西藏錦雞兒群落表層土壤粒徑空間分布特征及其與土壤水分相關性分析

倉木拉，木 蘭，王曉棟，劉尚華，王 卓，張璞進

(1.西藏職業(yè)技術學院，西藏 拉薩 850000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；3.中國科學院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；4.內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；5.鄂爾多斯市退耕還林工程管理中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；6.鄂爾多斯市沙棘開發(fā)管理辦公室，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

西藏錦雞兒群落表層土壤粒徑空間分布特征及其與土壤水分相關性分析

倉木拉1，木 蘭2，3，王曉棟4，劉尚華5，王 卓6，張璞進2,3*

(1.西藏職業(yè)技術學院，西藏 拉薩 850000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；3.中國科學院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030；4.內(nèi)蒙古草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；5.鄂爾多斯市退耕還林工程管理中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；6.鄂爾多斯市沙棘開發(fā)管理辦公室，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

通過比較西藏錦雞兒沙堆內(nèi)與沙堆間的土壤粒徑組成特征，并應用統(tǒng)計學方法分析西藏錦雞兒群落表層土壤粒徑空間分布結構特征，及其與土壤水分的關系，為合理利用和保護西藏錦雞兒資源提供依據(jù)。結果表明，沙堆內(nèi)與沙堆間土壤粒徑組成以細沙粒為主，占50%以上，粗沙粒和粗粉粒占9%～18%，且沙堆內(nèi)與沙堆間石礫、粗沙粒和細沙粒含量差異顯著(P<0.05)。西藏錦雞兒群落土壤細沙粒的空間異質(zhì)性最大，空間自相關距離最小，各土壤粒級的空間自相關距離在0.86～1.85 m。土壤水分與細沙粒呈顯著正相關關系，與石礫和粗沙粒呈顯著負相關關系。

西藏錦雞兒；沙堆；土壤粒徑；空間異質(zhì)性；土壤水分

在干旱和半干旱地區(qū)，由于灌叢對風沙的阻擋在其下部堆積形成灌叢沙堆是極為普遍的現(xiàn)象[1-3]。沙堆的形成改變了群落土壤資源的空間分布特征[4-5]?？臻g異質(zhì)性(Spatial heterogeneity)是指系統(tǒng)或系統(tǒng)屬性在空間上的復雜性和變異性，系統(tǒng)屬性可以是生態(tài)所涉及的任何變量,如土壤特性、植被類型等[6]。土壤資源的空間異質(zhì)性無論是對群落結構還是對生態(tài)過程都具有重要的影響[7]，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)尤為明顯[4]。土壤粒徑分布(soil particle size distribution)是影響土壤水力特性、土壤肥力狀況、土壤侵蝕以及土壤退化的重要土壤物理特性之一[8-11]。

西藏錦雞兒(Caraganatibetica)是豆科錦雞兒屬(Caragana)宿軸組(Sect.Tragacanthoides)植物，旱生墊狀矮灌木，西藏錦雞兒(Caraganatibetica)是豆科錦雞兒屬(Caragana)宿軸組(Sect.Tragacanthoides)植物；旱生墊狀矮灌木，對薄層覆沙適應性較強，具有較強的固沙能力，能形成景觀特征非常明顯的灌叢沙堆[12]。西藏錦雞主要分布于我國的內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、四川、青海和西藏等地和蒙古南部[13]。關于西藏錦雞兒的研究主要集中在內(nèi)蒙古地區(qū)[14-16]，而對于分布在西藏地區(qū)的西藏錦雞兒的研究甚少。在西藏，西藏錦雞兒主要分布在藏南薩迦縣、定結縣和定日縣交界地區(qū)的一些河谷階地上[17]。本研究將討論西藏西藏錦雞兒沙堆引起土壤粒徑的空間分布特征，在國內(nèi)外，眾多學者對灌叢沙堆的形態(tài)、發(fā)育過程和粒徑組成進行了許多研究，表明沙堆的存在會引起土壤粒徑的異質(zhì)性分布[4,18-20]，那么西藏錦雞兒沙堆的存在是否也會改變?nèi)郝鋬?nèi)土壤粒徑的空間分布特征？其空間結構特征如何？它與土壤水分之間關系如何？這個問題的闡明，對于進一步認識西藏錦雞兒群落土壤資源異質(zhì)性特征具有重要的意義。本文選取分布在西藏日喀則地區(qū)定日縣尼轄鄉(xiāng)境內(nèi)的西藏錦雞兒-固沙草群落研究對象，初步研究了西藏錦雞兒群落的土壤粒徑分布特征及其與土壤水分的關系，可為合理利用和保護西藏錦雞兒群落提供基礎數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣地選擇

