柽柳是柽柳科(Tamaricaceae)柽柳属(Tamarix Linn.)多年生灌木或小乔木，广泛分布在我国内陆盐碱地与北方滨海湿地。柽柳具有涵养土壤水分、降低土壤盐分的作用，能够有效改善盐碱地生态环境^[1]。在滨海地区，柽柳是重要的抵抗海岸带侵蚀的植物，对维持滨海湿地生态系统稳定具有重要作用^[2]。黄河三角洲是中国沿海柽柳的集中分布区，解放初期天然柽柳灌丛达5.3万hm²，至21世纪初减少到8 126 hm²，柽柳群落景观面临严重威胁^[3-4]。因此，保护和恢复柽柳群落对黄河三角洲生态保护与湿地生态修复具有重要意义。

黄河三角洲位于海陆交汇地带，地形平缓，海水入侵频繁，地下水埋深普遍较浅(平均约为1.14 m)，且矿化度高。在季风气候控制下，区域内季节性蒸发强烈，土壤水盐垂直运动剧烈，导致土壤盐渍化问题严重^[5]。此外，黄河三角洲水文地质条件复杂，地下水埋深与矿化度空间差异大，土壤水盐空间分布不均，形成了独特的植被群落空间分布格局^[6-7]。黄河三角洲柽柳群落分布主要受土壤盐分的影响，柽柳多分布于高盐分、低水位的地区^[8]。而柽柳作为黄河三角洲优势盐生植物，耐盐能力强，在适应高盐环境过程中也对土壤水盐分布及变化产生影响。研究表明，种植柽柳能够涵养土壤水分，增强土壤盐分淋洗，进而有效改良盐渍土^[9]。同时，柽柳能够产生一定的环境效应，促进自身生长。张天举等^[10]研究发现，黄河三角洲柽柳灌丛下的土壤盐分低于灌丛间，易形成“盐谷”效应。张立华等^[11]基于土壤空间异质性研究表明，距柽柳植株越近，土壤盐分越高，发现柽柳对土壤盐分的富集效应，且不同离子富集程度不同。此外，还有研究指出，黄河三角洲柽柳土壤水盐变化与地下水状况相关。当地下水埋深小于0.6 m时，地下水通过毛管上升作用补给浅层土壤，并在蒸发作用下发生积盐^[12]。同时，在区域气候干旱背景下，次生盐渍化加剧也是柽柳死亡和群落退化的重要原因^[13]。可见，黄河三角洲柽柳群落生长退化与土壤水盐的关联极为密切^[14]。

综上，柽柳作为黄河三角洲优势建群种，是实施“南红北柳”湿地修复工程的重要树种，对改善滨海湿地生态环境和维持海岸带稳定的作用不可替代。因此，本文针对黄河三角洲柽柳群落退化问题，对比分析两处不同长势的天然柽柳林土壤水盐分布与变化特征，并进一步探讨其影响因素，以期为黄河三角洲柽柳群落恢复及湿地生态修复提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

黄河三角洲地区属暖温带季风气候半湿润区，雨热同期。当地多年平均气温13℃，多年平均降水量560 mm，65% 分布在夏季；年均蒸散量750 ~ 2 400 mm，蒸降比约4∶1。在黄河三角洲天然柽柳分布区选取2处试验样地，分别位于孤东油田(37.88°N，119.02°E，简称N₁)与黄河三角洲自然保护区(37.76°N，119.16°E，简称N₂)(图 1)。

于两处柽柳样地进行样方(10 m×10 m)调查发现，N₁样地柽柳植株密度、林龄相对N₂样地更大，N₂样地柽柳株高、冠幅更大，N₁样地长势相对更好(表 1)。与柽柳伴生草本植物中，N₁样地有盐地碱蓬(Suaeda salsa)、芦苇(Phragmites australis)、狗牙根(Cynodon dactylon)；N₂样地除分布有盐地碱蓬、芦苇外，还有二色补血草(Limonium bicolor)、鹅绒藤(Cynanchum chinense)。

