李銀科，劉世增，劉虎俊，魏懷東，楊自輝，張瑩花，劉淑娟

（甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，甘肅省治沙研究所，蘭州730070）

河岸帶是指江河或溪流的河道向外圍的擴(kuò)展，包括可以被洪水泛濫淹沒(méi)的部分以及河水可以進(jìn)入河岸植被冠層之下的陸地部分［1］。河岸帶具有特殊的生境條件，在涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、維持生物多樣性和生態(tài)平衡等方面均有十分重要的作用，是河流天然的保護(hù)屏障，是健康河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和評(píng)價(jià)標(biāo)志［2］。干旱內(nèi)陸河流域沙漠—河岸過(guò)渡帶是具有重要生態(tài)學(xué)功能和價(jià)值的過(guò)渡帶，這一狹長(zhǎng)區(qū)域是阻止沙漠前侵和沙土入河的最后一道屏障［3］。石羊河是西北干旱荒漠區(qū)典型的內(nèi)陸河，隨著人口的劇增、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對(duì)河流進(jìn)行了多目標(biāo)、全方位、大規(guī)模、高頻次的干預(yù)，沙漠—河岸生態(tài)系統(tǒng)隨之嚴(yán)重退化。退化的生態(tài)系統(tǒng)導(dǎo)致了植被破壞、生物多樣性下降、小氣候惡化、河床及河岸遭受侵蝕、風(fēng)沙災(zāi)害頻繁等一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［4］。生態(tài)系統(tǒng)的土壤要素和植被特征密切相關(guān)，不僅關(guān)系到整個(gè)河流系統(tǒng)的水文生態(tài)功能，而且對(duì)人工林的營(yíng)造具有重要的指導(dǎo)價(jià)值［5］。摸清土壤理化性質(zhì)的梯度變化是受損河岸生態(tài)系統(tǒng)植被修復(fù)和生態(tài)重建的基礎(chǔ)和依據(jù)。學(xué)者們對(duì)河岸帶土壤、植被及其相互關(guān)系進(jìn)行了較多的研究［1－11］，對(duì)沙漠—河岸過(guò)渡帶的研究很少，僅有少量植被空間分布格局和防風(fēng)效益評(píng)估研究［12－14］。本文選取石羊河中游斷流段、泉水溢出段、下游水庫(kù)以上豐水段和水庫(kù)以下干涸段沙漠—河岸過(guò)渡帶典型植被帶進(jìn)行土壤特征研究，以揭示石羊河中下游沙漠—河岸過(guò)渡帶生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，為這一具有重要生態(tài)學(xué)價(jià)值和功能的地段保護(hù)、退化植被恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

石羊河流域位于河西走廊東部，烏稍嶺以西，祁連山 北 麓，北 緯 36°29′—39°27′，東 經(jīng) 101°41′—104°16′。流域總面積4.06萬(wàn)km2，屬大陸性溫帶干旱氣候，太陽(yáng)輻射強(qiáng)、日照充足、溫差大、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、空氣干燥、風(fēng)大沙多。上游山區(qū)有8條主要河流，河流出山口以后進(jìn)入永昌—武威盆地，大部分水量被農(nóng)業(yè)引灌和下滲轉(zhuǎn)化為地下水，導(dǎo)致一些支流斷流，在洪積扇邊緣地帶又以泉水的形式溢出地表，形成眾多的泉水河道，如洪水河，然后再次匯合成為石羊河，此段為石羊河的中游；此后向北穿越紅崖山進(jìn)入民勤盆地，水流經(jīng)引灌而耗于蒸發(fā)，逐漸消失。進(jìn)入下游的地表徑流由20世紀(jì)50年代的5.88億m3下降到2008年的1.00億m3左右。自20世紀(jì)50年代修建紅崖山水庫(kù)以來(lái)，水庫(kù)以下河段干涸。中下游的涼州區(qū)和民勤綠洲海拔為1 400～2 100m，涼州區(qū)降水量和蒸發(fā)量分別為158mm和l 963mm，民勤分別為115mm和2 637mm；地帶性土壤為灰棕漠土和灰棕漠土型沙土，非地帶性土壤以風(fēng)沙土為主，其次在地勢(shì)低洼處分布有鹽漬化沙土和鹽化草甸土、沼澤土；在農(nóng)耕區(qū)有綠洲灌淤土、鹽化灌淤土、風(fēng)沙灌淤土等。

