黃河口濕地不同植物群落土壤鹽分與養分分布特征①

張天舉，陳永金，劉加珍

黃河口濕地不同植物群落土壤鹽分與養分分布特征①

張天舉，陳永金*，劉加珍

(聊城大學環境與規劃學院，山東聊城 252059)

為研究黃河口濕地不同植物群落下土壤鹽分與養分含量的空間變化特征以及鹽分與養分指標之間的關系，運用經典統計分析、Pearson相關分析、單因素方差分析等方法，開展了植物樣地調查和土壤剖面采樣分析。結果表明：①研究區土壤全鹽(TS)、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4等鹽分指標含量及有效磷(AP)、速效氮(AN)、全氮(TN)等養分含量在土壤表層(0 ~ 5 cm)最高，隨著土壤深度的增加呈遞減之勢。②土壤屬于重鹽土類型(含鹽量大于4.0 g/kg)，Cl–、Na+含量遠高于其他離子，是導致土壤鹽漬化的主要成分。3種植物群落土壤表層(0 ~ 5 cm)TS含量分異特征表現為檉柳群落>堿蓬群落>蘆葦群落。鈉吸附比分析表明，3種植物可能會在10 ~ 20 cm土層較早受到Na+的毒害。差異顯著性檢驗結果表明，K+、Na+、HCO– 3含量在不同植物群落間差異性顯著(<0.05)；除全磷(TP)外，其余土壤養分含量在相同土層不同植物群落之間或在不同土層相同植物群落之間均有顯著性差異(<0.05)。③Pearson相關分析表明，3種植物群落的土壤鹽分與養分指標之間相關性不顯著，但TS與Na+(<0.05)、Cl–含量(<0.01) 均呈顯著性相關。3種植物群落土壤養分均處于虧缺狀態，土壤相對貧瘠。土壤N∶P均<14，植物受制于氮元素。控制或減少氯鹽及鈉鹽的投入、增施有機肥和覆蓋有機質含量高的物質是一條減輕黃河口濕地土壤鹽漬化的合適途徑。

黃河口濕地；植物群落；鹽分；養分

土壤鹽漬化是指土壤底層或地下水中的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發后，使鹽分積累在表層土壤中的過程[1]。世界約有1/3的土壤發生鹽漬化，而我國鹽漬化土地面積達2.5×106hm2，嚴重影響了土地資源尤其是耕地資源的有效供給，威脅著我國的糧食安全[2-3]。因此，鹽漬化問題已成為世界性廣泛關注的熱點。在尺度研究方面，研究者們多以區域性研究為主[4-9]；在治理方法上，大多是集中在物理、化學和工程等方面。近年來生物改良方法因其可持續性強、生態環境效益好深受學界歡迎，如堿蓬、檉柳和蘆葦等以其較強的耐鹽能力常被用作改良鹽漬化土壤的優先物種[10-18]。

黃河三角洲河口濕地受氣候條件、土壤母質、海水以及沉積環境的影響，導致鹽漬化土壤在區域內廣泛分布，已嚴重影響到當地農業的可持續發展和生態系統的安全[19-20]。因此，研究該區域鹽漬化土壤的主導因子，對于更好地預防和治理土壤鹽漬化具有十分重要的意義。本研究在前人研究的基礎上，選擇黃河口濕地3種典型植物群落(堿蓬、檉柳、蘆葦)，通過分析其土壤鹽分與養分的組成、含量變化及二者的關系，探討不同植物群落下土壤鹽分、養分的空間分布特征，進而揭示鹽漬化土壤的主導鹽分因子，以為黃河口濕地鹽漬化土壤的源頭治理改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黃河口濕地因受黃河尾閭擺動和河水、海水的雙重影響，使其具有獨特的特征，主要分布在我國山東省東營市境內，地面平坦，海拔較低(10 m以下)。處于溫帶季風性氣候區，四季分明，光照充足，年平均氣溫11.7 ~ 12.6 ℃，無霜期211 d；年均降水量530 ~ 630 mm，且70% 分布在夏季，具有明顯的季節性，從而導致地表徑流和地下水補給量年內分配極不均勻；平均蒸散量為750 ~ 2 400 mm。該區域由于受水分、含鹽量、水埋深、礦化度、距海遠近、地貌類型及人類活動的影響，植物群落組成比較簡單，主要以檉柳、堿蓬和蘆葦等為主。

