梁 萌， 米曉軍， 李晨華， 趙 金， 王玉剛，馬 健， 胡江玲

（1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國科學(xué)院阜康荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測站，新疆 阜康 831505；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；5.新疆師范大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶城市發(fā)展研究中心，新疆 烏魯木齊 830054）

土壤鹽漬化是干旱地區(qū)最嚴(yán)重的生態(tài)問題之一。相關(guān)研究表明全球土壤鹽漬化面積在2050 年增長將超過50%［1-2］。我國土壤鹽漬化面積為1.0×108hm2，尤以新疆所占比重大，達(dá)1336.4×104hm2［3］。其中新疆準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土的面積為49.5×104hm2，未開墾鹽堿土作為土地資源的后備軍，對其進(jìn)行改良與治理成為未來土地利用的研究熱點(diǎn)［4］。因此，對新疆準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土鹽分特征研究具有重要意義。

本文選取準(zhǔn)噶爾盆地作為研究區(qū)域，結(jié)合2018年土樣、植被數(shù)據(jù)，采用主成分分析法（PCA）和多元統(tǒng)計(jì)法研究未開墾鹽堿土的鹽分與植被多樣性特征，旨在為生態(tài)修復(fù)、土地資源合理利用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆準(zhǔn)噶爾盆地地處阿爾泰山和天山之間，位于82°07′52.6″～90°53′54.5″E，44°07′17.6″～47°09′04.3″N，平均海拔739 m，地勢由西向東逐漸遞減。降水年際變化大，氣溫波動(dòng)大，年平均蒸發(fā)量（1828 mm）大于年均降水量（416 mm）［20］，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候。準(zhǔn)噶爾盆地土壤鹽分大量聚集，不易淋洗，形成了鹵泊灘和鹽池洼兩大構(gòu)造侵蝕洼地。采樣區(qū)鹽生植被分布多且廣，檉柳（Tamarix chinensis）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、琵琶柴（Reaumuria songarica）、豬毛菜（Salsola collina）等灌木、草木為優(yōu)勢種，同時(shí)伴有蘆葦（Phragmites australis）、新疆絹蒿（Seriphidium nitrosum）等。特殊的地形地貌、土壤類型（灰漠土、風(fēng)沙土）、氣候條件，形成了該區(qū)域獨(dú)特的土壤鹽漬化現(xiàn)象［21］。

1.2 樣品采集與處理

本研究在準(zhǔn)噶爾盆地選取未開墾、未破壞的自然鹽堿地，實(shí)地考察后確定樣點(diǎn)。依據(jù)行政區(qū)域?qū)?zhǔn)噶爾盆地四大地區(qū)（昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)、塔城市、博爾塔拉蒙古自治州）進(jìn)行土壤樣品采集，共88個(gè)樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Junggar Basin

依據(jù)未開墾鹽漬化土壤采樣點(diǎn)進(jìn)行植物調(diào)查，每隔50 km 設(shè)置一個(gè)樣地，共設(shè)置10 m×10 m 灌木樣方85個(gè)、1 m×1 m草本樣方420個(gè)，用GPS標(biāo)記樣地位置。調(diào)查鹽生植被物種類別、記錄植被個(gè)體數(shù)等植物特征，同時(shí)記錄環(huán)境特征［23］。

1.3 土壤鹽漬化的分析方法

1.4 鹽生植被多樣性的分析方法

依據(jù)文獻(xiàn)記錄鑒定準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土鹽生植被的名稱。鹽生植被的篩選標(biāo)準(zhǔn)為：能在含鹽量＞0.5%的生境中生長的植被。植被蓋度采用目測的方法估計(jì)鹽生植被地上部分垂直投影的面積與樣方面積比。鹽生植被多樣性指標(biāo)：Shannon-Wiener 指數(shù)表征鹽生植被的富集程度，即群落豐度；Hurlbert 指數(shù)可表征鹽生植被的物種間的相遇幾率，即物種多樣性；Pielou均勻度指數(shù)表示鹽生植被不同物種數(shù)目的分布特征［19］。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）：

