張優(yōu) 劉茂秀 史軍輝 王新英 艾吉爾·阿不拉 張炎

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.03.020

摘? 要：【目的】研究塔河中下游胡楊林核心區(qū)退耕地初始年土壤和植被的養(yǎng)分特征，為胡楊林公益林核心區(qū)退耕地生態(tài)恢復(fù)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。

【方法】以塔河中下游胡楊林核心區(qū)退耕地初始年的土壤和植被為研究對象，運用“S”形布點法、野外標準木全株收割法、多點混合方法分別采集植被和土壤樣品，結(jié)合室內(nèi)測定植被和土壤養(yǎng)分特征數(shù)值進行分析。

【結(jié)果】（1）土壤養(yǎng)分含量和植被營養(yǎng)成分積累量均集中分布在Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)。（2）土壤垂直深度上，養(yǎng)分集中在表層土壤，且隨著土層深度增加，土壤養(yǎng)分含量依次遞減，但是在60～100 cm土層處，呈現(xiàn)小幅增加。不同樣地與不同土層深度之間土壤養(yǎng)分含量差異顯著（P＜0.05）。（3）不同樣地中殘存棉花（棉稈、根系）及草本植物中全N、全P、全K、有機碳含量均有顯著差異（P＜0.05）。

【結(jié)論】胡楊林自然保護區(qū)核心區(qū)退耕地初始年土壤養(yǎng)分含量較高，有利于荒漠植被群落的生長和發(fā)育，提高群落演替速率，有利于塔河胡楊林退耕地植被恢復(fù)與環(huán)境變化及其相互作用、生態(tài)過渡帶植被恢復(fù)與區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：胡楊林；退耕地；初始年；養(yǎng)分特征

中圖分類號：S714??? 文獻標志碼：A??? 文章編號：1001-4330（2024）03-0699-09

收稿日期（Received）：

2023-08-09

基金項目：

新疆維吾爾自治區(qū)財政林業(yè)發(fā)展補助項目（XJLYKJ-2022-1）；新疆維吾爾自治區(qū)財政林業(yè)發(fā)展補助項目（XJLYKJ-2023-27）

作者簡介：

張優(yōu)（1997-），女，貴州人，碩士研究生，研究方向為植物營養(yǎng)，（E-mail）463867715@qq.com

通訊作者：

劉茂秀（1976-），女，四川人，副研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向為荒漠化治理及植被恢復(fù)，（E-mail）402622019@qq.com

張炎（1965-），女，天津人，研究員，研究方向為土壤、植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)，（E-mail）yanzhangxj@163.com

0? 引 言

【研究意義】塔里木河胡楊林是新疆暖溫帶干旱荒漠區(qū)最主要的森林生態(tài)系統(tǒng)，2018年是退耕還林還草工程的第一輪初始年。因此，分析退耕地初始年的土壤及植被狀況等基本特征，是研究退耕還林地植被自然演化規(guī)律、土壤變化特征的起點，是胡楊恢復(fù)生態(tài)學研究的基礎(chǔ)。分析胡楊林退耕地初始年土壤和植被的養(yǎng)分特征，對研究塔河胡楊林退耕地植被恢復(fù)與環(huán)境變化及其相互作用、生態(tài)過渡帶植被恢復(fù)與區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定的關(guān)系具有重要意義［1］。【前人研究進展】生態(tài)恢復(fù)是一個長期的過程，需對地表水、地下水、植被響應(yīng)、生境條件、生物多樣性等開展長期監(jiān)測，掌握其動態(tài)情況，為采取科學有效的調(diào)控措施奠定基礎(chǔ)［2-6］；土壤是植被生長發(fā)育的載體，對植被恢復(fù)具有重要作用［7］。不僅影響植物群落的發(fā)生、發(fā)育和演替的速度［8］，而且也對生態(tài)系統(tǒng)過程、生產(chǎn)力和結(jié)構(gòu)等具有重要影響，是植被演替中的主要環(huán)境因子［9，10］。土壤條件的變化可以影響植物的萌發(fā)、生根，進而影響森林生態(tài)系統(tǒng)植被的更新和演替［11］。因此，土壤因子與植物之間關(guān)系研究是生態(tài)恢復(fù)關(guān)注的熱點之一［12］?！颈狙芯壳腥朦c】目前塔河流域退耕還林地的研究文獻集中在生態(tài)、社會、經(jīng)濟效益等方面［13-15］，目前針對胡楊林不同發(fā)育演替階段土壤和植被養(yǎng)分研究多采用空間代替時間的方法［16-18］，初始演替階段的土壤和植被的營養(yǎng)狀況影響著群落演替的過程和方向［19-20］。尤其是關(guān)于塔里木河退耕還林初始年土壤養(yǎng)分的研究還未見文獻報道。需研究退耕地初始年土壤和植被養(yǎng)分特征，分析垂直塔河不同距離退耕地土壤環(huán)境條件的差異性，探討退耕地植被演替、群落結(jié)構(gòu)的改變對生態(tài)恢復(fù)的響應(yīng)及相互關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以塔河中下游胡楊林核心區(qū)退耕還林地為研究對象，分析垂直塔河不同距離胡楊林退耕地初始年土壤和植被的養(yǎng)分特征，為胡楊林退耕地自然生態(tài)恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1? 材料與方法

