天山北坡绿洲-荒漠过渡带不同类型灌木的土壤资源聚集效应

天山北坡绿洲-荒漠过渡带不同类型灌木的土壤资源聚集效应

1种灌木生物群落的聚合利用土地覆盖变化及其机制的研究是土地利用与土地覆盖变化（lucc）研究的重点领域之一。在干旱和半干旱地区的灌木生态系统中，研究植物带来的土壤资源的异质性，对了解土壤变化对土壤的影响，特别是系统养分和养分的性质起到了重要作用。干旱地区的灌木“肥岛”现象十分普遍。schlessey等人在世界干旱和半干旱地区的研究表明，灌木周围的土壤资源的聚集与灌木之间的距离及其灌木类型密切相关。在中国干旱地区，许多科学家也关注灌木“肥岛”现象。在准噶尔盆地南缘,自山麓冲积扇以下至广袤冲积平原荒漠之间存在着一个不同于荒漠的地带.这里地形较破碎,植被相对复杂,大面积开垦形成的绿洲与保存的天然草地、林地和灌丛并存,存留于绿洲外缘与荒漠接壤的地区,称之为绿洲-荒漠过渡带.在绿洲-荒漠过渡带广泛分布着以梭梭(Haloxylonammodendron)、红柳(Tamarixramosissima)为建群种的灌木群落.它们作为绿洲的保护屏障,对遏制沙漠的蔓延具有重要作用.本文选择干旱区绿洲-荒漠过渡带不同类型的3种灌丛,分析其土壤粒度分布、养分和盐分的聚集效应.2研究领域和方法2.1土壤、植被类型研究区选在天山北坡三工河流域绿洲与古尔班通古特沙漠之间的绿洲-荒漠过渡带(44°12′～44°21′N,87°50′～87°54′E).该区处于干旱荒漠气候的控制之下,海拔450～480m,多年平均气温6.6℃,多年平均降水164mm,降水量年际变化很大,年蒸发潜力为1780～2453mm,属极端大陆性气候.研究区土壤为碱化漠钙土、草甸盐土或盐化草甸土.植被主要以灌木和半灌木群落为主,除了短命植物和1年生植物外,几乎全为旱生和超旱生植物,具有典型荒漠植被的特点.荒漠植被的优势种和建群种绝大多数是灌木和半灌木,群落以红柳、梭梭、琵琶柴(Reaumuriasoongorica)为主,覆盖度在5%～40%.根据灌木群落特征和覆盖度选择3种类型的灌丛进行研究.A)红柳灌丛:灌丛间为裸地,植被覆盖度约15%(红柳+裸地灌丛);B)梭梭灌丛:灌丛下及周围有短命植物和1年生植物,植被覆盖度约25%(梭梭+低矮植物灌丛);C)红柳灌丛:灌丛下及周围有短命植物和1年生植物,植被覆盖度约25%(红柳+低矮植物灌丛).2.2学习方法2.2.1混合样的采集和处理2004年5月,在不同的分布区对每种类型的灌丛任意选择3个样区.在每个样区内,在离灌丛中心0～30cm、30～60cm、60～90cm和90～120cm的位置上分别采集0～20cm和20～40cm两个深度的土样共8个,并将不同样区内每个采样深度和采集位置上的土样混合,得到约1kg的混合样.每种类型的灌丛采集8个混合土样,3种类型的灌丛土壤中共采集了24个混合土样.样品经自然风干和过2mm筛后,进行室内分析.2.2.2测定项目和方法土壤pH值采用电极法测定;有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定;全氮采用半微量开氏法测定;全磷采用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法测定;碱解氮采用碱解-扩散法测定;速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾采用1mol·L-1乙酸铵浸提-火焰光度法测定;CO32-和HCO3-采用双指示剂-中和滴定法测定;Cl-采用硝酸银滴定法测定;Ca+和Mg2+采用原子吸收分光光度法测定;K+和Na+采用火焰光度法测定;SO42-采用硫酸钡质量法测定.土壤粒度分析采用马尔文激光粒度仪(Malvern2000)测定,其粒度测定范围为0.2～2000μm.采用国际土壤质地分类标准:砂0.02～2mm;粉砂0.002～0.02mm;粘土<0.002mm.2.2.3土壤资源富集率所有土壤数据分析均在SPSS软件下进行.