陳 萍,夏江寶,王善龍,李 棟,高芳磊,趙萬里,馬金昭

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,泰山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站, 泰安 271018 2 濱州學(xué)院,山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濱州 256603 3 東平縣林業(yè)保護(hù)發(fā)展中心, 泰安 271504 4 濱州市城鄉(xiāng)水務(wù)發(fā)展服務(wù)中心, 濱州 256603

林分密度是影響林木生長(zhǎng)的重要因子,不僅對(duì)環(huán)境資源分配和種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)起到非常重要的作用,而且對(duì)土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分循環(huán)等有顯著影響[1—2]。密度和植物-土壤反饋有關(guān),植物對(duì)密度具有依賴性[3—4],Carson等[4]發(fā)現(xiàn)125種植物中有40%表現(xiàn)出密度依賴性死亡。適宜的林分密度可以改善土壤結(jié)構(gòu),提高生物產(chǎn)量。研究表明,萊州灣南岸灘涂中密度(3600 株/hm2)檉柳林改良土壤、修復(fù)植被的效果相對(duì)最佳[5]。檉柳生長(zhǎng)能對(duì)土壤狀況產(chǎn)生影響,而改善的立地土壤環(huán)境又有利于檉柳生長(zhǎng)、更新和擴(kuò)散,從而土壤與檉柳之間形成了正反饋?zhàn)饔脵C(jī)制,易出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)[6]。“肥島”是指土壤養(yǎng)分在生物與非生物過程作用下富集于灌木周圍,表現(xiàn)為土壤養(yǎng)分含量由冠內(nèi)向冠外逐漸遞減的現(xiàn)象。“肥島”效應(yīng)和植被的生長(zhǎng)發(fā)展相互促進(jìn),對(duì)改善檉柳灌叢下的土壤肥力以及植物的更新和擴(kuò)散具有重要意義[7—8]。土壤鹽堿狀況是衡量鹽堿土理化性質(zhì)的基礎(chǔ),也是土壤肥力的重要影響因素之一[9]。因黃河三角洲泥質(zhì)海岸帶地下水位淺且礦化度高,降雨量少、蒸發(fā)量大和海水入侵等因素影響,導(dǎo)致濱海灘涂地帶土壤鹽漬化嚴(yán)重,植物不易在中重度鹽堿區(qū)生存,利用耐鹽植物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)可以有效改善濱海鹽漬土壤的結(jié)構(gòu),抑制土壤鹽堿化；另一方面生態(tài)環(huán)境的改善能為其它植物的定居和生長(zhǎng)繁衍提供必要條件,對(duì)鹽堿地的改良與植被恢復(fù)具有重要意義[10—11]。檉柳是泌鹽植物,具有富集土壤鹽分、改良土壤等作用,檉柳能通過吸收土壤鹽分調(diào)節(jié)自身滲透壓,從而適應(yīng)高鹽度環(huán)境下的生長(zhǎng)生存。種植檉柳后冠下土壤的含鹽量低于周圍土壤的現(xiàn)象稱為“鹽谷”效應(yīng)?！胞}谷”效應(yīng)的出現(xiàn)表明檉柳林對(duì)土壤鹽分有遷移、疏導(dǎo)作用。但也有研究發(fā)現(xiàn),檉柳林并未對(duì)林下草本群落表現(xiàn)出明顯的“肥島”、“鹽谷”效應(yīng)[12]。位于黃河三角洲區(qū)域的山東省濱州市泥質(zhì)海岸帶濱州港林場(chǎng)分布著大面積檉柳天然群落,對(duì)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況和維護(hù)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用。目前對(duì)黃河三角洲檉柳的研究主要集中在濱海濕地檉柳種群空間分布格局[13—15]、檉柳群落的土壤環(huán)境特征[16—18]、檉柳林生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)對(duì)密度結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特征[10]、不同密度檉柳林地土壤調(diào)蓄水功能[19]以及檉柳林濕地肥島效應(yīng)研究[6]等方面。但關(guān)于濱海灘涂不同檉柳林分密度條件下是否存在“鹽谷”、“肥島”效應(yīng)以及檉柳林土壤養(yǎng)分、鹽分富集作用強(qiáng)度的差異尚不清楚,導(dǎo)致該區(qū)域檉柳林分密度調(diào)控以及檉柳林生態(tài)保護(hù)和撫育提升管理存在一定困難。因此,探明黃河三角洲濱海灘涂不同密度檉柳林的土壤鹽堿和養(yǎng)分特征,明確何種密度下土壤降鹽抑堿和改善土壤養(yǎng)分效果好,對(duì)檉柳林分密度調(diào)整、管護(hù)和土壤改良等都具有一定指導(dǎo)意義。

