王彥武 羅 玲 張 峰? 陳天林

（1 甘肅省水土保持科學(xué)研究所，蘭州 730020）

（2 河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454000）

（3 甘肅省水利廳水土保持局，蘭州 730000）

植被的土壤保育效應(yīng)包含兩個內(nèi)涵：一是植被對土壤的保護(hù)效應(yīng)，即植被的阻擋攔沙和防風(fēng)固沙作用；二是植被對土壤的復(fù)育效應(yīng)，即植被對退化土壤質(zhì)量的恢復(fù)和改良作用。土壤機(jī)械組成、有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素及生物學(xué)特性是評價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-2］，對改良土壤的松緊程度、改善土壤水肥狀況和防治土壤沙化具有重要作用[3］，而植被的防風(fēng)固沙效應(yīng)是改善這些土壤復(fù)育效應(yīng)指標(biāo)的前提保障。植被通過樹冠等的阻擋作用降低風(fēng)速，減少風(fēng)的動能，防止對土壤的風(fēng)力侵蝕[4］，進(jìn)而攔截近地表風(fēng)沙流中攜帶的物質(zhì)，使其在冠層下沉積[5］，最終達(dá)到阻風(fēng)攔沙的目的[6-7］。土壤和植被不同特征參數(shù)之間相關(guān)性顯著，在退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)過程中，植物與土壤之間的相互作用方式主要是植被對土壤的保護(hù)改良作用和改良的土壤對植被的促進(jìn)作用[8］。因此，研究植被對土壤的保護(hù)效應(yīng)和復(fù)育效應(yīng)成為防治土地沙化的關(guān)鍵。

梭梭（Haloxylon ammodendron）是河西綠洲荒漠過渡帶優(yōu)良的防風(fēng)固沙造林樹種，具有抗旱、抗寒，喜瘠薄、喜干燥，對風(fēng)蝕沙埋的生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[9］。近年來，由于河西綠洲荒漠過渡帶地下水位持續(xù)下降，大面積的梭梭林發(fā)生退化，退化面積達(dá)270 km2[10］，給荒漠化的防治工作帶來極大地挑戰(zhàn)。因此，要鞏固治沙造林成果，有效制止梭梭林邊治理、邊退化、邊破壞現(xiàn)象的發(fā)生，需要對梭梭林保護(hù)土壤和改良土壤的效應(yīng)進(jìn)行深入的分析。目前，學(xué)者們對梭梭的研究絕大多數(shù)是從梭梭林地水分平衡[10-11］、退化及恢復(fù)更新[12］、群落結(jié)構(gòu)[13］、土壤理化特性[14］、防風(fēng)固沙功能[15］、病蟲鼠害[16］等角度進(jìn)行分析，而對梭梭林土壤保護(hù)與土壤復(fù)育間關(guān)系的研究較少，尤其是有關(guān)河西綠洲荒漠過渡帶梭梭林保護(hù)土壤效應(yīng)和改良土壤效應(yīng)各因子間相關(guān)關(guān)系方面的研究，目前還未見報(bào)道。

梭梭林在河西綠洲荒漠過渡帶防治荒漠化的過程中起著獨(dú)特的作用[17］，它不但可以防風(fēng)固沙，而且對土壤養(yǎng)分及土壤生物學(xué)性質(zhì)有重要影響。然而，隨著梭梭林齡的增加，其防風(fēng)固沙效果和土壤質(zhì)量狀況如何變化？梭梭林保護(hù)土壤效應(yīng)因子對改良土壤質(zhì)量是否有顯著影響？土壤保護(hù)與土壤改良效應(yīng)因子間的相關(guān)關(guān)系如何？上述問題的研究將對進(jìn)一步分析河西綠洲荒漠過渡帶梭梭林的土壤質(zhì)量和健康狀況奠定基礎(chǔ)。因此，本研究通過野外調(diào)查和室內(nèi)分析，對河西綠洲荒漠過渡帶不同齡階梭梭林保護(hù)土壤的效應(yīng)和改良土壤的效應(yīng)進(jìn)行了研究，探討各因子之間的相互關(guān)系和梭梭林保育土壤的內(nèi)在機(jī)制，為保護(hù)、恢復(fù)和治理河西綠洲荒漠過渡帶生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于石羊河流域下游甘肅省河西走廊東北部的民勤治沙試驗(yàn)站區(qū)（38°35′N，102°58′E），該區(qū)域?yàn)榈湫偷母珊祷哪畾夂颍昃涤炅?13 mm，且多集中在7、8、9三個月，年均蒸發(fā)量2 644 mm，年平均氣溫7.7℃，無霜期約151 d。西北風(fēng)向?yàn)橹?，多年平均風(fēng)速為2.7 m·s-1，年最大風(fēng)速為23 m·s-1，大風(fēng)日數(shù)（瞬時(shí)風(fēng)速≥17 m·s-1）42 d。該區(qū)土壤以灰棕漠土、風(fēng)沙土和草甸土為主。20世紀(jì)60年代以來，在綠洲邊緣營造的防風(fēng)固沙樹種梭梭，現(xiàn)已成為該區(qū)域主要的人工—天然植被群落。該區(qū)域其他的防風(fēng)固沙植被有花棒（Hedysarum scoparium）、白刺（Nitraria tangutorumBobr.）、多枝檉柳（Tamarix ramosissimaLedeb.）、膜果麻黃（Ephedra przewalskii Stapf）、沙拐棗（Calligonum mongolicumTurcz.）、紅砂（Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.)、沙蒿（Artemisia desertorumSpreng.）、沙棘（Hippophae rhamnoidesLinn.）、檸條（Caragana KorshinskiiKom.）、沙打旺（Astragalus adsurgensPall.）、黃花磯松（Limonium aureum(Linn.) Hill.）、狗尾草（Setaria viridis(Linn.) Beauv.）等。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)樣地設(shè)置

