劉進(jìn)輝，王雪芹，馬　洋1中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊　8300112新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，策勒　8483003中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049

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沙漠綠洲過渡帶檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性

劉進(jìn)輝1，2，3，王雪芹1，*，馬洋1，2，3
1中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊830011
2新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，策勒848300
3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049

摘要:以塔克拉瑪干沙漠南緣策勒沙漠綠洲過渡帶為研究區(qū)，選取植被蓋度依次為30%、15%—20%、10%和＜5%的4個(gè)典型樣地，對(duì)各樣地的檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)典型部位0—10 cm和10—20 cm土壤進(jìn)行系統(tǒng)采樣，分析土壤枯落物、有機(jī)質(zhì)、全效N、P、K和速效N、P、K含量，從風(fēng)沙地貌的角度研究過渡帶沙漠化進(jìn)程中土壤養(yǎng)分分布特征。結(jié)果表明:(1)隨著植被總蓋度的降低，灌叢沙堆表層0—10 cm土壤的枯落物、有機(jī)質(zhì)、全N、全K、速效K含量呈降低趨勢(shì)，平均降幅為69.3%、37.0%、35.3%、8.3%和24.5%。全P含量沒有明顯的變化，速效N和速效P含量呈先減小后增大的趨勢(shì);(2)從灌叢下→沙堆邊緣→丘間地→風(fēng)影區(qū)，土壤枯落物、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、速效N、速效P、速效K含量表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，最大值位于灌叢下部位，最小值位于丘間地，但在植被蓋度＜5%的樣地，沙堆-丘間地系統(tǒng)各部位之間養(yǎng)分含量無顯著性差異;(3)與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層的枯落物、有機(jī)質(zhì)、全N、全P和速效P含量顯著降低，平均降幅為40.0%、27.0%、25.0%、4.5%和2.0%，全K、速效N和速效K含量明顯增加，平均增幅為4.8%、103.3%和12.1%。隨著植被蓋度的降低，10—20 cm土層的養(yǎng)分含量具有與0—10 cm土層相對(duì)一致的變化趨勢(shì);(4)灌叢的生物反饋?zhàn)饔檬沟霉鄥蚕虏课痪哂忻黠@的養(yǎng)分富集效應(yīng)，但隨著植被總蓋度的降低和風(fēng)沙活動(dòng)不斷加劇，非生物因素逐漸占據(jù)主導(dǎo)，灌叢的養(yǎng)分富集效應(yīng)趨于減弱和消失。

關(guān)鍵詞:沙漠綠洲過渡帶;檉柳灌叢沙堆;枯落物;土壤養(yǎng)分

劉進(jìn)輝，王雪芹，馬洋.沙漠綠洲過渡帶檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性.生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36(4):979-990.

Liu J H，Wang X Q，Ma Y.Spatial variation of soil nutrients of Tamarix ramosissima nebkhas and interdune areas in a desert-oasis ecotone.Acta Ecologica Sinica，2016，36(4):979-990.

灌叢沙堆是風(fēng)沙流遇到灌叢阻攔，沙物質(zhì)在灌叢及其周圍堆積而成的生物地貌類型［1］，廣泛分布于世界干旱、半干旱及半濕潤沙地和部分沙質(zhì)海岸帶［2-5］。它的形成演化是風(fēng)成沙與灌叢相互作用的結(jié)果［6］，如在塔里木盆地，檉柳灌叢沙堆受植物和風(fēng)沙活動(dòng)的共同作用［7］，形成沙物質(zhì)與枯落物互層的交錯(cuò)層理［8］。因此凡是能提供沙包形成基本條件的地區(qū)都有它的分布［9］，也是沙地和沙漠的重要組成部分［10］。

