紅砂灌叢沙堆土壤粒度組成及養(yǎng)分積累特征

李小樂， 魏亞娟， 黨曉宏,2， 戴玉芝， 翟 波，遲 旭， 吳惠敏

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古杭錦荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017400；3.呼和浩特氣象站，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

灌叢可截獲風(fēng)沙流中凋落物及細(xì)顆粒，使其沉積于灌叢下方形成沙堆，是沙源、風(fēng)力、植被三者協(xié)同作用而形成的動(dòng)力平衡態(tài)［1］。在生物和非生物作用下，土壤資源向灌叢聚集的現(xiàn)象稱為“肥島效應(yīng)”［2］?！胺蕧u效應(yīng)”揭示了灌叢對(duì)土壤養(yǎng)分的保護(hù)和利用機(jī)制，對(duì)于加強(qiáng)干旱地區(qū)植物資源恢復(fù)和利用有重要意義。同時(shí)“肥島”效應(yīng)促進(jìn)灌叢發(fā)育進(jìn)而影響微地形地貌的沉積特征，沙堆沉積物中包含大量區(qū)域環(huán)境變化信息，可綜合反映沉積區(qū)動(dòng)力環(huán)境和物質(zhì)來源，是描述區(qū)域土壤風(fēng)蝕與土地退化狀況的重要參數(shù)指標(biāo)［3］。因此，灌叢沙堆的土壤沉積特征和養(yǎng)分積累特征近年來成為研究熱點(diǎn)。

沙堆的形成發(fā)育依附灌叢生長，灌叢死亡后沙堆也隨之退化消散［4］，不同植物種因其攔截能力、根系分泌、自身凋落物等方面差異導(dǎo)致沙堆土壤理化性質(zhì)出現(xiàn)差異［5］。另一方面，不同區(qū)域因其環(huán)境和沙源條件差異，最終在灌叢沙堆的沉積特征方面也產(chǎn)生較大不同［6］。前人研究發(fā)現(xiàn)了灌叢對(duì)干旱區(qū)生態(tài)微環(huán)境的防護(hù)作用以及沙堆對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性的指示作用，但將灌叢與沙堆視為一個(gè)有機(jī)整體，探討其與土壤風(fēng)蝕和荒漠化防治之間的耦合關(guān)系，測(cè)定沙堆指示作用的可靠度和靈敏度仍需要進(jìn)一步研究。

紅砂（Reaumuria soongorica）屬于超旱生小灌木，因其抗干旱、耐貧瘠的特點(diǎn)在環(huán)境惡劣的白音恩格爾自然保護(hù)區(qū)廣泛分布，并形成規(guī)模小、密度高的穩(wěn)定種群［7］。紅砂灌叢發(fā)揮著防風(fēng)固沙和改良土壤肥力的作用，并為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的恢復(fù)及區(qū)域水土保持提供保障［8-10］。因此，本文將紅砂灌叢與沙堆這一有機(jī)整體作為研究對(duì)象，探究風(fēng)蝕影響下紅砂灌叢對(duì)沙堆土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分的防護(hù)作用，以期揭示紅砂灌叢對(duì)沙堆土壤粒度組成及養(yǎng)分積累的影響規(guī)律，為荒漠生態(tài)治理提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處鄂爾多斯高原西北緣白音恩格爾自然保護(hù)區(qū)（107°02′～107°19′E；40°08′～40°23′N），屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫4.7～7.0 ℃，年降水量144～340 mm，且主要集中在6—8 月。研究區(qū)光能資源豐富，年均日照時(shí)長3129.5 h，年潛在蒸發(fā)量2278.7～3274.7 mm。風(fēng)向以偏西北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速3.2 m·s-1，最大風(fēng)速可達(dá)24.2 m·s-1。研究區(qū)處于丘陵和平原交界處，西南方向地形屬低山丘陵，地勢(shì)起伏較小，東北方向?yàn)檩^平坦的平原地貌。土壤類型主要為灰漠土和風(fēng)沙土，表現(xiàn)為土壤水分少、養(yǎng)分貧瘠，礦質(zhì)部分以細(xì)砂為主。研究區(qū)域優(yōu)勢(shì)種為紅砂（圖1），植被覆蓋度40%～60%，伴生少量貓頭刺（Oxytropis aciphylla）和沙蒿（Artemisia desertorum）。植物所需水分多來自天然降水，地下水埋深大于15 m［11］。

