基于“肥島”效應(yīng)探討人工梭梭土壤養(yǎng)分時(shí)空演變趨勢(shì)

陳 婧, 崔向新, 丁延龍, 王則宇, 劉宗奇, 石 濤

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院, 呼和浩特 010018; 2.鄂爾多斯林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000; 3.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院, 呼和浩特 010010)

在干旱荒漠區(qū)植被—土壤生態(tài)系統(tǒng)中，研究灌木等植被引起的土壤養(yǎng)分的變化，對(duì)了解土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化，植被演替與種間競(jìng)爭(zhēng)以及植被與土壤間的生態(tài)學(xué)效應(yīng)有著積極的影響[1]。灌木等植被通過(guò)攔截空氣中的塵埃和自身凋落物及根部分泌等方式將灌叢周圍的土壤養(yǎng)分向灌叢中心聚集，從而改變灌木周圍土壤養(yǎng)分含量及結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，稱為灌叢“肥島”效應(yīng)[2-3]。近年來(lái)，圍繞“肥島”效應(yīng)的形成機(jī)制、作用機(jī)理及時(shí)空變化特征展開了大量研究[4]。Fuhlendorf等[5]認(rèn)為灌木下“肥島”效應(yīng)的形成，對(duì)其自身的生存發(fā)展和恢復(fù)更新有著積極影響。也有研究表明干旱區(qū)“肥島”形成和發(fā)展與灌木擴(kuò)散之間存在著反饋效應(yīng)[6]。Schlesinger[7]認(rèn)為灌叢群落“肥島”效應(yīng)發(fā)展時(shí)間越長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分空間自相關(guān)越明顯，反之越弱。因此“肥島”效應(yīng)被大量學(xué)者認(rèn)為是天然草地退化以及干旱、半干旱環(huán)境荒漠化的重要標(biāo)志[8]。

目前，干旱荒漠區(qū)生態(tài)恢復(fù)主要通過(guò)人工營(yíng)建以灌木為主的防風(fēng)固沙植被[9-10]，而對(duì)于本就植被稀少、貧瘠缺水、風(fēng)蝕嚴(yán)重的荒漠化地區(qū)的土壤環(huán)境，灌木植物的這種“肥島”效應(yīng)則可以通過(guò)自身和外界對(duì)土壤養(yǎng)分的積累使養(yǎng)分聚集到灌叢下，從而改變局部生態(tài)環(huán)境，使周圍植物生物量、植物組成、植物化學(xué)成分、土壤資源的空間分布格局發(fā)生變化，使灌叢下土壤養(yǎng)分升高，進(jìn)而促進(jìn)草本植被生長(zhǎng)，因此荒漠區(qū)灌叢“肥島”效應(yīng)是干旱荒漠區(qū)土壤養(yǎng)分高度異質(zhì)性的表現(xiàn)，對(duì)于干旱荒漠區(qū)的植被恢復(fù)有著積極影響[11-13]。梭梭(Haloxylonammodendron)是一種典型的荒漠化灌木，多生長(zhǎng)于干旱、半干旱地區(qū)，其由于具備良好的耐鹽堿、耐干旱、防風(fēng)固沙及改良土壤的特性，成為優(yōu)良的干旱荒漠區(qū)防風(fēng)固沙造林樹種，并在我國(guó)干旱荒漠地帶分布較廣[14-16]。因此本文選取烏蘭布和沙漠西南緣不同發(fā)育年限人工梭梭防護(hù)林為研究對(duì)象，分析不同發(fā)育年限人工梭梭不同部位及不同土層深度土壤養(yǎng)分含量差異及其根部及灌叢內(nèi)外對(duì)土壤養(yǎng)分的富集程度，揭示不同林齡人工梭梭防護(hù)林土壤養(yǎng)分的“肥島”效應(yīng)強(qiáng)度，從而發(fā)現(xiàn)梭梭林下土壤養(yǎng)分時(shí)空演變趨勢(shì)，旨在為干旱荒漠區(qū)人工梭梭防護(hù)林的合理建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展，植被恢復(fù)及保護(hù)重建提供理論依據(jù)及科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟吉蘭泰鎮(zhèn)，位于烏蘭布和沙漠西南緣，地理位置為105°35′—105°46′E，39°38′—39°49′N，海拔1 030～1 474 m。該地區(qū)屬于典型的大陸性干旱季風(fēng)氣候，年均氣溫7.5～8.6℃，年均降水量為117.1 mm，且年內(nèi)分布多集中于7—8月份，年潛在蒸發(fā)量為3 005.2 mm，該地區(qū)以西北風(fēng)為主，年均風(fēng)速3.7 m/s，多年平均揚(yáng)沙日數(shù)>30 d。該區(qū)具有典型荒漠植被特點(diǎn)，主要荒漠植物種有梭梭、沙棗(Elaeagnusangustifolia)、白刺(Nitrariatangutoum)等灌木、半灌木以及蘆葦(Phragmitesaustralis)、苦馬豆(Sphaerophysasalsula)、沙米(Agriophyllumpungens)、沙蒿(Artemisiarenaria)等草本植物。