采用典型抽樣和空間代替時(shí)間的方法，在研究區(qū)選擇不同齡階的梭梭林（20a、30a、40a）和裸沙地為研究對象，在每個齡階的梭梭林中分別設(shè)置4個30 m×30 m的研究樣地，樣地中梭梭植株行距約為3 m×5 m，兩行間的梭梭呈“品”字型排列，風(fēng)季梭梭樹冠的疏透度為0.42。每個樣地的立地條件類型基本一致，人為干擾較少。樣地基本情況見表1。

1.3 梭梭林防風(fēng)固沙效應(yīng)的野外測定

2016年3月至5月，在樣地內(nèi)選擇標(biāo)準(zhǔn)梭梭木各3株，確定主風(fēng)方向后，在每株標(biāo)準(zhǔn)木的迎風(fēng)面和背風(fēng)面各布置4個觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)距標(biāo)準(zhǔn)木距離分別為0.5 m、1 m、2 m和3 m，觀測點(diǎn)周圍無其他植被影響。每場起沙風(fēng)時(shí)，在每個觀測點(diǎn)用HOBO小型移動氣象站同時(shí)測定高度為20 cm、50 cm、100 cm、200 cm處的風(fēng)速值，每10秒記錄1次，每組20次，同一觀測點(diǎn)連續(xù)觀測3組，取平均值，以裸沙地為對照，最終分析不同高度和距離處梭梭林的防風(fēng)效能。

1.4 梭梭林改良土壤效應(yīng)的野外測定

2016年3月、5月、9月、11月，在樣地內(nèi)運(yùn)用多點(diǎn)混合取樣法采集土樣。取樣時(shí)，在每塊樣地沿“S”型線路分別選設(shè)5個2 m×2 m的樣方，除去表層石塊、植物殘根等雜物后挖掘土壤剖面，按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三層取樣，用四分法取5個樣點(diǎn)各層的混合土樣三份：一份裝入事先準(zhǔn)備的無菌塑料袋，帶回室內(nèi)風(fēng)干處理，用以測定其機(jī)械組成和化學(xué)性質(zhì)；一份用便攜式車載冰箱在4℃條件下保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后測定土壤微生物數(shù)量；一份風(fēng)干后粉碎，分別過孔徑1 mm和0.25 mm篩，用于測定土壤酶活性。

土壤機(jī)械組成變化規(guī)律的測定采用篩分法和比重計(jì)法，并根據(jù)國際制土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)將研究區(qū)土壤粒級分為粗砂粒(0.2～2.0 mm)、細(xì)砂粒(0.02～0.2 mm)、粉粒(0.002～0.02 mm)和黏粒(＜0.002 mm)。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定，全氮采用半微量開氏法測定，全磷采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定，全鉀采用NaOH熔融—火焰光度法測定[18］；細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量采用稀釋平板法測定[19］；過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定，堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[20］。