1.2 樣品采集

依據樣點選擇的代表性、典型性等原則，根據黃河口濕地的地形、地貌特征，選擇地勢相對平坦、植物長勢良好、分布相對均勻且具有該區一般特征的區域布設22個樣點(圖1，檉柳群落8個，堿蓬群落7個，蘆葦群落7個)進行土壤樣品采集，每個樣點3次重復。采集0 ~ 5、5 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80 cm土層的土壤樣品，共計396個。將采集后的土壤樣品帶回實驗室自然風干以備后用。

圖1 研究區示意圖

1.3 樣品處理

除去土壤樣品中的枯枝、殘葉等雜質，研碎過2 mm篩，使用蒸餾水制備1∶5土水質量比溶液，靜置過濾得到浸提液，測定離子組成。其中，K+與Na+含量采用火焰分光光度法，Ca2+與Mg2+含量采用EDTA容重法，Cl–含量采用硝酸銀滴定法，HCO– 3含量采用雙指示劑滴定法，SO2– 4含量采用EDTA容量法，全鹽(TS)含量采用離子加和法。pH、電導率(EC)則分別采用PHS-2C型數字式酸度計、DDSJ-308A電導率儀測定。土壤速效氮(AN)含量采用擴散吸收法，土壤有效磷(AP) 含量采用碳酸氫鈉浸提–鉬銻抗比色法，土壤全磷(TP) 含量采用高氯酸–硫酸消化法，土壤全氮(TN)采用凱氏定氮法[21]，土壤全鉀(TK) 含量采用原子吸收分光光度計法，土壤速效鉀(AK)采用乙酸銨浸提法[22]。

1.4 數據分析

采用Excel 2003、SPSS 22.0對數據進行處理，包括統計分析、相關分析、單因素方差分析等。利用SPSS 22.0統計軟件對結果進行單因素方差分析，并利用LSD法檢驗單因素下各處理間差異的顯著性(顯著性水平設定為=0.05)，采用Pearson相關分析法分析各鹽分指標之間以及鹽分、養分之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 不同植物群落土壤鹽分的分布特征及其相關關系

圖2顯示，除HCO– 3外，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4、TS等土壤鹽分指標在堿蓬群落、檉柳群落表聚現象較明顯，而各鹽分指標在蘆葦群落0 ~ 80 cm土層波動不大，這是因為蘆葦群落地勢較低，土壤長期處于濕潤狀態，使可溶性鹽基離子在不同土層的分布相對均勻。在土壤表層(0 ~ 5 cm)，TS含量檉柳群落>堿蓬群落>蘆葦群落。在陽離子中，Na+含量最高、K+含量最低；在陰離子中，Cl–含量最高，SO2– 4次之，HCO– 3最少。差異顯著性檢驗結果表明，在0 ~ 80 cm的土層，K+含量，堿蓬群落顯著高于蘆葦群落(=7.52，<0.05)；Na+含量，檉柳群落、堿蓬群落顯著高于蘆葦群落(=9.19，<0.05)；HCO– 3含量，堿蓬群落、蘆葦群落顯著高于檉柳群落(=12.01，<0.05)；其余離子及TS含量在3種植物群落中的差異性不顯著(>0.05)。Pearson相關分析結果表明 (表1)，在堿蓬群落中，TS與Cl–、SO2– 4含量呈極顯著性相關(<0.01)，與K+、Na+、Mg2+含量呈顯著性相關 (<0.05)；pH與Mg2+、HCO– 3含量呈顯著性相關(<0.05)；EC與K+、Mg2+含量呈顯著性相關(<0.05)，與Cl–、SO2– 4含量呈極顯著性相關(<0.01)。在檉柳群落中，除HCO– 3外，TS與Ca2+、Mg2+、Cl–、SO2– 4含量呈極顯著性相關(<0.01)，與K+、Na+含量呈顯著性相關(<0.05)；pH與所有離子均未呈顯著性相關；EC與離子的相關性和TS與離子的相關性一致。在蘆葦群落中，TS與Cl–含量呈極顯著性相關(<0.01)，與Na+含量呈顯著性相關(<0.05)；pH與Mg2+含量呈顯著性相關(<0.05)；EC與Cl–含量呈極顯著性相關(<0.01)。

