新疆博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤有機質(zhì)空間分布特征研究

艾薩迪拉·玉蘇甫　玉蘇甫·買買提

摘要 [目的] 為了探討土壤有機質(zhì)含量的統(tǒng)計學(xué)特征、分布特征及其與土壤鹽分、pH等指標(biāo)的相關(guān)性。[方法] 分析和碩縣內(nèi)白刺屬植物分布區(qū)、白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)、白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)土壤有機質(zhì)含量的分布情況。[結(jié)果] 各區(qū)土壤不同深度的有機質(zhì)含量依次為上層>中層>下層，有機質(zhì)含量隨深度增加而減少。表層土壤有機質(zhì)含量分布規(guī)律是：白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)>白刺屬植物分布區(qū)>白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)；而對于垂直分布規(guī)律，各區(qū)土壤有機質(zhì)含量都是從表層到下層呈現(xiàn)遞減趨勢，但是遞減程度不同。白刺屬植物分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量與全鹽量呈0.05水平顯著正相關(guān)，中層土壤有機質(zhì)含量與Ca2+、K++Na+呈0.05水平顯著正相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)含量與Mg2+、K++Na+、pH呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)；白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量與全鹽量、Ca2+呈0.05水平顯著正相關(guān)，中層土壤有機質(zhì)除了與Ca2+呈0.05水平顯著正相關(guān)以外，其他的都呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)含量與每個變量都呈0.05水平顯著正相關(guān)；白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量與pH、Ca2+呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)，中層土壤有機質(zhì)含量與Mg2+呈0.05水平顯著正相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)含量與pH呈0.05水平顯著正相關(guān)。[結(jié)論] 該研究可以為博斯騰湖周圍生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供合理的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 白刺屬植物；土壤有機質(zhì)；空間分布；相關(guān)性

中圖分類號 S153.6+21 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）08-02383-03

Study on Spatial Distribution Characteristics of Soil Organic Matter in Nitraria around Bosten Lake

ASADILLA Yusup，YUSUP Mamat

（School of Geographic Science and Tourism， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054）

Abstract [Objective] The research aimed to study the statistics characteristics and distribution characteristics of soil organic matter and its correlation with soil salinity ，pH and other indicators. [Method] The distributions of soil organic matter in Nitraria distribution area， Nitraria and Populus hybrid distribution area， Nitraria and the tamarisk mixed distribution area in Hoxud County were studied. [Result] Each distribution of the organic matter content of the soil at different depths in turn were surface> midlevel> lower level. Organic matter content reduced with the increase of depth.The distribution pattern of the surface soil organic matter level was Nitraria and Populus hybrid distribution area> Nitraria distribution area>Nitraria and tamarisk mixed distribution area.The vertical distribution pattern of soil organic matter was that soil organic matter content of all three distribution presented a decreasing trend from the surface to the lower， but decreased in varying degrees. The surface soil organic matter and total salt content in Nitraria distribution area had significant positive correlation. The midlevel soil organic matter and Ca2+， K+ + Na+ had a significant positive correlation. Lower level soil organic matter and Mg2+， K+ + Na+ and pH had significant inverse correlation. In Nitraria and Populus hybrid distribution area， surface soil organic matter and the full amount of salt and Ca2+ had significant positive correlation， the midlevel soil organic matter had significant positive correlation with Ca2+， while had significant inverse correlation with others. Lower level soil organic matter had significant positive correlation with every variable. For the Nitraria and tamarisk mixed distribution area， the surface soil organic matter， pH and Ca2+ had significant inverse correlation， midlevel soil organic matter and Mg2+ had a significant positive correlation， and lower level soil organic matter had significant positive correlation with the pH. [Conclusion] The research could provide the reasonable and scientific basis for the sustainable development of the ecoenvironment around Bosten Lake.

