平茬对吉兰泰盐湖花棒防护林植被特征和土壤理化性质的影响.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 5 资助项目:内蒙古自治区高等学校碳达峰碳中和研究专项(S T Z X 2 0 2 2 1 3);国家重点研发计划项目(2 0 1 9 Y F C 0 5 0 7 6 0 5);包头师范学院高层次人才引进项目(B T T C R C Q D 2 0 2 0-0 1 1);包头师范学院自然科学类一般项目(B S Y K J 2 0 2 1-Z Y 0 2);包头师范学院自然科学类重点项目(B S Y K J 2 0 2 2-Z Z 0 1);内蒙古自治区自然科学基金项目(2 0 2 1 B S 0 4 0 0 4)第一作者:魏亚娟(1 9 9 4),女,博士,讲师,主要从事荒漠化防治研究。E-m a i l:w e i y a j u a n 0 3 0 51 6 3.c o m 通信作者:解云虎(1 9 8 7),男,博士,讲师,主要从事荒漠化防治及地表风蚀研究。E-m a i l:x i e y h s d 1 2 6.c o m平茬对吉兰泰盐湖花棒防护林植被特征和土壤理化性质的影响魏亚娟1,2,刘美英3,左小锋4,郭 靖5,解云虎1,吴 昊6,悦普庆1(1.包头师范学院资源与环境学院,内蒙古 包头0 1 4 0 3 0;2.内蒙古农业大学沙漠治理学院,呼和浩特0 1 0 0 1 8;3.内蒙古农业大学草原与资源环境学院,内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室,呼和浩特0 1 0 0 1 8;4.北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室,防沙治沙教育部工程研究中心,北京1 0 0 8 7 5;5.内蒙古包钢稀土钢板材厂,内蒙古 包头0 1 4 0 1 0;6.内蒙古自治区科学气象研究院,呼和浩特0 1 0 0 5 1)摘要:为探究平茬措施对吉兰泰盐湖防护林植被和土壤的影响,以吉兰泰荒漠绿洲过渡带不同平茬年限(1,2,3年)的人工花棒林为研究对象,对比分析不同平茬年限的花棒林植被生长特征和土壤理化性质。结果表明:(1)平茬有利于花棒自我更新。平茬后花棒株高、基径随平茬年限增加而增大,新生枝数与之相反。(2)平茬增加林下草本生物量和草本植物多样性,不同平茬年限花棒林间植物生活型均以一年生植物和多年生植物为主。林下植被盖度、密度、株高、地上生物量、S h a n n o n-W i e n e r多样性指数、S i m p s o n优势度指数和M a r g a l e f丰富度指数均以平茬3年最高。(3)平茬初期的风蚀作用导致地表部分细颗粒被吹蚀,03 0c m土层土壤机械组成均以细砂和中砂为主,其值为7 7.6 3%8 8.0 2%。(4)平茬促进土壤水分蓄积,02 0 0c m土层土壤含水量按平茬年限由大到小依次为3年2年1年未平茬,但土壤水分稳定性变差。(5)平茬有利于土壤养分积累,花棒林下土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷以平茬后3年最高,较未平茬分别增加6.6 7%,1 2.9 0%,2 0.0 0%,1 1 5.5 1%,6 6.2 4%。研究结果表明适当平茬可以改善林间生境,但是在平茬初期,需要对地表进行覆盖,防止土壤水分蒸散。关键词:平茬;植被多样性;土壤养分;变异系数;花棒;吉兰泰盐湖防护林中图分类号:S 7 1 4.2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 2 5 0-0 8D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 3 1E f f e c t so fP r u n eM e a s u r eo nV e g e t a t i o nC h a r a c t e r i s t i c sa n dS o i lP h y s i c a l a n dC h e m i c a lP r o p e r t i e so fH e d y s a r u ms c o p a r i u mP r o t e c t i o nF o r e s t i nJ i l a n t a i S a l