表1 梭梭樣地基本情況表Table 1 Basic information of the Haloxylon ammodendron stands

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007、Surfer13.0和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中，基本數(shù)據(jù)分析和圖件制作采用Microsoft Excel 2007軟件，風(fēng)速等值線圖采用Surfer13.0制圖，多重比較、方差分析和相關(guān)性分析等采用SPSS 19.0軟件。方差分析采用One-way ANOVA分析，各組均值間兩兩成對比較采用Duncan法，土壤保育效應(yīng)因子與土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量、酶活性之間采用Pearson相關(guān)分析。所有數(shù)值均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié) 果

2.1 不同齡階梭梭的防風(fēng)效應(yīng)

不同齡階梭梭的防風(fēng)效果及對風(fēng)速的影響不同（圖1），各齡階梭梭背風(fēng)面風(fēng)速較迎風(fēng)面顯著減小。40年生梭梭最佳的防風(fēng)效果位于背風(fēng)面50～220 cm，30年生梭梭位于背風(fēng)面30～220 cm，20年生梭梭位于背風(fēng)面50～180 cm，說明各齡階梭梭背風(fēng)面防風(fēng)固沙范圍以30年生梭梭最大，40年生梭梭次之，20年生梭梭最小。

從圖1可以看出，各齡階梭梭在迎風(fēng)面風(fēng)速比較穩(wěn)定，隨著距離梭梭植株越近，風(fēng)速逐漸減小，當(dāng)風(fēng)速到達(dá)背風(fēng)面時(shí)，風(fēng)速顯著減小，且背風(fēng)面的減小程度大于迎風(fēng)面，當(dāng)距離梭梭背風(fēng)面2m以上時(shí)，風(fēng)速略有增加，說明梭梭的防風(fēng)和阻沙效應(yīng)對風(fēng)速有顯著影響，且風(fēng)速大小與距離梭梭植株的遠(yuǎn)近有顯著的相關(guān)性。同一測點(diǎn)，各齡階梭梭林風(fēng)速隨著高度的增加而增大，這與裸沙地地表的風(fēng)速分布規(guī)律相一致。風(fēng)速在梭梭植株的附近出現(xiàn)明顯波動，且表現(xiàn)為頂端風(fēng)速大，中下部風(fēng)速小。

從表2可以看出，不同齡階梭梭降低風(fēng)速的幅度不同，且與植株的高度顯著相關(guān)。在距離地表面20 cm、50 cm、100 cm、200 cm高度時(shí)，梭梭的風(fēng)速降低幅度分別在13.75%、14.55%、15.00%、7.34%以上，說明梭梭中下部的防風(fēng)效果較好，而在200 cm高度時(shí)風(fēng)速降低幅度顯著減小，中下部的風(fēng)速降低幅度為頂端處的1.05倍～2.04倍，主要是由于此高度處于梭梭上部頂端，疏透度增大，降低風(fēng)速的作用減小。

不同齡階梭梭隨著林齡的增長，風(fēng)速降低幅度的均值由12.66%增大至20.41%。在距離地表面20 cm、50 cm、100 cm高度時(shí)，風(fēng)速的降低幅度表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，說明隨著林齡的增長，梭梭林高度增大，疏透度減小，梭梭林防風(fēng)作用增強(qiáng)；由于40年生梭梭林發(fā)生死亡和退化，其生長減緩，中下部的疏透度增大，故其防風(fēng)作用較30年生梭梭林變?nèi)?。?00 cm高度時(shí)，風(fēng)速的降低幅度表現(xiàn)為40年生梭梭林＞30年生梭梭林＞20年生梭梭林，主要是由于梭梭植株的高度不同影響所致。

圖1 梭梭林周圍不同高度風(fēng)速等值線圖Fig 1 Contour map of wind speed around the Haloxylon ammodendron forest relative to height above the ground

表2 不同齡階梭梭林周圍平均風(fēng)速降低百分比Table 2 Mean wind reduction (%) around Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.2 梭梭林土壤機(jī)械組成變化

從圖2中可以看出，各齡階梭梭林土壤中砂粒、粉粒、黏粒所占比例不同，粗砂粒、細(xì)砂粒、粉粒、黏粒含量變化范圍分別為45.62%～50.87%、44.72%～46.10%、3.65%～6.85%、0.07%～2.08%，均表現(xiàn)為粗砂粒和細(xì)砂粒含量最高，粉粒含量次之，黏粒含量最低，且粉粒和黏粒所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粗砂粒和細(xì)砂粒所占比例。