2.2 不同植物群落鈉吸附比特征

鈉吸附比(SAR)是指土壤溶液中Na+和Ca2+、Mg2+的相對含量，通常用于判斷植物生長狀況和土壤是否會發生堿化[23]。堿蓬群落、檉柳群落和蘆葦群落的鈉吸附比隨著土壤深度的增加呈先升后降之勢，最大值均出現在10 ~ 20 cm土層(表2)，分別為6.13、4.52、2.73，這可能是由于上層的Na+淋溶至下層而使下層的Na+含量增加、下層的Ca2+和Mg2+含量因植物根系選擇性吸收而降低或者是由土壤酸堿平衡被打破導致的。當pH升高時，HCO– 3會轉化成CO2– 3，而使Ca2+、Mg2+以沉淀的方式降低。

圖2 3種植物群落中土壤鹽分指標分布特征

表1 3種植物群落鹽分指標與離子之間的相關性

注：**表示在<0.01水平相關性顯著；*表示在<0.05水平相關性顯著，下同。

表2 3種植物群落不同土層鈉吸附比變化特征

2.3 不同植物群落土壤養分的豐缺性及其分布特征

按照全國第二次土壤普查分級標準(表3)[24]判斷，堿蓬群落的AK變幅為129.75 ~ 372.25 mg/kg，屬于中等至豐富狀態；AP的變幅為0.50 ~ 2.58 mg/kg，屬于極缺狀態；AN的變幅為10.68 ~ 28.88 mg/kg，屬于極缺狀態；TN的變幅為0.24 ~ 0.55 g/kg，屬于缺到極缺狀態。檉柳群落的AK屬于較缺至豐富狀態，AP屬于極缺狀態，AN屬于缺至極缺狀態，TN屬于極缺狀態。蘆葦群落的AK屬于缺至豐富狀態，AP屬于極缺狀態，AN屬于較缺至極缺狀態，TN屬于較缺至極缺狀態。

表3 全國第二次土壤普查養分分級標準

從圖3可知，相對于AP、AN，AK含量較高，多分布于0 ~ 40 cm土層，尤其是AK。AK、AP以堿蓬群落含量最高，檉柳群落次之，蘆葦群落最少，這是因為蘆葦群落的地勢較低，土壤含水量較高，會溶解大量鉀和磷，而被蘆葦吸收；AN則以蘆葦群落含量最高，檉柳群落次之，堿蓬群落最少。隨著土壤深度的增加，堿蓬、檉柳群落的AK含量先升后降，蘆葦群落則是先降后升再降，這可能是受土壤母質的影響，因為其變化趨勢和TK基本一致，尤其是在堿蓬群落和檉柳群落中，而在蘆葦群落5 ~ 10 cm土層AK被根部大量吸收；AP含量在3種植物群落中整體呈降低之勢，且在蘆葦群落20 cm以下土層未檢測出；AN含量在蘆葦、檉柳群落中整體呈下降之勢，在堿蓬群落20 cm以上的土層幾乎無變化。TK、TP含量在3種植物群落中的變化趨勢大體相反，TK先升后降，TP先降后升。蘆葦、檉柳群落的TN含量逐漸降低，而堿蓬群落則先升后降。

