偏西的一些区域。韩福贵等[7] 对石羊河中下游不同生境柽柳群落物种多样性及土壤水盐进行了研究，认为丘间低地柽柳群落的生物多样性值最大，灌木种类最多，物种的多样性与土壤水分表现出非显著正相关关系。张雪妮等[8] 对水盐变化条件下荒漠植物多样性研究，认为高水盐环境荒漠植物功能多样性和物种多样性高于低水盐环境，干旱胁迫是导致低水盐环境物种多样性降低的主要原因。目前，关于石羊河下游盐碱化林地生物多样性研究较少，不同程度盐碱化林地物种组成及土壤理化性质尚不知。因此，本研究通过调查盐碱化林地物种组成和土壤理化性质，掌握盐碱化林地植被组成状况，为进行盐碱化林地植被恢复和管理，维护荒漠植物多样性提供理论依据。

1调查区概况

试验地选择在石羊河林业总场及民勤县境内土壤表层盐渍化区别较为明显的小西沟下房子、苏武山，中六坝滩，西大坝滩，东镇东吕滩等林区（表1）。

试验区均属于典型温带大陆性荒漠气候，年均气温7.6 ℃，极端最高气温40.0 ℃， 极端最低气温-30.8 ℃，≥１０ ℃积温为3 248.8 ℃。年日照时数2 832.1 h，多年平均降水量113.2 mm，主要集中在7—9月，年平均蒸发量2 640.3 mm，是降水量 的23.6倍；干燥度5.1，空气相对湿度47%；年平均风速2.5 m·s-1，最大风速23.0 m·s-1；区域以旱生灌木、半灌木和1年生草本为主，主要优势植物为柽柳、梭梭、红砂（Reaumuria soongorica）、白刺（Nitraria tangutorum）、黑果枸杞（Lycium ruthenicum）、盐爪爪（kalidium foliatum）、芦苇（Phragmites australis），猪毛菜（Salsola collina）等，参考《土壤农化分析》和《土地工作手册》中对土壤盐渍化的分级标准（表2），将盐渍化林地分为轻度、中度、重度3种立地类型。

2调查方法

2022年6—10月对石羊河下游盐碱化林地植被和土壤进行调查与采样工作，共布设9个采样点，每个采样点布设1个50 m×50 m的调查样地，分别编号为Y1～Y8。每样地按对角线设置3个10 m×10 m 的样方，记录样方内物种数、个体数、密度和株高等指标，同时在样方裸地处采集0～10、＞10～20、＞20～40、＞40～60和＞60～80 cm土层土壤样品。采样时先去除表层枯枝落叶，然后开挖剖面进行采样，剔除样品中明显的植物根段和枯落物等杂物，将3个样方内相同土层土样混合作为一个样品，其中一部分土样装入容重盒测定土壤含水量，其余样品装入采样袋进行土壤理化指标的测定。土壤采样避免降雨和灌溉对土壤含水量和电导率的影响。降雨后待土壤完全干燥后再进行采样。

土壤容重采用环刀法测定。土壤水分采用烘干称质量法测定。配置水土比为5∶1的土壤浸提溶液，用 DDS-308A 型电导率仪测定土壤浸提溶液电导率（EC）。采用滴定法测定全盐量，每个深度重复测定3次取平均值，具体测定的指标为：Ca2+，Mg²⁺，K⁺，Na⁺，CO^2-，HCO^-，Cl^-，SO^2-。土壤全盐为八大盐分离子含量之和。

选取 Margalef丰富度指数、Simpson物种多样性指数、ShannonWiener多样性指数、Pielou均匀度指数衡量植物群落物种多样性特征。计算公式如下：

Margalef丰富度（Dma）：Dma＝（S-1）/lnN（1）

ShannonWiener指数（H）：H=－∑PlnP（2）

Simpson指数（D）：D=1－∑（Pi）2（3）

Pielou均匀度指数（J）：J=（∑PlnP）/lnS（4）

式中：Ｓ 为样方中物种总数；P＝N／N，第i个物种的相对多度；N为样方中第i个物种的个体数；N为样方中记录的个体总数。

采用

Excel 2003处理数据并绘图，使用IBM SPSS Statistics 21软件进行方差分析和多重比较，使用Duncan法多重比较检验效应异同，P<0.05异效，否则同效。

