霍林河下游典型洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量分布特征

高海峰，白軍紅，王慶改，黃來(lái)斌，肖 蓉

（1.北京師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012）

土壤pH值和土壤含水量是重要的土壤理化性質(zhì)，其變化能夠直接影響到土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物過(guò)程［1］，是土壤養(yǎng)分和重金屬等污染物有效性和遷移性的重要限制性因素。干旱和土壤鹽堿化一直是松嫩平原西部地區(qū)面臨的一個(gè)重要環(huán)境問(wèn)題，該區(qū)濕地在維持區(qū)域生態(tài)安全方面發(fā)揮著重要作用［2］。在干旱和高土壤pH值條件下，該區(qū)濕地土壤養(yǎng)分形態(tài)和有效性的變化能夠顯著影響濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和毗鄰河流的水質(zhì)。全面地分析土壤pH的分布格局，可以有助于評(píng)價(jià)和分析土壤pH值的酸堿化和土壤養(yǎng)分有效性［3］。土壤含水量能夠影響離子在固相液相之間的分配，CaCO3等鹽類(lèi)的溶解和解離，以及膠粒上吸附性離子的解離度，從而影響土壤的酸堿性［4］。因此，研究該區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量的空間分布特征對(duì)于濕地土壤鹽堿化治理以及濕地土壤養(yǎng)分管理具有一定的研究?jī)r(jià)值和意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

霍林河下游洪泛區(qū)地處松嫩平原西部通榆縣境內(nèi)的向海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（44°55′－45°09′N(xiāo)，122°05′－122°35′E），保護(hù)區(qū)總面積為105467 hm2，其中蘆葦沼澤面積為23600 hm2。研究區(qū)（二百方子濕地）位于霍臨河流域的下游河道，受河流季節(jié)補(bǔ)給明顯；但由于近年氣候連續(xù)干旱，采樣期內(nèi)無(wú)地表積水。該區(qū)地貌以沙化和鹽漬化的平原為主要特征；地勢(shì)由西向東傾斜，海拔156～192m，壟狀沙丘與壟間洼地交錯(cuò)相間排列。該區(qū)氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫度為5.1℃；年均降雨量為408.2mm，主要集中在夏季；年平均蒸發(fā)量為1945 mm。區(qū)域內(nèi)典型沼澤植被為蘆葦（Phragmites astralis）群落，土壤類(lèi)型為沼澤土。典型研究區(qū)表層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為1.56%和0.14%；土壤黏粒和砂粒含量分別為27.64%和27.17%。該區(qū)植被群落以蘆葦為優(yōu)勢(shì)種，香蒲（Tyhya orientalis）、辣蓼（Polygonum hydropiper）等為伴生種。

1.2 土壤樣品的采集和分析

依據(jù)典型性和代表性原則，于7月份和9月份在二百方子濕地典型樣地（植被群落與研究區(qū)總體特征一致）內(nèi)采用網(wǎng)格法采集土壤樣品，樣地坡度＜3°，樣方總面積均為20m×20m，樣區(qū)內(nèi)均布設(shè)5m×5m的采樣網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)處重復(fù)采集3～5個(gè)土壤樣品形成混合樣品，采樣深度為20cm，按每10 cm為一層分2個(gè)層次進(jìn)行采集。所采集的樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室后分別取適量土壤樣品用于測(cè)定土壤含水量；剩余樣品于實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后，撿去石塊、殘根等雜物，用球磨機(jī)磨碎，過(guò)80目篩，裝袋用于測(cè)定土壤pH。

土壤pH值采用pH計(jì)測(cè)定（土∶水＝1∶5）；土壤水含量（WC）:烘干法，在105℃烘箱中將土壤樣品烘24h至恒重［5］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用t－檢驗(yàn)來(lái)分析同一時(shí)期不同土層之間的土壤pH值和含水量的差異；運(yùn)用ANOVA分析同一層次不同時(shí)期間的土壤pH值和含水量的差異。運(yùn)用surfer327 .1，Spass 10.0和 Origin 6.0等軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖與統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量測(cè)定值統(tǒng)計(jì)分析

由表1可以看到7月份平均土壤pH值低于9月份土壤，且上層土壤低于下層土壤；而7月份土壤含水量則高于9月份土壤且上層土壤高于下層土壤，表明9月份濕地土壤，尤其是亞表層發(fā)生明顯堿化（平均土壤pH值＞9.0）。方差分析表明兩月份之間的表層和亞表層土壤pH值和土壤含水量存在極顯著差異（p＜0.01）。成對(duì)樣本t－test表明7月份上下土層pH值（p＞0.05）和含水量（p＞0.05）都不存在顯著性差異；但9月份上下土層土壤pH值（p＜0.05）和含水量（p＜0.01）均存在顯著性差異。