Klemmedson和Barth［11］在對(duì)荒漠生態(tài)系統(tǒng)中植物生物量與養(yǎng)分分配關(guān)系研究時(shí)，首次提出了“肥島”的概念。陳廣生等［12］將其定義為干旱、半干旱區(qū)灌木冠幅下限制性土壤資源的顯著聚集現(xiàn)象，其中的資源是指土壤水分、養(yǎng)分、微生物、動(dòng)物及其由灌木或喬木等帶來的非生物環(huán)境等的總和。肥島現(xiàn)象在很多區(qū)域及其不同種類的灌叢下被發(fā)現(xiàn)［13-15］，普遍的研究都認(rèn)為灌叢沙堆相比周圍空地具有較強(qiáng)的資源富集性［13，16-17］。在干旱區(qū)，水分及/或氮是最常見的限制植物生長的非生物因素［18］，養(yǎng)分資源的空間分布對(duì)干旱環(huán)境中植被格局的確定具有重要的作用［19］，養(yǎng)分有效性的提高對(duì)群落動(dòng)態(tài)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響［20］。Gibbens［21］對(duì)奇瓦瓦沙漠植物根系進(jìn)行了研究，證實(shí)了該沙漠植物根系對(duì)上層土壤水分與養(yǎng)分存在激烈的競爭。雖然在干旱區(qū)表層土壤的含水量極低，但當(dāng)水分較充分時(shí)，土壤養(yǎng)分會(huì)快速地變成限制沙漠生物過程的主要因素［22］。有研究發(fā)現(xiàn)，沙漠化逆轉(zhuǎn)與較高的土壤養(yǎng)分水平相關(guān)［23］。肥島是沙漠生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的一個(gè)重要組成部分，因此有關(guān)肥島土壤養(yǎng)分特點(diǎn)的研究對(duì)于了解區(qū)域環(huán)境變化具有非常重要的意義［24］。尹傳華［25］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)退化為沙漠或半沙漠時(shí)，肥島效應(yīng)趨于削弱。Okin等［26］的研究則認(rèn)為，人為干擾導(dǎo)致干旱的灌木地土壤結(jié)皮和植被破壞，進(jìn)而引發(fā)肥島的解體，而肥島的解體會(huì)對(duì)相鄰地區(qū)形成間接干擾。

塔克拉瑪干沙漠南緣氣候極端干旱，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，不同植被條件下灌叢沙堆具有不同的蝕積特點(diǎn)。雖然對(duì)綠洲-沙漠過渡帶灌木引起的資源島現(xiàn)象已有報(bào)道［25，27］，但基于沙漠化進(jìn)程中不同植被覆蓋條件下灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)土壤養(yǎng)分分異規(guī)律尚無系統(tǒng)的觀測和研究。鑒于此，本項(xiàng)研究以策勒綠洲沙漠過渡帶為研究區(qū)，在對(duì)不同植被覆蓋條件下檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)蝕積特征有所認(rèn)識(shí)的前提下，重點(diǎn)研究土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性變化，揭示過渡帶沙漠化進(jìn)程中檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)土壤養(yǎng)分分異規(guī)律，從風(fēng)沙地貌的角度探討灌叢沙堆蝕積過程對(duì)土壤養(yǎng)分分布的影響。研究結(jié)果有助于深入理解綠洲-沙漠過渡帶土地退化成因和過程，可為綠洲外圍灌叢沙堆的科學(xué)保育和生態(tài)安全提供理論依據(jù)。

1　區(qū)域概況

研究區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣策勒綠洲西部過渡帶，介于80°03'—82°10'E，35°17'—39°30'N之間。該區(qū)域氣候極端干旱，年均降水量35 mm，蒸發(fā)量2595.3 mm，干燥度20.8，屬暖溫帶大陸性荒漠氣候。多年平均氣溫11.9℃，1月平均氣溫－5.8℃，7月平均氣溫25.1℃，極端最高氣溫41.9℃，極端最低氣溫－23.9℃。這里風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，以西風(fēng)為主，其頻率占62.43%—76.25%，年平均風(fēng)速1.9 m/s，最大可達(dá)12.1 m/s。春季多大風(fēng)，年平均3—9次，8級(jí)以上大風(fēng)年平均40 d。土壤以風(fēng)沙土和棕漠土為主，主要由極細(xì)沙和粉沙組成，土壤質(zhì)地輕，含水量低，易于形成風(fēng)沙流。天然植被類型單調(diào)，群落結(jié)構(gòu)簡單，疏葉駱駝刺(Alhagi sparsifolia)、多枝檉柳(Tamarix ramosissima)和花花柴(Karelinia caspic)為主要建群種，部分可形成大小不等的植物沙包［28］。該區(qū)域沙漠化問題在綠洲西部有集中體現(xiàn)，受不同程度人類活動(dòng)的影響，形成植物組合與蓋度呈現(xiàn)明顯差異的4種植被類型(表1)，分別與不同程度的沙漠化土地相對(duì)應(yīng)，其間均有檉柳灌叢沙堆分布。楊帆等人［29］通過詳細(xì)的灌叢沙堆蝕積分布研究發(fā)現(xiàn)，不同植被覆蓋條件下檉柳灌叢沙堆-丘間地系統(tǒng)地表蝕積過程也出現(xiàn)明顯差異:在植被覆蓋較好的非沙漠化區(qū)域，地表以微弱積沙過程為主，主要是由于良好的植被攔截了相當(dāng)一部分遠(yuǎn)程輸送的沙塵;在植被條件居中的輕度和中度沙漠化區(qū)域，則出現(xiàn)地表物質(zhì)的原地再分配，沙堆迎風(fēng)坡和沙堆兩側(cè)局部發(fā)生風(fēng)蝕，其它部位以積沙為主;在植被遭受嚴(yán)重破壞的重度沙漠化區(qū)域，除沙堆中上部外的大部分地表均以嚴(yán)重風(fēng)蝕為顯著特點(diǎn)。不同程度沙漠化地表植被狀況和蝕積特征描述見表1。