圖1 白音恩格爾自然保護(hù)區(qū)紅砂灌叢沙堆Fig.1 Nebkhas of Reaumuria soongorica in Baiyinengle Nature Reserve

2 研究方法

2.1 樣品采集

于2021 年4月上旬進(jìn)行試驗(yàn)，選擇地勢(shì)平坦處設(shè)置50 m×50 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，以東西方向?yàn)閄軸，南北方向?yàn)閅軸，沿西南角至東北角的對(duì)角線，等距離劃分3 個(gè)10 m×10 m 的小樣方，用卷尺對(duì)小樣方內(nèi)全部紅砂灌叢短軸（Wg）、長軸（Lg）、株高（Hg）及沙堆的短軸（Wd）、長軸（Ld）、高度（Hd）測(cè)量，計(jì)算灌叢冠幅（C）、沙堆底面積（Sd）和沙堆體積（Vd）（表1）。計(jì)算公式如下：

表1 樣本灌叢及沙堆基本情況Tab.1 Basic condition of sample scrub and nebkhas

因紅砂灌叢沙堆呈橢圓形［12］，計(jì)算公式如下：

每個(gè)小樣方內(nèi)選取3叢發(fā)育良好且具有代表性的紅砂灌叢，在灌叢沙堆迎風(fēng)側(cè)、背風(fēng)側(cè)和灌叢間空地的位置，用內(nèi)徑5 cm 的土鉆對(duì)0～15 cm 土層土壤樣品進(jìn)行采集，每5 cm 為一層，分為0～5 cm，5～10 cm 和10～15 cm。將3 個(gè)小樣方相同土層土壤進(jìn)行混勻后分成3 份，為3 次重復(fù)處理，共27 份，用于土壤粒度組成和土壤養(yǎng)分測(cè)定。

2.2 樣品測(cè)定

采集的土壤樣品置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干。去除土壤中雜質(zhì)后過2 mm 篩用以土壤養(yǎng)分及土壤粒度組成測(cè)定，再過0.149 mm 篩用以土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定。有機(jī)質(zhì)（SOM）選擇硫酸消煮-重鉻酸鉀外加熱法；堿解氮（AN）選擇NaOH 堿解擴(kuò)散法；速效磷（AP）選擇NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀（AK）選擇醋酸銨浸提-原子吸收分光光度計(jì)法。取10 g土樣加至50 mL玻璃燒杯內(nèi)，加入45 mL蒸餾水浸沒土樣后加入1～2滴30%H2O2，靜置24 h，用以去除土樣中有機(jī)質(zhì)。待燒杯內(nèi)無氣泡產(chǎn)生用電熱板加熱樣品來將剩余H2O2完全揮發(fā)。待溶液冷卻后加水、再加1～2 mL10%HCl溶液，用以溶解溶液內(nèi)碳酸鹽類物質(zhì)，靜置24 h 后用滴管取上層清液。用MIKPH173 型pH 計(jì)來測(cè)樣品pH，并加入蒸餾水稀釋至中性。利用Analysette 22 Micro Tec Plues 型號(hào)激光粒度儀對(duì)土壤粒度組成測(cè)定。