表層土壤具有較高含水量的原因在于該區(qū)表層土壤黏粒和有機(jī)質(zhì)含量顯著高于亞表層土壤［6］，導(dǎo)致表層土壤能夠保持較多的水分。而7月土壤含水量高于9月的主要原因在于該區(qū)降雨主要集中在7－8月。此外，較高的降雨量能夠顯著影響土壤pH值［7］，這是由于在干旱和半干旱區(qū)，降雨量可改變土壤含水量，進(jìn)而改變土壤中緩沖溶液的濃度，對(duì)土壤pH值的影響較大。一般情況下由于土壤具有自我調(diào)節(jié)能力，土壤pH值不會(huì)發(fā)生太大的變化［8］，但本研究中9月份土壤pH值顯著高于7月份土壤，可能是由于7月份氣溫較高，加之土壤含水量較大，土壤微生物活動(dòng)、鋁活化（土壤鋁含量約為65g／kg）［9］等均可以產(chǎn)生氫離子［10］，而9月份土壤含水量顯著下降后，導(dǎo)致深層土壤中的鈣、鎂鹽類(lèi)上移，發(fā)生地表聚鹽過(guò)程，導(dǎo)致土壤pH值升高。

表1 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量統(tǒng)計(jì)

2.2 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量的分布特征

由表1可知，地表和亞表層土壤pH值的變異程度在兩個(gè)采樣期內(nèi)均小于3%，屬于弱變異強(qiáng)度，表層和亞表層土壤pH值的變化幅度分別為0.57和0.56；亞表層土壤含水量的變異程度高于表層土壤，且7月份表層土壤含水量的變異程度最低。圖1表明表層和亞表層土壤pH值和含水量的空間分布均呈現(xiàn)出條帶狀和斑塊狀格局。總體上，兩層土壤pH值自西北－東南方向向兩側(cè)逐漸升高，而北部土壤含水量均高于南部，且土壤pH值和含水量在不同土層間均存在著較強(qiáng)的空間相似性，這主要是由于河道微地形差異造成的。與7月份相比，9月份土壤含水量和土壤pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯，且空間變異性較強(qiáng)（圖2）。表層土壤含水量大體呈現(xiàn)西北－東南方向的梯度變化；土壤pH值高低值斑塊較多，與土壤含水量間存在較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即土壤含水量高的地區(qū)土壤pH值則較低，反之則較高。土壤含水量和pH值的這種差異可能與研究區(qū)微地貌有關(guān)，地勢(shì)低洼易積水，土壤含水量相對(duì)較高；而微高地形由于表面積大，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤含水量相對(duì)較低，且水分蒸發(fā)過(guò)程使鹽分隨毛管水積聚于地表，土壤pH值有所升高。黃昌勇［11］也指出季節(jié)性積鹽和脫鹽頻繁交替也是土壤堿化和土壤pH值變化的重要原因。

圖1 7月份洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

圖2 9月份洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

2.3 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量關(guān)系

圖3表明了研究區(qū)濕地土壤含水量與pH值的線性和非線性關(guān)系。7月份土壤含水量和土壤pH值的散點(diǎn)分布較9月份的更趨離散，9月份二者的相關(guān)性好于7月份，且兩個(gè)時(shí)期中土壤含水量和土壤pH值的線性或非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系都達(dá)到了顯著性水平。這與陳學(xué)文等［7］提出的土壤pH值與土壤含水量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系一致。但當(dāng)土壤pH低于8.8時(shí)（7月份），其與土壤含水量之間的線性回歸關(guān)系（R2＝0.1261，p＜0.05）較非線性回歸關(guān)系（R2＝0.1935，p＜0.05）差；當(dāng)土壤pH＞8.8時(shí)（9月份），其與土壤含水量之間存在較顯著的指數(shù)非線性關(guān)系，即土壤pH值隨土壤含水量增加呈指數(shù)下降（R2＞0.6，p＜0.01），且優(yōu)于線性回歸（R2＝0.4497，p＜0.01）。這表明該區(qū)濕地土壤pH值與土壤含水量之間的關(guān)系更適宜用非線性方程進(jìn)行擬合。濕地土壤pH值與土壤含水量的空間異質(zhì)性可能是導(dǎo)致二者之間存在非線性關(guān)系的重要原因。

圖3 洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的回歸曲線

3 結(jié)論

（1）霍林河下游洪泛區(qū)濕地土壤含水量和pH值存在明顯的季節(jié)差異:7月份土壤含水量高于9月份土壤，但9月份土壤pH值則相對(duì)較高尤其是亞表層發(fā)生明顯堿化；

（2）霍林河下游洪泛區(qū)濕地土壤含水量和pH值的空間分布均呈現(xiàn)出條帶狀和斑塊狀格局，且具有一定的梯度變化規(guī)律。7月份兩層土壤pH值自西北－東南對(duì)角方向向兩側(cè)逐漸升高，土壤含水量北部均高于南部；9月份表層土壤含水量中間低四周高，大體呈現(xiàn)西北－東南的走向，且土壤含水量和pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯。

（3）土壤pH值與土壤含水量間存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。與傳統(tǒng)的線性回歸相比，土壤pH值與土壤含水量間的關(guān)系更適宜用非線性函數(shù)來(lái)擬合。鑒于土壤含水量和pH值的非線性關(guān)系，在水資源缺乏的大背景下可考慮在旱季適量引水灌溉，可通過(guò)適度增加土壤含水量來(lái)降低土壤pH值，緩解松嫩平原西部地區(qū)土壤堿化現(xiàn)象，維持該區(qū)域的生態(tài)安全。

［1］白軍紅，歐陽(yáng)華，鄧偉，等.濕地氮素傳輸過(guò)程研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（2）:326－333.

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