差異顯著性檢驗結果表明，對于AK含量，堿蓬群落顯著高于蘆葦群落(10 ~ 20 cm，<0.05)、在40 ~ 60 cm土層3群落中差異性均顯著(<0.05)，在其余相同土層3群落中的差異性均不顯著(>0.05)；堿蓬群落在各土層之間差異性不顯著(>0.05)，檉柳群落在5 ~ 10 cm和60 ~ 80 cm土層間、蘆葦群落在20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm土層間差異性均顯著(<0.05)。對于AP含量，在5 ~ 10 cm土層的堿蓬群落和蘆葦群落間，10 ~ 20 cm土層的堿蓬群落、檉柳群落和蘆葦群落間，20 ~ 40 cm土層的堿蓬群落和檉柳群落間，60 ~ 80 cm土層的堿蓬群落和檉柳群落、蘆葦群落間差異性均顯著(<0.05)；堿蓬群落在0 ~ 10 cm和40 ~ 60 cm土層間、檉柳群落在0 ~ 10 cm和40 ~ 80 cm土層間差異性均顯著(<0.05)，蘆葦群落在各土層間差異性均不顯著(>0.05)。對于AN含量，相同土層不同植物群落間差異性均不顯著(>0.05)；堿蓬群落在各土層間差異性不顯著(>0.05)，檉柳群落在0 ~ 5 cm和60 ~ 80 cm土層間、蘆葦群落在0 ~ 5 cm和40 ~ 80 cm土層間差異性均顯著(<0.05)。對于TK含量，相同土層不同植物群落間差異性均不顯著(>0.05)；堿蓬群落在10 ~ 20 cm和40 ~ 60 cm土層間差異性顯著(<0.05)，檉柳群落、蘆葦群落在各土層間的差異性均不顯著(>0.05)。對于TP含量，相同土層不同植物群落間差異性均不顯著(>0.05)；相同植物群落不同土層間差異性均不顯著(>0.05)。對于TN含量，除60 ~ 80 cm土層堿蓬群落和檉柳群落差異性顯著外(<0.05)，其余相同土層3群落間的差異性均不顯著(>0.05)；堿蓬群落在20 ~ 40 cm和40 ~ 80 cm土層間、檉柳群落在0 ~ 5 cm和60 ~ 80 cm土層間差異性均顯著(<0.05)，蘆葦群落在各土層間差異性均不顯著(>0.05)。

2.4 不同植物群落土壤全磷含量及其氮磷比

堿蓬群落TP含量變幅為0.53 ~ 0.59 g/kg，均值為0.56 g/kg；檉柳群落TP含量變幅為0.49 ~ 0.56 g/kg，均值為0.53 g/kg；蘆葦群落TP含量變幅為0.44 ~ 0.58 g/kg，均值為0.53 g/kg。3種植物群落TP含量均值除堿蓬群落外，其余兩群落TP含量均值稍低于我國TP含量均值(0.56 g/kg)[25]。堿蓬群落土壤N∶P變幅為0.41 ~ 1.00；檉柳群落土壤N∶P變幅為0.06 ~ 0.91；蘆葦群落土壤N∶P變幅為0.27 ~ 1.45。隨著土壤深度的增加，檉柳群落和蘆葦群落土壤N∶P逐漸降低，堿蓬群落土壤N∶P則先升后降，最大值出現在20 ~ 40 cm土壤深度。在0 ~ 10 cm土層，土壤N∶P蘆葦群落>檉柳群落>堿蓬群落；在10 ~ 80 cm土層，土壤N∶P則表現為堿蓬群落>蘆葦群落>檉柳群落，這一特征在20 cm以下土層較為明顯(圖4)。

2.5 土壤鹽分與養分的相關性分析

由表4可知，堿蓬群落中的TN與 Na+含量呈顯著性相關(<0.05)，其余鹽分指標和養分指標間無顯著相關性。檉柳群落中的AP與TS、Na+、Cl–、SO2– 4含量呈顯著性相關(<0.05)，與K+含量呈極顯著性相關(<0.01)；AN與K+含量呈顯著性相關(<0.05)；TN與K+含量呈顯著性相關(<0.05)，其余鹽分、養分指標間相關性不明顯。蘆葦群落中的AK與Ca2+、Cl–含量呈顯著性相關(<0.05)；AN與K+含量呈極顯著性相關(<0.01)；TN與K+含量呈極顯著相關(<0.01)，其余鹽分、養分指標間沒有明顯相關性。