3结果与分析

3.1盐碱化林地土壤剖面水盐特征

由表3可知，土壤盐分组成含量，各样地Cl^-，SO^2-两个离子的含量最大，属于硫酸盐—氯化物型和氯化物—硫酸盐型土，阳离子中Ca²⁺、K⁺两个离子相对较高。结合民勤气候特征分析：民勤气候干燥，年降雨量110 mm左右，降雨稀少，年均蒸发量2 640.3 mm，气候温差较大，土壤形成过程中释放的可溶性养分得不到降雨的淋洗下渗，在强烈的蒸发作用下，土壤盐分只能集聚在土壤表层形成盐渍，随着气候的变暖，越干燥土壤积盐越大，这一点与陈丽娟等[5]观点相一致。石羊河下

游3月地温开始升高，大风天气增多，土壤蒸发逐渐增强，而雨季主要集中在7—9月，降水淋洗作用在这一时期较弱，土壤盐分聚集迅速。进入7月，随雨季来临，在降雨条件下土壤盐分被淋洗向下运移，地表开始脱盐。进入冬季，一般在12月至次年3月，蒸发相对减弱，土壤封冻，土壤表层盐分浓度相对较低。生产中建议在土壤封冻前进行营造林植被恢复，春季4—6月进行人工补水淋洗地表土壤盐分，降低土壤盐分浓度，可提高造林成活率。

图1可知，各样地随着土层深度增加，土壤全盐量呈现降低趋势，0～50 cm土层Y1～Y3样地盐分值较高，为2.95%～8.29%，变化较大，且最大值在土壤表层0～10 cm，说明重度盐碱地的盐分主要聚集在土壤表层。Y4～Y8的盐分值相对稳定，Y9的变化波动大（0.87%～3.05%），最大值（3.05%）在10～20 cm土层，可能与样地所处的地理位置有关。Y9样地降雨量相对多于其他样地，盐分随降雨淋洗下渗集聚在10～20 cm范围内；50～80 cm范围各样地土壤盐分值波动较小。

整体土壤水分随土层深度增加呈现增加趋势，Y1、Y3两个样地土壤黏性大，多因自然降水淋溶至中间层后受到抑制，出现其土壤水分两头低中间高的特征，这一点与柳菲等[9] 研究结果一致。土壤水、盐含量与土壤质地有很大关系，Y4、Y5样地土壤为黏性土壤，整体含水量相对较高，土壤盐分主要集聚在0～50 cm，多因气候干旱，降水少而蒸发强烈，土壤盐分随水分蒸发，在土壤毛管的作用下，将土壤盐分积聚在土壤表层，导致土壤含盐量高，因此，在造林植被恢复过程中，整地挖穴的深度＞50 cm，避免表层盐分影响造林成活。 Y7、Y8、Y9样地的土壤表层为壤土或黏土，下层多为沙壤土和壤土，在降雨后水分容易下渗，水分分配较好，在气候干旱时，土壤水分不易从土壤空隙上升至表层，减弱盐分在表层的集聚，因此，土壤表层盐分值相对较低，土壤水分值相对较大，更有利于林地植被的恢复。

3.2不同程度盐碱化林地对植被物种多样性的影响由图2可见，不同程度盐碱化林地植被物种多样性指数不同，不同样地Simpson指数无差异性，Y7、Y9样地Simpson指数值相对高于Y1、Y5、Y6的；各样地ShannonWiener指数、Pielou指数、Margalef指数存在差异性，Y9的ShannonWiener指数值（1.265 5）最高，Y1的ShannonWiener指数值（0.23）最低，且Y7、Y9的值高于其他样地；Y4、Y9的Pielou指数值相对较高，明显高于Y1、Y3；Y7的Margalef指数值（1.239）最高，显著高于Y1、Y4、Y5、Y6、Y8；相对而言，随着含盐量减小，物种多样性指数值有增大的趋势，土壤含盐量并非决定性因素，Y4的土壤含水量高于其他样地，其Pielou指数值高于Y～Y3，说明荒漠物种多样性与土壤含盐量、土壤水分、土壤类型、气候干旱紧密相关，并非单因素影响，相关研究[8]也证明了这一点。