本研究以石羊河中下游不同河段河岸水分狀況存在差異為依據(jù)，選取4個(gè)河段進(jìn)行比較分析：中游斷流段（dryer section in middle reaches of Shiyang River，記作 DS）、泉水溢出段（springs overflow section，記作SOS）、水庫(kù)以上豐水段（wet section above Hong Yashan reservoir，記作WSA）和水庫(kù)以下干涸段（dring section in Hong Yashan reservoir below，記作DSB）。中游斷流段為石羊河支流洪水河上游枯水段，已枯水多年，河岸沙棗（Elaeagnus angustifolia）林已枯死，岸邊即為沙地，植被以沙蒿（Artemisia desertorum）群落為主；泉水溢出段為洪水河下游，因有泉水溢出而有水流，岸邊沙地水分狀況較好，以蘆葦（Phragmites australis）群落為主，伴有沙蒿、白刺（Nitraria tangutorum）等；水庫(kù)以上豐水段為洪水河與西營(yíng)河匯合后至紅崖山水庫(kù)之間的石羊河主流段，此段地勢(shì)平坦，水分豐沛，從河岸到沙地范圍較寬（3～4km），依次生長(zhǎng)有旱柳（Salix matsudana）＋檉柳（Tamarix chinensis）、沙棗＋小葉楊（Populus simonii）＋檉柳、油蒿（Artemisia ordosica）＋苦豆子（Sophora alopecuroides）、蘆葦＋駱駝蓬（Peganum harmala）、人工沙棗＋紅砂（Reaumuria songarica）、紅砂、沙拐棗（Caligonum mongolicum）等群落；水庫(kù)以下干涸段為紅崖山水庫(kù)以下河段，自修建水庫(kù)以后，再無(wú)流水，原來(lái)河道清晰可辨，河道兩側(cè)沙地植被主要為白刺、檉柳群落。

2 研究方法

2.1 土樣采集

2009年5月在選定的4個(gè)河段，從河岸向岸邊沙地延伸，每個(gè)河段選定3～7個(gè)（以植被類型的數(shù)量為依據(jù)）樣地（表1），每個(gè)樣地用土鉆按照0—5，5—10，10—20，20—40，40—60，60—80，80—100，100—120，120—140，140—160，160—180和180—200cm 12個(gè)層次進(jìn)行分層采樣，在0—5，5—10，10—20，20—40cm 4個(gè)層次取土壤容重樣，在植被類型變化不明顯的樣地只測(cè)定土壤水分樣，土壤含水量分別在5月份（雨季前）和10月份（雨季末）測(cè)定兩次。

表1 樣地特征

2.2 測(cè)定方法

土壤含水量測(cè)定采用烘干法，容重測(cè)定采用環(huán)刀法，其余土樣剔除植物根系及石礫等雜物后，在室內(nèi)風(fēng)干并過(guò)1mm和0.25mm篩備用。有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，全氮測(cè)定采用半微量開(kāi)氏法，速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉提?。f銻抗比色法，速效鉀測(cè)定采用醋酸銨浸提—原子吸收比色法，土壤水溶性鹽分組成測(cè)定水土比為5∶1，pH的測(cè)定采用電極法，水土比為5∶1。

2.3 數(shù)據(jù)分析

以不同河段作為固定因素，以容重、pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀和水溶性鹽分組成作為隨機(jī)因素，用SPSS 13.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，用LSD（P＜0.05）法進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)；用Excel軟件繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同河段土壤含水量的變化

在石羊河中下游不同河段，5月和10月0—200 cm土壤含水量大小順序均為 WSA＞SOS＞DSB＞DS；從月份來(lái)看，各河段0—200cm土壤含水量10月比5月均有增加，且增幅各不相同，其大小順序?yàn)镈S（55.86%）＞SOS（44.94%）＞DSB（28.87%）＞W(wǎng)SA（1.03%）（表2）。WSA 段地勢(shì)平坦，土壤含水量受河水影響很大，降水對(duì)該段土壤含水量的影響很??；而其他河段土壤含水量則受降水的影響較大。