tL a k eWE IY a j u a n1,2,L I U M e i y i n g3,Z UOX i a o f e n g4,GUOJ i n g5,X I EY u n h u1,WU H a o6,YU EP u q i n g1(1.D e p a r t m e n t o fR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t,B a o t o uT e a c h e r sC o l l e g e,B a o t o u,I n n e rM o n g o l i a0 1 4 0 3 0;2.C o l l e g eo fD e s e r tC o n t r o lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,I n n e rM o n g o l i aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,H o h h o t0 1 0 0 1 8;3.I n n e rM o n g o l i aK e yL a b o r a t o r yo fS o i lQ u a l i t ya n dN v t r i e n tR e s o u r c e,C o l l e g eo fG r a s s l a n d,R e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,I n n e rM o n g o l i aA g r i c l u t u r a lU n i v e r s i t y,H o h h o t0 1 0 0 1 8;4.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fE a r t hS u r f a c eP r o c e s s e sa n dR e s o u r c eE c o l o g y,MO EE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fD e s e r t i f i c a t i o na n dB l o w n-s a n dC o n t r o l,F a c u l t yo fG e o g r a p h i c a lS c i e n c e,B e i j i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 8 7 5;5.I n n e rM o n g o l i aB a o t o uS t e e lR a r eE a r t hS t e e lP l a t eC o.,L t d.,B a o t o u,I n n e rM o n g o l i a0 1 4 0 1 0;6.I n n e rM o n g o l i aI n s t i t u t eo fM e t e o r o l o g i c a lS c i e n c e,H o h h o t0 1 0 0 5 1)A b s t r a c t:I no r d e r t oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so fp r u n i n gm e a s u r e so nt h ev e g e t a t i o na n ds o i lo ft h es a l t l a k ep r o t e c t i o nf o r e s t i n t h e t r a n s i t i o nz o n eo f t h e J i l a n t a iD e s e r tO a s i s,p l a n t e d f l o w e r s t i c k f o r e s t sw i t hd i f f e r e n tp r u n i n gy e a r s(1,2a n d3y e a r s)w e r eu s e da s r e s e a r c ho b j e c t s t oc o m p a r e a n da n a l y s e t h ev e