劉小娥，蘇世平，李毅

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

土壤是陸生植物生活的基質(zhì)，是生態(tài)系統(tǒng)中水分和養(yǎng)分的儲(chǔ)存庫(kù)［1］，也是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量交換的重要場(chǎng)所［2］。土壤與植被相互促進(jìn)、相互制約，植物從土壤中吸收水分、養(yǎng)分供個(gè)體生長(zhǎng)，又通過(guò)凋落物的形式將一部分養(yǎng)分歸還給土壤，增加土壤養(yǎng)分、改善林地土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙，改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，土壤理化性質(zhì)的改變又影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。植被對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響因植物種類、群落年齡等不同而不同［2］。研究表明，隨林齡的增加，黃柳（Salix gordejevii）灌叢土壤氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、p H呈降低趨勢(shì)，全磷、全鉀、速效磷先增后降［3］；杉木人工林在近熟之前，土壤容重、毛管孔隙度、田間持水量呈降低趨勢(shì)，之后逐漸升高［4］。也有研究表明，混交林改良土壤理化性質(zhì)的能力高于純林，其高低與混交樹(shù)種組成有密切的關(guān)系［5］。張健等［6］研究表明，灌木改良土壤理化性質(zhì)的能力優(yōu)于草本。可見(jiàn)植被在土壤理化性質(zhì)改良中具有重要的作用，這可能與立地條件、群落年齡、凋落物累積量及分解程度有關(guān)。灌叢作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分之一，由于其適應(yīng)性廣，能夠適應(yīng)比較嚴(yán)酷的生境，能分布在降水稀少，土壤瘠薄、喬木難以生存的立地條件下，在生態(tài)系統(tǒng)中的地位不亞于森林［7］，但目前對(duì)不同類型灌叢土壤理化性質(zhì)的研究少見(jiàn)報(bào)道。因此，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同灌叢對(duì)土壤理化性質(zhì)的改良程度，選取立地、降水條件基本相同、林齡一致、相同起源的林分，研究土壤的理化性質(zhì)，探索林分與土壤理化性質(zhì)的相互關(guān)系，為該區(qū)域植被人工恢復(fù)過(guò)程中樹(shù)種的選擇提供理論依據(jù)。

蘭州市地處我國(guó)內(nèi)陸，氣候類型屬于溫帶大陸性氣候和溫帶季風(fēng)氣候的過(guò)渡地區(qū)，全市年均降水量300 mm左右，集中在7-9月［8］。南北兩山是蘭州市的重要生態(tài)屏障，但由于地處黃土高原區(qū)，其土壤質(zhì)地疏松，抗侵蝕能力低，易崩塌，透水性差［9］，遇降水極易形成地表徑流，導(dǎo)致泥石流、滑坡等自然災(zāi)害發(fā)生［10-11］。因此，綠化兩山，提高植被覆蓋度，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)維護(hù)該區(qū)域的生態(tài)安全具有舉足輕重的作用。自20世紀(jì)20年代開(kāi)始人工造林［12］，至今，兩山40000 hm2的荒山荒地已被綠化，大面積的人工林和灌叢已初步發(fā)揮生態(tài)效益和社會(huì)效益，因此，兩山的生態(tài)問(wèn)題也引起了廣泛關(guān)注，不少學(xué)者在樹(shù)種抗旱能力評(píng)價(jià)［13-14］、群落結(jié)構(gòu)［15］、土壤養(yǎng)分、土壤酶［16-17］、土壤微生物［18］等方面進(jìn)行了相關(guān)研究。然而，對(duì)于南北兩山人工林在生態(tài)效益方面的研究，目前鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究選取蘭州市南北兩山具有代表性的4種主要人工灌叢，對(duì)其土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，揭示不同人工灌叢在蓄水保水、調(diào)節(jié)降水以及改善林地立地條件的能力，為該區(qū)域今后在灌木林營(yíng)造過(guò)程中樹(shù)種合理選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蘭州市南北兩山位于黃土高原隴中北部黃土丘陵區(qū)，土壤為灰鈣土，年降水量327.7 mm，年蒸發(fā)量1468 mm，年平均氣溫為9.1℃，氣候干旱，屬于典型的暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候［19］。區(qū)域內(nèi)天然植被稀少，主要以草本為主，近年來(lái)大力營(yíng)造人工林，主要造林樹(shù)種有：油松（Pinus tabulaeformis）、側(cè)柏（Platycladus orientalis）、千頭柏（Platycladus orientaliscv.sieboldii）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、山桃（Prunus davidian）、紅花錦雞兒（Caragana rosea）、檸條（Caragana microphylla）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、山杏（Armeniaca sibirica）、沙棗（Elaeagnus angutifolia）、甘蒙檉柳（Tamarix austrmongolica）、檉柳（Tamarix chinensis）、紅砂（Reaumuria songarica）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）等［16，20］。

