淤泥质海岸防护林降盐改土功能研究

淤泥质海岸防护林降盐改土功能研究

泥泞海岸是中国最大、最具潜力的海岸之一。其特点是地势平坦，地下水位和土壤盐分含量高。地下水可通过排灌系统得到降低,而土壤含盐量则比较复杂,积盐和脱盐过程反复进行,限制了农林业生产的发展。许多学者对盐渍土特性、监测、改良进行了大量探索,本文旨在研究防护林降盐改土的功能,为沿海滩涂开发和生态环境建设提供可靠依据。1自然植被和带树生长状况试验地位于江苏东台林场,属海洋性季风气候区,年平均气温14.5℃,年平均降水量1020.0mm,其中6～8月份占50.0%,夏季有两个降水较多的过程,一是梅雨,二是台风暴雨,对于淋盐洗盐、降低土壤盐分十分有利;冬季(12月～翌年2月)降水较少,常使土壤返盐。年蒸发量1408.5mm。土壤为沙壤土,含盐量可达6g·kg-1以上;物理性粘粒含量8.8%～12.3%,母质中养分含量低。潜水埋深变化于0.2～2.5m,夏季比较高,对植物生长不利。滩涂上自然植被主要有白茅(Imperatacylindricavar.major)、獐毛草(Aeluropuslittoralisvar.sinensis)、盐蒿(Suaedasalsa)、芦苇(Phragmitesaustralis)等。海堤内森林均为人工林,先锋树种是刺槐(Robiniapseudoacacia)、紫穗槐(Amorphafruticosa),耐盐、改土能力强;先锋树种更新后,一般选用意杨(PopulusdeltoidesBartr.cv.Lux(ex.I-69/55)、P.Xeuramericaba(Dode)Guiniercv.SanMartino(ex.I-72/58)、水杉(Metasequoiaglyptostrobodies)、刚竹(Phyllostachybambusodies)、银杏(Ginkgobiloba)、杜仲(Eucommiaulmodies)等。2土壤含盐量的测定选择代表性强、典型地段的竹林及不同年龄(幼、中、成)的水杉、刺槐作为研究对象,另选未造林的草甸滨海盐土作对照。早春季节,土壤含盐量高而稳定,是采集测定土壤盐分样品的适宜季节。由于土壤盐分空间变异大,一般在林分中挖3～4个剖面分别取样测定含盐量。各剖面呈S形分布,深度100cm,分6层取样,即0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100cm。连续2a在每年春、夏、秋季采样分析,测定土壤含盐量。用于测定土壤可溶性离子含量的剖面深度是120cm,分5层取样,即0～10、10～20、20～40、40～80、80～120cm。设30个长4m、内径6cm的潜水位观测井,钻孔后将其垂直埋入林地中,上井口离地面10cm,四周填土踏实,上盖、上锁并编号,连续2a从4月10日至11月25日,每隔10d观测潜水水位,并取样测定矿化度(参见《土壤理化性质》,中国科学院南京土壤研究所编,1978)。根量研究采用土柱法,在离平均木两侧各1m处,避开大根自上而下取土柱,直到无根为止,土柱面积20cm×25cm。然后按10cm厚度分层,小心收集各层土柱内根系,带至室内浸泡、清洗,并置于烘箱(90℃)中。烘干后取出,分别测量根长,同时称质量。3研究结果3.1不同立地条件下土壤中两h-4、ca2+、hco-3含量情况经过水利改良和防护林的作用,刺槐、水杉、淡竹林土壤全盐含量大多小于1.0g·kg-1,已基本脱盐(见表1)。刺槐林位于老海堤内堤坡,地势较高,改土和淋盐时间较长,120cm土层内土壤含盐量均在1.0g·kg-1以内,为脱盐土;盐分组成也发生很大变化,表层(0～10cm)Na+含量仅占阳离子的14.86%,Ca2+含量占69.59%;在阴离子中,Cl-仅占15.0%,HCO-3却高达74.28%。自上而下,Na+、Cl-含量虽有所上升,Ca2+、HCO-3含量有所下降,但与典型的盐渍土相比小得多,说明土壤向脱盐方向发展。水杉和淡竹林皆位于内青坎,由于地势较刺槐林低,表土已经脱盐,但深层土壤的含盐量仍然较高,在80～120cm土层内,土壤全盐含量分别为1.373g·kg-1和1.215g·kg-1,Na+含量分别占阳离子的61.43%和63.98%,Cl-分别占阴离子含量的42.6%和44.6%,其含量均较典型的盐渍土低,较脱盐土高。另外,阴离子脱盐速度较阳离子快。对照地为草甸滨海盐土,由于地下水位季节性升降,毛细管作用大多能到达地表,土壤进行着积盐和脱盐过程,是典型的盐渍化土壤。自上而下,土壤全盐含量均大于1.0g·kg-1,为轻度盐渍化土,在盐分成分中,Na+含量约占阳离子的80%,Cl-含量占阴离子的55.41%～76.67%,与林地相比Ca2+和HCO-3含量均比较低,与方明等人的研究结果相似。