本研究以3種不同林分密度的檉柳林為研究對(duì)象,測(cè)定分析不同密度檉柳林及檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿狀況、養(yǎng)分特征等指標(biāo),探討不同密度檉柳林是否具有明顯的“鹽谷”、“肥島”效應(yīng),明確不同密度檉柳林對(duì)土壤的改良作用,研究結(jié)果可為泥質(zhì)海岸帶濱海灘涂檉柳灌叢的生態(tài)保護(hù)以及低效檉柳林的密度調(diào)控管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 不同密度檉柳林采樣點(diǎn)位圖 Fig.1 Schematic map of sampling sites of Tamarix chinensis under different density shrubsL: 低密度檉柳林采樣點(diǎn)Sampling sites of low-density T. chinensis; M: 中密度檉柳林采樣點(diǎn) Sampling sites of medium-density T. chinensis; H: 高密度檉柳林采樣點(diǎn) Sampling sites of high-density T. chinensis

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于渤海灣西南岸的山東省濱州市北海新區(qū)黃河三角洲東南部的濱州港林場(chǎng)(38°9′51″—38°10′44″N,118°2′15″—118°4′32″E),研究區(qū)總面積達(dá)5.58 km2。該區(qū)域?yàn)榕瘻貛О霛駶?rùn)地區(qū),大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫為12.6 ℃,年平均無霜期為203 d,年平均日照時(shí)間為2850 h,年平均降水量543.2 mm,年平均蒸發(fā)量1806 mm,降水集中在6—9月,占年降水量的75%。研究區(qū)地下水位淺、礦化度高；地貌屬于濱海緩平低地,地形低洼平緩,海拔為0.5—1.0 m,坡度為0.1‰—0.2‰；灘涂土壤為沖積性黃土母質(zhì),以粉砂和淤泥質(zhì)粉砂為主,沙粘相間,易于壓實(shí),通氣透水性差；灘涂主要分布有檉柳和蘆葦(Phragmitesaustralis)、鹽地堿蓬(Suaedasalsa)、白茅(Imperatacylindrica)、狗尾草(Setariaviridis)、鵝絨藤(Cynanchumchinense)等植物。該檉柳群落是自然演替形成,主要由鹽地堿蓬逐步過渡到檉柳群落,鹽地堿蓬的生長(zhǎng)起到了降鹽改土作用,增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量,為檉柳群落生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。該區(qū)域地貌類型為濱海灘涂地帶,土壤來源于黃河沉積物攜大量泥沙淤海造陸形成的,即為沖積性黃土母質(zhì)在海浸母質(zhì)上沉淀而成。

1.2 樣品采集與處理

野外采樣時(shí)間為2019年8月,在山東省濱州市北海新區(qū)的濱州港林場(chǎng),選取林齡為5 a的檉柳林地作為采樣地,根據(jù)前期課題組對(duì)該區(qū)域的調(diào)查,針對(duì)檉柳生長(zhǎng)密度情況,以低密度(1100 株/hm2)、中密度(4100 株/hm2)、高密度(7100 株/hm2)三種林分密度的檉柳林為研究對(duì)象,采樣點(diǎn)布設(shè)見圖1,其中低、中、高密度檉柳林面積分別為1.25 km2、1.60 km2、1.17 km2。每種密度檉柳林各設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地(低密度檉柳林采樣點(diǎn)分別為L(zhǎng)1、L2、L3；中密度檉柳林采樣點(diǎn)分別為M1、M2、M3；高密度檉柳林采樣點(diǎn)分別為H1、H2、H3),共9個(gè)樣地,調(diào)查樣地的生境條件基本一致(坡向、坡度、海拔等),在每塊樣地內(nèi)沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè) 5 m×5 m的灌木小樣方,分別記錄樣方內(nèi)每株檉柳株高、冠幅、蓋度等指標(biāo),并根據(jù)株高、冠幅等指標(biāo)在樣方內(nèi)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻、生長(zhǎng)良好的3 株檉柳標(biāo)準(zhǔn)木,即每個(gè)密度下選擇9 株標(biāo)準(zhǔn)木,不同密度檉柳的形態(tài)特征見表1。