1.1? 材 料

研究區(qū)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺縣和尉犁縣。輪臺縣（83°38′E～85°25′E，41°05′N～42°32′E），屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫為10.9℃，無霜期為180～224 d。

尉犁縣（84°02′E～89°58′E，40°10′N～41°39′N），屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，冷熱差異懸殊，溫度的年月變化大，全年熱量豐富但不穩(wěn)定，空氣干燥，蒸發(fā)強勁，降水稀少，且年際變化大，光照充足，全年平均日照2 975 h。土壤以胡楊林土、荒漠土、鹽堿土和風沙土為主。植被類型主要以荒漠河岸林、鹽生草甸為主，主要有胡楊（Populus euphratica）、檉柳（Tamarix ramosissima）、駱駝刺（Alhagi sparsifo-lia Shap）、鈴鐺刺（Halimodendron halodendron）、脹果甘草（Glycyrrhiza inflata Batalin）、蘆葦（Phragmites australis）等，胡楊為該地區(qū)喬木層主要建群種［21］。

1.2? 方 法

1.2.1? 試驗設(shè)計

2018年6月，在新疆輪臺縣與尉犁縣胡楊1.07×104 hm2（16萬畝）的退耕還林地中，垂直塔河1、2、3、3.5和4 km的退耕還林區(qū)域，選擇大量集中連片的退耕地作為監(jiān)測區(qū)，在每個監(jiān)測區(qū)內(nèi)按照“S”形布點法布設(shè)7個30×30（m）的標準樣地，共設(shè)置35個標準樣地。在每個標準樣地中設(shè)置5個5 m×5 m的草本小樣方，共175個小樣方。標準樣地的四角用PVC管定點固定。表1，圖1

1.2.2? 樣品采集

在設(shè)置的標準樣地中按“S”型連續(xù)取樣多點混合采集土壤樣品。在標準樣地內(nèi)布設(shè)7個采樣點，分5層采集0～100 cm土壤樣品，層次分別為0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm和60～100 cm。將每個樣方中同層土樣混合為一個樣，每份混合樣約1.0 kg左右，共計175個份土樣。土壤樣品采集后裝入樣品袋中帶回實驗室經(jīng)過自然風干后過篩待測。在已選擇好的標準樣方中，采用全株收割法對已選擇好的標準樣方中采集所有植被，分為殘存棉花（地上、地下）、草本（地上）采集，共計525份植物樣品，取部分樣品帶回實驗室殺青后烘干和粉碎待檢測使用。