2 材料與方法

2.1 樣地選取與土壤樣品采集

試驗(yàn)于2018年7月初在研究區(qū)選擇通過(guò)植苗建立的不同生長(zhǎng)年限(2，5，10，15，30 a)人工梭梭林為研究對(duì)象。在每種發(fā)育年限梭梭林中分別建立3個(gè)10 m×10 m的研究樣地，每個(gè)樣地間隔10 m。在每個(gè)樣地內(nèi)選取地形特征、冠幅、株高、基徑等生長(zhǎng)情況基本一致的3株梭梭，調(diào)查其生長(zhǎng)指標(biāo)，并對(duì)選好的梭梭以根部為中心按5，50，150 cm作為根部、灌叢內(nèi)以及株間空地的取樣位置，向外延伸進(jìn)行土壤樣品的采集(30 a梭梭為5，50，250 cm)，每株梭梭均按東南西北4個(gè)方位采集樣品并混合成一個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)方向設(shè)置取樣點(diǎn)3個(gè)，每棵植株共設(shè)置采樣點(diǎn)12個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)按0—10 cm，10—20 cm，20—40 cm土層深度進(jìn)行取樣(圖1)。取樣梭梭生長(zhǎng)發(fā)育狀況見表1。

注：A 不同營(yíng)建年限梭梭；B 樣方布設(shè)示意圖；C 樣方剖面示意圖。
圖1 試驗(yàn)樣地選取布設(shè)示意圖

表1 不同林齡人工梭梭的形態(tài)特征

注：不同小寫字母代表不同林齡同一指標(biāo)差異顯著(p<0.05)。

2.2 樣品測(cè)定

土壤樣品取回后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，除去殘留的枯落物后，研磨過(guò)2 mm篩待測(cè)。土壤有機(jī)質(zhì)(Organic matter)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，土壤堿解氮(Alkaline nitrogen)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，土壤速效磷(Available P)采用NaHCO3提取法測(cè)定，土壤速效鉀(Available K)采用NH4OAc浸提火焰光度法測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，數(shù)據(jù)分析在SPSS 17.0軟件下進(jìn)行，采用Origin 2017進(jìn)行作圖。人工梭梭根部、灌叢內(nèi)、株間空地3個(gè)不同取樣部位土壤養(yǎng)分含量差異、不同土層深度土壤養(yǎng)分含量差異和不同林齡人工梭梭同一取樣部位土壤養(yǎng)分差異及其富集率差異均采用單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行比較；采用相關(guān)分析，分析人工梭梭土壤養(yǎng)分富集率與梭梭生長(zhǎng)指標(biāo)間的相關(guān)性。

利用富集率(enrichment ratio，E)來(lái)表征梭梭根部及灌叢內(nèi)土壤養(yǎng)分的富集程度[17]。其中，植被根部土壤養(yǎng)分富集率分別為根部和株間空地土壤養(yǎng)分含量比值，表示為EA=A/C；灌叢內(nèi)的土壤養(yǎng)分富集率分別為灌叢內(nèi)和株間空地土壤養(yǎng)分含量比值，表示為EB=B/C，其中A，B，C分別為根部、灌叢內(nèi)及株間空地土壤養(yǎng)分含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林齡人工梭梭土壤養(yǎng)分垂向分布特征