表1　不同植被類型中檉柳灌叢沙堆地表蝕積特征描述Table1　The description of Tamarix ramosissima nebkha surface erosion feature in different vegetation types

2　研究方法

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于大范圍野外調(diào)查，在策勒綠洲西部過渡帶確定4種不同植被類型的典型樣地，各樣地分別選擇一個(gè)大小適中、相對(duì)獨(dú)立的檉柳灌叢沙堆。其中，沙堆A位于植被蓋度為30%左右的疏葉駱駝刺群落中，沙堆B位于植被蓋度為15%—20%左右的疏葉駱駝刺-多枝檉柳群落中，沙堆C位于植被蓋度為10%的多枝檉柳-疏葉駱駝刺-花花柴群落中，沙堆D位于植被蓋度＜5%的多枝檉柳群落中。根據(jù)主風(fēng)向、沙堆部位及蝕積分布狀況，將各灌叢沙堆-丘間地劃分為4個(gè)部位，依次為沙堆灌叢下(Under shrub)、沙堆邊緣區(qū)(Margin of nebkha)、沙堆風(fēng)影區(qū)(Leeward shadow)和丘間地(Interdune)。其中沙堆灌叢下包括1、2、3、4、5號(hào)共5個(gè)采樣點(diǎn)，沙堆邊緣區(qū)包括6、8、9號(hào)共3個(gè)采樣點(diǎn)，沙堆風(fēng)影區(qū)包括7、11、14號(hào)共3個(gè)采樣點(diǎn)，丘間地包括10、12、13、15、16、17、18號(hào)共7個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。

圖1　土壤采樣點(diǎn)位置Fig.1The location of soil sampling灌叢沙堆:是指叢下積土的范圍;灌叢下:是指灌叢基部分布(或影響)范圍

2.2土樣采集

各樣點(diǎn)分0—10 cm和10—20 cm兩層取樣。將直徑50 mm、高100 mm的環(huán)刀垂直壓入土中，使環(huán)刀與土壤表層相平齊，用環(huán)刀托取出環(huán)刀后將土樣裝入自封袋，每個(gè)樣點(diǎn)土樣為3次環(huán)刀取樣混合而成。10—20 cm土樣采集時(shí)，用鐵鍬鏟去表層10 cm厚土壤，按相同方法采集10—20 cm的土樣。所有土樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試和分析。

2.3指標(biāo)測定

將各土樣過0.5 mm的篩子，稱取枯落物的重量，根據(jù)環(huán)刀尺寸計(jì)算沙堆各部位枯落物百分含量。過篩后的土樣全部送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效N、速效P和速效K共7個(gè)指標(biāo)的測定。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定，全氮采用凱氏法利用FOSS全自動(dòng)定氮儀測定，全磷用DU800紫外分光光度計(jì)測定、全鉀用火焰光度計(jì)測定，速效氮用堿解擴(kuò)散法測定，速效磷用鉬銻抗比色法測定，速效鉀用中性醋酸銨浸提法測定。

2.4數(shù)據(jù)分析

用SPSS 21.0軟件對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)(one sample Kolomogorov-Semimov，即K-S檢驗(yàn))。對(duì)同一灌叢沙堆不同部位之間以及不同沙堆相同部位之間的枯落物含量及土壤養(yǎng)分各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)和多重比較(LSD)，并用Excel軟件進(jìn)行分析和作圖。