研究區(qū)位于西藏日喀則地區(qū)定日縣尼轄鄉(xiāng)境內(nèi)。定日縣屬高原溫帶半干旱季風氣候區(qū)，晝夜溫差大，氣候干燥，年降雨量少，蒸發(fā)量大。日照時間長，年平均日照時間達3393.3 h，日照百分率77%。高原紫外線強，氣溫偏低，年平均氣溫0.7 ℃。年均降水量為319 mm，降水量95%分布在6～10月份，年平均蒸發(fā)量2527.3 mm，年平均風速為58.4 m/s，全年相對無霜期為113 d，絕對無霜期為0 d。在該區(qū)西藏錦雞兒群落主要分布在山前河谷上，有薄層覆沙，草本植物主要有固沙草(Orinus thoroldii)，伴生勁直黃芪(Astragalus strictus)、小葉棘豆(Oxytropis microphylla)等物種。試驗以西藏錦雞兒-固沙草群落研究對象，樣地地理位置位于北緯28°32′28.09″，東經(jīng)87°40′15.85″E，海拔4 220 m。

1.2 土樣采集

在2012年8月中旬采用鄰間格子法，選擇10 m×10 m的一個樣方，以1 m為間隔，分割成100個格子。隨機選取4個格子，在所選的每個格子中以0.5 m為間隔，分割成4個亞格子。在每個格子中心，用土鉆垂直向下采集0～10 cm土壤樣品。

1.3 測定方法

樣品風干后，揀除枯落物，大于1 mm的稱重計算百分含量，小于1 mm的樣品，稱取1 g左右樣品經(jīng)六磷偏酸鈉分散后，用超聲波震蕩器在60 W功率下震蕩3 min，采用激光粒度分析儀(Microtrac S3500,Microtrac Inc,Pennsylvania,America)分析樣品。將土壤粒徑分為6級：石礫 Gravel (>1000 μm)、粗沙粒 Coares sand (1000 μm～250 μm)、細沙粒 Fine sand (250 μm～50 μm)、粗粉粒 Coares silt (50 μm～10 μm)、細粉粒 Fine silt (10 μm～2 μm)、粘粒 Clay particles (<2 μm)。土壤水分采用烘干法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

式中： γ(h)為半變異函數(shù)，也稱為半方差函數(shù)；h為兩樣本點空間分隔距離；N(h)為距離為h時的樣點對數(shù)；z(xi)和z(xi+h)分別為變量z在空間位置xi和xi+h處的測定值。半方差函數(shù)和半方差函數(shù)曲線的擬合由軟件GS+7.0(Gamma Design software,USA)完成，通過半方差函數(shù)和半方差函數(shù)曲線圖可以得到4個重要參數(shù)：塊金值Nugget(C0)方差反映了小于取樣尺度的內(nèi)部變異和抽樣分析誤差；基臺值(Sill C0+C)是γ(h)達到不隨空間距離增加而增加時的值，反映了區(qū)域化變量的空間異質(zhì)性強度；空間自相關度(spatially dependent proportion,C/(C0+C))反映了空間自相關引起的空間變異，其值越接近于1，表明空間自相關引起的變異越大；有效變程 (effective range,A)反映了區(qū)域化變量的最大自相關距離；決定系數(shù)(Coefficient of determination,R2)的大小可以表征回歸模型配合的理論曲線的精度[21]。

在SPSS 13.0中采用單因子方差分析(ANOVA)分析均值間差異，顯著性檢驗采用最小差異顯著法(LSD)，相關性采用Pearson相關性分析方法。

2 結果與分析

2.1 西藏錦雞兒群落土壤粒徑的平均含量

對沙堆內(nèi)和處沙堆間的土壤粒級取平均含量(見表1)，2種生境土壤粒徑組成主要以細沙粒為主，占60 %以上；粗沙粒和粗粉粒的含量在9 %～17%之間；含量最少的為粘粒，小于1 %。沙堆間、沙堆內(nèi)石礫、粗沙粒、細沙粒差異顯著(P<0.05)，粗粉粒、細粉粒和粘粒含量差異不顯著(P>0.05)。西藏錦雞兒灌叢主要聚集的是細沙粒，為71%，比沙堆間高10%左右。