由圖2可知，土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量在不同林齡梭梭根部均表現(xiàn)為0—10 cm，10—20 cm顯著高于20—40 cm。整體來(lái)看，0—10 cm較10—20 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均高65.6%，堿解氮平均高71.3%，速效磷平均高71.0%，速效鉀平均高25.1%，10—20 cm較20—40 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均高17.6%，堿解氮平均高96.6%，速效磷平均高71.8%，速效鉀平均高10.5%，0—10 cm較20—40 cm土壤有機(jī)質(zhì)平均高82.0%，堿解氮平均高228.2%，速效磷平均高172.7%，速效鉀平均高39.0%。其中，在2，5，10 a不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出顯著差異，由大到小依次為0—10 cm>10—20 cm>20—40 cm，其余林齡梭梭根部土壤有機(jī)質(zhì)含量在0—10 cm與10—20 cm沒(méi)有顯著差異；灌叢內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量在5 a之后0—10 cm，10—20 cm顯著高于20—40 cm，其余林齡梭梭灌叢內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量均無(wú)顯著差異；株間空地土壤有機(jī)質(zhì)含量除2 a和30 a各土層之間均表現(xiàn)出顯著差異外，其余林齡均為0—10 cm，10—20 cm含量顯著高于20—40 cm含量，0—10 cm含量與10—20 cm含量無(wú)顯著差異。梭梭根部土壤堿解氮含量在5 a之前表現(xiàn)出0—10 cm，10—20 cm顯著高于20—40 cm，而0—10 cm與10—20 cm含量無(wú)顯著差異，在5 a之后各土層之間堿解氮含量表現(xiàn)出顯著差異，由大到小依次為0—10 cm>10—20 cm>20—40 cm；灌叢內(nèi)和株間空地土壤堿解氮表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，均是在10 a和30 a各土層之間含量表現(xiàn)出顯著差異，其余林齡0—10 cm與10—20 cm堿解氮含量無(wú)顯著差異。土壤速效磷含量在不同林齡梭梭(除10 a)根部和灌叢內(nèi)的各土層之間均表現(xiàn)出顯著差異，由大到小依次為0—10 cm>10—20 cm>20—40 cm，株間空地的土壤速效磷含量在5 a之前各土層之間存在顯著差異，在5 a之后則表現(xiàn)出0—10 cm，10—20 cm顯著高于20—40 cm，0—10 cm與10—20 cm之間不存在顯著差異。不同林齡梭梭根部土壤速效鉀含量均表現(xiàn)出0—10 cm顯著高于20—40 cm，灌叢內(nèi)和株間空地的土壤速效鉀含量無(wú)顯著差異。

3.2 不同林齡人工梭梭土壤養(yǎng)分水平分布特征

如圖2所示，各土層土壤在15～30 a各取樣部位均表現(xiàn)出顯著差異性，由大到小依次為根部>灌叢內(nèi)>株間空地，根部有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀分別比灌叢內(nèi)高30.8%，196.7%，22.5%，56.4%，灌叢內(nèi)比株間空地分別高38.0%，15.6%，8.3%，10.6%。其余林齡各取樣部位含量無(wú)顯著差異。其中，人工梭梭在10 a前，表層(0—10 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為株間空地>灌叢內(nèi)>根部，其中在2 a株間空地含量顯著高于灌叢內(nèi)和根部，在15 a表現(xiàn)出根部含量顯著高于灌叢內(nèi)和株間空地，灌叢內(nèi)與株間空地含量差異不顯著，在30 a各取樣部位均表現(xiàn)出顯著差異性，由大到小依次為根部>灌叢內(nèi)>株間空地。其余林齡各取樣部位含量無(wú)顯著差異。10—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量在10 a前根部與灌叢內(nèi)無(wú)顯著差異，除2 a以外各林齡根部含量均顯著高于株間空地。20—40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量在30 a表現(xiàn)出根部與灌叢內(nèi)顯著高于株間空地，其余林齡無(wú)明顯規(guī)律；土壤各土層堿解氮含量均在15 a之后表現(xiàn)出顯著差異，由大到小依次為根部>灌叢內(nèi)>株間空地，表層含量在2 a和10 a表現(xiàn)出根部顯著低于株間空地,在5 a根部顯著高于株間空地，10—20 cm和20—40 cm土層堿解氮含量在10 a之前均表現(xiàn)出灌叢內(nèi)低于根部與株間空地；15 a和30 a梭梭土壤速效磷含量在0—10 cm與10—20 cm土層中表現(xiàn)出根部>灌叢內(nèi)>株間空地的變化趨勢(shì)，其中根部顯著高于株間空地，其余林齡表層土壤含量隨距根部距離的增加養(yǎng)分增加，10—20 cm則表現(xiàn)出與表層相反的趨勢(shì)。20—40 cm除30 a根部與灌叢內(nèi)含量顯著高于株間空地以外，其余林齡無(wú)明顯規(guī)律；各林齡梭梭土壤速效鉀含量在3個(gè)土層中均表現(xiàn)出隨距根部距離增加養(yǎng)分降低的趨勢(shì)，在15 a各土層土壤根部含量均顯著高于灌叢內(nèi)和株間空地含量，而灌叢內(nèi)與株間空地含量差異不顯著。在30 a表層土壤速效鉀含量顯著高于灌叢內(nèi)和株間空地，其余土層無(wú)顯著差異。