g e t a t i o ng r o w t hc h a r a c t e r i s t i c sa n ds o i lp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fH e d y s a r u ms c o p a r i u mf o r e s t sw i t hd i f f e r e n tp r u n i n gy e a r s.T h e r e s u l t s s h o w e dt h a t:(1)P r u n em e a s u r ew a sb e n e f i c i a l t os e l f-r e n e w a l o fH e d y s a r u ms c o p a r i u m.T h ep l a n th e i g h ta n db a s a ld i a m e t e ro fH e d y s a r u ms c o p a r i u mi n c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fa g e,a n dn u m b e ro fn e wb r a n c h e sf o l l o w e da no p p o s i t et r e n d.(2)P r u n em e a s u r ei n c r e a s e dh e r b a c e o u sb i o m a s sa n dh e r b a c e o u sp l a n t d i v e r s i t yu n d e r t h e f o r e s t,a n d t h ep l a n t l i f e f o r m sw e r ed o m i n a t e db ya n n u a l sa n dp e r e n n i a l s i nd i f f e r e n tp r u n i n gy e a r so fH e d y s a r u ms c o p a r i u mp l a n t a t i o n.U n d e r s t o r yv e g e t a t i o nc o v e r a g e,d e n s i t y,p l a n th e i g h t,a b o v e g r o u n db i o m a s s,S h a n n o n-W i e n e rd i v e r s i t yi n d e x,S i m p s o nd o m i n a n c ei n d e xa n d M a r g a l e fr i c h n e s s i n d e xw e r e t h eh i g h e s t i np r u n i n g3y e a r sH e d y s a r u ms c o p a r i u m.(3)A t t h eb e g i n n i n go fp r u n i n gH e d y s a r u ms c o p a r i u m,w i n de r o s i o nc a u s e ds o m ef i n ep a r t i c l e st ob eb l o w na w a yo nt h es u r f a c e.T h em e c h a n i c a l c o m p o s i t i o no ft h e03 0c ms o i l l a y e rw a sd o m i n a t e db yf i n es a n dc o n t e n ta n d m e d i u ms a n dc o n t e n t,w i t ht h ev a l u e sr a n g i n gf r o m 7 7.6 3%t o8 8.0 2%.(4)P r u n i n g m e a s u r ep r o m o t e ds o i lw a t e rr e t e n t i o n.T h e s o i lm o i s t u r e c o n t e n t i n02 0 0c ms o i l l a y e r r a n g e da s f o l l o w s:3y e a r s2y e a r s1y e a rn op r u n i n g,a n ds o i lw a t e rs t a b i l i t yb e c a m ei n f e r i o r.