表1 西藏錦雞兒沙堆內(nèi)、沙堆間和沙堆下土壤粒級的平均含量Table 1 The average contents of soil particle inside and outside and underground Caragana tibetica nebkhas %

注：同列數(shù)據(jù)肩標小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

Notes：Averages followed by the same letters in the same columns are not significantly different (P<0.05) according to LSD.

2.2 表層土壤粒徑空間分布結構特征

由表2可知，表層土壤粒徑的半方差模型和有關空間異質(zhì)性的參數(shù)。基臺值(C0+C)數(shù)據(jù)顯示，細沙粒的空間異質(zhì)性最強，為8.60，其次為粗沙粒、粗粉粒、石礫、細粉粒和粘粒。通過表中有效變程(A)可看出，空間自相關距離粗粉粒最大為1.85 m，粗沙粒最小為0.68 m。各粒級土壤在最小取樣距離到有效變程的范圍內(nèi)，由空間自相關引起的空間異質(zhì)性大多都在99 %以上。

2.3 表層土壤粒徑空間分布與土壤水分相關性分析

表層土壤各土壤粒徑與土壤水分相關性分析見表3。由表3可以看出，土壤水分與石礫和粗沙粒含量呈顯著負相關，與細沙粒含量呈顯著正相關關系，與粗粉粒、細粉粒和粘粒沒有明顯相關性。這表明，石礫和粗沙粒含量越高使得土壤含水量越低，細沙粒含量的增多將提高土壤水分含量。

表2 表層土壤各土壤粒徑的半方差模型及參數(shù)Table 2 Semivariograms model and parameters for soil particle of surface layer soil (0～10 cm)

表3 表層土壤各土壤粒徑與土壤水分相關性分析Table 3 Correlation of soil particle of surface layer with soil moisture

注：**表示在.01水平(雙側)上顯著相關。

Notes：** indicated significant correlation at 0.01 level

3 討 論

植物對土壤的影響要比地形、土壤質(zhì)地等因素的影響更為重要，如土壤養(yǎng)分、土壤水分等在植物個體周圍會形成環(huán)狀的鑲嵌格局[22-24]。西藏錦雞兒的墊狀特性是對干旱區(qū)多風、多沙生境的形態(tài)適應特征，露出沙堆表面的枝條短而密，長度在4～8 cm，沙堆表面基本被西藏錦雞兒地被部分所郁閉，呈半球狀，群落上呈“冢群”狀景觀。西藏錦雞兒沙堆內(nèi)與沙堆外土壤各粒級組成比例基本相同，都是以細沙粒和粗砂粒為主要組成部分，但在沙堆內(nèi)沒有石礫，這可能與風對各粒級土壤的搬運能力和西藏錦雞兒的阻擋作用有關。灌木的發(fā)育改變了下墊面狀況，并且隨著灌木的發(fā)育下墊面在不斷的發(fā)生著變化，導致近地面風場發(fā)生著變化，而風場變化會直接引起風沙流的改變[25]，在灌木的阻擋作用下，一些易于搬運的土壤顆粒聚集在沙堆內(nèi)[19]，使得群落內(nèi)的土壤粒徑空間異質(zhì)性分布增強本研究與前人研究結果相同，在干旱區(qū)，灌木聚集的主要是中、細土壤顆粒[18,26]。

西藏錦雞兒群落不同立即土壤的空間異質(zhì)性程度和自相關距離都不同，細沙粒的空間異質(zhì)性最強，其次為粗沙粒、粗粉粒、石礫、細粉粒和粘粒，而粗粉粒的空間自相距離最大，其次為粘粒、細粉粒、石礫、粗砂粒和細沙粒。這可能與西藏錦雞兒沙堆內(nèi)各粒級土壤含量多少有關系，細沙粒與粗砂粒是沙堆內(nèi)和沙堆外土壤粒級的主要組成部分，并且沙堆內(nèi)與沙堆外含量達到差異顯著水平，粗粉粒、細粉粒和粘粒含量較小，差異沒有達到顯著水平。這與zhang等[27]在內(nèi)蒙古的研究結果相一致。