2.3 土壤粒度累積體積頻率分布平均距離

平均距離d可反映不同土樣的質(zhì)量差異狀況，為土壤粗化提供依據(jù)。其公式為：

式中：P為某一樣地土壤粒度累積頻率；Pˉ為樣地土壤粒度累積頻率平均值；K-1為自由度，K=3。

2.4 土壤粒度參數(shù)模型

土壤粒度組成依據(jù)美國制土壤粒度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［13］，即極粗砂（1000～2000 μm）、粗砂（500～1000 μm）、中砂（250～500 μm）、細(xì)砂（100～250 μm）、極細(xì)砂（50～100 μm）、粉粒（2～50 μm）、黏粒（＜2 μm），手動(dòng)篩選出土壤顆粒累積體積分?jǐn)?shù)為5%、10%、16%、25%、50%、75%、84%、90%、95%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑用以后期參數(shù)計(jì)算。依據(jù)Udden-Wenworth［14］粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)。

依據(jù)Folk-Ward［15］圖解法計(jì)算粒度參數(shù)：平均粒徑（d0）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（δ）、偏度（SK）、峰態(tài)（Kg）。

依據(jù)Tyler 和Wheatcraft［16］的方法，粒徑體積分布表征土壤分形模型來計(jì)算分形維數(shù)。

式中：Ri表示測(cè)量土壤粒徑；Rmax為最大粒級(jí)粒徑；V（r＜Ri）為小于測(cè)量粒徑的土壤體積；VT為土壤各粒級(jí)體積的總和；D表示土壤分形維數(shù)。計(jì)算不同粒徑（Ri）的體積比對(duì)數(shù)和粒徑比對(duì)數(shù)，以粒徑比對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，體積比對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性擬合求出斜率K，分形維數(shù)D=3-K。

2.5 土壤養(yǎng)分積累特征計(jì)算

采用相對(duì)作用強(qiáng)度（Relative Interaction Intense,RII）［17］表示沙堆土壤養(yǎng)分富集情況。

式中：Xn和Xi分別表示灌叢沙堆內(nèi)外土壤養(yǎng)分含量值。當(dāng)RII＞0時(shí)，表示灌叢對(duì)該養(yǎng)分含量形成富集，形成“肥島效應(yīng)”；當(dāng)RII＜0時(shí)，表示灌叢對(duì)該養(yǎng)分含量有降低效應(yīng)，未形成“肥島效應(yīng)”。RII距離0值越遠(yuǎn)表示效應(yīng)影響越強(qiáng)。

2.6 數(shù)據(jù)處理及分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期整理，用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)各土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，數(shù)據(jù)表達(dá)形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。運(yùn)用Origin 2018進(jìn)行繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅砂灌叢沙堆土壤粒度組成

由表2 可知，各土層深度土壤粒度組成均以砂粒為主，由高到低為：迎風(fēng)側(cè)（各層均值為95.15%）＞丘間空地（93.36%）＞背風(fēng)側(cè)（93.31%）。對(duì)砂粒深度分析，除丘間空地0～10 cm 土層以粗砂（35.30%）為主，其他均以細(xì)砂為主。在各粒級(jí)百分含量方面，背風(fēng)側(cè)土壤極細(xì)砂（12.29%）和細(xì)砂（65.31%）含量最高（P＜0.05），丘間空地的極細(xì)砂（8.53%）和細(xì)砂（36.34%）含量最低（P＜0.05）；迎風(fēng)側(cè)中砂（20.62%）含量最高（P＜0.05），背風(fēng)側(cè)中砂（9.00%）含量最低（P＜0.05）；丘間空地粗砂（27.45%）和極粗砂（8.15%）含量最高（P＜0.05），背風(fēng)側(cè)粗砂（5.15%）和極粗砂（1.55%）含量最少（P＜0.05）；黏粒和粉粒含量百分比最低，均不超過7%，且差異性各異。0～10 cm土層各粒級(jí)間含量差異較大，10～15 cm土層各粒級(jí)間含量差異較小。