(5)P r u n e m e a s u r ew a sc o n d u c i v et os o i ln u t r i e n ta c c u m u l a t i o n.S o i l o r g a n i c c a r b o n,t o t a l n i t r o g e n,t o t a l p h o s p h o r u s,a l k a l i-h y d r o l y z e dn i t r o g e na n da v a i l a b l ep h o s p h o r u su n d e rH e d y s a r u ms c o p a r i u mf o r e s tw e r et h eh i g h e s ti n3y e a r s,a n di n c r e a s e db y6.6 7%,1 2.9 0%,2 0.0 0%,1 1 5.5 1%a n d6 6.2 4%,c o m p a r e dw i t hn op r u n i n g,r e s p e c t i v e l y.T h es t u d ys u g g e s t st h a ta p p r o p r i a t ep r u n e m e a s u r ec a ni m p r o v et h eh a b i t a to fa r t i f i c i a lH e d y s a r u ms c o p a r i u m,b u tt h eg r o u n ds u r f a c en e e d s t ob ec o v e r e dt op r e v e n t s o i lw a t e re v a p o r a t i o nd u r i n gt h e i n i t i a l s t a g eo fp r u n i n gm e a s u r e.K e y w o r d s:p r u n i n gm e a s u r e;v e g e t a t i o nd i v e r s i t y;s o i ln u t r i e n t s;c o e f f i c i e n to fv a r i a t i o n;H e d y s a r u ms c o p a r i u m;J i l a n t a i s a l t l a k ep r o t e c t i o nf o r e s t 吉兰泰盐湖防护体系于1 9 8 3年启动,经过3 0多年的建设,为盐湖防风固沙和正常生产发挥重要作用,同时也是当地重要的生态屏障1。花棒(H e d y s a r u ms c o p a r i u m)作为该地区最典型的人工防护林种,分布范围最广。但是,近年来花棒逐渐呈现衰退的现象,主要表现为树木生长缓慢或停滞、枯梢死亡和结实率低等,林分质量严重下降,其防风固沙能力减弱2,导致盐湖被风沙侵袭而影响其正常生产。因此,对吉兰泰盐湖前缘衰退的花棒防护林进行抚育管理,实现防风固沙林的可持续发展,以确保盐湖不被沙埋是当前亟须解决的问题。灌木平茬是荒漠植物更新复壮的方式之一。不仅可以解决植被衰退问题,还可以对植物群落结构和土壤理化性质产生影响3,同时可以缓解畜牧业饲草不足等问题4。荒漠植物具有极强的补偿性生长能力,当地上部分遭到平茬破坏后,地上生物量能够迅速恢复5。平茬不仅解除了植物的顶端优势,还直接或间接影响植物的成枝能力6-7、光合特征、器官营养元素的分配3和水分利用4。平茬有利于刺激灌丛空间格局的发展,使灌丛枝系构型复杂化,还能改变林内生境,促使植被多样性增加,土壤水分和质量也得到一定程度的改善8-9。目前关于灌木平茬的研究多集中于平茬方式、平茬高度,以及平茬后的植被生长状况等方面6-9,且多以黄土高原丘陵区的植被平茬复壮为主(如平茬对植被生理特性和土壤水分的影响等1 0-1 2),而对风沙活动强烈的吉兰泰荒漠地区研究较少。由于吉兰泰地区生态环境脆弱,土壤养分和水分的不足或分布的不平衡导致花棒林生长退化现象突出。为了提高花棒林地的生产力,当其出现衰退以后必须进行平茬抚育。