Hurlbert多樣性指數(shù)（d）：

Pielou均勻度指數(shù)（Piel）:

式中：N為所調(diào)查全部物種數(shù)；ni為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)；m為樣方中調(diào)查的物種數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

本文利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用ArcGIS 10.2、Origin 8.0、R-3.6.2的“vegan”包作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤鹽堿化的離子特征分析

表1 準(zhǔn)噶爾盆地土壤鹽分、pH與鹽基離子統(tǒng)計(jì)分析Tab.1 Statistical analysis of soil salinity,pH and base ions in Junggar Basin

表2 不同土層土壤鹽分、pH、鹽基離子含量Tab.2 Contents of soil salinity,pH and base ions in different soil layers

表3 0～20 cm土層土壤鹽分、pH、鹽基離子含量的Pearson相關(guān)關(guān)系Tab.3 Pearson correlations of soil salinity,pH and base ion contents in 0～20 cm soil layer

表4 20～40 cm土層土壤鹽分、pH、鹽基離子含量的Pearson相關(guān)關(guān)系Tab.4 Pearson correlations of soil salinity,pH and base ion contents in 20～40 cm soil layer

2.2 土壤鹽漬化分布特征

土壤鹽漬化程度劃分如圖2a 所示。采樣區(qū)中度、重度鹽漬化占比較大，分別為34.5%和26.5%，且以鏈狀或條帶狀分布在準(zhǔn)噶爾盆地。11.9%的樣地為輕度鹽漬化，呈點(diǎn)狀分布?？傮w上鹽土所占比重大，為92.9%；堿土占7.1%。鹽堿土類型劃分如圖2b所示，鹽土以條帶狀分布而堿土則以點(diǎn)狀分散在準(zhǔn)噶爾盆地。不同陰離子所占比重劃分鹽土類型（圖2c～d）表明，研究區(qū)以硫酸鹽-氯化物鹽土、硫酸鹽鹽土為主，蘇打堿土為輔。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地不同鹽土類型分布Fig.2 Spatial distributions of different saline soil types in Junggar Basin

各地區(qū)土壤礦質(zhì)含量的差異性使得鹽土類型的分布特征不同，昌吉回族自治州和博爾塔拉蒙古自治州土壤礦物以氯化物、硫酸鹽為主，硫酸鹽-氯化物鹽土和硫酸鹽鹽土呈條帶狀交錯(cuò)分布在兩地區(qū)（圖2）。蘇打堿土、鹽土則以面狀形式分布在昌吉回族自治州，而呈斑點(diǎn)狀分散在塔城市。由鹽土類型比例統(tǒng)計(jì)（圖3）可得，昌吉回族自治州的硫酸鹽-氯化物鹽土所占比例高，博爾塔拉蒙古自治州硫酸鹽所占比例最高（圖3c）；蘇打堿土在阿勒泰地區(qū)所占比例高（圖3d）。

圖3 不同地區(qū)鹽堿土類型所占比例統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics of the proportion of saline-alkali soil types in different regions

2.3 鹽生植被與土壤鹽分、pH、鹽基離子關(guān)系分析

植被調(diào)查結(jié)果如表5、表6 所示，準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土的優(yōu)勢植被群落以一年生、多年生草本和小灌木為主，其中灌木優(yōu)勢種為琵琶柴（Reaumuria songarica）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、鹽生假木賊（Anabasis salsa）、鹽節(jié)木（Halocnemum strobilaceum）、灌木亞菊（Ajania fruticulosa）、里海鹽爪爪（Kalidium caspicum）等，草本優(yōu)勢種為叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）、鹽生草（Halogeton glomeratus）、豬毛菜（Salsola collina）、駱駝刺（Alhagi sparsifolia）、新疆絹蒿（Seriphidium kaschgaricum）等。隨著土壤鹽漬化程度的加重，黎科、蓼科、檉柳科物種數(shù)目增多，而菊科的物種數(shù)目則降低。

表5 不同區(qū)域的優(yōu)勢鹽生植被群落Tab.5 Dominant halophytic vegetation communities in different regions