表2 不同土層土壤粒度組成Tab.2 Composition of soil particles on different layers/%

3.2 紅砂灌叢沙堆土壤粒度參數(shù)特征

由表3 可知，灌叢沙堆與丘間空地各土層d0范圍處于1.45 Φ～3.08 Φ之間，且彼此存在顯著差異（P＜0.05）。d0由低到高為：丘間空地（1.90 Φ）＜迎風(fēng)側(cè)（2.30 Φ）＜背風(fēng)側(cè)（2.79 Φ）。背風(fēng)側(cè)各土層細(xì)砂含量均高于迎風(fēng)側(cè)；而丘間空地主要粒度組成成分除細(xì)砂外，還有大量粗砂存在，其中細(xì)砂含量與土層深度呈負(fù)相關(guān)，粗砂規(guī)律相反。灌叢沙堆及丘間空地各土層δ范圍處于0.86～2.05 之間，灌叢沙堆和丘間空地存在顯著差異（P＜0.05）。δ由高到低為：丘間空地（1.52）＜迎風(fēng)側(cè)（1.11）＜背風(fēng)側(cè)（1.00），分別屬于分選性較差、分選性較差、分選性中等。結(jié)合表2深度分析，灌叢沙堆背風(fēng)側(cè)土壤粒度組成相對(duì)集中，主要由大量細(xì)砂加極細(xì)砂組成；而迎風(fēng)側(cè)和丘間空地粒度組成相對(duì)分散，迎風(fēng)側(cè)除細(xì)砂和極細(xì)砂外還包含大量中砂和粗砂；丘間空地包含一定量極粗砂。SK范圍處于-0.42～0.11 之間。背風(fēng)側(cè)0～5 cm 土層和丘間空地0～10 cm 土層SK范圍在-0.26～-0.42 之間，屬于負(fù)偏；其他土壤粒度組成SK為-0.1～0.1之間，屬于對(duì)稱。Kg范圍處于0.72～1.76之間，Kg由低到高為：丘間空地（1.05）＜迎風(fēng)側(cè)（1.22）＜背風(fēng)側(cè)（1.69），分別屬于寬平、尖窄及很尖窄。D范圍處于2.37～2.94 之間。D由大到小為：背風(fēng)側(cè)（2.88）＞迎風(fēng)側(cè)（2.73）＞丘間空地（2.61）。

表3 不同土層土壤粒度參數(shù)Tab.3 Soil particle parameters on different layers

3.3 紅砂灌叢沙堆土壤顆粒頻率分布

土壤顆粒頻率分布曲線可表征土壤粒徑分布情況。由圖2 可知，各土層土壤粒度體積百分含量曲線均為雙峰曲線，波峰于100 μm 和900 μm 處，100 μm處陡峻程度由高至低為：背風(fēng)側(cè)＞迎風(fēng)側(cè)＞丘間空地，900 μm處陡峻程度則相反。土壤累積體積分布曲線均表現(xiàn)為前期平緩，100 μm 后趨于陡峻。0～10 cm 土層，灌叢沙堆土壤累積體積分布曲線表現(xiàn)出近似“S”形的曲線，且背風(fēng)側(cè)曲線更陡峻；而丘間空地表現(xiàn)為波浪形，2 次起伏分別出現(xiàn)于100 μm和900 μm 附近。10～15 cm 土層3 條曲線基本重合。土壤粒度累積頻率間平均距離曲線隨土層深度增加趨于平緩，于100～250 μm 間達(dá)峰值，可認(rèn)為該區(qū)間是研究區(qū)易風(fēng)蝕顆粒范圍。

圖2 不同土層土壤顆粒頻率分布曲線Fig.2 Particle size distribution curves on different layers

3.4 紅砂灌叢沙堆土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性

灌叢沙堆土壤SOM、AN、AP 及AK 含量顯著高于丘間空地（P＜0.05）（圖3）。SOM 含量由高到低為：背風(fēng)側(cè)（2.25 g·kg-1）＞迎風(fēng)側(cè)（2.07 g·kg-1）＞丘間空地（1.60 g·kg-1）；AN 含量為：背風(fēng)側(cè)（115.97 mg·kg-1）＞迎風(fēng)側(cè)（98.34 mg·kg-1）＞丘間空地（75.24 mg·kg-1）；AP 含量為：背風(fēng)側(cè)（62.33 mg·kg-1）＞迎風(fēng)側(cè)（55.76 mg·kg-1）＞丘間空地（20.79 mg·kg-1）；AK含量為：迎風(fēng)側(cè)（18.27 mg·kg-1）＞背風(fēng)側(cè)（16.53 mg·kg-1）＞丘間空地（12.77 mg·kg-1）。