在野外调查和采样时发现，两处样地的地下水状况、土壤物理性质均有较大差异。地下水埋深与矿化度季节变化如图 2所示。两地地下水埋深浅，平均埋深N₁ < N₂，季节性波动大，N₁样地最大变幅约1 m，N₂样地最大变幅近2 m。N₁样地地下水矿化度低于N₂样地，分别为20.40 ~ 36.66、33.73 ~ 40.69 g/L，均属于咸水。两处样地土壤机械组成、容重与饱和导水率如图 3所示。根据美国农业部土壤质地分类，两地土壤质地均为粉质壤土，粉粒含量达到70% 以上，砂粒含量次之，黏粒含量最低(图 3A、3B)。N₁、N₂样地土壤饱和导水率随土壤深度变化呈相似的变化趋势，其中N₁样地土壤表面有结皮存在，饱和导水率在0.01 ~ 0.13 mm/min，N₂样地相对N₁样地导水率较高，在0.05 ~ 0.20 mm/min(图 3C)。图 3D呈现了两地土壤容重随土壤深度的变化情况，N₁样地容重在0 ~ 10 cm深度范围内最大，随深度增加逐渐减小，至110 cm后略有增大，整体在1.27 ~ 1.54 g/cm³范围内波动。N₂样地容重在1.23 ~ 1.39 g/cm³范围内变动，随深度增加略有增大趋势，在70 cm和110 cm深度处出现最大值。

1.2 研究方法

为获得N₁、N₂两地的基础土壤物理性质，用环刀法测定不同深度土壤容重，用激光粒度仪(Mastersize 3000)法测定土壤粒径分布，用环刀定水头法测得饱和导水率。

在柽柳样地采集土壤水盐样品时，每次在两处样地各选择一株柽柳，对每株柽柳只采集一次土样，避免对柽柳根系损害过度而影响其正常生长。采样时间为2020年8—10月(其中8月代表雨季，10月代表旱季)与2021年3—5月(旱季)和7—8月(雨季)。在不同月份采集的土壤样品既能反映土壤水盐季节变化，又能作为试验重复，增强研究结果的可靠性。采样时，选择一株周围无其他植物生长的柽柳，避免其他植物对土壤水盐的影响。在距柽柳植株10、30、50、70、90 cm共5个水平距离处，用土钻采集0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 30、30 ~ 50、50 ~ 70、70 ~ 90、90 ~ 110、110 cm直至土壤水分达到饱和深度的土样。同时测量地下水埋深，采集地下水样品。

采用烘干法(105℃、12 h)测定土壤质量含水率(θ_m)。用于盐分测定的土样在室内自然风干后过2 mm筛，制备水土质量比为5∶1的浸提液，利用离子色谱仪(Thermo Fisher ICS-2100)测定各离子含量，并将离子含量总和相加作为土壤总盐分含量。

1.3 数据处理

根据土壤质量含水率(θ_m)、土壤容重(ρ_b)和水的密度计算土壤体积含水率(θ_V)。

计算公式为：

$ {\theta _V} = {\theta _m} \cdot \frac{{{\rho _b}}}{{{\rho _w}}} $

(1)

式中：θ_V、θ_m分别是土壤体积含水率、土壤质量含水率；ρ_b、ρ_w分别是土壤容重、水的密度。

由于黄河三角洲土壤盐分表聚性强，30 cm深度以下土壤盐分相对稳定，而且柽柳植物根系主要分布在0 ~ 30 cm深度土层，该范围内土壤水盐变化对柽柳生长有直接影响。因此，本文计算浅层(0 ~ 30 cm)土壤平均盐分(S，g/kg)，并据此分析柽柳土壤盐分分布和变化。

计算公式为：

$ \overline S = {w_{10}} \cdot {s_{10}} + {w_{20}} \cdot {s_{20}} + {w_{30}} \cdot {s_{30}} $

(2)

式中：w₁₀、w₂₀、w₃₀分别是与0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 30 cm土层的容重(g/cm³)和土层厚度(cm)相关的权重系数；s₁₀、s₂₀、s₃₀分别为0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 30 cm深度土样的含盐量(g/kg)。