土壤粒徑對土壤養(yǎng)分和持水能力具有重要的影響[28-30]。在西藏錦雞兒群落中土壤水分與細沙粒呈顯著的正相關關系，與粗砂粒和石礫呈顯著負相關關系，與粗粉粒、細粉粒和粘粒沒有相關關系。已有研究表明，土壤粒徑越小持水能力越強，但與其含量多少有關系[31-32]。西藏錦雞兒沙堆的形成改變了西藏錦雞兒群落土壤粒徑的空間分布格局，特別是西藏錦雞兒沙堆內(nèi)沉積的主要是細沙粒，并顯著高于沙堆間，這可能使得在降雨后，水分能迅速的下滲，使得西藏錦雞兒獲得更多的水分，并且將養(yǎng)分攜帶到更深的土層，這有益于植株的生長和發(fā)育。

4 結 論

沙堆內(nèi)與沙堆間土壤粒徑組成以細沙粒為主，沙堆內(nèi)與沙堆間石礫、粗沙粒和細沙粒含量差異顯著(P<0.05)。西藏錦雞兒群落土壤細沙粒的空間異質(zhì)性最大，空間自相關距離最小。土壤水分與細沙粒呈顯著正相關關系，與石礫和粗沙粒呈顯著負相關關系。

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SpatialDistributionofSoilParticleSizeandItsCorrelationwithSoilmoistureinCraganaTibeticaCommunity

CANG mu-la1,MU Lan2,3,WANG Xiao-dong4,LIU Shang-hua5,WANG Zhuo6,Zhang pu-jin2,3*

(1.TibetVocationalTechnicalCollege,Lasa,Xizang85000,China;2.InnerMongoliaAcademyofAgriculturalandAnimalHusbandrySciences,Hohhot,Neimenggu010031,China;3.InnerMongoliaPratacultureResearchCenter,ChineseAcademyofSciences,Hohhot,Neimenggu010031,China;4.InnerMongoliaInstituteOfGrasslandSurveyAndPlanning,Hohhot,Neimenggu010031,China;5.OrdosEngineeringManagementofConversionofCroplandtoForestOffice,Ordos,Neimenggu017000,China;6.OrdosSeaBuckthornofDevelopmentandManagementOffice,Ordos,Neimenggu017000,China)

Cragana tTibetica community mainly distributes in Tibetan and Mongolia Plateau,and plays important roles in the researches for plant evolution,flora,and vegetation succession.C.tibetica is a xerophytic cushion shrub,and generally formed uniform and striking nabkhas in the habitat with surface covered by sand.This study compared the soil particle composition between inside and outside of the C.tibetica nabkhas,and analyzed the spatial distribution characteristic of soil particle and its relationship with soil water content in the community by using the method of geosatistics.The results showed that the composition of soil particles inside and outside nebkhas was mainly find sand,which accounted for more than 50% of the soil.The proportion of coarse sand and silt ranged from 9% to 18%,and the significant differences were found for grave,coarse sand and fine sand between inside and outside nabkhas.In C.tibetica community,the fine sand of the soil showed the largest spatial heterogeneity and smallest distance of spatial autocorrelation,and the spatial autocorrelation distances of soil particles ranged from 0.86 to 1.85 m.In addition,soil water content showed significant positive relationship with fine sand content of the soil but negative one with grave and coarse sand content.The findings can provide reference for rational utilization and protection of C.tibetica.

Caragana tibetica;nabkhas;soil particle-size;soil spatial heterogeneity;soil moisture

2014-7-10，

2014-09-29

國家自然科學基金(31300360)；內(nèi)蒙古自然科學基金(200408020501)；內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院青年創(chuàng)新基金(2013QNJJM12)

倉木拉(1965-)，女，西藏拉薩人，副教授，主要從事草業(yè)科學領域教學與科研工作。

*[通訊作者]張璞進(1981-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，博士，助理研究員，主要從事草地群落結構與功能研究。 E-mail: zhangpujin0819@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)10-0023-05