由圖2可知，在0～60 cm土層，梭梭林土壤粉粒和黏粒含量隨土層深度增加略有減小，主要原因是裸沙地建立植被后，由于梭梭林對風(fēng)蝕的細(xì)粒物質(zhì)和降塵的阻擋和截留，表層土壤細(xì)粒組分不斷增加；此外，隨著梭梭林的生長，枯枝落葉經(jīng)微生物分解而形成的腐殖質(zhì)不斷集中在土壤表層，使得土壤表層的腐殖質(zhì)和黏粒的凝聚作用增強(qiáng)，形成的微團(tuán)粒增多，有利于更多的粉粒和黏粒在表層膠結(jié)聚集。

不同齡階梭梭三層土壤粉粒和黏粒含量均表現(xiàn)為裸沙地＜20年生梭梭林＜40年生梭梭林＜30年生梭梭林，粗砂粒含量均表現(xiàn)為裸沙地＞20年生梭梭林＞40年生梭梭林＞30年生梭梭林，可以看出，梭梭林三層土壤的粉粒和黏粒含量均顯著大于裸沙地，粗砂粒含量均顯著小于裸沙地，說明裸沙地建立植被后，土壤機(jī)械組成發(fā)生變化，粉粒和黏粒含量增大，粗砂粒含量減小，主要是因?yàn)樗笏罅值母采w保護(hù)使地表土壤被風(fēng)吹蝕的作用減弱，枯落物的分解增加了土壤細(xì)粒組分和有機(jī)質(zhì)，隨之土壤容重減小，土壤的穩(wěn)定性提高，有效地改善了土壤的物理性質(zhì)。

不同齡階梭梭林土壤機(jī)械組成存在差異，土壤黏粒和粉粒含量先隨著樹齡增加而增大，到30年左右達(dá)到最大值，后隨樹齡增大而逐漸減小；粗砂粒含量先隨著樹齡增加而減小，到30年左右達(dá)到最小值，后隨樹齡增大而逐漸增大。由此說明隨著林齡的增長，林木阻擋和截留的細(xì)粒物質(zhì)增多，梭梭林枯落物分解轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)含量增加，改善了林地土壤結(jié)構(gòu)。

圖2 不同齡階梭梭土壤機(jī)械組成比較Fig. 2 Soil mechanical composition of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

2.3 梭梭林改良土壤質(zhì)量的效應(yīng)

不同齡階梭梭林對土壤質(zhì)量各指標(biāo)均有顯著影響（表3）。不同齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性不同，土壤質(zhì)量各指標(biāo)在三層土壤中均表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林。

從表3可知，不同齡階梭梭林土壤養(yǎng)分含量均隨土層深度增加而減小，表層0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量較40～60 cm土層分別高4.91%～33.52%、66.67%～133.33%、10.00%～43.75%、0.69%～5.16%，主要是由于梭梭林的枯枝落葉集中在土壤表層，經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化成的養(yǎng)分元素富集在土壤表層，使表層土壤養(yǎng)分含量大于中間層和下層。土壤放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量、蔗糖酶活性表現(xiàn)為表層＞中間層＞下層，主要是因?yàn)楸韺油寥揽萋湮镓S富，透氣性較好，有利于放線菌、真菌及蔗糖酶的生存；過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性變化趨勢為下層大于中間層大于表層，土壤細(xì)菌數(shù)量呈不規(guī)律變化，說明梭梭林根系分布、養(yǎng)分含量大小、微生物特性、酶的來源等多種因素對細(xì)菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均產(chǎn)生重要影響。

與裸沙地相比，各齡階梭梭林三層土壤中的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性均有不同程度的增加，均為裸沙地的1.02倍以上，說明裸沙地梭梭林的建立使地表枯落物和地下根系逐漸增多，改善了土壤中微生物的生境條件，加速了枯落物的分解和腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率，導(dǎo)致退化土壤質(zhì)量不斷恢復(fù)和改良。

表3 不同齡階梭梭林土壤質(zhì)量變化特征Table 3 Soil quality of the Haloxylon ammodendron forest relative to stand age

續(xù)表

2.4 梭梭林防風(fēng)效應(yīng)和改良土壤效應(yīng)的相關(guān)性

梭梭林地防風(fēng)蝕效應(yīng)因子對土壤機(jī)械組成有顯著影響，而風(fēng)蝕區(qū)土壤機(jī)械組成與土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性之間關(guān)系密切，對其進(jìn)行相關(guān)性分析（表4），結(jié)果表明，梭梭林的風(fēng)速降低程度與粗砂粒和細(xì)砂粒含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到了87.0%以上，與粉粒和黏粒含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到了94.6%以上?？梢钥闯?，梭梭林的風(fēng)速降低程度越大，土壤中粗砂和細(xì)砂粒含量越小，粉粒和黏粒含量越高，說明通過營造梭梭林增大地表粗糙度，可以減小地表風(fēng)速和風(fēng)沙流流量，使風(fēng)沙流中細(xì)小的沙粒不斷在梭梭林周圍沉積，進(jìn)而改善土壤的機(jī)械組成。