本研究借鉴陈永金等^[15]在黄河三角洲湿地柽柳“肥谷/岛”研究中采用“养分富集率”衡量柽柳灌丛的养分富集程度的方法定义了新指标——“盐分富集率”：首先，将距柽柳植株水平距离0 ~ 30 cm的区域作为“内围区”，距离30 ~ 90 cm的区域作为“外围区”，0 ~ 30 cm深度范围内、外围区土壤平均盐分比值即为“盐分富集率(E)”，以此量化柽柳植株周围土壤盐分的富集程度。

计算公式为：

$ E=\frac{{\overline{S}}_{内围区}}{{\overline{S}}_{外围区}}=\frac{{\overline{S}}_{10}\cdot {r}_{10}+{\overline{S}}_{30}\cdot {r}_{30}}{{\overline{S}}_{50}\cdot {r}_{50}+{\overline{S}}_{70}\cdot {r}_{70}+{\overline{S}}_{90}\cdot {r}_{90}} $

(3)

式中：$ {\overline{S}}_{内围区} $、$ {\overline{S}}_{外围区} $分别是内、外围区0 ~ 30 cm深度范围内的平均土壤盐分(g/kg)；$ {\overline S _{10}} $、$ {\overline S _{30}} $，$ {\overline S _{50}} $、$ {\overline S _{70}} $、$ {\overline S _{90}} $分别是0 ~ 10、10 ~ 30、30 ~ 50、50 ~ 70、70 ~ 90 cm水平距离下0 ~ 30 cm深度范围内土层的平均盐分(g/kg)；$ {r_{10}} $、$ {r_{30}} $为“内围区” 0 ~ 10、10 ~ 30 cm水平距离内与取样单元面积相关的权重系数，$ {r_{50}} $、$ {r_{70}} $、$ {r_{90}} $为“外围区”30 ~ 50、50 ~ 70、70 ~ 90 cm水平距离内与取样单元面积相关的权重系数。盐分富集率E > 1，表明土壤盐分呈“盐岛”分布特征，值越大“盐岛”效应越强；盐分富集率E < 1，表明土壤盐分呈“盐谷”分布特征，值越小“盐谷”效应越强。

2 结果与分析

本研究所采集的土壤水盐样品涵盖了2020年雨季和2021年旱季及雨季，综合考虑数据的完整性和代表性，仅对比不同季节两处样地土壤水盐的分布与变化，因此下文以典型雨季和旱季月份的结果作为代表进行阐述。

2.1 柽柳样地土壤水分时空变化特征

两地土壤体积含水率(θ_V)变化如图 4所示，一方面，两地含水率整体均随土壤深度增加而增大，N₁、N₂样地含水率分别在25% ~ 45%、20% ~ 50% 范围内波动，其中N₂样地的波动范围更大。在雨季，距柽柳植株水平距离为10 cm和30 cm的内围区土壤剖面θ_V较大，50 ~ 90 cm水平距离的外围区土壤剖面θ_V相对较小，而且N₂样地含水率较N₁样地高，随水平距离的变化幅度更明显。旱季两地土壤剖面θ_V随距柽柳植株水平距离的变化较雨季更小，其中N₂样地θ_V整体低于N₁样地，且0 ~ 20 cm土层θ_V呈快速递减趋势。

2.2 柽柳样地土壤盐分时空变化特征

两地0 ~ 30 cm土层平均盐分含量随距柽柳植株水平距离的变化如图 5所示，两地内、外围区土壤盐分在相同季节的总体变化趋势相同，但盐分富集率(E)不同。一方面，雨季两地内围区土壤盐分低于外围区，E < 1，土壤盐分均呈“盐谷”分布特征。旱季两地内围区土壤盐分高于外围区，E > 1，土壤盐分均呈“盐岛”分布特征。另一方面，N₁样地E极差为0.38，N₂样地为0.69，说明N₂样地土壤盐分分布季节性波动较强，E变动范围更大。其次，雨季N₁样地E平均为0.88，N₂样地为0.64，说明雨季N₂样地“盐谷”效应更强。而旱季N₁、N₂样地E平均分别为1.09、1.07，两地“盐岛”效应强度相近。