1.2.3? 測定指標

土壤堿解N采用堿解蒸餾法測定；植物全氮采用H2SO4-H2O2消煮法測定；土壤速效磷和植物的全磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀和植物全鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定；土壤有機質(zhì)和植物有機碳采用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定［22］。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

運用SPSS26.0完成對土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計分析及獨立樣本Kruskal-Wallis統(tǒng)計分析，利用單因素LSD分析對棉花植被和草本層營養(yǎng)特征分析，用ArcGIS進行研究區(qū)的制作。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 永久監(jiān)測區(qū)退耕地初始年土壤養(yǎng)分特征

研究表明，5個監(jiān)測區(qū)土壤各養(yǎng)分含量之間存在顯著差異（P＜0.05）。土壤有機質(zhì)含量區(qū)間在3.81～8.46 g/kg，堿解N含量區(qū)間是14.55～23.79 mg/kg，有效P含量區(qū)間在4.30～13.09 mg/kg，速效K含量區(qū)間在95.63～168.00 mg/kg。5個不同監(jiān)測區(qū)中土壤有機質(zhì)含量由高到低依次是Ⅴ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)，Ⅴ區(qū)（8.46 g/kg）比Ⅲ區(qū)（3.81 g/kg）高達55%；堿解 N含量由高到低依次是Ⅳ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)，Ⅳ區(qū)（23.79 mg/kg）比Ⅲ區(qū)（14.55 mg/kg）高達39%；有效P和有機碳含量由高到低依次是Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ。有效P和速效K含量分別在Ⅴ區(qū)（13.09、168.00 mg/kg）均比在Ⅰ區(qū)（4.30、95.63 mg/kg）中高，分別高出67%和43%。表2

有機質(zhì)含量區(qū)間在2.21～10.75 g/kg，堿解N含量區(qū)間在4.37～44.53 mg/kg；有效P含量區(qū)間在0.67～25.02 mg/kg，速效K的含量區(qū)間在50.77～200.02 mg/kg，監(jiān)測研究區(qū)的土壤養(yǎng)分均在土層垂直深度上有顯著差異（P＜0.05）。在不同樣地中有機質(zhì)和堿解N含量均在0～10 cm的土層中最高，有效P和速效K在0～20 cm的淺層土壤中高于深層土壤的養(yǎng)分含量。60～100 cm的土壤速效K、有機質(zhì)和堿解N的含量均有小幅增加，有效P含量僅在Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)增加，且在Ⅰ區(qū)中呈現(xiàn)極顯著（P＜0.01）。

棉稈中養(yǎng)分含量在各樣地中分布較均勻，但是根系在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)全P和全K的含量遠高于區(qū)于其他3個采樣區(qū)的含量。表3

2.2? 永久監(jiān)測區(qū)退耕地初始年植物營養(yǎng)特征

2.2.1? 殘存棉稈及根系營養(yǎng)特征

研究表明，塔河中下游退耕地5個永久監(jiān)測研究區(qū)內(nèi)殘存棉稈和根系的養(yǎng)分含量。在棉稈中，全P含量區(qū)間是1.54～1.71 g/kg，全K含量區(qū)間是24.01～28.38 g/kg，全N含量區(qū)間是9.59～13.25 g/kg，有機碳含量區(qū)間是284.67～439.00 g/kg。在根系中，全P的含量區(qū)間是1.30～3.85 g/kg，全K含量區(qū)間是13.2～35.1 g/kg，全N含量區(qū)間7.73～13.1 g/kg，有機碳的含量區(qū)間277～420 g/kg。不同監(jiān)測區(qū)中棉稈和根系的養(yǎng)分含量均有顯著差異（P＜0.05）。表4