土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到了74.8%以上，說明土壤中粉粒和黏粒含量增加，形成有利于土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素積累的環(huán)境條件，最終改善土壤的養(yǎng)分質(zhì)量和生物學(xué)特性，有利于梭梭林健康的生長。

從表4可看出，除全鉀外，土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性各指標(biāo)間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)達(dá)到了58.5%以上，說明土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性間相互影響，相互制約，對外部環(huán)境的變化比較敏感，在梭梭林管護(hù)過程中應(yīng)注意“木桶效應(yīng)”和外界因素產(chǎn)生的不利影響。

3 討 論

3.1 梭梭林防風(fēng)蝕效應(yīng)特征

黏C l a y 粒1數(shù)系關(guān)相的成組械機(jī)壤土與子因應(yīng)效蝕風(fēng)防林梭梭4表粒S i l t粉粒d r o n f o r e s t s 砂F i n e細(xì)s a n d粗C o粒a r s e砂e n s a n d o d m m n n a 降度s p速x y l o e e d程c t i o l o風(fēng)低W i n d r e d u H a i n s i t i o n 磷a t a s e性酶酸p o 堿A l k a l i n e o s p h p h e c h a n i c a l c o m糖c r a s e 酶蔗S u i t h s o i l m 化氧酶過氫C a t a l a s e g e f f e c t w菌n g i真F u i n r e a k d b 菌c e t e s i n 線m y f w 放r s o A c t i n o f t h e f a c t o菌細(xì)n c o e f f i c i e n t o B a c t e r i a有O r g a n i c 質(zhì)機(jī)m a t t e r r r e l a t i o鉀t a l m全T o t a s s i u C o p o b l e 4 o r u s T a 磷t a l全T o o s p h p h氮t a l e n全T o n i t r o g 1標(biāo)d e x指I n 氮全1*4*0.9 2磷全1 5*3*0.6 8 0.6 9鉀全5*1 0.6 4*4*0.9 7*7*0.8 2質(zhì)機(jī)有1*4*0.7 8 0**0.2 3 6 8**0.8 1 0.7 3菌細(xì)1*9*0.9 2*8*0.8 7 3 0.2 4*8*4*0.8 4 0.6 8菌線放1*9*4**0.8 2 0.8 3*7*0.7 3 4**0.2 0 1 3*0.7 1 0.6 0菌真5*1 6*0.5 8 0.6 8*2*0.7 6*0*7*0.8 3 0.7 0*8*0.9 1*5*0.9 5化氧酶過氫1*2*0.7 7*2*0.7 9*4*0.9 0*3*0.9 9*3*0.7 4 8 0.2 1*8*0.7 8*5*0.7 3酶糖蔗4**1 0.9 1 0*0.6 9*7*0.8 2*9*6**0.9 9 0.9 3*5*0.8 6 8**0.2 2 1 0*0.8 3 0.6 8磷性酶堿酸1*5*0.9 8*5*5*0.8 6 0.6 8*3*0.8 0*3*0.9 8*5*0.8 8*6*0.8 7 0.2 4*9*2*0.8 3 0.6 5降度速程風(fēng)低6 1**1 7 5**-0.9 2 5**-0.9.8 6 9-0 3 3**-0.5 7 8**-0.8 6 9**-0.9 4 2**-0.8.8 4 4-0 7 4**-0.1.7-0 8 3*.5-0粒砂粗1*9*7 0**0.8 0 0 4**-0.8 7 7**-0.9.9-0 9 2*2 8**-0.6 9 0**-0.7 5 4**-0.8.9-0 6 4*.6-0 8 3 1 1**-0.0.7-0 4 7*.6-0粒砂細(xì)8 2**1 9 0**-0.8.9-0*9*0.9 6*2*0.9 9*7*7*0.8 9 0.6 2*9*0.8 4*0*0.9 9*8*0.9 2*3*0.8 3 5 0.1 4*1*8*0.7 9 0.6 2粒粉*8*4 6**0.9 6 9 4**-0.7.9-0*6*e c t i v e l y 0**0.9 4 r e s p l e v e l，5%9**0.9 5% a n d 0.7 5 4 i f f e r e n c e a t t h e 1 0.5 1 n i f i c a n t d*4*0.8 0 e a n s s i g* m*5*9**0.9 5* a n d t e: *N o關(guān)相0.8 0著顯上平*3*水0.8 3 0.0 5在示8**0.1 3 4表，*關(guān)相著顯0.7 4上平水6 0.0 1 0.5 3在示表*粒：*黏注