不同深度、不同灌丛类型和不同采样位置对土壤属性的影响通过单因素方差分析(One-wayANOVA)来完成(P<0.05).为了更好地反映灌丛下和灌丛间土壤资源的富集特征,采用富集率E表示0～40cm深度土壤资源的富集程度.E=X/Y其中,X为灌丛下(离灌丛0～60cm范围内)土壤属性均值;Y为灌丛间(离灌丛60～120cm范围内)土壤属性均值;E表示富集率,其大小反映土壤属性值在灌丛下和灌丛间的富集程度.如果E>1,说明该土壤属性值在灌丛下富集,相反则在灌丛间富集.3结果与讨论3.1下、下土壤砂、粉砂和粘土含量不同类型灌丛上、下层土壤都以砂和粉砂为主,且二者含量之和大于80%,粘土含量较低.红柳+裸地灌丛土壤粒度分布特征为:离灌丛中心越远,土壤粘土和粉砂含量越高、砂含量越低,且上层土壤粉砂含量高于下层(图1).其原因可能是由于灌丛冠幅能有效地减弱风速,致使粒度较粗的砂和粉砂首先沉积,细粒的粘土则沉积较少.而梭梭/红柳+低矮植物灌丛土壤砂、粉砂和粘土含量并没有随采样位置的不同而呈现明显的规律性,但其下层土壤粘土含量高于上层.同时,上、下层土壤粘土和粉砂含量都高于红柳+裸地灌丛(图1).这可能是受灌丛间低矮植物的影响,因为低矮植物的存在能更有效地截获空气中细粒的粘土和粉砂,说明丛间为裸地的灌丛和丛间为低矮植物的灌丛对风携带的砂、粉砂和粘土的截获效果有明显差异.3.2不同类型下利用权力分布的土壤环境分布特征由表1可见,不同类型灌丛对土壤pH值和养分的影响显著.同一类型、同一深度灌丛土壤pH值并没有随采样位置的不同而表现出明显的规律性,但红柳+裸地灌丛下层土壤pH值较高,而梭梭/红柳+低矮植物灌丛则上层土壤pH值较高.Rostagno对南美干旱区灌木的研究也显示上层土壤pH值高于下层.这与地表蒸发导致盐分离子在土壤表层聚集有关.3种类型灌丛土壤有机质、全氮和速效钾含量变化趋势一致,即离灌丛中心越远含量越低,同时上层土壤养分含量明显高于下层.梭梭+裸地灌丛土壤养分较贫瘠,而梭梭/红柳+低矮植物灌丛土壤养分含量较高,说明灌丛周围的土壤养分明显向冠幅下聚集,表现出明显的“肥岛”现象.不同类型灌丛土壤养分的聚集程度(“肥岛”)各异,可能与灌丛分布的土壤环境位置、灌丛冠幅大小和灌丛间的植物密度有关,如灌丛间短命植物和1年生植物的根、径、叶残留并腐烂可使部分养分得以持续循环,因此其养分含量高于丛间为裸地的土壤.Kieft等对美国新墨西哥州中部的塞维利特国家野生生物保护中心(SevilletaNationalWildlifeRefuge)“肥岛”现象进行研究时发现,灌丛冠幅下土壤的有机质、全氮含量和微生物量最高,其次为草本植物下土壤,灌木间裸地最低,与本文的研究结果相一致.3.3离下灌中心不同灌丛类型和不同采样位置对上层土壤SO42-、HCO3-、Ca2+、总盐含量和下层土壤SO42-、Cl-含量变化的影响显著(表2),但同一类型灌丛土壤盐分离子含量并没有随采样位置的不同而表现出聚集趋势.梭梭/红柳+低矮植物灌丛上层土壤总盐含量低于下层,且总盐含量随采样位置的不同而表现出相同的变化趋势,即离灌丛中心越远含量越低;红柳+裸地灌丛上层土壤总盐含量高于下层,其总盐含量随采样位置不同而表现出与梭梭/红柳+低矮植物灌丛相反的变化趋势,即离灌丛中心越远含量越高(图2).红柳+裸地灌丛冠幅下土壤总盐含量低于灌丛间.这是因为干旱区降雨较少,灌丛通过降雨截流使冠幅下方土壤水分流动强于灌丛间裸地,盐分离子随入渗水分向灌丛边缘运动并在灌丛间聚集,强烈的地表蒸发使盐分在灌丛间土壤上层聚集,故而离灌丛中心越远,上层土壤总盐含量越高.这与Wezel等在尼日尔和Schlesinger等在美国干旱区的研究结果相符.而梭梭/红柳+低矮植物灌丛土壤总盐含量变化正好与红柳+裸地灌丛相反,即盐分离子表现出向灌丛中心聚集的趋势.这可能是由于灌丛间低矮植被的存在影响了土壤水分的流动和地表蒸发的缘故.3.4红柳+裸地灌草原区土壤理化性质的富集特征在0～40cm土层深度,不同类型灌丛土壤资源在冠幅下(离灌丛中心0～60cm)和灌丛间(离灌丛中心60～120cm)都表现出不同程度的富集(表3).红柳+裸地灌丛土壤砂、有机