不同河段0—200cm土壤含水量的垂直變化（圖1）表明，隨土層深度的增加，土壤含水量總體呈增加趨勢(shì)；與5月份相比，10月份土壤含水量在每層均有所增加，10—40cm層最為明顯（圖1）。說(shuō)明研究區(qū)雨季降水對(duì)土壤10—40cm水分貢獻(xiàn)最大。

將5月和10月不同河段土壤含水量在每個(gè)土層內(nèi)進(jìn)行比較，方差分析表明，土壤含水量只在DS段10—20cm土層10月份顯著大于5月份，DS段其余土層和其余各河段各土層5月和10月之間差異均不顯著。DS段位于調(diào)查河段最上游，降水量相對(duì)最大，而且該河段河水?dāng)嗔?，土壤水分得不到河水補(bǔ)給，因此降水對(duì)該河段土壤水分貢獻(xiàn)最大，在土壤表下層達(dá)到顯著水平。

將月份內(nèi)不同河段土壤含水量在每個(gè)土層內(nèi)進(jìn)行比較，只有10月份0—5cm土層DSB顯著大于SOS，10月份其余土層和5月份各土層不同河段之間的差異均不顯著。同一時(shí)期不同河段的同一土層土壤水分基本無(wú)明顯差異，說(shuō)明土層間土壤水分變異大。

圖1 不同河段5月和10月土壤含水量的垂直變化

3.2 不同河段土壤容重的變化

0—40cm土層土壤容重大小順序?yàn)镾OS＞W(wǎng)SA＞DS＞DSB，但方差分析表明不同河段之間土壤容重差異不顯著（表2）。圖2顯示，各河段表層土壤容重較大，表下層明顯減小，下層又略為增大。該區(qū)受風(fēng)蝕影響使得土壤表層砂礫含量高，因此表層容重大。

圖2 不同河段土壤容重和pH值的垂直變化

3.3 不同河段土壤pH值的變化

0—200cm土層土壤pH值大小順序?yàn)镈S＞SOS＞W(wǎng)SA＞DSB，表現(xiàn)出石羊河中下游河岸土壤pH值從中游到下游依次減小的趨勢(shì)，但方差分析顯示不同河段之間的差異不顯著（表2）。各河段土壤pH值總體呈現(xiàn)為表層較小，20cm深度處突然增至最大，下層略為減小的趨勢(shì)。SOS和 WSA段表層pH值小，DS和DSB段較大；DS、SOS和 WSA段在10—120cm層變化比較一致，DSB段在20—120cm層較其他河段小（圖2）。相關(guān)分析表明，土壤pH值與有機(jī)質(zhì)含量、全鹽量、Ca2＋、Mg2＋、K＋＋Na＋、Cl－和SO2－4均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與CO2－3和HCO－3均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。說(shuō)明土壤pH變化與有機(jī)質(zhì)含量和鹽分組成及總量有關(guān)。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤pH的影響主要是其分解產(chǎn)生的有機(jī)酸可以降低pH值。

3.4 不同河段土壤養(yǎng)分含量的變化

不同河段之間0—200cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量差異均不顯著。其大小順序分別為：有機(jī)質(zhì) WSA＞DSB＞DS＞SOS，全氮 WSA＞SOS≈DSB＞DS，速效鉀DS＞DSB＞W(wǎng)SA＞SOS。0—200 cm土層土壤的速效磷含量為DS＞SOS＞W(wǎng)SA＞DSB，DS段顯著大于 WSA和DSB段，而與SOS段差異不顯著，SOS、WSA和DSB段相互之間差異也不顯著（表2）。

從養(yǎng)分含量的垂直變化可以看出（圖3），WSA段有機(jī)質(zhì)含量在0—40cm層最大，而DSB段在0—40cm層較小、40—200cm層最大；DS段有機(jī)質(zhì)含量除在5—20cm層較大外，其余土層與SOS段變化較一致，其值均最小。WSA段全氮含量在0—20cm層最大，其它河段除在個(gè)別土層內(nèi)值較大外，各河段其余土層全氮含量變化較一致。