表6 不同區(qū)域的優(yōu)勢鹽生植被群落物種統(tǒng)計(jì)Tab.6 Species statistics of dominant halophytic vegetation communities in different regions

圖4 土壤鹽分含量與鹽生植被類型、蓋度的關(guān)系Fig.4 Relationship between soil salinity content and vegetation types and coverage

圖5 土壤鹽分含量、pH與植被多樣性的關(guān)系Fig.5 Relationship between soil salinity content,pH and vegetation diversity

圖6 土壤鹽基離子含量與植被多樣性的關(guān)系Fig.6 Relationship between soil base ion content and vegetation diversity

表7 主成分分析（PCA）前兩軸土壤因子的特征向量Tab.7 Eigenvectors of soil factors in the first two axes of PCA

圖7 鹽生植被優(yōu)勢種與土壤性狀的關(guān)系Fig.7 Relationship between dominant specieses of halophytic vegetation and soil properties

3 討論

本研究結(jié)果表明，準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土其鹽生植被優(yōu)勢建群種為藜科，藜科植被物種數(shù)目隨著土壤鹽分含量的升高而增多，菊科物種數(shù)目則降低。這與錢亦兵等［19］對準(zhǔn)噶爾盆地邊緣部分荒漠植被覆蓋特征的研究類似，是植被長期適應(yīng)鹽堿土環(huán)境的結(jié)果。隨著研究區(qū)土壤鹽分含量的升高，鹽生植被由抗鹽（拒鹽）型向真鹽（聚鹽）型植被轉(zhuǎn)變。隨著土壤的鹽漬化程度的加劇，鹽生植被物種豐富度和均勻度指數(shù)并非線性擬合關(guān)系，而是二次多項(xiàng)式曲線關(guān)系。土壤鹽分在5～10 mg·g-1之間，Shannon-Wiener 指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)逐漸增加，超過10 mg·g-1物種豐富度逐漸下降。這與大多數(shù)研究中認(rèn)為中鹽生境干擾使得荒漠生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性較高的結(jié)果相吻合［30-31,14］。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于不同生境條件下鹽生植被都有一個(gè)最優(yōu)鹽分值，超出鹽分范圍，其物種豐度、多樣性則會(huì)降低；其次，物種間的相互競爭、群落逆行演替也使得多樣性降低［32］。從酸堿度的角度看，未開墾鹽堿土的pH與植被群落多樣性表現(xiàn)為U型相關(guān)，但不顯著，說明土壤pH 值并非影響物種豐富度和多度的直接因子，但它可能會(huì)通過土壤其他指標(biāo)（養(yǎng)分、鹽分、水分等）對植物生活型、建群種等特征產(chǎn)生間接影響［33］。鹽生植被優(yōu)勢種與土壤因子的PCA 分析表明，土壤鹽分、pH 是影響未開墾鹽漬化景觀鹽生植被優(yōu)勢種分布的主要因子。部分學(xué)者對新疆阜康荒漠植物群落多樣性與土壤因子相互關(guān)系、干旱半干旱地區(qū)黑河濕地植物多樣性研究、克拉瑪依鹽生植被多樣性的空間分布特征等研究也得出類似結(jié)果，即土壤含鹽量和酸堿度是影響荒漠景觀植被多樣性的關(guān)鍵因子［15,31,34］。

4 結(jié)論

準(zhǔn)噶爾盆地未開墾鹽堿土作為土地資源的后備軍，本文對其鹽堿土的空間分布特征及其鹽生植被覆蓋特征進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

（2）梭梭、檉柳、琵琶柴、豬毛菜等鹽生植被廣泛分布在昌吉回族自治州。博爾塔拉蒙古自治州以琵琶柴、駱駝刺為優(yōu)勢種。阿勒泰地區(qū)則以耐鹽堿植物新疆絹蒿為優(yōu)勢種。塔城市鹽生植被優(yōu)勢種為唐古特白刺、芨芨草。

（3）準(zhǔn)噶爾盆地未開墾土壤鹽漬化景觀內(nèi)，土壤鹽分與鹽生植被多樣性表現(xiàn)為二次曲線關(guān)系，而pH與植被豐富度呈U型相關(guān)。