富集率是反映植被對(duì)土壤養(yǎng)分聚集程度的一種度量方式。由于各方面的影響，不同林齡人工梭梭土壤基底值可能存在差異，因此利用富集率這個(gè)相對(duì)指標(biāo)對(duì)不同林齡人工梭梭土壤養(yǎng)分的富集程度進(jìn)行比較。如圖3所示，根部土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮富集率(除5 a)均隨營(yíng)建年限增加而升高，且在10～30 a有顯著升高，其中5，10 a富集率較低，其余林齡土壤富集率之間差異不顯著。而速效磷和速效鉀富集率均表現(xiàn)出15 a顯著高于其他林齡的趨勢(shì)，且10 a的富集率最低。深層(0—10 cm，10—20 cm)土壤根部有機(jī)質(zhì)、堿解氮富集率均表現(xiàn)出10～30 a顯著升高的趨勢(shì)。各土層土壤速效磷、速效鉀富集率均表現(xiàn)出15 a顯著高于其他林齡的現(xiàn)象，且均在10 a出現(xiàn)最低值；如圖4所示，灌叢內(nèi)表層土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮富集率均表現(xiàn)出15～30 a顯著高于其他林齡，且在10 a最低。其中，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮富集率均表現(xiàn)為15～30 a顯著高于其他林齡的趨勢(shì)。其中，表層速效磷、速效鉀富集率均表現(xiàn)出10 a顯著低于其他林齡，其他林齡富集率差異不顯著，其中，5 a富集率最高。速效磷、速效鉀富集率在深層則表現(xiàn)出15 a和30 a顯著高于其他林齡，其他林齡無(wú)顯著差異，但富集率在10 a最低。除2，5 a土壤有機(jī)質(zhì)富集率與2，10 a土壤堿解氮富集率根部低于灌叢內(nèi)以外，其余林齡各土壤養(yǎng)分根部富集率均大于冠幅內(nèi)富集率，說(shuō)明林齡越高，其根部養(yǎng)分富集率與冠幅內(nèi)養(yǎng)分富集率差異越明顯。

注：不同大寫字母表示不同土層深度養(yǎng)分含量差異顯著(p<0.05)，不同小寫字母表示相同土層不同取樣位置土壤養(yǎng)分含量差異顯著(p<0.05)，下圖同。
圖2 不同林齡人工梭梭不同取樣部位土壤養(yǎng)分差異

3.4 土壤養(yǎng)分富集率與梭梭生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的相關(guān)性

由表2可知，通過(guò)分析不同林齡梭梭土壤養(yǎng)分富集率及其生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，梭梭根部土壤有機(jī)質(zhì)富集率與基徑、株高、冠幅均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，灌叢內(nèi)有機(jī)質(zhì)富集率與基徑、株高呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與冠幅呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)，根部堿解氮富集率與基徑、株高呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與冠幅無(wú)顯著關(guān)系(p>0.05)。灌叢內(nèi)堿解氮富集率與梭梭各生長(zhǎng)指標(biāo)間均無(wú)顯著關(guān)系。速效磷、速效鉀根部與灌叢內(nèi)富集率與梭梭各生長(zhǎng)指標(biāo)間均無(wú)顯著關(guān)系。