3　研究結(jié)果

3.1枯落物含量變化規(guī)律

隨著植被蓋度的下降，0—10 cm土層枯落物含量總體呈降低的趨勢(shì)，而沙堆不同部位降低幅度又有不同(圖2)。對(duì)于沙堆灌叢下部位，沙堆A枯落物含量為2.21%，到沙堆D降低至0.94%，降幅達(dá)到57%;對(duì)于沙堆邊緣區(qū)，沙堆A枯落物含量為1.16%，至沙堆D則降低到0.38%，降幅達(dá)到67%;對(duì)于丘間地，枯落物含量在沙堆A為0.53%，到沙堆D則降至0.13%，最大降幅為75%;對(duì)于沙堆風(fēng)影區(qū)，則從沙堆A的0.5%降至沙堆D 的0.11%，最大降幅為78%。就單個(gè)沙堆不同部位而言，沙堆枯落物含量以灌叢下最大，其次為沙堆邊緣區(qū)，丘間地和風(fēng)影區(qū)較差，其中沙堆灌叢下顯著高于其它3個(gè)部位。將4個(gè)沙堆丘間地枯落物與灌叢下相比，沙堆A、B、C和D的降幅依次為為77%、81%、91%和81%。與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層枯落物含量普遍降低，降幅為40%左右，其中灌叢下變化最為明顯。無論是不同沙堆間還是同一沙堆不同部位間，10—20 cm土層與0—10 cm土層相比，均具有相對(duì)一致的變化趨勢(shì)。

圖2　 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律Fig.2The changes of soil litter content(mean±S.E.) Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

3.2土壤有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律

隨著植被蓋度的下降，0—10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量總體呈逐漸降低的趨勢(shì)，而沙堆不同部位降低幅度又有不同(圖3)。對(duì)于沙堆灌叢下部位，沙堆A有機(jī)質(zhì)含量為4.67 g/kg，到沙堆D降低至2.26 g/kg，降幅達(dá)到52%;對(duì)于沙堆邊緣區(qū)，沙堆A有機(jī)質(zhì)含量為3.62 g/kg，至沙堆D則降低到2.31 g/kg，降幅達(dá)到36%;對(duì)于丘間地，有機(jī)質(zhì)含量在沙堆A為2.50 g/kg，到沙堆D則降至1.93 g/kg，最大降幅為23%;對(duì)于沙堆風(fēng)影區(qū)，有機(jī)質(zhì)含量先降低后升高，最小值位于沙堆C，含量為1.93 g/kg。就單個(gè)沙堆不同部位而言，沙堆有機(jī)質(zhì)含量以灌叢下最大，其次為沙堆邊緣區(qū)和風(fēng)影區(qū)，丘間地最小，其中沙堆灌叢下顯著高于其它3個(gè)部位。與0—10 cm土層相比，沙堆A、B、C各部位10—20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量普遍降低，其中以灌叢下和沙堆邊緣兩部位比較明顯，平均降幅分別為23.3%和30.75%。沙堆D各部位10—20 cm土層較0—10 cm有所增加，平均增幅為9.66%。無論是不同沙堆間還是同一沙堆不同部位間，10—20 cm土層與0—10 cm土層相比，差異顯著性較枯落物含量均有減弱。

圖3　 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律Fig.3The changes of soil organic matter content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