此外,由于植物自身特性的差异,平茬后不同种类植物之间的更新复壮能力、生长状况、空间格局等方面也不尽相同5-7,1 3。从植物-土壤整体角度考虑,平茬后随着恢复年限的增加,植被特征以及林下土壤性质如何变化也是研究的重点内容。基于此,本文以吉兰泰荒漠绿洲过渡带盐湖防护体系不同平茬年限的花棒为研究对象,探究平茬对花棒林下植被多样性、土壤理化性质的影响,以期为吉兰泰盐湖防护林生态建设和植被恢复提供科学依据。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况研究区 位 于 吉 兰 泰 盐 湖 防 护 林(3 9 4 8 0 3 3 9 4 8 9 5 N,1 0 5 4 3 2 1 1 0 5 4 3 9 7 E)。研究区属于典型大陆性干旱荒漠气候,具有冬季寒冷、夏季炎热、风大沙多和干旱少雨的气候特征。研究区多年平均降水量和年平均气温分别为1 1 3.6mm和8.6。多年平均风速3.7m/s,最大风速2 4m/s。年平均蒸发量30 2 3.7mm,蒸发量为降雨量的2 6.6倍。林内零星分布多年生草本植物白莎蒿(A r t e m i s i a b l ep h a r o-l e p i s)、糙隐子草(C l e i s t o g e n e ss q u a r r o s a)和一年生草本植物兴安虫实(C o r i s p e r m u mc h i n g a n i c u m)、雾冰藜(B a s s i ad a s y p h y l l a)。研究区地势平坦,无人为活动干扰。自然植被种类贫乏,群落结构简单,有些地区甚至出现裸斑,土壤类型主要为风沙土,p H为8.5 19.0 8,土壤呈强碱性。152第4期 魏亚娟等:平茬对吉兰泰盐湖花棒防护林植被特征和土壤理化性质的影响1.2 研究方法1.2.1 试验设计 盐湖防护林网始建植于1 9 8 3年。在不破坏地表植被情况下,根据地形条件采用挖穴方式建植花棒纯林,其株行距为1.5m2.0m。建植前3年,每年进行23次喷灌,其后不再有抚育措施。2 0 1 7年1 0月在实地调查基础上,对退化花棒生长指标进行测定。然后在2 0 1 7年1 0月、2 0 1 8年1 0月和2 0 1 9年1 0月分别对不同样地的退化花棒林进行条带状机械平茬(至2 0 2 0年平茬年限分别标记为3,2,1年),平茬高度为0,茬口不做任何处理,留茬样带长度和宽度分别为1 0 0,8m,以生长3 5年未平茬的花棒林作为对照,共平茬4条样带。样带间隔为1 5m,以防止平茬后初期地表发生风蚀。1.2.2 植被调查 植被调查和土壤样品采集于2 0 2 0年8月进行。首先在不同平茬年限的花棒林地样带内各选择1 0个8m1 0m的样方,共计4 0个。然后对样方内的花棒及其林下草本生长情况进行调查,调查内容包括:花棒株高、基径、新生枝数量、草本植物物种名、数量、高度、盖度等。植物种数量采用计数法;植被高度采用卷尺测量法;植被盖度采用目估法;植被多样性包括:S h a n n o n-W i e n e r多样性、S i m p s o n优势度、M a r g a l e f丰富度和P i e l o u均匀度指数1 4。重要值=相对频度+相对盖度+相对高度+相对生物量()41 0 0(1)S h a n n o n-W i e n e r多样性指数:SW=-si=1Pil nPi(2)S i m p s o n优势度指数:D=1-si=1Pi2(3)M a r g a r l e f丰富度指数:M a=S-1l nN(4)P i e l o u均匀度指数:J=SWl nS(5)式中:S为物种总数;N为物种总个体数;Pi为物种i的重要值。1.2.3 土壤采集与测定 采用“S”形5点取样法,用土钻在不同平茬年限的样带内分别采集5个样点的01 0,1 02 0,2 03 0c m土层土样,作为5个平行样。将5个采样点同一土层的土壤均匀混合装入塑封袋并编号。带回实验室经自然风干去除动植物残体后,按四分之一法选取其中一份用于土壤机械组成和土壤养分测定。同时,用土钻采集02 0 0c m土层深度土壤,每层2 0c m,分为1 0个梯度,用于土壤含水量(S M)、土壤容重(S D)测定,每个采样点和深度各3个重复。根据陈洪松等1 5对土壤含水量垂直变异系数的划分标准,依据变异系数将土壤含水量划分为4类,分别为速变层(C V0.3)、活跃层(0.2 C V 0.3)、次活跃层(0.1 C V 0.2)和相对稳定层(0 C V0.1)。