人工梭梭（ Haloxylon ammodendron ）林建植对荒漠土壤特征的长期影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00009

摘要/Abstract

摘要：

为探究干旱荒漠区人工固沙植被恢复过程对土壤特征的影响，以黑河中游张掖绿洲为研究区，选择流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭（Haloxylon ammodendron）林作为研究对象，分析土壤理化性质和植被因子特征及二者间的相关性。结果表明：（1）流动和固定沙丘转变为人工梭梭林降低了土壤容重和细砂含量，提高了土壤粗砂含量，土壤黏粉粒含量在30年梭梭林大幅增加；（2）流动和固定沙丘转变为人工梭梭林降低了土壤pH，提高了土壤电导率并随着梭梭栽植年限的增加而增大；（3）流动和固定沙丘转变为人工梭梭林提高了土壤有机碳、全氮、全磷含量及电导率，并随着梭梭栽植年限的增加而增大；（4）灌木密度和盖度及草本物种丰富度是驱动人工梭梭林恢复过程中土壤环境变化的主要因子，三者解释了40.1%的土壤环境变异。综上，人工梭梭林建设引起的灌木盖度及密度增加会改善土壤环境并随着恢复年限的变化而变化，但也会导致土壤电导率增加和全氮含量下降，从而威胁人工梭梭林土壤健康与稳定。

关键词: 黑河中游, 人工梭梭林, 流动沙丘, 固定沙丘, 土壤理化性质

Abstract:

To investigate the impact of artificial sand-fixing vegetation restoration on soil characteristics in arid desert regions， this study was conducted in the Zhangye Oasis of the middle reaches of the Heihe River. The research focused on mobile sandy dunes， fixed sandy dunes， and Haloxylon ammodendron plantations of different ages， analyzing changes in soil physicochemical properties， vegetation factors， and their interrelationships. The results revealed that：（1） The transformation of mobile and fixed sandy dunes into artificial H. ammodendron plantations reduced soil bulk density and fine sand content， increased coarse sand content， and significantly enhanced clay and silt content in 30-year-old plantations. （2） The conversion of mobile and fixed sandy dunes into H. ammodendron plantations decreased soil pH， increased soil electrical conductivity， and further elevated conductivity with the age of the plantations. （3） The conversion of mobile sandy dunes and fixed sandy dunes into H. ammodendron plantations significantly increased soil organic carbon （SOC）， total nitrogen （TN）， and total phosphorus （TP） contents， as well as soil electrical conductivity， with these increments generally correlating with the extension of H. ammodendron plantations age. （4） Shrub density， shrub cover， and herbaceous species richness were the main factors driving soil environmental changes during the restoration process of H. ammodendron plantations， accounting for 40.1% of the variation in soil conditions. In conclusion， the increase in shrub cover and density resulting from artificial H. ammodendron plantation establishment improves soil environment over time. However， it also leads to elevated soil electrical conductivity and reduced total nitrogen content， posing potential threats to soil stability and health in H. ammodendron plantations.

Key words: the middle reaches of the Heihe River, Haloxylon ammodendron plantations, mobile sandy dune, fixed sandy dune, soil physical and chemical properties

中图分类号:

S728.4

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图/表 9

图1 黑河中游流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林采样点分布注：MSD：流动沙丘；FSD：固定沙丘；HA5：5年梭梭林；HA10：10年梭梭林；HA20：20年梭梭林；HA30：30年梭梭林

Fig.1 Distribution of sampling sites for mobile and fixed sandy dunes and Haloxylon ammodendron plantations of different ages in the middle reaches of the Heihe River

表1 流动沙丘、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林生境植被群落特征

Table 1 Vegetation community characteristics of mobile sandy dunes， fixed sandy dunes， and Haloxylon ammodendron plantations of different ages

指标	FSD	MSD	HA5	HA10	HA20	HA30
梭梭幼苗密度/(株/100 m²)	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.00±0.00^b	0.83±0.72^b	3.08±3.94^a
灌木密度/(株/100 m²)	0.00±0.00^f	4.67±1.44^e	32.92±1.88^a	21.58±1.00^b	10.92±1.83^c	6.50±2.97^d
灌木物种丰富度	0.00±0.00^d	1.92±0.51^ab	1.75±0.75^b	2.33±0.65^a	1.83±0.72^b	1.00±0.00^c
灌木盖度/%	0.00±0.00^f	18.42±7.76^e	50.00±5.22^c	56.25±7.42^b	65.00±9.53^a	38.33±7.18^d
草本盖度/%	2.00±0.00^bc	4.33±1.30^a	2.67±1.07^b	1.42±0.51^c	2.50±1.07^bc	4.25±2.80^a
草本物种丰富度	1.00±0.00^d	1.67±0.65^b	1.25±0.45^cd	1.00±0.00^d	1.50±0.67^bc	2.42±0.51^a

图2 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林0~100 cm土壤含水量变化注：MSD：流动沙丘；FSD：固定沙丘；HA5：5年梭梭林；HA10：10年梭梭林；HA20：20年梭梭林；HA30：30年梭梭林；不同小写字母表示差异显著，P<0.05

Fig.2 Changes in soil water content at depth of 0-100 cm in mobile sandy dunes， fixed sandy dunes， and Haloxylonammodendron plantations of different ages