3.3土壤全N、全P、全K含量變化規(guī)律

隨著植被蓋度的下降，0—10 cm土層土壤全N和全K含量在灌叢下、沙堆邊緣、丘間地3部位呈逐漸降低的趨勢(shì)，而不同部位降低幅度又有不同(圖4，圖5，圖6)。對(duì)于沙堆灌叢下部位，沙堆A全N和全K含量分別為0.26 g/kg和16.27 g/kg，到沙堆D分別降低至0.13 g/kg和14.73 g/kg，降幅分別為50%和9.4%;對(duì)于沙堆邊緣區(qū)，沙堆A全N和全K含量分別為0.20 g/kg和15.94 g/kg，至沙堆D則降低到0.14 g/kg和14.53 g/kg，降幅為30%和8.8%;對(duì)于丘間地，全N和全K含量在沙堆A分別為0.15 g/kg和15.39 g/kg，到沙堆D則降至0.11 g/kg和14.33 g/kg，降幅分別為26%和6.8%。對(duì)于沙堆風(fēng)影區(qū)，全N含量先降低后升高，最小值位于沙堆B，含量為0.12 g/kg，沙堆D大于沙堆B和沙堆C。全K含量先升高后降低，最大值位于沙堆B，含量為16.22 g/kg。從沙堆A→沙堆B→沙堆C→沙堆D，0—10 cm土層土壤全P含量變化趨勢(shì)不明顯。就單個(gè)沙堆不同部位而言，沙堆A在灌叢下全N和全P含量與其它三部位之間具有顯著差異，沙堆B、C、D各部位之間差異不顯著，4個(gè)沙堆各部位全N和全K含量最小值均位于丘間地。與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層全N和全P含量有所降低，平均降幅分別為25%和4.5%，土層全K含量略有增加，平均增幅為4.8%。無論是不同沙堆間還是同一沙堆不同部位間，10—20 cm土層與0—10 cm土層相比，土壤全N、全P、全K含量具有相對(duì)一致的變化趨勢(shì)。

圖4　 土壤全氮含量變化規(guī)律Fig.4The changes of soil total nitrogen content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

3.4土壤速效N、速效P、速效K含量變化規(guī)律

圖5　土壤全磷含量變化規(guī)律Fig.5The changes of soil total phosphorus content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

圖6　土壤全鉀含量變化規(guī)律Fig.6The changes of soil total potassium content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

圖7　土壤速效氮含量變化規(guī)律Fig.7The changes of soil available nitrogen content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

圖8　土壤速效磷含量變化規(guī)律Fig.8The changes of soil available phosphorus content(mean±S.E.)Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

隨著植被蓋度的減小，0—10 cm土層土壤速效N含量在灌叢下和沙堆邊緣兩部位呈先減小后增大的趨勢(shì)，丘間地和風(fēng)影區(qū)兩部位呈先減小后增大再減小的趨勢(shì)(圖7，圖8，圖9)。土壤速效P含量總體呈先減小后增大的規(guī)律，沙堆A 4個(gè)部位速效P含量均大于其它3個(gè)沙堆。土壤速效K含量總體呈逐漸降低的趨勢(shì)，而沙堆不同部位降低幅度又有不同。對(duì)于沙堆灌叢下部位，沙堆A土壤速效K含量為473.9 mg/kg，到沙堆D降低至311.31 mg/kg，降幅達(dá)到34.3%;對(duì)于沙堆邊緣區(qū)，沙堆含量為402.5 mg/kg，至沙堆D則降低到272.84 mg/kg，降幅達(dá)到32.21%;對(duì)于丘間地，速效K含量在沙堆A為287.49 mg/kg，到沙堆D則降至235.72 mg/ kg，降幅為18%;對(duì)于沙堆風(fēng)影區(qū)，則從沙堆A的316 mg/kg降至沙堆D的273.9 mg/kg，降幅為13.32%。就單個(gè)沙堆而言，沙堆C灌叢下土壤速效N含量與丘間地、風(fēng)影區(qū)兩部位之間具有顯著差異，其余沙堆各部位之間沒有顯著差異。土壤速效P含量4個(gè)沙堆4個(gè)部位之間均沒有顯著性差異。4個(gè)沙堆從灌叢下→沙堆邊緣→丘間地→風(fēng)影區(qū)速效K含量大體呈先減小后增大的趨勢(shì)，最小值位于丘間地。

圖9　 土壤速效鉀含量變化規(guī)律Fig.9The changes of soil available potassium content(mean±S.E.) Different lowercase letters indicate significant statistical differences(P＜0.05);U:灌叢下Under shrub;M:沙堆邊緣Margin of nebkha;I:丘間地Interdune;L:風(fēng)影區(qū)Leeward shadow;A、B、C和D依次代表植被蓋度為30%、15%—20%、10%和＜5%的典型樣地內(nèi)所選的檉柳灌叢沙堆