综合以上结果，土壤水盐含量及分布的时空变化在两处样地既表现出相似性又各具不同点。相似性为两地土壤θ_V垂直变化趋势相同，雨季内围区θ_v高于外围区，旱季则反之。土壤盐分分布随季节整体呈“盐谷/岛”特征。不同点表现在与N₁样地相比，N₂样地θ_V与E的变动范围更大，两地“盐谷/岛”效应强弱不同。

2.3 柽柳样地土壤Cl^–、Na⁺时空变化特征

黄河三角洲滨海盐渍土为氯化物型，土壤盐分主要为NaCl，本研究中Cl^–含量占阴离子组成达90.91%，Na⁺含量占阳离子组成达79.27%。因此本文以Cl^–、Na⁺测定结果为代表，分析两地土壤盐分离子的时空变化特征。

雨季时，两地土壤Cl^–、Na⁺含量及其分布格局如图 6A所示，N₁样地土壤Cl^–含量(6.75 ~ 23.50 g/kg)低于N₂样地(6.60 ~ 35.40 g/kg)，两地Na⁺含量较接近，分别为3.80 ~ 12.32、3.80 ~ 16.45 g/kg。在分布格局上，两地土壤Cl^–、Na⁺含量均随土壤深度增加而递减，且Cl^–变化更突出。此外，N₂样地内围区土壤Cl^–、Na⁺含量整体低于外围区，呈“左–右”空间分异，而N₁样地土壤Cl^–、Na⁺呈现“上–下”空间分异，这说明N₂样地土壤Cl^–、Na⁺在雨季发生的淋洗作用比较强烈，与图 5中雨季N₂样地盐分富集率更低(E = 0.43)，“盐谷”效应更强相对应。由图 6B可知，旱季两地土壤Cl^–、Na⁺含量及其分布格局较雨季存在差异。在含量上，N₁样地土壤Cl^–高于N₂样地，分别为4.20 ~ 41.70、9.00 ~ 28.80 g/kg；Na⁺含量仍较接近，分别为2.10 ~ 12.60、3.60 ~ 11.40 g/kg。同时，两地土壤Cl^–含量及其差值仍均高于Na⁺。在分布上，两地土壤Cl^–、Na⁺含量随土壤深度增加而递减，且均呈“上–下”空间分异，但两处样地也有所不同。N₁样地土壤Cl^–含量更高，在0 ~ 50 cm深度范围内有剧烈变化，N₂样地土壤Cl^–更集中分布在0 ~ 20 cm深度范围内，说明N₂样地土壤盐分表聚更显著，这是由于N₂样地土壤表面未形成盐结皮，旱季蒸发旺盛，水盐运动剧烈所导致的。

本研究中土壤Cl^–占总盐分组成超过60%，与土壤总盐分布的趋势更相近。表 2对比了旱季(2021年5月)相对前一雨季(2020年8月)土壤剖面Cl^–含量的变化，结果表明，N₁样地土壤Cl^–在旱季相对雨季明显增加，仅有个别采样深度Cl^–含量相对减少，距离植株较近的内围区平均增加了37.1%，外围区增加了10.9%。N₂样地内围区Cl^–含量在旱季也相对增加，且较N₁样地增加比例更大，平均为47.0%，再次说明N₂样地内围区雨季脱盐旱季积盐现象显著。而在N₂样地外围区，旱季Cl^–相对前一雨季基本全部呈减少趋势，平均减少24.5%。结合图 4中旱季N₂样地0 ~ 20 cm土层θ_V剧减现象推测，可能是由于根系吸水使根系周围离子随水分向内围区富集相关。

3 讨论 3.1 土壤水分影响因素

黄河三角洲地下水埋深较小，土壤水分分布与地下水埋深变化密切相关。本研究中两处柽柳样地深层土壤含水率(θ_V)均高于浅层，整体均随土壤深度增加而增大。已有研究表明，深层土壤水分易受浅层地下水毛管上升作用的补给，因此水分含量较高。而浅层土壤水分因超过地下水上升临界深度，难以被地下水补给^[12]。同时，浅层土壤在蒸发作用下水分更易散失，导致土壤水分含量减小。另外，浅层土壤含水率较低还与柽柳根系分布及水分利用有关。黄河三角洲柽柳灌丛呈聚集型分布，其根系大部分集中于0 ~ 60 cm土层，在0 ~ 30 cm土层中根系生物量约占70%^[16-17]。柽柳根系为避免厌氧环境和高盐胁迫而更倾向于吸收非饱和区低盐浓度水^[18]，在与本研究相关的柽柳根系试验中也发现两地柽柳细根(d < 2 mm)根长密度在浅层土壤中占比更大，在深层土壤中分布较少，而且由于深层土壤水分被高矿化度地下水补给后超出了柽柳根系的耐盐限度，因此柽柳对深层土壤水分吸收利用较少。