表2 不同河段土壤理化性質(zhì)

WSA段速效磷含量在表土層最大，其余土層速效磷含量DS段（除SOS段在100—120cm層最大外）明顯大于其它河段；SOS、WSA和DSB段速效磷含量在5—100cm層變化較一致，SOS段在較大。

速效鉀含量在0—120cm層DS段明顯大于其他河段，WSA段也較大，SOS和DSB段最?。辉?20—200cm層SDB段最大；SOS段在0—200cm整個(gè)土壤剖面變化比較均勻，其值也最小。

圖3 不同河段土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量的垂直變化

3.5 不同河段土壤水溶性鹽分組成的變化

0—200cm土層土壤全鹽量表現(xiàn)為DSB＞W(wǎng)SA＞SOS＞DS，表明石羊河中下游河岸從中游到下游，土壤全鹽量依次增加，但不同河段相互之間差異不顯著（表3）。根據(jù)一般鹽化土壤的劃分，WSA和DSB段土壤已鹽化，鹽化類型分別為氯化物—硫酸鹽鹽化土和硫酸鹽—氯化物鹽化土［15］。WSA段在0—20 cm層Ca2＋，Mg2＋，K＋＋Na＋，Cl－和SO2－4遠(yuǎn)大于其它河段，但差異并不顯著（表3）。WSA段在60—200 cm土層Ca2＋，Mg2＋，K＋＋Na＋，Cl－和SO2－4明顯大于其它河段，并且部分差異達(dá)到顯著水平：Ca2＋在40—60cm及80—120cm土層、Mg2＋在40—60cm及80—200cm土層、K＋＋Na＋在80—180cm土層、Cl－在60—200cm土層、SO2－4在80—120cm及140—160cm土層（表3）。各河段CO2－3含量很小，DSB段最大，WSA次之，SOS段0—200cm土壤全剖面無(wú)CO2－3，并且在任何土層差異均不顯著。各河段HCO－3的垂直變化較一致，只有在120—140cm層WSA顯著小于其他河段、160—180cm層DS段顯著大于SOS段。

DS段曾有水流，河流斷流以后，植被趨于簡(jiǎn)單，地下水位降低，土壤含鹽量低。該段土壤中速效磷和速效鉀含量顯著大于其它河段，可能是由于植被少，對(duì)磷和鉀的吸收少。SOS段有泉水溢出，土壤水分條件較好，岸邊植被生長(zhǎng)也較好。沙漠—河岸過(guò)渡帶地勢(shì)相對(duì)河床較高，土壤含鹽量較低。WSA段水分條件好，植被生長(zhǎng)好，枯枝落葉對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)的貢獻(xiàn)大，所以該河段河岸土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，全氮含量也較高。該河段地勢(shì)平坦，沙漠—河岸過(guò)渡帶寬闊，地下水位高，水溶性鹽分隨水分蒸發(fā)表聚現(xiàn)象明顯，土壤鹽分含量高。DSB斷位于民勤綠洲盆地，在河流干涸以前，這里地下水位淺，生長(zhǎng)一些水生植物，土壤發(fā)育程度較高，養(yǎng)分含量也較高。由于地處石羊河下游，上游帶來(lái)的鹽分聚集于此，再加上鹽分隨水分蒸發(fā)的表聚，所以土壤含鹽量高。河流干涸以后，植被退化，生態(tài)環(huán)境惡化，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，土壤表層又覆有一層沙物質(zhì)，使土壤發(fā)育常處于復(fù)幼狀態(tài)，所以該河段土壤養(yǎng)分和鹽分含量表層低下層高，并且下層鹽分含量顯著高于其他河段。

4 結(jié)論

在所調(diào)查的石羊河支流紅水河中游斷流河段（DS）、泉水溢出河段（SOS），石羊河干流豐水河段（WAS）和紅崖山水庫(kù)下游涸水河段（DSB），由于水文和地形地貌等條件的不同，沙漠—河岸過(guò)渡帶土壤性質(zhì)各異。