圖4 三種植物群落土壤N︰P

表4 3種植物群落土壤中鹽分與養分間的相關性

3 討論

堿蓬、檉柳、蘆葦3種植物群落土壤TS含量的平均值均大于4.0 g/kg，屬于重鹽土類型[26]。土壤TS含量檉柳群落>堿蓬群落(0 ~ 10 cm)(圖2H)，這是因為本研究區檉柳植被覆蓋度相對較低，稀疏的植物分布增加了地表裸露的面積，強烈的蒸發作用導致灌叢間出現大量的“鹽斑”，加之檉柳蒸騰作用導致大量失水，致使土壤鹽分含量增加并向表層積聚而形成“鹽島”效應。另外，黃河三角洲盛行海陸風，不同程度的風貫穿檉柳灌叢，水分流失加快，也會促進灌叢間“鹽島”的形成。郗金標等[27]、尹傳華等[28]報道檉柳的鹽島效應能增加土壤的含鹽量。而堿蓬群落地勢稍低，水分相對充裕，致使鹽分表聚相對較弱，有學者指出堿蓬自身能夠有效地降低土壤的含鹽量[29-30]。

研究區Na+、Cl–含量較其他離子含量高(圖2)，尤其是Cl–，這可能是因為Cl–很少被土壤吸附，也不易于從土壤解離，又不易形成難溶性的氯化物。而對于Na+，這是因為本區域距海較近，海水長期側侵增加了土壤中Na+的含量，這與已有的研究海水能增大土壤的Na+含量[23]的結果相似。也可能是植物具有吸鉀“拒鈉”的功能，姚世響等[31]指出植物在NaCl低濃度脅迫時可以選擇吸收K+，而避免在植物體內積累Na+；張繼偉等[32]則指出油蒿具有“吸鉀拒鈉”的特征。相關分析表明，在3群落中TS均與Cl–、Na+含量關系密切(表1)，這說明氯鹽、鈉鹽是土壤鹽漬化的主要有效成分。因此，控制或減少氯鹽、鈉鹽投入是一條減輕黃河口濕地土壤鹽漬化的合適途徑。除個別鹽分、養分指標之間呈顯著性相關外，大多數鹽分、養分指標之間相關性不顯著(>0.05) (表4)。

本研究的SAR最大均值為6.13，低于陳效民等[23]的7.85，高于貢璐等[33]的6.03，這可能是由于具體的地理位置、局域小氣候、微地形、地貌、水文等條件導致。該區3種植物長勢良好沒有受到Na+毒害的跡象，若發生毒害可能出現在10 ~ 20 cm土層(表2)。有研究指出堿蓬能夠將根部吸收的大量Na+運輸至地上部并區域化進液泡以減輕Na+毒害[34]，以稀釋的方式使吸收到體內的鹽分不致于發生毒害[35]，以此來適應鹽生環境。因此，種植堿蓬提高植被覆蓋度也是一種減輕黃河口濕地土壤鹽漬化的合適途徑。根據Richards提出的SAR分級標準[36]，本研究SAR值遠小于10，說明該研究區土壤尚未形成堿化土類型，仍以重鹽土類型為主。

盛行的海陸風使植物能夠較多地截留其所攜帶的有機物質，而使土壤表層有機質增加，凋落物的分解同樣促使養分含量在表層增加。因此，該區出現了土壤養分表聚的現象。這與劉景雙等[37]研究三江平原地區的結果相似。總體來講，除AK外，其余土壤養分(AP、AN、TN)均處于缺或極缺狀態(表3)，這說明該區土壤養分相對貧瘠、土壤質量較差。因此，應注意增施有機肥、覆蓋有機質含量高的物質。差異顯著性檢驗結果表明，TP含量在相同土層不同植物群落之間以及在不同土層相同植物群落之間差異性均不顯著(>0.05)，這是因為TP主要受土壤風化作用的影響，由于土壤風化過程緩慢，且不同土層中土壤風化程度差異不大，因而隨土壤深度的增加TP變化差異性不顯著(圖3)，這和劉學東等[38]研究結果一致。