在每個(gè)樣方中,以檉柳灌叢為圓心,在檉柳主根部位、冠幅中心(根部與灌叢邊緣之間的中心)、冠幅邊緣(灌叢冠幅在地表垂直投影的位置)和株間空地(灌叢之間的裸地)共4個(gè)不同位置(圖2),分別取不同方位(東、西、南、北) 0—20 cm土壤深度的4個(gè)土樣,每4個(gè)不同方位的土樣均勻混合后作為一個(gè)樣株位置的土壤樣品,裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室,經(jīng)自然風(fēng)干后去除植物殘?bào)w和石塊,測(cè)定其土壤鹽堿及養(yǎng)分指標(biāo)。檉柳周邊各位置9 (3×3) 個(gè)土樣,共36 (4×3×3) 個(gè)土樣。

圖2 檉柳土壤采樣示意圖 Fig.2 Schematic diagram of Tamarix chinensis soil samplingA: 檉柳根部 Root of T. chinensis; B: 冠幅中心 Canopy center; C: 冠幅邊緣 Canopy brim; D: 株間空地 Interspaces

1.3 土壤樣品的測(cè)定

采用電位法測(cè)定土壤pH(水土比5∶1浸提)；采用電導(dǎo)率儀(HANNA, HI8733)測(cè)定土壤浸提液(水土比5∶1)電導(dǎo)率；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤速效氮含量；采用鉬銻抗比色法測(cè)定土壤樣品的速效磷含量；采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀含量；采用TOC分析儀(VSeriesSSM- 5000A)測(cè)定土壤有機(jī)碳含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0軟件對(duì)土壤鹽堿及養(yǎng)分指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用Origin 2018軟件作圖。運(yùn)用單因素(one-way ANOVA)和Duncan法進(jìn)行方差分析 (α=0.05),比較檉柳根部、冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地之間土壤鹽堿和養(yǎng)分含量差異,以及不同密度檉柳土壤鹽堿和養(yǎng)分含量及其富集率的差異。圖表中數(shù)據(jù)為9次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,各指標(biāo)相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。

富集率可以用來表示土壤養(yǎng)分、鹽分富集程度[20]。EA=A/D,表示檉柳根部養(yǎng)分、鹽分富集狀況；EB=B/D,表示檉柳冠幅中心養(yǎng)分、鹽分富集狀況；EC=C/D,反映檉柳冠幅邊緣土壤養(yǎng)分、鹽分富集狀況。其中A、B、C、D分別表示根部、冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地的土壤養(yǎng)分或鹽分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿含量

由圖3可知,相同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤電導(dǎo)率差異顯著(P<0.05)。低密度下,檉柳林根部土壤電導(dǎo)率顯著高于冠幅中心、冠幅邊緣和株間空地,與根部相比,3個(gè)位置分別降低54.30%、33.82%、22.71%；中密度下,檉柳林土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)為根部<冠幅中心<冠幅邊緣<株間空地,與株間空地相比,分別降低63.02%、52.10%、34.26%；高密度下,檉柳林根部土壤電導(dǎo)率與冠幅中心、冠幅邊緣相比差異不顯著(P>0.05)。中、高密度檉柳林的土壤電導(dǎo)率整體表現(xiàn)出“根部和冠幅中心小、冠幅邊緣大、株間空地更大”的特點(diǎn)。