3.2脱盐与土壤盐分的关系以林地土壤全盐含量为自变量(x,g·kg-1),以离子含量为因变量(y,cmol·kg-1),求得它们的数学关系如表2。由表2可知,Na+、K+、Cl-等离子与土壤含盐量呈正相关,随着土壤脱盐,这些离子逐渐淋溶。据研究(丁应祥,1995),它们具有在较短时间内易于蓄集和淋失的特点,但与典型的滨海盐土相比,相关性较小,说明林分土壤脱盐是一个十分复杂的过程,既有水分的淋洗作用,又有土壤颗粒的吸附作用;林木根系及凋落物的生物化学作用也能改变土壤性质,从而影响脱盐过程。Ca2+、Mg2+与土壤盐分关系不密切,但趋势是随着土壤脱盐,其含量增加,这是因为在脱盐过程中土壤中易溶性盐类减少,而Ca2+、Mg2+逐渐从矿物中释放出来,在土壤盐分中占据了较大比例。另外,随着土壤脱盐,SO2−442-和HCO3-含量逐渐下降。3.3土壤全盐含量的相关关系在滩地围垦建立排水系统后,土壤含盐量逐渐降低,潜水矿化度也越来越小。由于林地土壤盐分含量低,随雨水进入地下水的盐分少,大量降水长时间淋洗,使潜水矿化度和含盐量不断降低。经测定,各林地100cm内土壤含盐量为0.50～1.85g·kg-1(春季),相应的潜水矿化度为3.2～6.5g/L,若以土壤全盐含量为因变量y(g·kg-1),以潜水矿化度为自变量x(g·L-1),则其相关关系为:y=-0.2868+0.2985x,r=0.9940***(n=21)。(1)相关系数r为0.9940,经检验达极显著水平。另外,由不同林分的土壤含盐量及潜水矿化度(见表3)可以看出,根据公式(1)求得的土壤含盐量理论值与实测值十分接近,说明林地土壤含盐量与潜水矿化度有着密切的关系。随着林分年龄的增加,其改土和淋溶作用增强,土壤含盐量和潜水矿化度降低。由表3可知,林龄为10年生的刺槐林土壤含盐量和潜水矿化度高达1.228g·kg-1和5.10g·L-1,而年龄为21年生的刺槐林仅为0.685g·kg-1和3.20g·L-1。3.4表层和浅层土壤盐分含量苏北沿海地区有明显的干湿季节变化,盐分又具有“盐随水来,盐随水去”的特点,因而土壤也伴随着积盐和脱盐周期性变化,总的趋势是向脱盐方向发展,但不同土地利用类型盐分动态有很大差异。森林土壤结构良好、大孔隙多,阻止了水分向上运动和蒸发,因而在旱季(春天)林分土壤含盐量自上而下逐渐增大,表层小于底层,无返盐现象(见图1),表现出森林土壤的特有性质,而且在各个林分中幼林土壤含盐量较高,其它林分由于改土时间长,土壤含盐量较低。而对照地却不同,由于蒸发强烈,盐分随水向上移动在表层积累,表层含盐量均显著高于底层,0～10cm土层含盐量为20.1g·kg-1,10～20cm为8.6g·kg-1,20cm以下含盐量比较一致,为7.5g·kg-1左右。在雨季,林分表层土壤含盐量略高(见图1),10～80cm内较低,与旱季大致相同;而80cm以下则急剧升高,大于旱季土壤含盐量,显然这是林木根系作用的结果。由于林木根系大多分布在10～60cm内,夏季树冠蒸腾强烈,使地下水向根系聚积,水分被根系吸收后,部分盐分被根系吸收、转化,根层土壤含盐量下降,但根层以下盐分不断积累,因而土壤含盐量高。进入秋季,土壤含盐量呈下降趋势,但不同林分和层次表现程度不同,刺槐幼林和成林各层土壤含盐量均下降,这可能与林地表土疏松(林粮间作),以及秋季气温降低、蒸腾减少、秋雨淋溶有关。淡竹和水杉林由于改土能力较差,土层紧密,地表蒸发较多,因而浅层土壤含盐量略有上升,不过深层土壤(80～100cm)含盐量均下降,这是蒸腾减少、雨水淋溶的缘故。3.5土壤含盐量与林木根系的关系林木根系分布对土壤含盐量有很大影响,一般土壤表层(0～10cm)根系较多,土壤含盐量较低;10～60cm土层林木根系多,土壤含盐量低;60cm以下林木根系减少,土壤含盐量逐渐升高(表4)。而对照地因土壤返盐除表层很高外,其它各层均比较一致,与林地有显著差别。进一步进行相关分析(见表5),结果是土壤含盐量与林木根系存在明显的负相关,林木根系越多,土壤含盐量越低,这充分说明了土壤含盐量与根系的密切关系。由表4进一步进行方差分析得到表6。当为0.05时,40cm范围内各层土壤含盐量差异不显著,而它们与60～80、80～100cm土层的含盐量差异均显著;而且,60～80与80～100cm土层的含盐量差异不显著。因此,可将不同层次的土壤含盐水平分为3组,即0～10、10～20和20～40cm为一组,土壤含盐量低;60～80和80～100cm为另一组,土壤含盐量显著高于上一组;40～60cm为过渡层次,土壤含盐量介于上述两组之间。土壤含盐量的这种垂直变化规律显然与林木根系分布有关。研究表明,林木根系大多分布于0～60cm土层内,例如水杉根质量及根长分别占总量的94.78%和87.92%,60cm以下土层根系分布少,降盐改土能力差。4不同层系土壤盐分含量和含盐量在水利改良和生物作用下,淤泥质海岸防护林表土已经脱盐,土壤中可溶性离子发生了很大