土壤容重用环刀法进行测定,土壤水分采用烘干法进行测定1 6。土壤机械组成采用3 0 0 0 MU型激光粒度仪进行测定,以美国制1 7作为土壤粒径分级标准。土壤有机碳(S O C)、全氮(T N)、全磷(T P)、速效氮(A N)和速效磷(A P)含量依次采用重铬酸钾容量法、全自动凯氏定氮法、氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法、碱解扩散法和钼锑抗比色法1 8进行测定。1.3 数据处理利用S P S S2 0.0软件对数据进行单因素方差分析(o n e-f a c t o ra n a l y s i so fv a r i a n c e)和多重比较分析(L S D、D u n c a n法)。利用O r i g i n2 0 1 7软件进行绘图。图表 中 的 数 据 均 为 平 均 值标 准 差。并 用C a n o c o5.0软件进行冗余分析(R D A分析)。2 结果与分析2.1 不同平茬年限花棒生长特征由图1可知,花棒平茬后复壮效果显著。平茬后的花棒株高、基径随着平茬年限增加而增大,新生枝数随着花棒生长年限增加而减小。1,2,3年花棒新生枝数分别是未平茬花棒的5.1 8,3.4 5,2.8 1倍(p0.0 5),说明平茬有利于花棒自我更新。花棒在生长过程中,为了更好地适应环境会进行自疏。注:图柱上方不同小写字母表示不同平茬年限花棒生长指标差异显著(p2年=1年未平茬。一年生草本植物重要值比例依次为3年2年1年未平茬。无论是多年生植物还是一年植物均以平茬3年花棒林间物种比例和重要值比例最高。表1 不同平茬年限花棒林林间植物生活型组成平茬年限/a物种总数/种多年生草本物种总数/种物种比例/%重要值比例/%一年生草本物种总数/种物种比例/%重要值比例/%未平茬500051.0 06 1.3 91611 6.6 72 4.3 258 3.3 36 2.6 32611 6.6 72 5.0 058 3.3 36 5.0 03722 8.5 72 7.3 557 1.4 36 6.6 72.2.2 植物群落特征 由表2可知,平茬1,2,3年花棒林下植被盖度、密度、植被高度、地上生物量较未平茬分别增加2 9.3 7%1 7 0.3 9%,2 3.5 5%1 9 6.4 2%,1 2.9 5%6 4.7 6%,8.3 1%3 5 8.2 7%。其中,平茬3年与未平茬花棒林下植被高度和地上生物量差异显著(p0.0 5)。随着平茬年限增加,林下草本植物盖度、密度、高度和地上生物量均逐渐增大。说明平茬增加林下草本生物量,有利于林下草本植物生长。平茬后的花棒林间植物S h a n n o n-W i e n e r多样性指数、S i m p s o n优势度指数和M a r g a l e f丰富度指数随着平茬年限增加而逐渐增加,而P i e l o u均匀度指数随着平茬年限增加呈先增后减的变化趋势。平茬1,2,3年花棒林间植被S h a n n o n-W i e n e r多样性指数、S i m p s o n优势度指数和M a r g a l e f丰富度指数较未平茬分别增加3 5.2 3%5 5.6 8%,2 0.7 8%2 5.9 7%,6 9.0 1%8 5.9 1%(p0.0 5),说明平茬增加林下草本植物多样性。表2 不同平茬年限花棒林林间植物群落特征平茬年限/a植被盖度/%植被密度/(株m-2)植被高度/c m地上生物量/(gm-2)多样性指数S h a n n o n-W i e n e r优势度指数S i m p s o n丰富度指数M a r g a l e f均匀度指数P i e l o u未平茬4.1 20.5 4 c8.1 11.6 6 c7.1 80.7 5 b1 2.2 72.4 5 b0.8 80.0 2 b0.7 70.0 8 b0.7 10.1 0 b1.0 00.2 2 a15.3 30.8 9 c1 0.0 21.4 2 c8.1 11.4 2 b1 3.2 91.6 8 b1.1 90.0 1 a0.9 30.0 6 a1.2 00.1 1 a0.9 80.1 2 a27.1 80.7 5 b1 4.1 23.7 8 b8.6 50.4 1 b1 4.2 91.1 6 b1.3 10.0 3 a0.9 70.1 0 a1.2 10.1 1 a1.0 30.1 8 a31 1.1 46.4 7 a2 4.0 43.5 3 a1 1.8 32.6 4 a5 6.2 36.1 9 a1.3 70.1 6 a0.9 70.1 3 a1.3 20.1 4 a1.0 20.0 8 a 注:表中数据为平均值标准差;同列不同小写字母表示不同平茬年限差异显著(p0.0 5)。