圖3 不同土層土壤養(yǎng)分含量Fig.3 Soil nutrient contents on different layers

灌叢沙堆土壤AP 和AK 未因土層深度而表現(xiàn)出顯著差異，背風(fēng)側(cè)的SOM 和AN 含量則與土層深度呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。背風(fēng)側(cè)0～5 cm 土層SOM 含量分別較5～10 cm 和10～15 cm 土層增加17.86%和41.18%；5～10 cm土層背風(fēng)側(cè)AN含量分別較迎風(fēng)側(cè)和丘間空地增加65.97%和95.23%（P＜0.05）；10～15 cm 土層分別增加11.71%和73.14%（P＜0.05）。丘間空地AP 和AK 含量與土層深度呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05），0～5 cm 土層AP 分別較5～10 cm 和10～15 cm 增加414.91%和333.93%；AK分別增加11.82%和24.47%。

3.5 紅砂灌叢沙堆土壤養(yǎng)分積累特征

紅砂灌叢對(duì)土壤養(yǎng)分積累有明顯的正效應(yīng)（圖4），且背風(fēng)側(cè)累積效果更好。灌叢沙堆背風(fēng)側(cè)SOM、AN、AP 和AK 的RII＞0，說明背風(fēng)側(cè)各養(yǎng)分指標(biāo)均出現(xiàn)養(yǎng)分富集現(xiàn)象。迎風(fēng)側(cè)AN 各土層以及AK 的5～15 cm 土層養(yǎng)分積累特征表現(xiàn)為RII＜0，未形成養(yǎng)分的富集，其他均表現(xiàn)為養(yǎng)分富集。

圖4 紅砂灌叢對(duì)不同土層沙堆土壤養(yǎng)分的影響Fig.4 Effects of Reaumuria soongorica on soil nutrients in sand pile of different soil layers

4 討論

灌叢沙堆的形成受沙源、植被類型、風(fēng)力等多方面因素影響［18］，如白刺（Nitraria tangutorum）等匍匐生長、分枝多的灌叢更易形成橢圓或盾形沙堆，而油蒿（Artemisia ordosica）等垂向生長、分枝少的灌叢更易圓錐形沙堆［19］。研究區(qū)位于干旱、半干旱荒漠過渡帶，氣候干旱、地表含水量低、風(fēng)速大、沙源豐富，丘間空地d0為1.9 Φ，被起沙風(fēng)吹起后主要以懸移或躍移的形式移動(dòng)，紅砂灌叢匍匐生長，株高均值僅為0.16 m，灌叢低矮的形態(tài)致使攔截風(fēng)沙流后沙堆向水平尺度發(fā)育，而隨灌叢生長沙堆垂直方向也不斷增加，最終紅砂灌叢形成橢圓形沙堆。