本研究選取該區(qū)域分布較廣、面積較大的4種類型的人工灌叢，進(jìn)行土壤物理化學(xué)性質(zhì)研究，各灌叢樹(shù)種組成為：千頭柏灌叢：有少量枸杞（Lycium barbarum）幼苗和沙棗幼苗；紅砂灌叢：有少量蝎虎駝蹄瓣（Zygophyllum mucronatum）、山蒿（Artemisia brachyloba）、狗尾草（Setaria viridis）、豬毛蒿（Rtemisia scoparia）；紅花錦雞兒灌叢：有極少量多裂駱駝蓬（Peganum multisectum）、狗尾草和豬毛蒿；檉柳灌叢：有少量田旋花（Convolvulus arvensis）、鵝絨藤（Cynanchum chinense）、紫穗槐、中亞紫菀木（Asterothamnus centrali-asiaticus）。各灌叢植物組成及樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 灌叢樣地基本情況Table 1 Basic condition of different shrub types

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品采集 在對(duì)南北兩山灌叢實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇4種林齡基本一致的人工灌叢，每種類型灌叢選取3個(gè)具有代表性樣地，在每樣地選取3個(gè)10 m×10 m的樣方，于2019年8月調(diào)查環(huán)境與林分因子（表1），然后沿對(duì)角線隨機(jī)選取3個(gè)取樣點(diǎn)，每取樣點(diǎn)按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm自上而下采集4層土壤樣品，將同一土層樣品混合均勻后，采用十字取樣法取0.5 kg，室內(nèi)風(fēng)干后篩除雜質(zhì)后過(guò)分別過(guò)2.000和0.149 mm篩，供化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。在挖好的土壤剖面上，用容積為100 cm3的環(huán)刀采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm土層的原狀土，每土層制作3環(huán)刀原狀土，供物理性質(zhì)測(cè)定。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法 物理性質(zhì)：總孔隙度、毛管孔隙度、土壤容重和土壤滲透性均采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤自然含水率用烘干法測(cè)定［21］?；瘜W(xué)性質(zhì)：土壤p H采用電位法測(cè)定；土壤全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤無(wú)機(jī)氮采用KCl浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀（Skalar,Breda,the Netherlands）測(cè)定；土壤全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效磷采用NaHCO3浸提比色法測(cè)定；土壤全鉀采用火焰光度法測(cè)定；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定，以上方法參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［22］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析、Duncan多重比較和Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌叢類型土壤物理性質(zhì)

2.1.1 土壤容重 不同灌叢之間土壤容重差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為1.08～1.36 g·cm-3，從大到小排序?yàn)椋呵ь^柏＞檉柳＞紅砂＞紅花錦雞兒，其中千頭柏灌叢土壤容重是紅花錦雞兒灌叢的1.26倍。土壤容重在土壤剖面上差異顯著，隨著土壤深度的增加而增加，其中60～80 cm的土壤容重分別是40～60 cm、20～40 cm和10～20 cm的1.01、1.03和1.12倍。

表2 4種灌叢土壤物理性質(zhì)Table 2 Physical properties of different soil horizons in 4 shrub types（mean±SD）

2.1.2 土壤孔隙度 不同灌叢之間土壤總孔隙度差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為49.14%～58.32%，從大到小依次為：紅花錦雞兒＞紅砂＞檉柳＞千頭柏，其中紅花錦雞兒灌叢土壤總孔隙度是千頭柏的1.19倍?？偪紫抖仍谕寥榔拭嫔喜町愶@著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加而降低，均值為51.27%～56.03%，其中0～20 cm的土壤總孔隙度分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.06、1.08和1.09倍。

不同灌叢之間土壤毛管孔隙度差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為43.68%～52.77%，從大到小依次為：紅花錦雞兒＞紅砂＞檉柳＞千頭柏，其中紅花錦雞兒土壤毛管孔隙度是千頭柏的1.21倍。毛管孔隙度在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），均值為46.87%～49.79%，20～40 cm土壤層最大，0～20 cm次之，40～60 cm最小。