梭梭林的防風(fēng)蝕特性在風(fēng)沙防治中起著至關(guān)重要的作用，梭梭林地上枝葉的覆蓋和阻擋使近地表免受風(fēng)力直接侵蝕，通過分散近地表的風(fēng)動量以降低風(fēng)速，進(jìn)而攔截近地表風(fēng)沙流中的沙粒并使其沉積，最終達(dá)到阻風(fēng)攔沙的目的[21］。本研究中，不同齡階的梭梭林保護(hù)土壤的效應(yīng)不同(30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林)，且背風(fēng)面顯著強(qiáng)于迎風(fēng)面。梭梭林的風(fēng)速降低程度越大，梭梭林保護(hù)土壤的效應(yīng)就越強(qiáng)，越有益于土壤有機(jī)質(zhì)的積累和土壤質(zhì)量的改善。植被是控制風(fēng)蝕的決定性因素，其高度差異對土壤風(fēng)蝕具有重要影響[22］。試驗(yàn)中，同一觀測點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)通過梭梭林時(shí)，梭梭林近地表風(fēng)速均隨著高度增大而增大，越接近梭梭林頂端處，梭梭林對風(fēng)速的影響越小，越接近梭梭林中部，梭梭林對風(fēng)速的影響越大，主要是由于各齡階梭梭林頂端疏透度大，越接近頂端處，梭梭林對風(fēng)速的阻礙作用越小，而中部疏透度小，對風(fēng)速的阻礙作用大，導(dǎo)致風(fēng)速明顯減弱。隨著植被林齡的增大，其高度和覆蓋度不斷增大，對降低林地內(nèi)的風(fēng)速和改善小氣候的作用顯著[23］。本研究中，40年生梭梭林的防風(fēng)作用較30年生梭梭林變?nèi)酰饕怯捎谌祟惢顒硬缓侠砝盟Y源使當(dāng)?shù)氐叵滤幌陆?，?dǎo)致需水量較大的40年生梭梭林發(fā)生死亡和退化[24］，使其疏透度增大，覆蓋度減小，阻風(fēng)攔沙的作用減弱。從梭梭林的防風(fēng)固沙效果、改良土壤效應(yīng)和可持續(xù)經(jīng)營等方面綜合考慮，30年生梭梭林更適合當(dāng)?shù)厣硹l件，它不僅防風(fēng)固沙效果明顯，而且改善流動沙丘土壤性狀和微生物活性的能力較好。因此，在梭梭林的營造和管護(hù)過程中，對齡階大于30年且出現(xiàn)明顯退化的梭梭林應(yīng)進(jìn)行間伐、保水、補(bǔ)肥等外部干預(yù)措施，以保障其健康生長，可持續(xù)地發(fā)揮其防風(fēng)固沙的生態(tài)作用。

3.2 梭梭林對土壤機(jī)械組成及土壤質(zhì)量的改良效應(yīng)