圖3 不同林齡人工梭梭根部土壤養(yǎng)分富集率比較

圖4 不同林齡人工梭梭灌叢內(nèi)土養(yǎng)分富集率比較

4 討 論

4.1 人工梭梭土壤養(yǎng)分空間分布特征

土壤養(yǎng)分的空間分布特征能夠反映土壤養(yǎng)分與環(huán)境因子間的關(guān)系，在土壤—植被系統(tǒng)中，植被生長(zhǎng)發(fā)育狀況與植被分布情況與土壤養(yǎng)分空間變異情況密切相關(guān)[17]。本研究對(duì)吉蘭泰地區(qū)不同營(yíng)建年限梭梭林下土壤養(yǎng)分的空間變異性進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在垂直方向上，不同種植年限梭梭土壤有機(jī)質(zhì)以及能被植物吸收的速效養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為表層土壤養(yǎng)分高于深層，且根部各土層之間差異更為顯著(p<0.05)，這與張珂等[18]對(duì)荒漠綠洲區(qū)不同種植年限人工梭梭土壤化學(xué)計(jì)量特征的研究中不同林齡土壤養(yǎng)分垂直分布特征的結(jié)果基本一致。這說(shuō)明葉子的分泌物以及植物枯落物等在灌叢下的聚集會(huì)使小部分養(yǎng)分隨徑流與雨水滲透到下層土壤中，而大部分則保存在表層土壤中[19-20]。因此，表層土壤更容易積累較高的養(yǎng)分，且由于灌木擁有較大的冠幅，其較好的防風(fēng)固沙作用也有效防止灌叢下表層土壤養(yǎng)分風(fēng)蝕的損耗，使大量的枯枝落葉得以保留在灌叢下，大大提高了養(yǎng)分在灌叢下土壤表層儲(chǔ)存的可能，因此，土壤表層的土壤養(yǎng)分含量相對(duì)較高，是土層中最肥沃的部分[21]。

表2 土壤養(yǎng)分富集率與人工梭梭生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性

注：*表示顯著相關(guān)(p<0.05),**表示極顯著相關(guān)(p<0.01)。

在水平方向上，人工梭梭根部、灌叢內(nèi)、株間空地的養(yǎng)分含量存在顯著差異。2～10 a的梭梭表層土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量基本均表現(xiàn)為株間空地>灌叢內(nèi)>根部，深層含量則為根部高于株間空地，土壤速效磷、速效鉀均在15 a和30 a表現(xiàn)出根部顯著高于株間空地的趨勢(shì)。從整體來(lái)看，在15 a和30 a，梭梭各土層土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為根部>灌叢內(nèi)>株間空地，說(shuō)明梭梭在10 a后對(duì)土壤養(yǎng)分的富集作用趨于明顯，即距根部由遠(yuǎn)及近土壤養(yǎng)分逐漸增加的趨勢(shì)趨于明顯，在10 a后表現(xiàn)出顯著的富集效應(yīng)。由于梭梭在2～10 a植被生長(zhǎng)緩慢，相對(duì)于10 a后植物形態(tài)來(lái)說(shuō)，其冠幅，株高，基徑均較小，導(dǎo)致枯落物較少，從而使養(yǎng)分在灌叢內(nèi)積累較少[5,22]。而10 a后植物生長(zhǎng)旺盛，其基徑、株高、冠幅的增長(zhǎng)有利于其對(duì)土壤風(fēng)蝕物質(zhì)、降塵和凋落物等的截獲，并通過(guò)發(fā)達(dá)的根系以根際沉積的方式將大量的養(yǎng)分輸入到土壤中，從而形成良好的根際富集效應(yīng)，冠幅的增長(zhǎng)也大大減弱了由風(fēng)蝕導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分的損耗，致使根部養(yǎng)分較高[23]。而這與Wezel等[24]對(duì)尼日爾荒漠草原休耕地的變化一致，其研究表明至少要花15 a的時(shí)間才能探測(cè)到灌木下與株間空地土壤養(yǎng)分水平的明顯變化。Schlesinger[7]研究發(fā)現(xiàn)，灌叢群落平均年齡越大，即其對(duì)土壤養(yǎng)分的富集作用時(shí)間越長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)越明顯。因此，灌木對(duì)土壤養(yǎng)分的富集效應(yīng)的形成與發(fā)育是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，不僅與多種生物非生物因子有關(guān)，與時(shí)間也有必然關(guān)聯(lián)。