图3 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林土壤容重、机械组成比较注：MSD：流动沙丘；FSD：固定沙丘；HA5：5年梭梭林；HA10：10年梭梭林；HA20：20年梭梭林；HA30：30年梭梭林；不同小写字母表示差异显著，P<0.05

Fig. 3 Comparison of soil bulk density and soil texture in mobile sandy dunes， fixed sandy dunes， and Haloxylon ammodendron plantations of different ages

表2 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林土壤pH、电导率、有机碳、全氮和全磷含量比较

Table 2 Comparison of soil pH，electrical conductivity， organic carbon， total nitrogen and total phosphorus contents in mobile sand dunes， fixed sand dunes， and Haloxylon ammodendron plantations of different ages

指标	MSD	FSD	HA5	HA10	HA20	HA30	F_5,72
pH	8.78±0.03^c	9.19±0.14^ab	9.34±0.12^a	9.08±0.12^b	9.09±0.09^b	8.82±0.11^c	34.59^***
EC	0.049±0.005^c	0.109±0.019^c	0.101±0.02^c	0.101±0.015^c	0.267±0.045^b	0.392±0.233^a	30.16^***
SOC	0.13±0.02^cd	0.15±0.02^b	0.13±0.01^bc	0.11±0.01^d	0.15±0.01^b	0.22±0.03^a	49.44^***
TN	0.006±0.001^c	0.009±0.001^c	0.013±0.001^a	0.012±0.001^b	0.022±0.001^a	0.018±0.002^a	48.96^***
TP	0.022±0.001^d	0.024±0.001^c	0.025±0.001^c	0.025±0.001^c	0.027±0.001^b	0.030±0.002^a	70.08^***

表3 0~20 cm和20~100 cm土壤含水量与灌木密度、盖度、物种丰富度，以及草本盖度和物种丰富度的Spearman相关系数

Table 3 Spearman correlation coefficients between 0-20 cm and 20-100 cm soil water content and shrub density， cover， species richness， herbaceous cover， and herbaceous species richness

指标	流动和固定沙丘				人工梭梭林				流动和固定沙丘与人工梭梭林
	0~20 cm		20~100 cm		0~20 cm		20~100 cm		0~20 cm		20~100 cm
	r	P	r	P	r	P	r	P	r	P	r	P
灌木密度/(株/100 m²)	-0.47	0.237	0.65	0.080	-0.35	0.189	-0.38	0.150	-0.62	<0.002	0.02	0.924
灌木盖度/%	-0.05	0.905	0.79	0.021	-0.16	0.566	-0.3	0.257	-0.49	0.014	0.09	0.688
灌木物种丰富度	-0.27	0.521	0.42	0.298	-0.42	0.102	-0.38	0.146	-0.46	0.024	0.09	0.689
草本盖度/%	-0.25	0.544	0.74	0.038	0.31	0.246	0.53	0.035	0.22	0.294	0.58	0.003
草本物种丰富度	-0.57	0.138	0.46	0.247	0.37	0.157	0.39	0.141	0.07	0.734	0.48	0.017

表4 灌木和草本因子对土壤环境变化的相对贡献率

Table 4 The relative contributions of explanatory variables to the variation in the soil environment

变量	惯量	解释率/%	贡献率/%	F	P
SC	0.225	22.5	53.8	23	<0.001
SD	0.035	3.5	8.3	4.6	<0.012
SSR	0.016	1.6	3.8	2.1	<0.112
HC	0.001	0.1	0.3	0.2	<0.894
HSR	0.141	14.1	33.9	18	<0.001
总计	0.418	41.8	100
残差	0.582

图4 流动、固定沙丘和不同栽植年限梭梭林植被和土壤环境变量关系的RDA二维排序图注：SC：灌木盖度；SD：灌木密度；HSR：草本物种丰富度；pH：土壤 pH，EC：土壤电导率；SBD：土壤容重；CS：粗砂含量；FS：细沙含量；SCC：黏粉粒含量；SOC：土壤有机碳；TN：土壤全氮；TP：土壤全磷；○：流动沙丘； ●：固定沙丘； △：5年梭梭林； ▲：10年梭梭林； □：20年梭梭林； ■：30年梭梭林

Fig.4 The RDA two-dimensional ordination diagram of soil environment with explanatory variables among mobile sandy dune （MSD）， fixed sandy dune （FSD） and Haloxylonammodendron plantations （HAs） of different ages

表5 灌木盖度、草本物种丰富度与土壤环境变量之间的相关关系（ n=72）

Table 5 The correlation of shrub cover and herbaceous species richness with soil physical chemical factors

指标	灌木盖度/%		灌木密度/（株/100m²）		草本物种丰富度
指标	r	P	r	P	r	P
土壤容重/(g·cm^-3)	-0.07	0.538	-0.27	0.020	-0.18	0.142
粗砂/%	0.51	<0.001	0.32	0.006	0.14	0.247
细砂/%	-0.50	<0.001	-0.31	0.008	-0.18	0.132
黏粉粒/%	0.29	0.015	0.09	0.458	0.51	<0.001
土壤pH	0.40	<0.001	0.61	<0.001	-0.12	0.308
土壤电导率/(μS·cm^-1)	0.49	<0.001	0.18	0.131	0.57	<0.001
土壤有机碳/%	-0.06	0.623	-0.20	0.089	0.65	<0.001
土壤全氮/%	0.65	<0.001	0.04	0.766	0.25	0.033
土壤全磷/%	0.53	<0.001	0.26	0.027	0.52	<0.001

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