與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層土壤速效N含量明顯增加，而沙堆不同部位增加幅度又有不同。對(duì)于沙堆灌叢下部位，0—10 cm土層速效N平均含量為36.75 mg/kg，到10—20 cm土層增加至47.5 mg/kg，增幅達(dá)到29.25%;對(duì)于沙堆邊緣區(qū)，0—10 cm土層含量為35 mg/kg，至10—20 cm土層增加到75 mg/kg，增幅達(dá)到114%;對(duì)于丘間地，0—10 cm土層含量為45 mg/kg，到10—20 cm土層增加至97.25 mg/kg，最大增幅為116%;對(duì)于沙堆風(fēng)影區(qū)，則從0—10 cm土層的46.5 mg/kg增至10—20 cm土層的118.25 mg/kg，最大增幅為154%。10—20 cm土層速效N含量，在4個(gè)沙堆均表現(xiàn)出從灌叢下→沙堆邊緣→丘間地→風(fēng)影區(qū)土壤逐漸增大的趨勢(shì)。土壤速效K含量也有所增加，平均增幅為12.06%，其中以丘間地增加比較明顯，增幅為22%。土壤速效P含量略有降低，平均降幅為2%，其中沙堆A降低比較明顯，降幅為11.4%。不同沙堆間土壤速效P含量與0—10 cm土層相比，具有相對(duì)一致的變化趨勢(shì)。

4　討論

本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，隨著植被蓋度的降低，沙堆各部位枯落物及有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢(shì)，這主要是由于植被覆蓋條件和風(fēng)沙活動(dòng)相互作用的結(jié)果。楊東亮等人［30］對(duì)研究區(qū)典型下墊面風(fēng)沙活動(dòng)的詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，駱駝刺群落分布區(qū)風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度明顯比其它區(qū)域弱，一方面植被條件較好會(huì)產(chǎn)生較多的枯落物覆蓋地表，另一方面風(fēng)沙活動(dòng)弱，致使枯落物和有機(jī)質(zhì)能夠在灌叢下大量的累積。隨著植被條件變差，對(duì)風(fēng)力的阻滯作用減弱，風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度增加，地表由積沙狀態(tài)變?yōu)轱L(fēng)蝕狀態(tài)，勢(shì)必造成枯落物和有機(jī)質(zhì)累積量的減少，肥島效應(yīng)趨于消失。

有學(xué)者［31-36］對(duì)檉柳灌叢沙堆表面壓力及流場分布特征研究發(fā)現(xiàn)，沙堆表面風(fēng)蝕主要發(fā)生在沙堆迎風(fēng)坡及兩側(cè)區(qū)域，而沙堆背風(fēng)區(qū)域和灌叢保護(hù)的沙堆頂部是積沙發(fā)生的主要區(qū)域。本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)就單個(gè)灌叢沙堆而言，枯落物和有機(jī)質(zhì)含量以灌叢下最大，其次為沙堆邊緣，再次為風(fēng)影區(qū)和丘間地，這與沙堆各部位的蝕積狀況相對(duì)應(yīng)。土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全K、速效K含量與枯落物含量表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，說明枯落物是該研究區(qū)表層土壤養(yǎng)分的主要來源，枯落物的累積對(duì)養(yǎng)分的富集有很大的影響。土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全K、速效P、速效K含量最大值都位于灌叢下部位，這除了枯落物分解的貢獻(xiàn)外，還與灌叢對(duì)風(fēng)速的降低和降塵的捕獲有關(guān)。灌叢沙堆4個(gè)部位土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效K含量的最小值都位于丘間地，主要是由于丘間地風(fēng)蝕作用較強(qiáng)烈，致使土壤細(xì)粒物質(zhì)和養(yǎng)分流失。

隨著植被蓋度的降低風(fēng)蝕作用普遍增強(qiáng)，在重度沙漠化區(qū)域表現(xiàn)最為強(qiáng)烈，沙物質(zhì)處于頻繁的交換狀態(tài)［15］，所以本研究發(fā)現(xiàn)沙堆D土壤各養(yǎng)分指標(biāo)4個(gè)部位之間沒有顯著性差異。Li等［37］研究發(fā)現(xiàn)直徑小于50 um的土壤微粒含有較高的有機(jī)碳和全氮，本項(xiàng)研究中灌叢沙堆風(fēng)影區(qū)部位沙物質(zhì)主要以沉積為主，細(xì)粒物質(zhì)最容易在此部位沉積，灌叢沙堆土壤有機(jī)質(zhì)、全N、全P、速效N、速效P、速效K含量從灌叢下→沙堆邊緣→丘間地→風(fēng)影區(qū)表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。由于沙堆D所在區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致灌叢沙堆沙物質(zhì)也處于頻繁的交換運(yùn)移狀態(tài)，灌叢沙堆10—20 cm土層有機(jī)質(zhì)、全N、速效N、速效P、速效K含量相比0—10 cm土層各部位之間差異性明顯減弱。