不同灌叢之間非毛管孔隙度差異不顯著（表2），均值為3.69%～5.55%。非毛管孔隙度在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），均值為3.11%～8.03%，0～20 cm土壤層最大，40～60 cm次之，20～40 cm最小。

2.1.3土壤持水量 不同灌叢之間最大持水量差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為36.95%～53.95%，從大到小依次為紅花錦雞兒＞紅砂＞千頭柏＞檉柳，其中紅花錦雞兒最大持水量是檉柳的1.46倍。最大持水量在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)，0～20 cm的土壤最大持水量分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.10、1.20和1.22倍。

不同灌叢之間毛管持水量差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為32.61%～48.93%，排序?yàn)榧t花錦雞兒＞紅砂＞檉柳＞千頭柏，其中紅花錦雞兒毛管持水量是千頭柏的1.50倍。最大持水量在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)，0～20 cm的土壤最大持水量分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.04、1.12和1.13倍。

不同灌叢之間田間持水量差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為24.92%～40.71%，紅花錦雞兒最大，檉柳最小，紅花錦雞兒的田間持水量是檉柳的1.63倍。田間持水量在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨土壤深度的增加呈先降低后增加的趨勢(shì)。

2.1.4 土壤自然水分含量 不同灌叢之間土壤自然水分含量差異顯著（P＜0.05）（表2），均值為4.74%～8.30%，從大到小排序?yàn)榧t花錦雞兒＞檉柳＞千頭柏＞紅砂，其中紅花錦雞兒的土壤自然水分含量是紅砂的1.75倍。自然水分含量在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)。

2.1.5 土壤滲透性 不同灌叢之間土壤滲透速率不同，隨土壤深度的增加，各灌叢土壤的滲透速率均呈降低趨勢(shì)（圖1）。0～20 cm土層的土壤滲透速率表現(xiàn)為紅花錦雞兒＞紅砂＞千頭柏＞檉柳；20～40 cm土層，紅花錦雞兒和紅砂的土壤滲透速率大于千頭柏和檉柳，紅花錦雞兒和紅砂之間差異不顯著，千頭柏和檉柳之間差異不顯著。40～60 cm土層，在滲透的前6 min，紅花錦雞兒和紅砂大于千頭柏和檉柳，之后各灌叢之間無(wú)顯著差異。60～80 cm土層各灌叢之間滲透速率無(wú)顯著差異。

圖1 4種灌叢0～80 cm土壤層滲透過(guò)程曲線Fig.1 Pr ocess of soil infiltr ation of 4 shr ub types in 0-80 cm soil layer s

2.2 不同灌叢土壤化學(xué)性質(zhì)

2.2.1 土壤pH土壤pH在不同灌叢之間差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為7.63～8.19，根據(jù)我國(guó)土壤酸堿度分級(jí)［23］，研究區(qū)為堿性土壤。土壤p H在土壤剖面上沒(méi)有差異，均值為7.83～8.14，各灌叢土壤p H隨著土壤深度的增加變化規(guī)律不盡相同（圖2）。

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同灌叢之間差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為6.24～10.21 g·kg-1，依次表現(xiàn)為紅花錦雞兒＞檉柳＞紅砂＞千頭柏，其中紅花錦雞兒的土壤有機(jī)質(zhì)是千頭柏的1.64倍。有機(jī)質(zhì)在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)（圖2），均值為4.67～13.10 g·kg-1，其中0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.52、2.11和2.81倍。

表3 4種灌叢土壤化學(xué)性質(zhì)Table 3 Chemical proper ties of different soil layers in 4 shr ub types

圖2 4種灌叢類型土壤p H及有機(jī)質(zhì)含量Fig.2 Soil p H and or ganic matter content in 4 shr ub types

2.2.3 土壤氮素 土壤全氮含量在不同灌叢之間差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為0.36～0.81 g·kg-1，從大到小依次為紅花錦雞兒＞檉柳＞千頭柏＞紅砂，其中紅花錦雞兒的全氮含量是紅砂的2.25倍。全氮在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)（圖3），均值為0.35～0.81 g·kg-1，其中0～20 cm的土壤全氮分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.29、1.72和2.31倍。