土壤機(jī)械組成是土壤質(zhì)量的一個自然屬性，表現(xiàn)出土壤的粗細(xì)狀況，它是評價(jià)土壤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，對改良土壤的松緊程度、改善土壤水肥狀況和防治土壤沙化具有重要作用[25］。不同粒徑的顆粒含量對形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響作用不同，導(dǎo)致其防風(fēng)蝕的性能也不同，黏粒與帶負(fù)電荷的腐殖質(zhì)結(jié)合后其通透性差，很難被微生物分解，不易被風(fēng)吹蝕，抗風(fēng)蝕性能較好。綠洲荒漠過渡帶梭梭林土壤中粉粒和黏粒所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粗砂粒和細(xì)砂粒所占比例，主要是由于研究區(qū)土壤以灰棕漠土和風(fēng)沙土為主，成土母質(zhì)多為砂礫質(zhì)堆積物，質(zhì)地較粗，細(xì)顆粒物質(zhì)很少，加之當(dāng)?shù)貙贉貛Ц珊祷哪畾夂?，降雨量少，植被稀疏，風(fēng)蝕作用強(qiáng)，粒徑較小的粉粒和黏粒容易被風(fēng)吹蝕，導(dǎo)致土壤質(zhì)地以砂粒為主，其土壤質(zhì)量不利于梭梭林的健康生長。唐炎林等[26］的研究表明，土壤中黏粒和粉粒等細(xì)小顆粒的含量越高，粗砂粒等大顆粒物質(zhì)的含量越低，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的含量就越高。本研究的結(jié)果與此基本吻合，說明黏粒含量較高的土壤，其保持養(yǎng)分的能力較好。梭梭林對改善土壤機(jī)械組成和其生長的土壤環(huán)境有重要作用，本研究中，隨著裸沙地梭梭林的恢復(fù)，土壤顆粒組成發(fā)生變化，黏粒含量趨于增多，砂粒減少，表層土壤中粉粒和黏粒的含量增加尤為顯著，黏粒的增多有效地增加了土壤的養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量，有利于梭梭林生境的改善，主要是由于林木根系通過穿透作用和根際效應(yīng)既可以將土壤分割成細(xì)顆粒，又能將土粒和土壤中有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)膠結(jié)形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，與林木根系伴生的土壤微生物通過時(shí)間、空間的梯度變化與根系不斷相互影響，最終形成穩(wěn)定的土壤群落結(jié)構(gòu)[27］。隨著林齡增長，30年生梭梭林土壤機(jī)械組成出現(xiàn)峰值和谷值，說明30年生的梭梭林處于生長旺盛期，受環(huán)境因素和地下水位下降的影響，使得林齡大于30年的梭梭林生存環(huán)境惡化，植物生長受到抑制，進(jìn)入土壤的枯落物及分解轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)相應(yīng)減少，使得粉粒和黏粒含量減少，土壤質(zhì)量下降。

土壤有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性是土壤肥力和生產(chǎn)力的主要指標(biāo)，而有機(jī)質(zhì)則是最關(guān)鍵的指標(biāo)，其主要來自于地表枯落物與地下根系的分解補(bǔ)充和累積，有機(jī)質(zhì)在土壤剖面的分布主要取決于有機(jī)殘?bào)w歸還量的多少和腐殖質(zhì)在土體中淋溶、遷移、淀積的過程[28］。本研究中，隨著裸沙地梭梭林的恢復(fù)，土壤中黏粒等細(xì)顆粒的增多導(dǎo)致了有機(jī)質(zhì)含量的增大，使得土壤中的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性均有不同程度的增加，從而導(dǎo)致土壤肥力質(zhì)量和穩(wěn)定性的升高，說明土壤中有機(jī)質(zhì)含量的高低將對全量養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性產(chǎn)生重要的影響。劉乃君[29］對巴丹吉林沙漠東南緣人工梭梭林的土壤改良效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在流動沙丘上人工建立梭梭林后，對林地土壤不僅可以起到防風(fēng)固沙的作用，而且還可以提升土壤的養(yǎng)分含量，改良貧瘠的土壤。本研究中，不同齡階梭梭林對土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性的積累作用不同，以30年生梭梭林最大，主要是由于梭梭林建立后隨著齡階的增大，進(jìn)入土壤的枯落物增多，經(jīng)過土壤微生物和酶的分解和轉(zhuǎn)化，致使土壤養(yǎng)分不斷累積，微生物和酶的生存環(huán)境不斷改善，在30年齡階達(dá)到生長旺盛期，使其養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性較其他齡階梭梭林高，說明研究區(qū)30年生梭梭林對土壤質(zhì)量的改良作用較好。40年生梭梭林各指標(biāo)較30年生梭梭林小，主要是因?yàn)?0年生梭梭林受環(huán)境因素影響處于生長退化階段，其改善土壤質(zhì)量的作用不及30年生梭梭林。本研究中，不同齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性具有明顯的垂直分布特征，但細(xì)菌數(shù)量、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性與其他指標(biāo)的變化趨勢不一致，主要是由于梭梭根系分布、養(yǎng)分含量大小、微生物特性、酶的來源等多種因素綜合影響所致，具體原因尚需深入研究。