在生物過程與非生物過程的交互作用下，干旱區(qū)土壤資源具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，肥島現(xiàn)象正是這種異質(zhì)性的充分體現(xiàn)［38］。生物作用大于非生物作用是荒漠生態(tài)系統(tǒng)中土壤資源在灌叢下富集的重要原因［39］。本研究表明，在植被覆蓋較好的條件下，灌叢植物對(duì)降塵的捕獲、對(duì)風(fēng)速的明顯降低，致使枯落物和有機(jī)質(zhì)累積。隨著植被的大量破壞，沙漠化程度加劇，非生物作用大于生物作用時(shí)肥島現(xiàn)象則趨于消失。本項(xiàng)研究沙堆D養(yǎng)分含量的變化規(guī)律都證實(shí)了這種說法。

荒漠化土壤養(yǎng)分的變化是荒漠化過程中能流、物流中的重要一環(huán)［11］。土壤養(yǎng)分的供給與植物生長之間的平衡關(guān)系決定了生態(tài)環(huán)境演化的過程，荒漠化過程是這種平衡關(guān)系被破壞的表現(xiàn)。在脆弱的生態(tài)環(huán)境中，土壤養(yǎng)分與植被之間存在著密切的聯(lián)系，土壤養(yǎng)分的變化直接影響荒漠化的程度與發(fā)展［40］。有學(xué)者研究指出長期的放牧?xí)鹚?、氮及其他土壤資源的異質(zhì)性，這種異質(zhì)性會(huì)促進(jìn)荒漠灌木的入侵，導(dǎo)致土壤資源在灌木下的長期累積，灌叢間裸地的土壤則因侵蝕而流失，這種物理與生物的雙重作用導(dǎo)致灌叢島的形成，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致土地退化［16，41］。李新榮［42］研究發(fā)現(xiàn)灌木的定居會(huì)引起土壤資源的空間異質(zhì)性變化，在流動(dòng)沙地的恢復(fù)治理過程中可以利用這一原理打破流動(dòng)沙地質(zhì)地均一、養(yǎng)分貧瘠的特點(diǎn)，將有限的資源集中在灌木叢下，促進(jìn)灌木的生長從而實(shí)現(xiàn)流沙地的固定。這也是在荒漠化治理過程中選擇旱生灌木種作為先鋒植物的原因。本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在策勒綠州沙漠過渡帶荒漠化過程中，隨著植被蓋度的降低，風(fēng)沙活動(dòng)不斷加劇，致使養(yǎng)分呈現(xiàn)有的這種分布規(guī)律，但是這種養(yǎng)分的分布對(duì)該研究區(qū)的植被將產(chǎn)生怎樣的影響有待進(jìn)一步的研究。

5　結(jié)論

(1)隨著植被蓋度的降低，灌叢沙堆表層0—10 cm各部位土壤枯落物和有機(jī)質(zhì)呈降低趨勢(shì)，平均降幅為69.3%和37.0%。就單個(gè)灌叢沙堆而言，枯落物和有機(jī)質(zhì)含量以灌叢下最大，其次為沙堆邊緣和風(fēng)影區(qū)，丘間地最小。10—20 cm土層枯落物和有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)于0—10 cm土層明顯降低，平均降幅為40.0%和27.0%，沙堆各部位之間的差異顯著性均有減弱，但兩個(gè)土層的變化趨勢(shì)保持一致。

(2)隨著植被蓋度的降低，灌叢沙堆表層0—10 cm土壤全N含量在灌叢下、沙堆邊緣、丘間地三部位呈逐漸降低的趨勢(shì)，平均降幅為50.0%、30.0%和26.0%。在沙堆風(fēng)影區(qū)全N含量呈先降低后升高的趨勢(shì)。灌叢沙堆土壤全K含量呈降低趨勢(shì)，平均降幅為8.3%。土壤全P含量沒有明顯的變化趨勢(shì)。就單個(gè)灌叢沙堆而言，全N、全K含量以灌叢下最大，其次為沙堆邊緣和風(fēng)影區(qū)，丘間地最小。與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層全N和全P含量有所降低，平均降幅為25.0%和4.5%，土層全K含量略有增加，平均增幅為4.8%。但兩個(gè)土層的變化趨勢(shì)保持一致。