植株周邊相同位置不同密度檉柳林的土壤電導(dǎo)率差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著低于低密度,與低密度相比,根部土壤電導(dǎo)率分別降低69.45%、75.04%；從冠幅中心來看,低、中密度檉柳林土壤電導(dǎo)率差異不顯著(P>0.05),但顯著高于高密度；從冠幅邊緣來看,低、中密度檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著高于高密度,與高密度相比,分別增加119.82%、80.28%；從株間空地來看,低密度檉柳林土壤電導(dǎo)率和中密度相比差異不顯著(P>0.05),電導(dǎo)率均值大小表現(xiàn)為中密度>低密度>高密度。不同密度檉柳林地土壤電導(dǎo)率均值表現(xiàn)為低密度>中密度>高密度,中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率分別比低密度降低28.39%、55.74%。

由圖3可知,相同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤pH差異不顯著(P>0.05),高密度檉柳林土壤pH出現(xiàn)根部和冠幅邊緣的土壤pH高于株間空地的現(xiàn)象,而低、中密度檉柳林的土壤pH表現(xiàn)出根部和冠幅邊緣低于株間空地。

植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤pH差異也不顯著(P>0.05)，不同密度檉柳林土壤pH均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

圖3 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤電導(dǎo)率和pH含量Fig.3 Soil electrical conductivity and pH content in different densities of Tamarix chinensis and different positions不同大寫字母者表示不同密度檉柳林植株周邊相同位置差異顯著(P<0.05); 不同小寫字母表示相同密度檉柳林植株周邊不同位置差異顯著(P<0.05)

2.2 不同密度檉柳林的土壤養(yǎng)分含量

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加88.59%、65.04%；從冠幅中心來看,不同密度檉柳林土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,中、高密度分別增加109.59%、46.36%；從冠幅邊緣來看,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量差異不顯著(P>0.05),但顯著高于低密度；從株間空地來看,低、中密度檉柳林土壤速效氮含量顯著高于高密度,與高密度相比,分別增加42.04%、18.03%。不同密度檉柳林地土壤速效氮含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,中、高密度檉柳林土壤速效氮含量分別比低密度增加49.80%、25.83%。

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效磷含量差異顯著(P<0.05),且均表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。不同密度檉柳林土壤速效磷含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,中、高密度檉柳林土壤速效磷含量分別比低密度增加120.05%、58.48%。

由圖4可知,植株周邊相同位置不同密度檉柳林土壤速效鉀含量差異顯著(P<0.05)。從根部來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加23.49%、40.44%；從冠幅中心來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量差異不顯著(P>0.05),但均顯著高于低密度；從冠幅邊緣來看,不同密度檉柳林土壤速效鉀含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為高密度>中密度>低密度；從株間空地來看,中、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于低密度,分別比低密度增加89.31%、67.77%。不同密度檉柳林土壤速效鉀含量均值表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,中、高密度分別增加58.90%、65.34%。

由圖4可知,從根部來看,不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度；從冠幅中心來看,中、高密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量高于低密度,與低密度相比,分別增加38.96%、16.78%；從冠幅邊緣和株間空地來看,不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量差異不顯著(P>0.05)。不同密度檉柳林土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度,與低密度相比,分別增加65.05%、22.80%。

圖4 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分含量Fig.4 Soil nutrient content in different densities of Tamarix chinensis and different positions

2.3 不同密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分差異

由圖4可知,低密度下,檉柳林根部速效氮、有機(jī)碳含量和冠幅邊緣、株間空地差異不顯著(P>0.05),但均高于冠幅中心；檉柳林根部速效磷、速效鉀含量與冠幅中心、冠幅邊緣、株間空地均差異不顯著(P>0.05)。

中密度下,檉柳植株周邊不同位置的土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地,與株間空地相比,3個(gè)位置分別增加127.36%、83.22%、35.64%；檉柳林根部速效磷含量顯著高于冠幅邊緣和株間空地,與冠幅中心差異不顯著(P>0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地；檉柳林根部速效鉀含量顯著低于冠幅中心和株間空地,與冠幅邊緣相比差異不顯著(P>0.05)；不同位置檉柳林有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地。

高密度下,檉柳植株周邊不同位置的土壤速效氮含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地,與株間空地相比,3個(gè)位置分別增加134.78%、54.79%、50.97%；檉柳林根部速效磷含量表現(xiàn)為根部>冠幅中心>株間空地>冠幅邊緣；檉柳林根部速效鉀含量與冠幅邊緣、株間空地差異不顯著(P>0.05)；不同位置檉柳林有機(jī)碳含量差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣>株間空地。