雨季时，两柽柳样地内围区土壤含水率均高于外围区，且N₂样地含水率整体高于N₁样地，而在旱季又整体低于N₁样地。原因是N₂样地柽柳冠幅更大，根据Thompson等^[19]发现的降雨入渗量与植株生物量呈正向相关关系，可知N₂样地柽柳内围区降雨入渗更多，因而雨季土壤含水率更大。不降雨时冠层遮阴抑制蒸发，减少土壤水分散失。这说明雨季柽柳在形成“盐谷”效应降低根区盐分胁迫时，其冠层遮荫也能增强土壤水分有效性，最终促进柽柳生长。旱季时，降水大大减少，N₂样地柽柳对土壤水分的消耗较N₁样地更多，致使土壤含水率整体低于N₁样地。进一步分析发现，N₂样地土壤θ_V变化还较N₁样地更复杂。N₂样地含水率在雨季随土壤深度与距柽柳植株距离的变化而波动较大，在旱季0 ~ 20 cm土层出现了剧减趋势。这与两地不同土壤表面性状所导致的土壤水分运移和再分配的差异相关。N₁样地土壤表面存在结皮，土壤结皮能够减少近地面土壤水热交换，影响土壤水分入渗和蒸发^[20-21]。N₁样地0 ~ 10 cm土层在结皮覆盖下饱和导水率仅为0.03 mm/min，无土壤结皮覆盖的导水率增加了1倍，为0.06 mm/min。而N₂样地不存在结皮，0 ~ 10 cm土层的导水率为0.09 mm/min，降雨时土壤水分更易发生入渗，蒸发时表层土壤水分也更易散失。除此之外，土壤水分运移和再分配还与土壤质地等其他土壤性质有关。本研究中，N₁样地土壤的砂粒含量整体低于N₂样地，限制了土壤中的大孔隙分布，进而使饱和导水率也低于N₂样地(图 3C)。

3.2 土壤盐分影响因素

本研究结果表明，柽柳土壤盐分分布随距柽柳植株水平距离和土壤深度变化具有时空异质性。随距柽柳植株距离的变化表现为：两地柽柳植株内围区土壤盐分在雨季均低于外围区，呈“盐谷”特征，至旱季则转呈“盐岛”特征。随土壤深度的变化表现为：两地土壤盐分均随土壤深度增加而递减，且浅层土壤盐分变化较大，深层相对稳定。旱季时，受蒸发的影响，N₁样地土壤Cl^–含量在0 ~ 50 cm深度范围内变化，而N₂样地土壤Cl^–在0 ~ 20 cm深度范围内变化，N₂样地土壤盐分表聚性更强。雨季时，两地“盐谷/岛”效应强度(盐分富集率E)呈现差异。其中，N₂样地柽柳植株地上部长势更好，冠幅大，能截留更多的降雨，对土壤盐分淋洗作用强。上述2.3节中N₂样地内围区土壤Cl^–、Na⁺含量整体低于外围区，呈“左–右”分异格局印证了这一点。李君等^[22]和许婕等^[23]研究也表明，柽柳多枝、半球状的树冠紧贴地表，降雨时通过截留降雨形成树干径流，加大对冠下土壤盐分的淋洗。而N₁样地柽柳生长状况较差，树冠相对较小，盐谷效应较弱。在不降雨时，柽柳冠层遮阴作用抑制土壤蒸发，减少内围区土壤积盐^[24]。值得注意的是，柽柳腾发对土壤水盐分布也具有重要作用，蒸腾耗水是根系吸收利用水分的综合体现，后续还应继续探索柽柳腾发量的局部变化对土壤水盐分布的影响。可见，柽柳冠层是影响柽柳土壤盐分分布的重要因素之一。柽柳冠层长势愈好，愈能促进土壤盐分淋洗和抑制土壤返盐，“盐谷”效应强，柽柳所面临的土壤水盐胁迫愈小，最终又促进柽柳生长。