土壤粉粒以3年花棒最高(0.4 5%)。平茬1年花棒极细砂含量较未平茬减少6.1 6%(p0.0 5)。平茬2,3年花棒土壤极细粒含量较未平茬分别增加9.9 6%和1 7.8 2%,且未平茬与平茬3年极细粒含量差异显著(p0.0 5)。细砂和中砂含量以未平茬花棒最高,分别为4 9.8 2%和3 2.2 0%。土壤粗砂和极粗砂含量以2年花棒最高,为1 3.1 9%和0.4 5%,这充分说明花棒平茬后,地表风蚀并未加剧。不同平茬年限土壤容重为1.5 71.6 0g/c m3,平茬2,3年花棒林土壤容重较未平茬小,这可能是因为平茬促进花棒根系的生长,根系的穿插作用导致土壤孔隙度增加,从而使土壤容重降低。表3 不同平茬年限花棒林间土壤机械组成和土壤容重平茬年限/a机械组成/%黏粒(2m)粉粒(25 0m)极细砂(5 01 0 0m)细砂(1 0 02 5 0m)中砂(2 5 05 0 0m)粗砂(5 0 01 0 0 0m)极粗砂(1 0 0 02 0 0 0m)土壤容重/(gc m-3)未平茬00.3 90.3 6 a8.1 03.0 1 b4 9.8 27.1 9 a3 2.2 01.1 8 a9.3 03.5 3 a0.2 00.1 7 b1.5 80.0 4 a100.3 30.0 3 a7.6 31.3 6 c4 7.8 82.9 6 a3 1.8 63.1 3 a1 2.6 52.1 8 a0.4 21.2 1 a1.5 80.0 9 a200.3 40.1 5 a8.3 91.2 5 b4 6.12.2 1 a3 1.5 30.6 1 a1 3.1 92.4 3 a0.4 51.0 3 a1.5 60.0 5 a300.4 50.1 2 a8.9 90.4 8 a4 8.1 72.9 4 a3 2.3 01.9 4 a1 0.9 81.8 5 a0.2 70.1 0 b1.5 70.1 1 a2.3.2 土壤水分空间异质性 由表4可知,2 0 2 0年41 1月,平茬1,2,3年后的花棒林02 0 0c m土壤352第4期 魏亚娟等:平茬对吉兰泰盐湖花棒防护林植被特征和土壤理化性质的影响含水量较未平茬分别增加9.3 1%,2 8.1 4%,1 3.7 7%(p0.0 5),说明平茬减缓花棒对土壤水分的消耗,同时也减弱花棒群落之间对水分的竞争压力。平茬1年和未平茬花棒林02 0 0c m土壤含水量随月份呈先减后增的趋势;而平茬2,3年后的花棒02 0 0c m土壤含水量随月份延长呈逐渐降低的变化趋势。在45月,平茬1,2,3年后的花棒02 0 0c m土壤含水量较未平茬分别增加5.5 1%,1 4.9 2%,1 5.1 0%。其中,平茬2,3年后的花棒与未平茬花棒02 0 0c m土壤含水量差异显著(p0.0 5)。在68月,属于花棒生长旺盛期。1,2,3年花棒02 0 0c m土壤含水量较未平茬分别增加2 3.2 1%,5 4.1 5%,6 5.6 1%。该原因可能是未平茬花棒地上生物量远大于平茬,地上生物量进行蒸腾作用增加土壤水分消耗。在91 1月,平茬1,2,3年后的花棒02 0 0c m土壤含水量较未平茬分别增加6.7 4%,9.8 9%,1.7 9%。其中,平茬2年与未平茬花棒02 0 0c m土壤含水量差异显著(p2年(4.5 3%)1年(4.2 2%)未平茬(4.1 9%)。总体而言,与未平茬相比,花棒平茬减少土壤水分消耗,增加土壤水分蓄积。表4 不同平茬年限花棒林林间土壤0-2 0 0c m土层 土壤含水量单位:%平茬年限/a45月68月91 1月41 1月未平茬5.6 30.1 6 b3.4 90.4 5 c4.4 50.7 9 b4.9 40.3 5 c15.9 40.1 3 b4.3 40.3 5 b4.7 50.8 8 b5.4 00.4 0 b26.4 70.2 4 a5.3 80.2 6 a4.8 90.7 4 a6.3 30.3 7 a36.4 80.2 1 a5.7 80.4 7 a4.5 30.9 4 b5.6 20.3 3 b 由图2 b可知,不同平茬年限花棒土壤变异系数随土层深度增加而逐渐降低。