4.2 人工梭梭土壤養(yǎng)分時(shí)間分布特征

土壤養(yǎng)分是具有高度變異性的時(shí)空連續(xù)體，植物的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間是影響土壤養(yǎng)分累積的重要因素之一[25]。對(duì)不同營(yíng)建年限人工梭梭土壤養(yǎng)分的研究結(jié)果表明：不同林齡人工梭梭之間的土壤養(yǎng)分富集率存在顯著差異，整體表現(xiàn)為15，30 a土壤有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分富集率顯著高于其他林齡，但均在10 a出現(xiàn)富集率最低值，且根部養(yǎng)分富集率大于灌叢內(nèi)養(yǎng)分富集率。這說(shuō)明，人工梭梭根部養(yǎng)分“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于灌叢內(nèi)養(yǎng)分“肥島”效應(yīng)，且表層的“肥島”效應(yīng)更為明顯。而在10 a出現(xiàn)較低的富集率的現(xiàn)象，是由于5～10 a為梭梭生長(zhǎng)旺盛期，所需養(yǎng)分較大，而植被枯落物殘?bào)w的分解和累計(jì)過(guò)程發(fā)生在人工梭梭建立20年以后[26]。這與劉耘華等[27]對(duì)北疆荒漠植被梭梭立地土壤養(yǎng)分“肥島”特征研究中所得出的結(jié)果基本一致，但與孫特生等[28]對(duì)黑河中游荒漠綠洲人工梭梭土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)特征的研究結(jié)果存在差異，這可能是由于研究區(qū)域的地理位置及生態(tài)環(huán)境的差異而導(dǎo)致，有研究表明，一些土壤化學(xué)屬性在不同的研究區(qū)域會(huì)得到不同的研究結(jié)果，說(shuō)明灌木下土壤資源的空間分布特征與研究區(qū)的具體環(huán)境有關(guān)[21,29]，體現(xiàn)了對(duì)烏蘭布和沙漠西南緣人工梭梭土壤養(yǎng)分時(shí)空演變趨勢(shì)研究的重要性。

從土壤養(yǎng)分富集率與梭梭生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，除土壤根部、灌叢內(nèi)有機(jī)質(zhì)富集率和根部堿解氮富集率均與植株基徑、株高和冠幅顯著相關(guān)以外，其余養(yǎng)分各部位富集率均與梭梭各生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。其中，土壤根部、灌叢內(nèi)有機(jī)質(zhì)富集率及土壤根部堿解氮富集率均表現(xiàn)出表層(0—10 cm，10—20 cm)隨著林齡的增加明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，深層則表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)(圖5)。這可能是由于土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮除受土壤母質(zhì)的影響外，還受到枯落物分解及植物吸收利用的影響，因此存在較大的時(shí)空異質(zhì)性，而磷、鉀主要受土壤風(fēng)化影響，而土壤風(fēng)化是一個(gè)較漫長(zhǎng)的過(guò)程，且土壤速效磷、速效鉀極易被植物吸收，從而使土壤中含量變異性較小[30]。

圖5 土壤養(yǎng)分富集率隨時(shí)間變化趨勢(shì)

表3 土壤養(yǎng)分含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

綜上所述，梭梭灌叢下的土壤養(yǎng)分空間分布特征、不同生境間的土壤養(yǎng)分富集率以及不同林齡間的“肥島”效應(yīng)強(qiáng)弱差異均可以反映出不同林齡人工梭梭對(duì)養(yǎng)分的利用機(jī)制及其時(shí)空演變趨勢(shì)。而在風(fēng)沙作用強(qiáng)烈的干旱荒漠區(qū)，植株攔截沙塵導(dǎo)致地表細(xì)顆粒富集，植物冠幅周圍地表顆粒的變化是否影響?zhàn)B分分布本文未涉及到，因此，風(fēng)沙作用與土壤養(yǎng)分空間分布間的耦合性還亟待研究。

5 結(jié) 論

(1) 不同林齡人工梭梭土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出顯著的成層化分布特征，且表層土壤養(yǎng)分顯著高于深層土壤，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀均比深層平均高82.0%，228.2%，172.7%，39.0%，表層的養(yǎng)分積累優(yōu)于其他土層，說(shuō)明土壤中的大部分養(yǎng)分是從灌叢枯落物及風(fēng)蝕攔截的物質(zhì)中獲得。

(2) 不同林齡人工梭梭下土壤水平方向的養(yǎng)分含量均在15～30 a表現(xiàn)為根部>灌叢內(nèi)>株間空地，各林齡均表現(xiàn)出根部“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于灌叢內(nèi)，在15 a后土壤養(yǎng)分“肥島”效應(yīng)強(qiáng)于低林齡人工梭梭林，而在10 a左右為梭梭生長(zhǎng)旺盛，養(yǎng)分需求量大，養(yǎng)分富集能力較弱。

(3) 通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分富集率與生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)人工梭梭下主要受母質(zhì)、枯落物等影響的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量時(shí)空異質(zhì)性較明顯，且有機(jī)質(zhì)時(shí)空異質(zhì)性最明顯，而主要受風(fēng)沙作用影響的土壤速效磷、速效鉀含量時(shí)空異質(zhì)性較弱。