3.3不同程度盐碱化林地对植被盖度的影响由图3可知，不同程度盐碱化林地间植被覆盖度存在差异性，Y9的植被覆盖度（67.7）最大，显著高于其他样地，Y3、Y7的植被覆盖度（32.1%、30.3%）显著高于Y1、Y2、Y6的，而Y3、Y7、Y9表层土壤水分最小值≥9.23%，相对较高，Y1、Y2、Y6三样地植被覆盖度最大值≤8.67%，表层土壤水分最大值为6.13%，相对较低，说明植被覆盖度对土壤水分有相关性，植被覆盖度越大，地表层覆盖面积和植物凋落物越多，能够阻碍土壤水分的蒸发，减少土壤盐分向土壤表层聚集。同时，土壤质地对土壤水盐存在影响，Y3、Y7、Y9土壤质地为壤土或沙壤土，壤土保水性好，沙壤土自然降水后，水分下渗分配较好，对植物的生长均有利。相反，好的土壤水分更有利于植物生长，促其冠幅形成，二者相辅相成。

3.4不同程度盐碱化林地对植被组成的影响

由表4可知，不同程度的盐碱化林地随着土壤盐分含量降低，植被物种组成和数量呈现增长趋势，物种由简单的灌草型向乔灌草型演变，Y7、Y8、Y9三样地物种种类明显有所增加，尤为明显的是出现了沙生针茅、砂蓝刺头、蒲公英，经过调查统计共有18种，其中盐爪爪出现的次数（8次）最多，其次为红砂和白刺（7次），轻度盐碱地物种组成数最多，达21种，土壤盐分和水分对物种的组成有正相关性，并非绝对，比如Y4的土壤水分明显高于Y3，但物种数明显少于Y3。

4讨论与结论

4.1讨论

石羊河下游地处民勤境内，气候干旱，光照强，日照时间长，降水稀少，水资源补给严重不足是最大特征。（1）地表水补给严重不足。主要通过外来人工调水和石羊河少量的尾流，补给水量仅能满足部分农业生产需求，在气候变暖的大环境下，土地的盐碱化加速，同时上游来水过程中，随水流运动冲洗的一些盐离子流向下游，导致民勤境内成为石羊河流域的最终积盐场。（2）地下水开采过量。2007年民勤县实施国务院石羊河流域综合治理规划，采取关闭机井和压减耕地的措施节约用水。但总体水量短缺，地下水仍然是水资源利用的主要渠道。大量抽取地下水，导致地下水水位下降，矿化度逐年升高，盐分随地下水抽取集聚在土壤表层。（3）植被覆盖度降低，增加地面的蒸发量。近年来，政府倡导膜下滴管和休耕轮作的措施节水，滴管和休耕使地表水分更加短缺、草本数量减少、裸露土地增多，气候干旱蒸发越强烈，致使土壤盐分随水分蒸发集聚地表越快，次生盐渍化加剧。（4）年均降水量少，3月土壤解冻，气温升高，地面蒸发随之加大，而主要降水在7—9月，这一时期降水淋洗的作用较弱，进入集中雨季，年均仅110 mm降雨量对土壤表层盐分的淋洗远不足干旱蒸发集聚，因此土壤盐分逐年增加。

4.2结论

石羊河下游盐碱化林地的土壤盐分中Cl-、SO42-两个离子的含量最高，占比较大。Y1、Y3两样地Cl-离子含量高于SO42-离子，其他样地为SO42-离子含量高于Cl-离子，总体土壤类型属于硫酸盐—氯化物型和氯化物—硫酸盐型。

石羊河下游盐碱化林地土壤盐分主要集聚在表层0～50 cm范围内，50 cm以下土壤盐分值相对较小，变化稳定。建议在营造林植被恢复过程中整地挖穴深度≥50 cm。

土壤盐分和水分与土壤质地有关系，壤土和沙壤地的土壤含水量相对较高，土壤盐分相对较低，更有利于植被生长和恢复，植被覆盖度与土壤水分存在正相关性，覆盖度越大土壤水分越大。

盐碱化林地的物种组成、数量与土壤含盐量、土壤水分、土壤类型、气候紧密相关，土壤盐分和水分对物种组成和数量呈正相关性，土壤盐分越低、水分越高，物种组成越丰富，数量越大。

参考文献：

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