土壤無(wú)機(jī)氮含量在不同灌叢之間差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為14.90～25.82 mg·kg-1，紅花錦雞兒最大，千頭柏最小。無(wú)機(jī)氮在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)（圖3），均值為13.41～27.47 mg·kg-1，其中0～20 cm的土壤無(wú)機(jī)氮分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.35、1.67和2.05倍。

圖3 4種灌叢土壤全N和無(wú)機(jī)N含量Fig.3 Total nitrogen content and miner al nitr ogen content in 4 shr ub types

2.2.4 土壤磷素 不同灌叢之間土壤全磷含量差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為0.56～0.63 g·kg-1，檉柳和千頭柏的土壤全磷含量大于紅花錦雞兒和紅砂。全磷在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加逐漸降低，均值為0.56～0.67 g·kg-（1圖4）。

不同灌叢之間土壤速效磷含量差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為4.08～12.05 mg·kg-1，排序?yàn)榧t砂＞紅花錦雞兒＞檉柳＞千頭柏。速效磷在土壤剖面上差異顯著，隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)（圖4）。

圖4 4種灌叢土壤全P和速效P含量Fig.4 Total phosphorus content and available phosphorus content in 4 shrub types

2.2.5 土壤鉀素 不同灌叢之間土壤全鉀含量差異顯著（P＜0.05）（表3），均值為16.71～18.52 g·kg-1，千頭柏＞檉柳＞紅砂＞紅花錦雞兒。全鉀在土壤剖面上差異不顯著，各灌叢全鉀含量在不同土層之間變化趨勢(shì)不盡相同（圖5）。

圖5 4種灌叢類型土壤全K和速效K含量Fig.5 Total potassium content and available potassium content in 4 shr ub types

不同灌叢之間土壤速效鉀含量差異不顯著（表3），均值為69.57～72.48 mg·kg-1。速效鉀在土壤剖面上差異顯著（P＜0.05），隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)（圖5），其中0～20 cm的土壤速效鉀分別是20～40 cm、40～60 cm和60～80 cm的1.13、1.34和1.51倍。

2.3 不同灌叢土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

不同灌叢土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析表明（表4），土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、最大持水量、田間持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、總孔隙度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與全鉀、容重之間呈極顯著正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、最大持水量、田間持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、總孔隙度之間呈極顯著正相關(guān)，與土壤無(wú)機(jī)氮、速效磷之間呈顯著正相關(guān)，與全鉀、容重之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與最大持水量、田間持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、總孔隙度之間呈極顯著正相關(guān)，與土壤容重之間呈極顯著負(fù)相關(guān)，與全鉀之間呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤容重與最大持水量、田間持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、總孔隙度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)；最大持水量與毛管孔隙度、總孔隙度之間呈極顯著正相關(guān)。

表4 土壤物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)的Pear son相關(guān)矩陣Table 4 Pearson correlation coefficient among soil physical and chemical properties in 4 shrub types（n=12）

3 討論

3.1 土壤物理性質(zhì)

土壤容重、孔隙度是表征土壤疏松程度和通氣透水能力的指標(biāo)，與植被類型、密度、凋落物組成和分解程度、根系的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)［24］。本研究發(fā)現(xiàn)紅花錦雞兒的土壤容重、孔隙度在4種灌叢類型中最優(yōu)，紅砂次之，是因?yàn)榧t花錦雞兒在4種灌叢中有最高的密度（45000株·hm-2）和蓋度（95%），且凋落物累積量最高（48.51 t·hm-2），保水能力也相應(yīng)提高。較高的蓋度減少了土壤和凋落物水分的蒸發(fā)，增加了林地土壤和空氣的濕度，提高了林地微生物和動(dòng)物的種類和數(shù)量，加速了凋落物的分解［25］，提高了土壤有機(jī)質(zhì)［26］，從而改善土壤物理性質(zhì)［27］。另外，較高的灌叢密度和較濕潤(rùn)的表層土壤，會(huì)導(dǎo)致根系集中在土壤表層，根系的穿插改善了土壤的物理性質(zhì)［28］。紅砂為小灌木，密度為3500株·hm-2，但林地生長(zhǎng)有半灌木山蒿、多年生草本蝎虎駝蹄瓣、一年或兩年生草本豬毛蒿以及一年生草本狗尾草，它們的根系反復(fù)生長(zhǎng)凋亡的過(guò)程中，使林地土壤變得疏松、多孔，物理性質(zhì)有一定程度改善。檉柳和千頭柏為大灌木，在4種灌叢中密度較低，凋落物累積量也較?。ㄇь^柏28.78 t·hm-2，檉柳15.30 t·hm-2），林內(nèi)濕度較低，土壤微生物和動(dòng)物數(shù)量較少，凋落物分解較慢［25］，故其具有較高的土壤容重和較低的土壤孔隙度及持水量。

