半固定沙丘迎风坡植被演替及土壤养分变化特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00207

摘要/Abstract

摘要：

以黄河东岸白芨滩自然保护区半固定沙丘迎风坡为对象，选取人工建植5、10、15、20、30 a固沙植被，以天然柠条（Caragana korshinskii）林地为对照，系统研究植被与土壤养分的动态变化，揭示植被演替与土壤养分的协同机制。在植被群落建植初期柠条等灌木快速定居，灌木形态显著增长，植被建植30 a时固沙恢复接近自然演替状态，但草本多样性仍低于天然灌木林；土壤养分含量随固沙恢复年限呈现非线性变化，全磷在20 a达峰值后下降，全氮随恢复年限波动积累，全碳持续降低，盐渍化风险随年限增加显著；植被盖度与土壤养分相关，植被盖度分别与全氮含量、pH、电导率极显著正相关，与全磷含量显著正相关，与总碳含量极显著负相关；人工植被约在建植20 a后出现生态阈值，此时需通过控水、撒播草籽及根系调控策略等平衡养分积累与盐渍化风险；自然演替系统（天然柠条林地）在养分循环效率和抗逆性，如氮磷利用率和盐渍化适应等方面优于人工恢复区。

关键词: 半固定沙丘, 迎风坡, 土壤养分, 植被演替

Abstract:

This study was conducted on the windward slopes of semi-fixed dunes in the Baijitan Nature Reserve on the east bank of the Yellow River. We selected sand-fixing vegetation artificially established for 5， 10， 15， 20， and 30 years， with a natural Caragana korshinskii shrubland as a control， to systematically investigate the dynamic changes in vegetation and soil nutrients and reveal the synergistic mechanism between vegetation succession and soil nutrients. In the early stages of establishment， shrub species such as C. korshinskii rapidly colonized， showing significant morphological growth. After 30 years of vegetation establishment， the sand-fixing restoration approached a state similar to natural succession， though herbaceous diversity remained lower than in the natural shrubland. Soil nutrient contents exhibited nonlinear changes with restoration duration： total phosphorus peaked at 20 years and then declined， total nitrogen accumulated with fluctuations over time， while total carbon decreased continuously. The risk of salinization increased significantly with restoration time. Vegetation coverage was correlated with soil nutrients to varying degrees， showing highly significant positive correlations with total nitrogen content， pH， and electrical conductivity， a significant positive correlation with total phosphorus content， and a highly significant negative correlation with total carbon content. An ecological threshold was observed approximately 20 years after establishment for the artificial vegetation. Beyond this point， strategies such as water control， grass seed broadcasting， and root regulation are necessary to balance nutrient accumulation and salinization risks. The natural succession system （natural C. korshinskii shrubland） demonstrated superior nutrient cycling efficiency and stress resistance， exemplified by higher nitrogen and phosphorus use efficiency and better adaptation to salinization， compared to the artificially restored areas.

Key words: semi fixed sand dunes, windward slope, soil nutrients, vegetation succession

中图分类号:

Q948

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图/表 9

表1 不同恢复年限沙丘迎风坡的植物群落基本特征

Table 1 Basic characteristics of plant communities on the windward slope with different restoration years

恢复年限 /a	植被总盖度/%	物种	平均高度/cm	平均冠幅/cm	平均基径/mm	密度/（株/100m²）	样地内草本物种
5	29	柠条	82.00	50.89	9.73	136	虫实
		花棒	98.22	57.83	11.56	20
		沙拐枣	113.84	131.47	10.52	12
10	32	柠条	186.50	150.08	22.10	68	虫实、沙米
		花棒	232.44	150.72	24.99	12
		沙拐枣	184.66	255.30	36.29	30
15	38	柠条	219.66	238.65	34.56	43	虫实、雾冰藜
		花棒	154.76	236.28	17.51	14
		沙拐枣	122.09	130.24	10.13	12
20	45	柠条	183.22	254.94	22.98	29	虫实、雾冰藜、沙生针茅、刺沙蓬、稗草
		花棒	176.07	195.32	23.53	17
		沙拐枣	142.89	202.51	17.88	25
30	41	柠条	184.03	303.78	27.77	20	虫实、刺蓬、短花针茅、沙鞭
		花棒	260.27	299.13	51.98	20
		沙拐枣	134.09	192.96	15.52	28
天然柠条灌木林	56	柠条	182.01	362.07	28.14	12	角蒿、雾冰藜、狗尾草、拐轴鸦葱、沙茴香、茵陈蒿、短花针茅、狗娃花
天然柠条灌木林	56	油蒿	68.53	111.06	15.77	16	角蒿、雾冰藜、狗尾草、拐轴鸦葱、沙茴香、茵陈蒿、短花针茅、狗娃花

表2 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm深度土壤性质

Table 2 Soil traits at depths of 0-100 cm on the windward slope of sand dunes with different restoration years

恢复年限/a	TP/（mg·kg^-1）	TN/（mg·kg^-1）	TC/%	pH	电导率EC
5	59.84±8.49^d	572.68±112.59^b	0.57±0.02^a	7.49±0.02^e	38.63±3.52^cd
10	88.30±18.75^cd	655.07±233.39^b	0.55±0.02^a	7.74±0.05^d	29.91±2.78^d
15	204.19±23.09^b	482.73±139.62^b	0.41±0.01^abc	7.96±0.03^c	36.10±5.66^cd
20	412.38±17.55^a	359.72±64.76^b	0.49±0.02^bc	7.59±0.02^e	46.78±1.25^bc
30	122.04±13.10^c	662.98±216.05^b	0.46±0.04^bc	8.57±0.04^a	54.45±2.96^b
天然柠条灌木林	85.61±12.23^cd	1 787.58±382.98^a	0.37±0.07^c	8.10±0.05^b	86.07±7.87^a

图1 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm土层土壤pH值注：不同字母表示不同恢复年限间差异显著，P<0.05

Fig.1 Soil pH value of 0-100 cm soil layer on windward slope with different restoration years of sand fixation

图2 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm土层土壤电导率注：不同字母表示不同恢复年限间差异显著，P<0.05

Fig.2 Soil conductivity of 0-100 cm soil layer on windward slope with different restoration years of sand fixation

图3 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm土层土壤全磷含量注：不同字母表示不同恢复年限间差异显著，P<0.05

Fig.3 Soil total phosphorus content in 0-100 cm soil layer on windward slope with different restoration years of sand fixation

图4 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm土层土壤全氮含量注：不同字母表示不同恢复年限间差异显著，P<0.05

Fig.4 Soil total nitrogen content in 0-100 cm soil layer on windward slope with different restoration years of sand fixation

图5 不同恢复年限沙丘迎风坡0~100 cm土层土壤全碳含量注：不同字母表示不同恢复年限间差异显著，P<0.05

Fig.5 Soil total carbon content in 0-100 cm soil layer on windward slope with different restoration years of sand fixation

表3 土壤养分双因素方差分析

Table 3 Two-way analysis of variance of soil nutrients

	TP	TN	TC	pH	EC
恢复年限	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001
土层	0.275	<0.001	<0.001	0.090	<0.001
恢复年限×土层	0.920	<0.001	<0.001	0.702	<0.001

图6 植被盖度与土壤养分之间的相关性分析注：*P<0.05，**P<0.01

Fig.6 Correlation analysis between vegetation coverage and soil nutrients

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