对平茬1年花棒而言,04 0c m土层属于土壤含水量速变层;4 06 0c m土层属于土壤含水量活跃层;6 01 4 0c m土层属于土壤含水量次活跃层,而1 4 02 0 0c m土层属于土壤含水量相对稳定层。对平茬2年花棒而言,02 0c m土层属于土壤含水量次活跃层;2 04 0c m土层属于土壤含水量活跃层;4 01 0 0c m土层属于土壤含水量次活跃层,而1 2 02 0 0c m土层属于土壤含水量相对稳定层。对平茬2年花棒而言,2 04 0c m土层属于土壤含水量次活跃层外,其他土层均属于土壤含水量相对稳定层。对未平茬花棒而言,02 0 0c m土层均属于土壤含水量相对稳定层。图2 不同平茬年限花棒林间土壤含水量垂直变化与变异系数2.3.3 不同平茬年限花棒林间土壤养分含量变化 由表5可知,不同平茬年限花棒林间土壤养分较未平茬有较大差异。其中,平茬1年和2年花棒土壤有机碳较未平茬分别减少1 3.3 3%和1 0.4 8%(p0.0 5),平茬3年花棒土壤有机碳较未平茬分别增加6.6 7%(p0.0 5)。平茬2年和3年花棒土壤碱解氮较未平茬分别增加4 8.8 4%和1 1 5.5 1%(p0.0 5)。平茬3年花棒土壤有效磷较未平茬分别增加6 6.2 4%(p0.0 5)。经平茬后的花棒土壤有机碳、全氮、全磷和碱解氮随平茬年限呈逐渐增加的变化趋势,而有效磷随平茬年限呈先减后增的变化趋势。表5 不同平茬年限花棒林间土壤养分含量平茬年限/aS O C/(gk g-1)T N/(gk g-1)T P/(gk g-1)AN/(m gk g-1)A P/(m gk g-1)未平茬1.0 50.1 1 b0.3 10.0 1 a0.2 00.0 1 a4.3 21.6 5 c1.5 70.1 2 b10.9 10.1 8 c0.3 30.0 2 a0.2 00.0 2 a4.8 81.2 5 c1.4 80.2 3 b20.9 40.1 7 c0.3 30.0 4 a0.2 40.0 2 a6.4 32.1 9 b1.3 30.1 0 b31.1 20.2 5 a0.3 50.0 2 a0.2 40.0 2 a9.3 10.5 4 a2.6 10.8 1 a 由图3可知,不同平茬年限土壤全氮和全磷随土层深度增加而降低。而对有机碳、碱解氮和有效磷而言,除平茬3年花棒外,其余平茬年限花棒土壤有机碳和碱解氮随土层深度增加而降低。说明花棒林内土壤养分具有明显的表聚作用。452水土保持学报 第3 7卷注:图柱上方不同小写字母表示同一平茬年限不同土层深度差异显著(p0.0 5)。图3 不同平茬年限花棒林间土壤养分垂直变化2.4 不同平茬年限花棒环境因子对土壤养分的影响由图4可知,实心箭头为响因变量,代表花棒土壤养分;空心箭头为解释变量,代表花棒环境因子。轴1和轴2排序轴累计解释环境因子与土壤养分关系的9 9.2 1%,说明这些指标能很好地反映土壤养分变化。在这些环境因子中,极细砂粒、植被高度、多样性指数、植被盖度、地上生物量、粉粒和水分对土壤养分的影响达到显著水平,对土壤养分的解释量分别为6 8.3 0%,1 4.4 0%,8.1 0%,5.8 0%,0.5 0%,0.4 0%,0.3 0%。注:1为S O C;2为多样性指数(8.1 0%,p0.0 0 2);3为地上生物量(0.5 0%,p0.0 3 6);4为细砂;5为极细砂(6 8.3 0%,p0.0 2);6为植被盖度(5.8 0%,p0.0 1 8);7为植被高度(1 4.4 0%,p0.0 0 2);8为粉粒(0.4 0%,p0.0 3 2)。图4 平茬花棒土壤养分与环境因子的冗余分析3 讨 论3.1 平茬对植被特征的影响平茬可以改变沙生灌木林的衰退趋势,促进其生长发育2。本研究中,平茬花棒新生枝条分枝数是未平茬花棒的2.8 15.8 1倍,说明平茬有利于激发植物分枝潜能,使植株萌发大量的新生枝条维持自身生存1 3。这主要因为沙生植物将更多的淀粉存储于根系。平茬将根系中的淀粉转换为可溶性糖和游离氨基酸等物质,这些营养物质向上运输,促使根茎处的侧芽萌蘖。草本植物群落作为荒漠灌木林的重要组成部分,在促进林内灌木生产力和养分循环方面起着关键性作用1 9。本研究中,平茬1,2,3年花棒林下植被盖度、密度、高度、地上生物量较未平茬分别增加2 9.3 7%1 7 0.3 9%,2 3.5 5%1 9 6.4 2%,1 2.9 5%6 4.7 6%,8.3 1%3 5 8.2 7%,且林下草本植