Key words Nitraria； Soil organic matter； Spatial distribution； Correlation

白刺屬（Nitraria L）是一個古老的一個小屬[1]。它屬于旱生或超旱生灌木或小灌木，是防風(fēng)固沙和改良鹽堿地的先鋒植物，壽命長達(dá)30年以上。全世界共有12種，我國有8種，新疆有6種[2]。它是沙漠植物中耐鹽性最強的灌木，在土壤含鹽量2%時仍能正常生長發(fā)育。它還是一種喜光性樹種，光合作用較強，在干旱缺水區(qū)域仍能較快生長[3]。近年來，由于受氣候變化及人類盲目的開墾等因素的影響，白刺屬植物群落逐漸衰敗、退化，面積減少，并造成白刺沙堆活化，尤其是干旱地區(qū)的沙漠邊緣地帶演變?yōu)檫m于白刺沙堆生長的生境[4]。對于白刺屬植物研究進展，迄今已有很多學(xué)者對白刺屬植物進行過廣泛的研究，主要集中在白刺屬的分布，莖和葉的解剖構(gòu)造，花粉形態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，生化成分、生態(tài)價值、經(jīng)濟價值及其社會效益等[5]。1931 年，Engler 將全世界的蒺藜科植物分為7 亞科25 屬，其中白刺屬列為一亞科[6]。我國學(xué)者席以珍等[6-7]在孢粉學(xué)、化學(xué)分類學(xué)等方面的研究結(jié)果亦支持成立白刺科，而通過對蒺藜和白刺染色體的研究，認(rèn)為它們屬于同科不同屬的植物。20世紀(jì)以來，對白刺屬的研究已從形態(tài)分類擴展到染色體數(shù)目和核型、古孢粉學(xué)、胚胎學(xué)、次生代謝物和生物生態(tài)學(xué)特性等方面。

土壤是一個時空連續(xù)的變異體，在大、小不同的尺度上均呈現(xiàn)出不同程度的空間異質(zhì)性[8]。土壤有機質(zhì)是泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。動植物、微生物殘體和施入的有機肥料是土壤有機質(zhì)的主要來源，其含量因土壤類型的不同而差異很大，高的可達(dá)20.0%以上，低的不足0.5%。有機質(zhì)含量雖然少，但在土壤肥力上的作用很大[ 9-12]。白刺屬植物下土壤有機質(zhì)是形成白刺植物下土壤結(jié)構(gòu)的重要因素，是白刺植物有機營養(yǎng)的源泉，又是白刺植物下土壤異養(yǎng)型微生物的能源物質(zhì)。因此，有機質(zhì)是白刺屬植物下土壤質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，其數(shù)量與質(zhì)量變化是土壤環(huán)境質(zhì)量狀況的最重要表征。筆者對新疆博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤有機質(zhì)空間分布特征進行研究，將為博斯騰湖周圍生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供合理的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

地勢從西北向東南傾斜，最低處為我國最大的內(nèi)陸淡水湖——博斯騰湖。博湖上游為開都河，下游為孔雀河，是盆地的水鹽匯集中心。焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，面積13 612 km2。地理坐標(biāo)E 86°39′～88°20′，N 41°23′～43°31′，包括焉耆、和靜、和碩、博湖4個縣。該研究選取和碩縣內(nèi)白刺植物分布區(qū)作為研究區(qū)。

和碩縣位于天山南麓，焉耆盆地東北部，地處E 82°28′～87°52′、 N 42°6′～43°33′之間。氣候?qū)僦袦貛Ц珊荡箨懶詺夂?，分北部山區(qū)、南部山區(qū)和中部平原區(qū)3個不同的氣候區(qū)。北部山區(qū)常年積雪，氣候嚴(yán)寒，無霜期很短，四季無明，只有冷暖之分；中部平原區(qū)四季分明，夏季炎熱，冬季寒冷，春季干旱多風(fēng)，氣溫多變，秋季短而降溫迅速；南部山區(qū)降水極少，蒸發(fā)量大，氣候干燥酷熱。年平均氣溫8.6 ℃，1月平均氣溫-11.9 ℃，7月平均氣溫23.6 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，極端最低氣溫-31.6 ℃，無霜期166 d。年平均降水量28.7 mm。