本研究發(fā)現(xiàn)隨著土壤深度的增加，各灌叢土壤容重呈增加趨勢(shì)，孔隙度呈降低趨勢(shì)，是因?yàn)楸狙芯窟x取的灌叢均營(yíng)造于30年前，各灌叢之間土壤養(yǎng)分的基礎(chǔ)值基本一致，經(jīng)過(guò)植物30多年的循環(huán)利用，土壤的有機(jī)質(zhì)不斷地增加，在土壤動(dòng)物、微生物、降水的作用下，有機(jī)質(zhì)不斷地分解、下移，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)隨著土壤深度的降低逐漸減小，而土壤容重、孔隙度等物理性質(zhì)與有機(jī)質(zhì)存在正相關(guān)關(guān)系［29］。

水分在土壤生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的作用，是土壤內(nèi)部化學(xué)、物理和生物過(guò)程不可缺少的介質(zhì)［30］。本研究發(fā)現(xiàn)紅花錦雞兒的土壤含水量最高，紅砂最小，是因?yàn)榧t花錦雞兒有較高的密度和凋落物累積量，能較好地?cái)r截降水和抑制土壤表面水分蒸發(fā)，而紅砂灌叢覆蓋度低，草本種類數(shù)量相對(duì)較多，由于植物蒸騰作用和地表蒸發(fā)作用導(dǎo)致水分損耗嚴(yán)重。

4種灌叢的土壤含水量和毛管持水量均隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)，是因?yàn)檠芯繀^(qū)位于半干旱區(qū)，地下水位深，土壤水分為少量的毛管水，這與魏強(qiáng)等［29］對(duì)興隆山6種森林類型土壤理化性質(zhì)的研究結(jié)果一致。不同灌叢的土壤持水量存在差異，紅花錦雞兒最大，紅砂次之，是由于紅花錦雞兒和紅砂的土壤孔隙度較大，可以吸持和儲(chǔ)存更多的降水。

土壤的滲透性是評(píng)價(jià)土壤水源涵養(yǎng)功能的重要指標(biāo)之一，與植被類型、土壤容重、孔隙度，降水強(qiáng)度與歷時(shí)等密切相關(guān)［31］。本研究發(fā)現(xiàn)紅花錦雞兒有較好的土壤滲透速率，紅砂次之，是因?yàn)榧t花錦雞兒和紅砂灌叢土壤容重較小、土壤孔隙度較大，尤其是非毛管孔隙度，趙洋毅等［32］和劉霞等［33］研究表明，土壤滲透性指標(biāo)與非毛管孔隙度呈極顯著正相關(guān)，與毛管孔隙度關(guān)系不顯著，說(shuō)明非毛管孔隙度對(duì)土壤滲透性的影響起更重要的作用。

3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤pH是表征土壤酸堿性的指標(biāo)，與植被類型、凋落物成分有密切關(guān)系，能顯著影響土壤微生物的種類和數(shù)量，進(jìn)而影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化［34］。本研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域土壤呈堿性，pH值為7.63～8.19，是因?yàn)樵诟珊蛋敫珊禇l件下，巖石風(fēng)化后，形成鉀、鈣、鈉、鎂的氯化物或硫酸鹽，經(jīng)淋溶后留下了溶解度較低的碳酸鈣，形成石灰性土壤。紅花錦雞兒灌叢土壤pH最小，是由于其具有較大的凋落物累積量，林內(nèi)較濕潤(rùn)，微生物活動(dòng)增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解加快，從而產(chǎn)生大量的CO2和有機(jī)酸［35］。