盐生植物周围“盐谷/岛”效应及盐分离子分布与盐生植物的耐盐机理、生长状况等生物因素和离子特性、气候条件、土壤性质及水文地质条件等非生物因素有关。生物因素方面，柽柳属泌盐植物，枝叶中含有大量盐分，在自然条件下以凋落物的形式返回地表后就地分解，形成生物积盐，使冠下土壤盐分增大^[25-26]。李丛娟等^[27]在对梭梭的研究中发现，凋落物被树干径流冲刷至植株外围而发生积盐，内围区的盐分被淋洗，同时因得不到凋落物盐分的补充而形成低盐区。就根系而言，根系生物量的分配模式影响植物对土壤养分、盐分的吸收。黄河三角洲柽柳呈水平根型特征，在根际盐分富集作用下浅层土壤盐分增大，而根系分泌物释放的Ca²⁺替换Na⁺会促进盐分淋洗^[28-29]。非生物因素方面，地下水埋深及矿化度、气候条件(降雨、蒸发等)、离子特性及相互作用是影响土壤水盐运移的重要因子。本研究区夏季降雨集中，土壤盐分因淋洗作用呈降低趋势。地下水则主要通过毛管上升作用补给包气带土壤水分而影响土壤盐分^[30]。“盐谷/岛”现象及其强度变化说明黄河三角洲植被群落建成时对土壤水盐运移水平维度上的影响也是盐碱地水盐运移研究的重要方向。离子特性方面，柽柳植株周围形成“盐谷/岛”效应与土壤盐分离子组成和类型相关。本研究中，Cl^–含量最高，与土壤盐分总体分布趋势更相近。张立华等^[11]研究也发现，不同离子在土壤中的含量与迁移存在差异，柽柳对不同阳离子富集程度依次为K⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺，对不同阴离子富集程度依次为HCO₃^– > Cl^– > SO₄^2-。

综上，柽柳形成“盐谷/岛”效应是其适应高盐环境的重要策略。雨季“盐谷”效应效保证了根区土壤水分的有效性，促进柽柳生长；旱季“盐岛”效应则可抑制个体周围其他植物生长，减弱种间资源竞争。柽柳土壤水盐时空变化是生物和非生物因素共同影响的结果，后续应综合考虑植物腾发、根系穿插等作用对土壤水盐运移的影响，深入剖析黄河三角洲柽柳生境土壤水盐分布差异的原因，揭示“盐谷/岛”效应的发生机制及主控因子，进一步为黄河三角洲柽柳群落景观恢复与湿地生态修复提供科学指导。

4 结论

本研究针对黄河三角洲两处长势不同的天然柽柳样地的地下水状况、土壤性质、土壤水盐分布等开展研究，发现在柽柳植株尺度上的土壤水盐异质性——“盐谷/岛”效应是柽柳适应高盐环境的重要生存策略。

1) 黄河三角洲天然柽柳分布区地下水埋深浅，季节波动大，矿化度高，水质类型为咸水。长势较好的柽柳样地地下水埋深较浅，水位较低。

2) 土壤体积含水率(θ_V)均随土壤深度增加而增加，柽柳植株的内围区土壤含水率高于外围区。土壤性质差异造成两地土壤水分蒸发和入渗差异，进而导致土壤水分再分配态势不同。

3) 土壤盐分随土壤深度增加而降低，浅层土壤盐分表聚突出且空间分布不均，深层土壤盐分相对稳定。盐分组成以Cl^–、Na⁺为主，两地Cl^–分布格局与变化范围不同。

4) 土壤盐分富集率(E)随季节发生变化。雨季E < 1，土壤盐分均呈“盐谷”特征，旱季E > 1，土壤盐分均呈“盐岛”特征，而且长势较好的柽柳样地“盐谷”效应更强。