1.2 研究方法

在2013年4月，分別在白刺分布區(qū)、白刺與胡楊（Populus euphratica）混合分布區(qū)、白刺與紅柳（Tamarix chinensis）混合分布區(qū)的典型地段設(shè)置21個樣點（每個區(qū)設(shè)置7個樣點）。樣點的分布基本能代表整個研究區(qū)的白刺下土壤有機質(zhì)分布特征。為了提高樣品的代表性，按S型線路，用GPS定位，在樣點中做土壤剖面，根據(jù)人為分層按0～15、15～45、45～70 cm不同深度取土樣。將采取的土樣帶回實驗室自然風(fēng)干、磨碎，過0.25 mm篩，采用K2Cr2O7H2SO4氧化法[13-14]測定土壤有機質(zhì)含量。樣品數(shù)據(jù)均為各個樣點土壤3次平行試驗分析數(shù)據(jù)的平均值。用Excel、SPSS13.00，對數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 白刺植物下土壤有機質(zhì)含量統(tǒng)計特征值分析

分別對白刺屬植物分布區(qū)、白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)、白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)土壤有機質(zhì)進行統(tǒng)計學(xué)特征的分析，得出各區(qū)土壤有機質(zhì)的統(tǒng)計特征值。由表1可知，白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)0～15、15～45、45～70 cm土壤有機質(zhì)平均值分別為1.46%、0.91%、0.57%；白刺屬植物分布區(qū)0～15、15～45、45～70 cm土壤有機質(zhì)平均值分別為0.80%、0.62%、0.54%；白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)0～15、15～45、45～70 cm土壤有機質(zhì)平均值分別為0.58%、0.54%、0.38%。各區(qū)土壤不同深度的有機質(zhì)含量依次為0～15 cm>15～45 cm>45～70 cm，有機質(zhì)含量隨深度的增加而減少。有機質(zhì)是土壤重要的肥力特征。研究白刺屬植物分布區(qū)土壤有機質(zhì)空間變異特征可為土壤質(zhì)量提升提供科學(xué)依據(jù)。變異系數(shù)是衡量資料中各觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量。變異系數(shù)能反映隨機變量的離散程度。一般認(rèn)為，CV ≤10%為弱變異性；10%

除白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)15～45 cm有機質(zhì)含量的變異性屬弱變異性以外（變異系數(shù)為9.89%），白刺屬植物分布區(qū)、白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)、白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)各層土壤有機質(zhì)的變異系數(shù)為18.42%～90.41%，其變異性均屬于中等強度的變異。

2.2 白刺植物下土壤有機質(zhì)的空間分布

2.2.1 土壤有機質(zhì)的水平分布。

土壤有機物的含量取決于有機物的輸入量和輸出量的相對大小[16]。白刺屬植物下土壤有機物的主要來源是白刺屬植物枯枝落葉的分解。白刺屬植物的生長主要依靠地下水的浸潤，可通過地下水毛管蒸發(fā)而積鹽。白刺屬植物枝葉中含有大量的易溶性鹽分，每年通過生物小循環(huán)以枯枝落葉的形式進入土壤。由圖1可知，博斯騰湖周圍白刺屬植物下0～15 cm土層有機質(zhì)分布規(guī)律是白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)>白刺屬植物分布區(qū)>白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)。這主要是由于白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)生物量較大，地下有很多草根層，有機碳的輸入量較大，而且土壤微生物活動微弱，生物殘體分解緩慢，因此白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)土壤有機質(zhì)含量最高，平均含量為1.46%；雖然白刺屬植物分布區(qū)表層有大量的植物覆蓋，但是生物量遠(yuǎn)小于白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)，枯枝落葉的投入量明顯低于白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)，故有機質(zhì)含量小于白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)，平均含量為0.80%；白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)有機質(zhì)含量最少，平均含量僅為0.58%，其原因是生物量較小，枯枝落葉的投入量低于白刺屬植物分布區(qū)。