4.1 紅砂灌叢沙堆土壤粒度組成

本研究中，研究區(qū)灌叢冠幅內(nèi)外土壤粒度組成均以砂粒為主，灌叢沙堆迎風(fēng)側(cè)、背風(fēng)側(cè)和丘間空地的土壤粒度組成依次變細(xì)。該結(jié)論與苑依笑等［20］結(jié)論一致。風(fēng)蝕主要表現(xiàn)為土壤易蝕性高的細(xì)粒物質(zhì)被吹走，土壤質(zhì)地粗化［21］。研究區(qū)風(fēng)能資源極其豐富，吹蝕未受灌叢保護(hù)的丘間空地后形成含有細(xì)粒物質(zhì)的風(fēng)沙流，而風(fēng)蝕過程中，隨顆粒粒徑逐漸增大，啟動(dòng)風(fēng)速變化表現(xiàn)為先增大后減小，因此大量100～250 μm 的丘間空地土壤顆粒隨風(fēng)沙流被吹起［22］，其土壤結(jié)構(gòu)變得松散，逐漸趨于沙質(zhì)化。紅砂灌叢的生長增加了地表粗糙程度，風(fēng)沙流受到灌叢阻攔后風(fēng)速降低，對(duì)沙堆土壤結(jié)構(gòu)的吹蝕作用減弱。同時(shí)，由于受紅砂灌叢阻擋后風(fēng)沙流不再飽和，其中的細(xì)沙物質(zhì)沉積于灌叢下方，增加了灌叢沙堆土壤細(xì)顆粒含量。

風(fēng)蝕主要發(fā)生在沙堆的迎風(fēng)側(cè)，背風(fēng)側(cè)為主要的沉積區(qū)［23］。這是由于風(fēng)沙流吹蝕灌叢沙堆迎風(fēng)側(cè)過程中，風(fēng)速沿迎風(fēng)側(cè)上爬動(dòng)能逐漸減小，粗顆粒受自身重力影響，在此沉積；風(fēng)沙流遇坡頂灌叢后風(fēng)速降至最低，大量細(xì)粒物質(zhì)沉積于坡頂或繼續(xù)搬運(yùn)至背風(fēng)側(cè)；氣流在背風(fēng)側(cè)形成回旋流，風(fēng)沙流風(fēng)速再次減弱，輸沙率下降，部分細(xì)粒物質(zhì)沉積于背風(fēng)側(cè)，導(dǎo)致背風(fēng)側(cè)顆粒較細(xì)。該結(jié)論與前人對(duì)油蒿［24］研究結(jié)果較為一致，說明不同種植物雖形態(tài)特征與生長方式存在差異，但攔截風(fēng)沙流改變其運(yùn)移機(jī)制的規(guī)律基本相同。灌叢沙堆背風(fēng)側(cè)、迎風(fēng)側(cè)和丘間空地分選性依次降低，說明紅砂灌叢對(duì)沉積物的重新分選作用。背風(fēng)側(cè)分選性優(yōu)于迎風(fēng)側(cè)說明氣流影響下的不同部位所受風(fēng)力侵蝕和沉積作用存在差異，最終影響分選性。峰度與偏度規(guī)律變化與分選性相似，也表明了沉積物在不同部位遭遇氣流存在差異性，反映了灌叢沙堆表面風(fēng)沙流侵蝕變化規(guī)律［25］。紅砂灌叢以覆蓋地表、分解風(fēng)力等形式改變地表流場，降低風(fēng)蝕對(duì)土壤結(jié)構(gòu)破壞作用，同時(shí)固定流沙，避免其形成新的沙源［26-27］。研究區(qū)風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，受其影響嚴(yán)重的表層土壤沙物質(zhì)頻繁交換，而深層土壤受風(fēng)沙活動(dòng)影響較小。因此0～10 cm 土層3 條土壤顆粒頻率分布曲線差異較大，而10～15 cm土層幾乎重合，土壤粒度累積頻率間平均距離曲線也隨土層深度增加而趨于平緩。