3.3 梭梭林土壤保育效應(yīng)的相關(guān)性

植被在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，是荒漠生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的主要供給者，其地下根系的生長可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)，地上植被的枯落物可以為土壤提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)[30］。植物措施保護(hù)土壤效應(yīng)與改良土壤效應(yīng)各因子間具有較好的相關(guān)性，曹成有等[31］的研究表明，固沙林的防風(fēng)蝕效應(yīng)因子對土壤機(jī)械組成有重要影響，隨著固沙林保護(hù)土壤效應(yīng)的進(jìn)行，固沙林土壤的粉粒、黏粒含量增加，使容重、孔隙度等物理性質(zhì)改善，進(jìn)而顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)、微生物數(shù)量等，有效地改良了風(fēng)沙土土壤質(zhì)量。本研究中，梭梭林的風(fēng)速降低程度與粉粒和黏粒含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明梭梭林的防風(fēng)固沙作用明顯改善了土壤結(jié)構(gòu)，有利于梭梭林枯落物分解轉(zhuǎn)化后土壤養(yǎng)分含量的積累和微生物生存環(huán)境的改善。楊濤等[32］研究了科爾沁沙地固沙林土壤養(yǎng)分與生物學(xué)性質(zhì)間的關(guān)系，認(rèn)為固沙林土壤的有機(jī)質(zhì)、微生物和酶活性三者間具有顯著相關(guān)關(guān)系。本研究中，除全鉀外，土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量及酶活性各指標(biāo)間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這與楊濤等[32］的研究結(jié)果基本吻合。土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明梭梭林的防風(fēng)蝕作用使得地表的機(jī)械組成發(fā)生變化，進(jìn)而對梭梭林土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性產(chǎn)生了重要影響。

梭梭林的防風(fēng)固沙效應(yīng)是梭梭改良土壤效應(yīng)的基礎(chǔ)和前提條件，而梭梭改良土壤效應(yīng)又為其健康生長提供保障。梭梭的枯落物是土壤中有機(jī)質(zhì)的主要來源，土壤中有機(jī)質(zhì)的積累可以促進(jìn)土壤中氮和磷等養(yǎng)分含量的提升，也是增強(qiáng)土壤微生物數(shù)量和酶活性的主要方式，因此，提高退化土壤的有機(jī)質(zhì)含量，對改良梭梭林土壤養(yǎng)分與生物學(xué)性質(zhì)具有重要意義。梭梭改良土壤質(zhì)量的同時(shí)也可以通過根系吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)而健康生長，最終形成良性循環(huán)以利于生態(tài)環(huán)境的改善，所以梭梭林的健康生長是土壤肥力質(zhì)量和生物學(xué)特性改善的關(guān)鍵。在今后河西地區(qū)的荒漠化防治和生態(tài)恢復(fù)的建設(shè)中，應(yīng)該以土壤保育作用較好的30年齡階的梭梭林為界，對齡階大于30年且出現(xiàn)明顯退化的梭梭林應(yīng)及時(shí)采取外部干預(yù)措施。

4 結(jié) 論

梭梭林保護(hù)土壤的效應(yīng)取決于梭梭的生長情況及樹齡，梭梭林中下部對風(fēng)速的阻礙作用較頂端處大，距離梭梭植株越近，風(fēng)速逐漸減小，且背風(fēng)面的減小程度大于迎風(fēng)面；隨著林齡的增長，風(fēng)速降低幅度的均值增大，30年生梭梭林防風(fēng)固沙范圍達(dá)最大，表明健康梭梭林的防風(fēng)蝕效應(yīng)顯著。各齡階梭梭林土壤粉粒和黏粒所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粗砂粒和細(xì)砂粒，隨土層深度增加，粉粒和黏粒含量略有減小，但均顯著大于裸沙地；隨著樹齡增加，土壤黏粒和粉粒含量增大，粗砂粒含量減小，分別在30年時(shí)出現(xiàn)峰值和谷值；各齡階梭梭林土壤的養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和酶活性各指標(biāo)均表現(xiàn)為30年生梭梭林＞40年生梭梭林＞20年生梭梭林，且均為裸沙地的1.02倍以上。以上結(jié)果表明梭梭防風(fēng)蝕效應(yīng)可以有效改善土壤的機(jī)械組成，進(jìn)而改善土壤質(zhì)量，30年生梭梭林的土壤保育效果最好。梭梭林的風(fēng)速降低程度與土壤的機(jī)械組成呈極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.87以上，土壤粉粒和黏粒含量與全磷、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、堿性磷酸酶以及微生物數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.748以上，說明梭梭林土壤保育效應(yīng)因子間均有較好的相關(guān)性，他們相互制約、互相促進(jìn)，對梭梭林生長發(fā)育和土壤質(zhì)量改善具有顯著作用。