(3)隨著植被蓋度的降低，灌叢沙堆表層0—10 cm土壤速效N和速效P含量各部位大體呈先減小后增大的趨勢(shì)，各部位之間沒有顯著的差異性，土壤速效K呈降低趨勢(shì)，灌叢下、沙堆邊緣、丘間地和風(fēng)影區(qū)各部位的降幅為34.3%、32.2%、18.0%、13.3%。與0—10 cm土層相比，10—20 cm土層土壤速效N和速效K含量明顯增加，平均增幅為103.3%和12.1%，風(fēng)影區(qū)速效N含量明顯高于其他3個(gè)部位。土壤速效P含量略有降低，平均降幅為2%。

(4)在荒漠綠洲過渡帶，輕度沙漠化和中度沙漠化區(qū)域，灌叢的生物反饋?zhàn)饔檬沟霉鄥蚕虏课痪哂忻黠@的養(yǎng)分富集效應(yīng)，但隨著植被總蓋度的降低，風(fēng)沙活動(dòng)不斷加劇，導(dǎo)致養(yǎng)分富集效應(yīng)逐漸減弱，肥島效應(yīng)消失。

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Spatial variation of soil nutrients of Tamarix ramosissima nebkhas and interdune areas in a desert-oasis ecotone

LIU Jinhui1，2，3，WANG Xueqin1，*，MA Yang1，2，3

1 Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，ürümqi 830011，China

2 Cele National Station of Observation＆Research for Desert Grassland Ecosystem，Cele 848300，China

3 University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Abstract:In this study four kinds of typical plots，with vegetation cover of 30%，15%—20%，10%，and＜5%，respectively，were selected to investigate the spatial variation of soil nutrients in Tamarix ramosissima nebkhas and interdune areas in a Qira oasis-desert ecotone at the southern rim of the Taklimakan desert.Soil samples from two layers (0—10 cm and 10—20 cm)of the nebkha and interdune in the four plots were collected for analysis of the litter，soil organic matter，total N，total P，total K，available N，available P，and available K content.The following results were obtained:First，with decreasing vegetation cover from Plot 1 to Plot 4，litter content，soil organic matter content，total Nbook=980,ebook=92content，total K content，and available K content in the top(0—10 cm)layer of the nebkhas decreased by 69.3%，37.0%，35.3%，8.3%，and 24.5%，respectively.The available N and available P content decreased at first，and then increased with decrease in vegetation cover，while total P content showed no obvious change.Second，the litter content，soil organic matter content，total N content，total P content，available N content，available P content，and available K content in the top layer first decreased，and then increased from under shrub to the margin of the nebkha，to the interdune，to the leeward shadow.The maximum values were mainly found under shrub，while the minimum values were mainly found in the interdune regions.For each soil nutrient index，there was no significant difference between the four positions in Plot 4 (vegetation cover is＜5%).Third，compared with the top soil layer，there was a significant reduction in litter content，organic matter content，total N content，total P content，total K content，available P content，and available K content in the bottom(10—20 cm)soil layer.The above corresponding mean values were lower by 40.0%，27.0%，25.0%，4.5%，and 2.0%，respectively，while total K content，available N content，and available K content were higher by 4.8%，103.3%，and 12.1%，respectively.With decreasing vegetation coverage，the changes in soil nutrient content in the two soil layers showed a consistent trend.Fourth，in non-desertified and lightly desertified areas of the oasis-desert ecotone，the biological feedback of shrubs led to obvious nutrient enrichment effects around them.However，as the total vegetation cover decreased and the intensity of desertification increased，non-biological factors began to play leading roles，and the nutrient enrichment effects of shrubs tended to disappear gradually.

Key Words:desert-oasis ecotone;Tamarix ramosissima nebkhas;litter content;soil nutrient

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:xqwang@ms.xjb.ac.cn

收稿日期:2014-06-03;網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015-07-09

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41371042);國家科技支撐計(jì)劃(2014BAC14B02)

DOI:10.5846/stxb201406031141