4.2 紅砂灌叢土壤養(yǎng)分積累特征

灌叢的生長會(huì)改變區(qū)域土壤資源空間分布，在對(duì)流動(dòng)沙地的恢復(fù)治理中可利用這一原理，將養(yǎng)分聚集于灌叢下方，促進(jìn)灌叢生長發(fā)育進(jìn)而達(dá)到固定流沙的目的［28］。土壤養(yǎng)分集中于細(xì)顆粒內(nèi)［29］，風(fēng)蝕致使未受保護(hù)的丘間空地細(xì)顆粒被吹蝕搬運(yùn)，導(dǎo)致養(yǎng)分流失［30］，而灌叢的攔截作用促使地表顆粒物再分配，細(xì)顆粒及凋落物沉積于灌叢下方增加了沙堆土壤養(yǎng)分；灌叢覆蓋可避免陽光直射和地表高溫，為其自身及其他生物的生存提供更優(yōu)質(zhì)的微環(huán)境，因此促進(jìn)了灌叢自身生長并增加沙堆內(nèi)部生物多樣性，進(jìn)而隨灌叢生長發(fā)育而產(chǎn)生的大量凋落物及沙堆內(nèi)部生物的排泄物被微生物分解后提高了沙堆土壤的養(yǎng)分含量［31］。本研究中，沙堆土壤養(yǎng)分含量增加，RII＞0，形成“肥島”效應(yīng)，與羅維成等［32］結(jié)論一致，但背風(fēng)側(cè)養(yǎng)分積累效果優(yōu)于迎風(fēng)側(cè)。該結(jié)果與研究區(qū)頻繁的風(fēng)沙活動(dòng)有關(guān)，灌叢沙堆雖攔截風(fēng)沙流沉積大量細(xì)顆粒和凋落物，但迎風(fēng)側(cè)為主要風(fēng)蝕區(qū)，背風(fēng)側(cè)是主要沉積區(qū)，土壤養(yǎng)分含量也隨細(xì)顆粒和凋落物沉積含量不同而產(chǎn)生差異。本研究還發(fā)現(xiàn)，相較于0～5 cm層土壤，深層土壤AN含量更高，這與灌叢根系有關(guān)，灌叢通過根際沉積的方式將光合作用產(chǎn)物輸入土壤［33］。對(duì)灌叢沙堆挖掘后發(fā)現(xiàn)，被沙埋的紅砂枝系于埋深5～10 cm 處開始萌發(fā)不定根，根系生長對(duì)于土壤氮素轉(zhuǎn)化和吸收有顯著影響［34］，最終導(dǎo)致土層間AN含量出現(xiàn)差異。

由于受氣候中水分和溫度影響，干旱、半干旱區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳固存潛力遠(yuǎn)低于其他地區(qū)［35］，而灌叢覆蓋有效提高土壤碳儲(chǔ)量。一方面由于灌叢覆蓋地表增加凋落物輸入，促進(jìn)土壤微生物礦化作用，增加土壤肥力和固碳潛力［36］。另一方面，土壤有機(jī)碳含量和穩(wěn)定性與土壤顆粒有密切聯(lián)系，砂土含量高則不易形成穩(wěn)定的團(tuán)聚體，進(jìn)而無法有效保護(hù)土壤有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致降低土壤固碳能力［37］。而灌叢覆蓋改變地表流場，沙堆細(xì)顆粒有機(jī)物沉積含量增加，沙粒中穩(wěn)定有機(jī)碳比例提升，最終固碳潛力提升。

5 結(jié)論

（1）白音恩格爾自然保護(hù)區(qū)草原化荒漠過渡帶土壤粒徑組成以細(xì)砂為主。灌叢沙堆背風(fēng)側(cè)、迎風(fēng)側(cè)和丘間空地土壤粒徑組成依次變粗，分選性依次變差，峰態(tài)逐漸寬平，分形維數(shù)逐漸變小。灌叢沙堆土壤粒徑組成含量分布較丘間空地更對(duì)稱。相較于灌叢沙堆，丘間空地土壤質(zhì)地呈明顯粗化和沙化趨勢(shì)。

（2）富集于土壤細(xì)粒組分的土壤養(yǎng)分隨土壤粗化而逐漸降低。灌叢沙堆迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)AN、AP及AK 含量分別較沙堆間空地增加23.49%和35.12%、62.72%和66.45%、30.10%和22.75%（P＜0.05）。

（3）紅砂灌叢養(yǎng)分空間分布狀況表現(xiàn)為沙堆顯著高于丘間空地（P＜0.05）。紅砂灌叢對(duì)土壤養(yǎng)分積累作用有積極影響，灌叢沙堆存在“肥島”效應(yīng)。