2.2.2 土壤有機質(zhì)的垂直分布。

由圖1可知，博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤0～15、15～45和45～70 cm土壤有機質(zhì)含量存在明顯的分異現(xiàn)象，即土壤有機質(zhì)含量從表層到下層呈現(xiàn)遞減趨勢，但是遞減的程度不同。白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)0～15 cm處的土壤有機質(zhì)含量達(dá)到最大值，平均含量為1.46%，可能是由于白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)0～15 cm土層有大量的植被生長，胡楊為多年生植物，植株和根系都發(fā)達(dá)，地下深處也有較多生物量，雖然表層地下生物量很大，但是再往下生物量減少，故有機質(zhì)含量的下降幅度比較明顯，而且表層土壤微生物活動微弱，生物殘體分解緩慢，長期儲存量較大，因此有機質(zhì)含量較大；白刺屬植物分布區(qū)表層、中層和下層土壤有機質(zhì)含量分別為0.80%、0.62%和0.54%，變化不大；白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)0～15、15～45和45～70 cm土壤有機質(zhì)含量分別為0.58%、0.54%和0.38%，幾乎相差不大，且穩(wěn)定在較低水平。這些結(jié)果表明土壤有機質(zhì)在垂直方向上的分異主要受生物殘體、地表枯落物、植物殘根等腐解歸還的影響[17]。植物根系的分布直接影響土壤中有機質(zhì)的垂直分布。表層土壤是植物根系的集中分布區(qū)，使得該層土壤比中層、下層土壤的植物殘體歸還量大。這是因為較大量生物殘體的腐解歸還還為該層土壤提供較豐富的C源，從而使得表層土壤有機質(zhì)含量高于下層。

圖1 和碩縣白刺下土壤有機質(zhì)空間變異

2.3 土壤有機質(zhì)與pH、鹽分之間的相關(guān)性分析

土壤有機質(zhì)、鹽分是土壤基本性質(zhì)。該研究分析了博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤有機質(zhì)含量與鹽分之間的相關(guān)性。 由表2可知，白刺屬植物分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)含量與全鹽量呈0.05水平顯著正相關(guān)，中層土壤有機質(zhì)與Ca2+、K++Na+呈0.05水平顯著正相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)與Mg2+、K++Na+、pH呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)；白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)與全鹽量、Ca2+呈0.05水平顯著正相關(guān)，說明該區(qū)土壤表層含有大量的生物量，枯枝落葉的投入較大，土壤中富集Ca2+。這有利于有機質(zhì)的形成。中層土壤有機質(zhì)除了與Ca2+呈0.05水平顯著正相關(guān)以外，其他的都呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)與每個變量都呈0.05水平顯著正相關(guān)；白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)表層土壤有機質(zhì)與pH、Ca2+呈0.05水平顯著負(fù)相關(guān)，中層土壤有機質(zhì)與Mg2+呈0.05水平顯著正相關(guān)，下層土壤有機質(zhì)與pH呈0.05水平顯著正相關(guān)。整個研究區(qū)內(nèi)土壤有機質(zhì)除了與白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)下層和白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)下層土壤pH呈正相關(guān)以外，不管是哪個區(qū)哪個土層都與pH呈負(fù)相關(guān)。這是由于土壤pH常通過影響微生物的活動顯著影響土壤有機質(zhì)的空間分布，微生物最適宜在中性環(huán)境下活動，在強酸或強堿條件下其活動受抑制，而整個研究區(qū)土壤pH都偏強堿性。

3 結(jié)論

（1）博斯騰湖周圍白刺屬植物下各區(qū)土壤不同深度的有機質(zhì)含量分別為0～15 cm>15～45 cm>45～70 cm，有機質(zhì)含量隨深度的增加而減少，但變化不大。除了白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)中層（15～45 cm）有機質(zhì)的變異性屬弱變異性以外，各區(qū)各層土壤有機質(zhì)的變異性均屬于中等強度的變異。

（2）博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤有機質(zhì)的水平分布為白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)>白刺屬植物分布區(qū)>白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)。

（3）博斯騰湖周圍白刺屬植物下各區(qū)土壤有機質(zhì)含量都是從上到下依次遞減，但是遞減的程度不同，白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)有機質(zhì)含量遞減程度高于白刺屬植物分布區(qū)和白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)，表層處達(dá)到最大值，后2個區(qū)的變化差異不大，且穩(wěn)定在較低水平。

（4）整個研究區(qū)內(nèi)土壤有機質(zhì)除了與白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)下層和白刺屬植物與紅柳混合分布區(qū)下層土壤pH呈正相關(guān)以外，不管是哪個區(qū)哪個土層都與pH呈負(fù)相關(guān)；對有機質(zhì)與全鹽量的相關(guān)性而言，除了與白刺屬植物分布區(qū)中、下層和白刺屬植物與胡楊混合分布區(qū)表層全鹽量呈負(fù)相關(guān)以外，其他的都呈正相關(guān)。

42卷8期 艾薩迪拉·玉蘇甫等 新疆博斯騰湖周圍白刺屬植物下土壤有機質(zhì)空間分布特征研究

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