2.4 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿及養(yǎng)分的富集率差異

由表2可知,從根部來看,低、中密度檉柳林土壤pH富集率顯著低于高密度,與高密度相比,分別降低8.65%、7.69%；不同密度檉柳林土壤電導(dǎo)率富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度；中、高密度檉柳林土壤速效氮富集率顯著高于低密度,分別比低密度增加1.27倍、1.35倍；中、高密度檉柳林土壤速效磷富集率顯著高于低密度,與低密度相比,分別增加0.82倍、1.06倍；不同密度檉柳林土壤速效鉀富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度；不同密度檉柳林有機(jī)碳富集率差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

從冠幅中心來看,土壤pH富集率差異不顯著(P>0.05)；低、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率富集率顯著高于中密度,與中密度相比,分別增加31.11%、35.56%；土壤速效氮富集率差異顯著(P<0.05),具體表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度；中密度檉柳林土壤速效磷富集率顯著高于低密度,但與高密度差異不顯著(P>0.05)；低、中密度檉柳林土壤速效鉀富集率顯著低于高密度,與高密度相比,分別降低9.56%、14.78%；中、高密度檉柳林有機(jī)碳富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

從冠幅邊緣來看,中密度檉柳林土壤pH富集率顯著高于低密度,但與高密度相比差異不顯著(P>0.05)；中、高密度檉柳林電導(dǎo)率富集率顯著低于低密度,與低密度相比,分別降低23.25%、20.93%；中、高密度檉柳林土壤速效氮富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為高密度>中密度>低密度；土壤速效磷富集率差異不顯著(P>0.05)；低、高密度檉柳林土壤速效鉀含量顯著高于中密度,與中密度相比,分別增加29.87%、31.17%；中、高密度檉柳林有機(jī)碳富集率顯著高于低密度,表現(xiàn)為中密度>高密度>低密度。

表2 不同密度檉柳林及其檉柳植株周邊不同位置的土壤鹽堿和養(yǎng)分富集率

2.5 不同密度檉柳林植株周邊不同位置土壤鹽堿含量與養(yǎng)分的相關(guān)性分析

由表3可知,在檉柳根部,林分密度和電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與速效氮呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與速效磷、有機(jī)碳相關(guān)性不顯著。電導(dǎo)率和速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)碳呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),表明土壤鹽分與養(yǎng)分關(guān)系密切。速效氮和速效磷、有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),速效磷和有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

在冠幅中心,林分密度與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著。電導(dǎo)率和速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。速效氮和速效磷、有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),速效磷和速效鉀、有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在冠幅邊緣,林分密度和電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著。速效氮和速效磷、速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在株間空地,林分密度和電導(dǎo)率、速效氮呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05),速效磷和速效鉀呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

在檉柳根部、冠幅中心、冠幅邊緣和株間空地,各土壤因子具有一定的相關(guān)性,但林分密度與速效磷、有機(jī)碳無顯著相關(guān)性,與電導(dǎo)率呈極顯著性負(fù)相關(guān)(P<0.01),與速效鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表3 檉柳植株周邊不同位置土壤養(yǎng)分指標(biāo)與鹽堿指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

3 討論

3.1不同密度檉柳林的土壤“鹽谷”效應(yīng)

土壤含鹽量是影響黃河三角洲萊州灣濕地檉柳灌叢分布的主導(dǎo)因素[14],土壤鹽分分布與地下水、植物種類、植物根系和根部分泌物等因素有關(guān)[21—22]。檉柳林分密度和土壤電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)(表3),隨林分密度增大,檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著降低。低密度檉柳林土壤電導(dǎo)率最大,可能是因?yàn)榈兔芏葯f柳林相鄰的植株距離較遠(yuǎn),林分郁閉度較低,導(dǎo)致地表蒸發(fā)作用增強(qiáng),從而使得土壤鹽分整體增大。而對(duì)濱海濕地不同密度檉柳林土壤調(diào)蓄水功能研究發(fā)現(xiàn)[19],土壤含鹽量均值大小表現(xiàn)為低密度>高密度>中密度,與本研究低密度>中密度>高密度的結(jié)果不一致,可能是因?yàn)楸狙芯恐兄忻芏攘址钟捎谄淇拷}池和海水養(yǎng)殖池,及鹽水側(cè)滲等因素,使其電導(dǎo)率值高于高密度。

隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率逐漸增加,表現(xiàn)為根部<冠幅中心<冠幅邊緣<株間空地。檉柳冠下鹽分含量低于冠外的現(xiàn)象,表明中、高密度檉柳林出現(xiàn)了“鹽谷”效應(yīng),這與徐夢(mèng)辰[6]對(duì)黃河三角洲濕地檉柳研究發(fā)現(xiàn)的檉柳冠下垂直深度0—10 cm、水平距離 0—150 cm處形成了一個(gè)典型的“鹽谷”區(qū)域的研究結(jié)果一致。檉柳冠下的這種“鹽谷”效應(yīng)形成,可能是由于檉柳為泌鹽植物,可通過根系較強(qiáng)的吸收作用將大量鹽分儲(chǔ)存于體內(nèi)[5]；其次,植物蔭蔽作用以及檉柳發(fā)達(dá)根系的穿插作用等有助于土壤脫鹽[23—24],所以檉柳冠下土壤含鹽量小于株間空地,出現(xiàn)了“鹽谷”效應(yīng)。從富集率來看(表2),中、高密度檉柳林電導(dǎo)率富集率均小于1,說明中、高密度檉柳林對(duì)土壤鹽分具有降低、遷移和疏導(dǎo)作用。

不同密度檉柳林土壤pH差異不顯著(P>0.05),說明在黃河三角洲濱海灘涂研究區(qū),密度對(duì)土壤pH并無顯著影響。隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),低、中密度檉柳林土壤的pH表現(xiàn)出由根部向株間空地逐漸增加,但無顯著差異(P>0.05)。檉柳根部pH較低可能與根部微生物呼吸作用產(chǎn)生CO2、根系分泌有機(jī)酸等有關(guān)[8,12],這與李從娟等[8]對(duì)荒漠灌木梭梭研究發(fā)現(xiàn)梭梭主根中心形成了一種高養(yǎng)分、低鹽和低pH值的研究結(jié)果一致。從富集率來看(表2),低、中密度檉柳林土壤pH富集率更低,但差異不顯著(P>0.05)。

3.2 不同密度檉柳林的土壤“肥島”效應(yīng)

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是植物進(jìn)行生命活動(dòng)的基本保證[25—26]。董聿森等[5]研究發(fā)現(xiàn),林分密度對(duì)黃河三角洲萊州灣檉柳林的土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀、速效磷影響顯著,并提出中密度可以提高土壤肥力,這與本文研究表明的隨林分密度增大,檉柳林土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)為先增加后減小的結(jié)論一致,說明林分密度可以顯著影響土壤養(yǎng)分含量。土壤養(yǎng)分在中密度最高,主要是因?yàn)殡S著林分密度的增大,凋落物增加,同時(shí)較多的檉柳根系降低了土壤的緊實(shí)程度,土壤孔隙度增大,微生物運(yùn)動(dòng)活躍,土壤養(yǎng)分開始表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)[27]。但林分郁閉增加到一定值時(shí),檉柳獲取的光照資源減少,種間競(jìng)爭(zhēng)激烈,凋落物分解速率和養(yǎng)分歸還量下降,檉柳生長(zhǎng)空間有限,導(dǎo)致檉柳生長(zhǎng)受到一定限制,這時(shí)土壤養(yǎng)分隨著林分密度增加而降低,所以中密度檉柳林土壤養(yǎng)分含量高于高密度。隨著距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤速效氮、速效磷含量表現(xiàn)為逐漸減小,即土壤養(yǎng)分含量由冠外向冠內(nèi)匯集,這與干旱區(qū)河岸-荒漠過渡帶梭梭(Haloxylonammodendron)與胡楊(Populuseuphratica)冠下“肥島”效應(yīng)[28]、南疆綠洲-荒漠過渡帶胡楊“肥島”的養(yǎng)分特征[29]研究結(jié)果一致。而低密度檉柳林植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分含量差異不顯著(P>0.05),表明中、高密度檉柳林出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),而低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)。低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),主要是因?yàn)榈兔芏葯f柳林地表植被覆蓋度低,冠幅較小(表1),使空氣中的大氣沉降顆粒、土壤表層風(fēng)蝕物質(zhì)和枯枝落葉等不易富集在冠下,所以導(dǎo)致其產(chǎn)生的養(yǎng)分在不易土壤中聚集[30—31]；同時(shí)受海風(fēng)吹蝕等影響,易將枯落物等吹散,使土壤養(yǎng)分不易在冠下聚集[32]。