土壤N∶P是指示植物生長過程中土壤養分供應情況的指標，當土壤N∶P<14時，表現為氮素供應不足，影響植被生長[39]。本研究中土壤N∶P最大值為1.45，遠低于14，更低于郭子武等[40](19.37)、胡啟武等[41](20.63)、鄭艷明等[42](21.30)的研究，這說明該研究區此3種植物生長所需的氮元素供應不足，生長受制于氮元素，同時也說明本研究區土壤氮元素相對于其他地區極其匱乏。因此，在該區域改良鹽漬化土壤時，應適當增加含氮有機物質。

4 結論

1)研究區土壤屬于重鹽土類型(含量大于4.0 g/kg)，在土壤表層(0 ~ 5 cm)TS含量為檉柳群落>堿蓬群落>蘆葦群落。

2)相關分析表明，Cl–、Na+是構成研究區鹽漬化土壤的主要成分。控制或減少氯鹽、鈉鹽投入是一條減輕黃河口濕地土壤鹽漬化的合適途徑。大多數鹽分與養分指標之間呈不顯著相關(>0.05)。

3)研究區土壤養分處于虧缺狀態，相對貧瘠，應適當增施有機肥、覆蓋有機質含量高的物質。差異顯著性檢驗結果表明，除TP外，其余土壤養分在相同土層不同植物群落之間或在不同土層相同植物群落之間均有一定的差異顯著性(<0.05)。

4)隨著堿蓬群落向檉柳群落再到蘆葦群落的演替，鈉吸附比SAR依次降低，且可能會在10 ~ 20 cm的根層形成毒理層而使植物受到傷害。3種植物群落土壤N∶P均<14，植物生長受制于氮元素，在該區域改良鹽漬化土壤時，應適當增加含氮有機物質。

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Spatial Distribution of Soil Salinity and Nutrients Under Different Vegetation Communities in Yellow River Estuary Wetland

ZHANG Tianjü, CHEN Yongjin*, LIU Jiazhen

(School of Environment and Planning, Liaocheng University, Liaocheng, Shandong 252059, China)

By using the classical statistical and correlation analysis and one way analysis of variance, an investigation of vegetation quadrats and soil samples was carried out to assess the spatial variation of soil salinity and nutrient contents and their relationship under different vegetation communities (,,) of the Yellow River Estuary. The results showed that: 1) The contents of salinity (TS, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, SO2– 4) and nutrients (available phosphorus, AP; available nitrogen, AN; total nitrogen, TN) in surface layers of soil profiles were obvious higher than those in other layers, and they declined with the increase of soil depth. 2) The studied soil belonged to heavy solonchak with the mean soil salinity more than 4.0 g/kg. Cl–and Na+were the two most important ions contributing to soil salinization. There were great differences among different vegetation communities in total salinity in the surface layers (0–5 cm) with an order of>>. Sodium adsorption ratio indicated that the three vegetation could be poisoned by Na+in the layer of 10–20 cm. K+, Na+and HCO– 3were significantly different among different vegetation communities. Except for TP, the other soil nutrients were significantly different between different vegetation communities in the same soil layer or among the same vegetation communities in different soil layers. 3) correlation between salinity and nutrients were not significant in the three vegetation communities, however, total salt had significant correlation with Na+(<0.05) and Cl–(<0.01). Soil nutrients were insufficient and the soil was infertile. The soil N︰P under the three vegetation communities was less than 14, consequently, nitrogen was the limited nutrient factor to the growth of vegetation in study area. Therefore, controlling or reducing chloride and sodium, increasing organic manure and covering with organic matter are the optional ways to alleviate soil salinization in the Yellow River Estuary Wetland.

The Yellow River Estuary Wetland; Vegetation community; Salinity; Nutrients

S156.4+2

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.026

張天舉, 陳永金, 劉加珍. 黃河口濕地不同植物群落土壤鹽分與養分分布特征. 土壤, 2020, 52(1): 180–187.

國家科技支撐計劃項目(2014BAC15B02)和國家自然科學基金項目(40901276；40871239)資助。

張天舉(1987—)，男，河南商丘人，碩士研究生，主要從事濕地生態修復研究。E-mail: 2382675001@qq.com