土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源之一，對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響顯著。土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于凋落物，凋落物累積量越大，分解程度越高，有機(jī)質(zhì)含量就越大。本研究發(fā)現(xiàn)，各灌叢土壤有機(jī)質(zhì)隨土壤深度的增加逐漸降低，是因?yàn)榈蚵湮锸紫容斎氲酵寥辣韺樱谕寥绖?dòng)物、微生物和降水的作用下逐漸向下淋溶擴(kuò)散，從而在土壤剖面上形成了逐漸降低的趨勢(shì)。紅花錦雞兒有機(jī)質(zhì)含量在4種灌叢類型中最高，這與其凋落物的累積量和分解程度有密切的關(guān)系，其凋落物累積量最大，為48.51 t·hm-2，且69.22%已分解，鐘芳等［16］對(duì)蘭州市南北兩山主要灌叢土壤化學(xué)性質(zhì)研究表明，檸條類灌叢較其他類灌叢有較高的有機(jī)質(zhì)含量。

全氮、全磷、全鉀是土壤養(yǎng)分儲(chǔ)備指標(biāo)，無(wú)機(jī)氮、速效磷和速效鉀是表征養(yǎng)分實(shí)時(shí)供應(yīng)情況的指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)土壤全氮、無(wú)機(jī)氮隨著土壤深度的增加呈降低趨勢(shì)，在4種類型灌叢中，紅花錦雞兒最高，檉柳次之，是因?yàn)樵跊](méi)有人為施入的情況下，林分土壤的全氮主要為土壤現(xiàn)存氮和凋落物分解后歸還的氮，紅花錦雞兒由于其凋落物量大、分解程度高，且為豆科固氮植物［36］，因此其土壤具有較高的全氮含量。盡管檉柳的枯落物累積量少于千頭柏，但是其土壤全氮含量高于千頭柏，主要原因是檉柳凋落物氮素含量比千頭柏高。有研究表明，檉柳葉片含氮量為25.74 g·kg-1［37］，而側(cè)柏葉片最高氮含量為14.28 g·kg-1［38］。不同灌叢之間土壤全磷和全鉀在土層上表現(xiàn)趨勢(shì)不一致，但總體上呈現(xiàn)出表聚現(xiàn)象，可能由于林齡不高，表層與其他層差異不顯著，同時(shí)，磷和鉀主要來(lái)自巖石的分化和礦物質(zhì)的形成，由于一定區(qū)域土壤的母質(zhì)基本相同，導(dǎo)致不同土壤深度之間、不同林分類型之間，土壤磷素和鉀素差異不大，這與鐘芳等［16］的研究結(jié)果相似。

3.3 不同灌叢土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

本研究發(fā)現(xiàn)4種灌叢土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)各指標(biāo)之間存在相關(guān)性，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、持水量、毛管孔隙度、總孔隙度呈極顯著正相關(guān)，與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與持水量、毛管孔隙度、總孔隙度極顯著正相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；這與劉欣等［39］對(duì)不同林型華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）土壤理化性質(zhì)相關(guān)分析結(jié)果相似。土壤理化性質(zhì)的差異主要是由于不同灌叢的凋落物輸入量和分解程度不同所致，本研究中紅花錦雞兒有較大的凋落物累積量，且分解程度較高，增加了土壤養(yǎng)分的輸入，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，改善了土壤物理性質(zhì)。反之，土壤理化性質(zhì)的改善為灌木提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。因此，在蘭州市南北兩山今后的植被恢復(fù)中可減少對(duì)水分需求高的喬木樹(shù)種的應(yīng)用，盡量以抗旱小灌木為主，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮紅花錦雞兒，其次為紅砂，但在紅砂灌叢營(yíng)造中，應(yīng)加大造林密度。

4 結(jié)論

1）在4種灌叢中，紅花錦雞兒灌叢的土壤容重、最大持水量、田間持水量、總孔隙度分別為1.08 g·cm-3，53.95%，40.71%，58.32%，均好于其他灌叢類型；紅花錦雞兒灌叢的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、無(wú)機(jī)氮含量分別為10.21 g·kg-1，0.81 g·kg-1，25.82 mg·kg-1，均高于其他灌叢，檉柳次之；各灌叢土壤磷素和鉀素變化各不相同。

2）在0～80 cm土層，隨著土壤深度的增加，土壤容重逐漸增加，土壤持水量、總孔隙度、毛管孔隙度、滲透速率、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、無(wú)機(jī)氮、全磷、速效磷、速效鉀逐漸降低；土壤p H和全鉀在土壤層之間差異不顯著。

3）土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、持水量、毛管孔隙度、總孔隙度呈極顯著正相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤容重與持水量、毛管孔隙度、總孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)。