2.2.2? 退耕地初始年草本層營養(yǎng)特征

研究表明，全P含量區(qū)間在1.35～4.14 g/kg，全K的含量區(qū)間在16.4～41.67 g/kg，全N的含量區(qū)間在14.22～27.62 g/kg，有機碳的含量區(qū)間在247.57～333.33 g/kg，表明5個監(jiān)測區(qū)草本層各養(yǎng)分含量之間存在顯著差異（P＜0.05）。其中全P和全K的含量在不同監(jiān)測區(qū)之間的變化趨勢一致，且全P和全K的含量由高到低依次是Ⅳ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅲ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅰ區(qū)，全N含量在不同樣地中由高到低依次是Ⅰ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)，有機碳在不同樣地中由高到低依次是Ⅰ區(qū)＞Ⅴ區(qū)＞Ⅳ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅲ區(qū)。表5

3? 討 論

3.1

原初土壤環(huán)境的差異會導(dǎo)致群落演替過程中物種多樣性的變化［23-25］、生物群落的發(fā)生、發(fā)育和演替的速度［26-28］，是影響退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能恢復(fù)與維持的關(guān)鍵因素之一［29］。研究中5個監(jiān)測區(qū)初始年土壤各養(yǎng)分含量之間存在顯著差異（（P＜0.05）），可能影響區(qū)域內(nèi)胡楊、檉柳以及駱駝刺等不同生物群落的發(fā)生、發(fā)育，將對維持退化荒漠生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)生顯著影響［30］。研究監(jiān)測區(qū)域退耕地土壤平均養(yǎng)分含量（有機質(zhì)5.108 g/kg，堿解N 17.11 mg/kg，有效P 8.61 mg/kg，速效K 108.99 mg/kg）高于天然胡楊幼齡林（有機質(zhì)4.41 g/kg，堿解N 13.67 mg/kg，有效P 1.42 mg/kg，速效K 83.97 mg/kg），其中有效P含量接近于近熟林（9.84 mg/kg）［31］，有機質(zhì)含量接近于樟子松人工林中齡林［37］而低于油松天然次生林的有機質(zhì)含量［32］。因人工施肥原因致使監(jiān)測區(qū)域退耕地的初始年土壤養(yǎng)分含量較高，可能促進胡楊、檉柳等植物群落發(fā)生、發(fā)育和演替速度，從而減少了向頂級群落演替的時間［33］。因此，胡楊林退耕還林區(qū)域具備向頂級群落演替的土壤營養(yǎng)條件。

3.2

植被的恢復(fù)與重建是漫長的過程［34］，其恢復(fù)效果主要通過不同年限來體現(xiàn)。土壤有機質(zhì)含量和生物多樣性指數(shù)隨著退耕年限（1、2、4年）的增加而緩慢增加［35-36］；退耕年限（1、8、20年）越長，有機質(zhì)分解將釋放出更多的養(yǎng)分元素，其中植被全N、全P的含量不斷增加，土壤堿解N、速效P的含量也呈現(xiàn)出不同程度的上升趨勢，從而使土地地力逐漸恢復(fù)［37］；退耕地農(nóng)田在轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯げ莸兀?、6年）與次生草地（14、30年）的過程中，土壤有機碳的含量增幅可達70%左右［38］。關(guān)于胡楊林退耕地的研究均集中在綜合生態(tài)效益評價研究上［39-41］，且大多數(shù)研究退耕地的自然恢復(fù)時間均選擇在退耕地1年以后。

研究監(jiān)測區(qū)域的退耕地初始年的土壤及植被養(yǎng)分狀況尤為重要是胡楊林植被恢復(fù)的基礎(chǔ)，更具有代表性。

監(jiān)測區(qū)位于輪臺縣與尉犁縣胡楊重點公益林區(qū)1.07×104 hm2（16萬畝）的退耕還林地中，面積約為200 hm2（3 000畝），規(guī)模之大而退耕地初始年作為研究起始年，

4? 結(jié) 論

4.1

在垂直塔河的采樣區(qū)中土壤養(yǎng)分含量在IV區(qū)V區(qū)高于其他三個區(qū)，草本層營養(yǎng)成分含量與土壤養(yǎng)分特征相符合，而棉稈中的營養(yǎng)成分含量相對較均勻，棉花根系中的營養(yǎng)含量與距離塔河的遠近有關(guān)。距離塔河越近，根系營養(yǎng)含量受影響越大，根系養(yǎng)分含量越高。其原因可能是與水分有關(guān)，研究中Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)靠近塔河其根系養(yǎng)分含量顯著高于其他區(qū)。