中、高密度檉柳林養(yǎng)分富集率大于1(表2),表明中、高密度檉柳林對(duì)土壤養(yǎng)分具有富集作用,且中密度檉柳林養(yǎng)分富集率均大于高密度,說明中密度的“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于高密度,即中密度檉柳林富集土壤養(yǎng)分的能力最高。不同密度檉柳林土壤養(yǎng)分富集率差異的原因可能與檉柳所處的分布位置、土壤環(huán)境、檉柳形態(tài)特征以及冠下有無低矮植物、生物量的空間格局等有關(guān)[11,33—35]。中密度檉柳林生長(zhǎng)較好,檉柳基徑和冠幅生長(zhǎng)最大(表1),具有適宜的多枝半球狀冠幅,能使枯枝落葉等富集在冠下,易導(dǎo)致養(yǎng)分在土壤中聚集較高[31]；其次,土壤微生物數(shù)量、酶活性和土壤養(yǎng)分關(guān)系密切,中密度林分條件下,林下植被物種多樣性較高[36—37],土壤變得疏松透氣,有利于土壤中微生物和其他動(dòng)物的活動(dòng),進(jìn)一步促進(jìn)“肥島”的發(fā)育[21],所以中密度檉柳林“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于高密度。不同密度檉柳林植株周邊不同位置對(duì)土壤養(yǎng)分具有富集作用(表2),其中土壤養(yǎng)分富集率表現(xiàn)為根部>冠幅中心>冠幅邊緣,說明檉柳根部“肥島”效應(yīng)最強(qiáng),冠幅中心次之,冠幅邊緣最差,這與黑河中游荒漠綠洲人工梭梭土壤養(yǎng)分特征[38]、北疆荒漠植被梭梭立地土壤養(yǎng)分“肥島”特征[30]的研究結(jié)果一致。主要是因?yàn)殡S著到距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),其根系生物量逐漸減少[39],植物的吸收累積作用減弱,所以富集率逐漸減小。

4 結(jié)論

林分密度可顯著影響檉柳林土壤鹽分及養(yǎng)分含量。隨林分密度增大,檉柳林土壤電導(dǎo)率顯著降低,土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)碳含量表現(xiàn)出先增大后減小。隨距離檉柳植株根部越遠(yuǎn),中、高密度檉柳林土壤電導(dǎo)率逐漸增加,即中密度、高密度檉柳林出現(xiàn)“鹽谷”效應(yīng),低密度檉柳林未出現(xiàn)“鹽谷”效應(yīng)。不同密度檉柳林降鹽作用表現(xiàn)為中、高密度較好,低密度較差。在中、高密度檉柳林,檉柳植株周邊不同位置的土壤養(yǎng)分存在顯著差異(P<0.05),低密度差異不顯著(P>0.05),即中密度、高密度檉柳林出現(xiàn)“肥島”效應(yīng),低密度檉柳林未出現(xiàn)“肥島”效應(yīng)。中密度檉柳林在土壤養(yǎng)分含量、富集率方面高于高密度,具有更強(qiáng)的“肥島”和“鹽谷”效應(yīng)。

中密度檉柳林具有較好的提高土壤肥力作用,高密度次之,而低密度較差,不同密度檉柳林的降鹽作用表現(xiàn)為中、高密度較好,低密度較差。從改善土壤養(yǎng)分和降鹽抑堿的角度,建議黃河三角洲濱海灘涂檉柳合理的初植密度為4100 株/hm2。