（1）0—200cm土壤含水量大小順序?yàn)?WSA＞SOS＞DSB＞DS。WSA段地勢(shì)平坦，土壤含水量受河水影響很大，降水對(duì)該段土壤含水量的影響很小，而其他河段土壤含水量則受降水的影響較大。在土壤垂直方向上，雨季降水對(duì)土壤水分的貢獻(xiàn)主要在10—40cm土層。

（2）土壤容重大，表層大下層小，這與表層土壤砂礫含量高有關(guān)。pH值7.70～8.55，表層小下層大。pH值從上游至下游依次減小，其變化與有機(jī)質(zhì)含量和鹽分組成及總量有關(guān)。

（3）研究區(qū)土壤養(yǎng)分貧瘠，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量低，速效鉀含量高。WSA段土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量最大，其含量表層高下層低；DSB段土壤下層有機(jī)質(zhì)和全氮含量相對(duì)較大；DS段土壤速效磷和速效鉀含量最大。

（4）土壤含鹽量從上游至下游依次增大。WSA和DSB段土壤已鹽化，鹽化類型分別為氯化物—硫酸鹽鹽化土和硫酸鹽—氯化物鹽化土。

［1］ 李新茂，張東旭.關(guān)于美國(guó)河岸帶土壤的研究綜述［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007，14（6）：11-13.

［2］ 李冬林，金雅琴，張紀(jì)林，等.秦淮河河岸帶典型區(qū)域土壤重金屬污染分析與評(píng)價(jià)［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（2）：228-234.

［3］ 李朝生，慈龍駿，于春堂，等.沙漠—河岸過(guò)渡帶土壤養(yǎng)分與鹽分的空間變異［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（4）：643-647.

［4］ 張宇博，楊海軍，王德利，等.受損河岸生態(tài)修復(fù)工程的土壤生物學(xué)評(píng)價(jià)［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（6）：1374-1380.

［5］ 李林英，齊實(shí)，王棣，等.汾河上游河岸帶植被類型變化對(duì)土壤粒級(jí)組成及土壤水分的影響［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37（6）：23-24，69.

［6］ 蘇建平，仵彥卿，黎志恒，等.黑河下游河岸綠洲區(qū)包氣帶土壤水分與植被生長(zhǎng)狀況的研究［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2004，24（4）：662-668.

［7］ 崔東海，韓壯行，姚琴，等.帽兒山林場(chǎng)不同河岸帶植被類型土壤水分—物理性質(zhì)［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35（10）：42-44.

［8］ 王慶成，崔東海，王新宇，等.帽兒山地區(qū)不同類型河岸帶土壤的反硝化效率［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（12）：2681-2686.

［9］ 黃湘，李衛(wèi)紅，陳亞寧，等.塔里木河下游荒漠河岸林群落土壤呼吸及其影響因子［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（5）：1951-1959.

［10］ 徐海量，李吉玫，張占江，等.塔里木河下游退化荒漠河岸林地上植被與土壤種子庫(kù)關(guān)系初探［J］.中國(guó)沙漠，2008，28（4）：657-664.

［11］ 石曉東，高潤(rùn)梅，郭晉平，等.龐泉溝自然保護(hù)區(qū)河岸林群落的土壤種子庫(kù)特征［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2010，23（2）：157-164.

［12］ 梁繼業(yè)，王彥閣，楊曉暉.鄂爾多斯高原霧冰藜在沙漠—河岸過(guò)渡帶白刺沙堆上的空間分布特征［J］.草業(yè)科學(xué)，2008，25（5）：42-47.

［13］ 于春堂，楊曉輝，李朝生.沙漠—河岸過(guò)渡帶不同天然植被群落類型防風(fēng)效應(yīng)評(píng)估［J］.水土保持研究，2006，13（1）：118-132.

［14］ 楊曉暉，于春堂，慈龍駿.基于柵格數(shù)據(jù)的沙漠—河岸過(guò)渡帶白刺沙堆空間格局分析［J］.林業(yè)科學(xué)，2009，45（8）：1-8.

［15］ B.B.葉戈羅夫（蘇）.土壤鹽漬化及其墾殖［M］.水利部專家工作室，譯.北京：科學(xué)出版社，1958.