4.2

土壤速效K和有機質(zhì)在不同監(jiān)測研究區(qū)中差異顯著（P＜0.05），隨采樣點距離的增加，土壤有效P和速效K的含量呈逐漸增加的趨勢，有機質(zhì)和堿解N的含量呈先遞減后增加的趨勢，土壤養(yǎng)分含量主要集中在Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)。不同樣地中的土壤養(yǎng)分均在土層垂直深度上有顯著差異（P＜0.05），速效鉀除外。五個樣區(qū)中土壤養(yǎng)分均集中在表層土壤，且均隨著土層深度的增加，土壤養(yǎng)分含量呈逐漸遞減的趨勢，但在60～100 cm處有小幅增加。

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Numerical analysis of soil and vegetation nutrient characteristics in the initial year of returning farmland in the core area of Tarim River Populus euphratica forest

ZHANG You 1，2，3，LIU Maoxiu2，4，SHI Junhui 2，4，WANG Xinying 2，4，Aijier Abula 2，4，ZHANG Yan3

（1. College of Resources and Environment，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China; 2.Research Station of Riparian Populus Euphratica Forest Ecosystem Positioning and Monitoring in Tarim River of Xinjiang，Urumqi 830046，China; 3.Research Institute of Soil，F(xiàn)ertilizer and Agricultural Water Conservation，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi 830091，China; 4.Institute of Afforestation and Desertification Control，Xinjiang Academy of Forestry，Urumqi 830046）

Abstract：【Objective】 To preliminarily study the nutrient characteristics of soil and vegetation in the initial year of the abandoned land in the core area of Populus euphratica public welfare forest in the middle and lower reaches of the Tahe River in the hope of providing basic data support for the ecological restoration of the abandoned land in the area.

【Methods】? The soil and vegetation in the core area of Populus euphratica forest in the middle and lower reaches of the Tahe River were taken as the research object in the initial year of returning farmland.The "S" shaped distribution method，field standard whole tree harvesting method，and multi-point mixing method were used to collect vegetation and soil samples，and indoor analysis methods were used to measure vegetation and soil nutrients.

【Results】? （1）The soil nutrient content and the accumulation of vegetation nutrient components were concentrated in Zone IV and Zone V.（2）At the vertical depth of the soil，nutrients were concentrated in the surface soil，and as the soil depth increased，the soil nutrient content decreased in sequence.However，at the 60-100 cm soil layer，there was a slight increase.There was significant difference in soil nutrient content between different soil layers and depths（P<0.05）.（3）And there were significant differences in the total N，total P，total K，and organic carbon content of residual cotton（cotton stalks，roots） and herbaceous plants in different fields（P<0.05）.

【Conclusion】? This study indicates that the initial annual soil nutrient content of the abandoned land in the core area of the Populus euphratica forest nature reserve is high，which is conducive to the occurrence and development of desert vegetation communities and improve the community succession rate，and it is of great significance for the vegetation restoration and environmental changes in the abandoned land of the Populus euphratica forest in Tahe，as well as the relationship between ecological transition zone vegetation restoration and regional ecological stability.

Key words：Populus euphratica forest; returned farmland; initial year; nutrient characteristics

Fund projects：Autonomous Region Financial Forestry Development Subsidy Project （XJLYKJ-2022-1）; Autonomous Region Finance Forestry Development Subsidy Project （XJLYKJ-2023-27）

Correspondence author：LIU Maoxiu （1976-）， female， from Sichuan，associate researcher， research direction： desertification control and vegetation restoration，（E-mail）402622019@qq.com

Zhang Yan（1965-）， female， from Tianjin，researcher， research direction： soil and plant nutrition and fertilization technology，（E-mail）yanzhangxj@163.com