丹江鸚鵡溝小流域土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征

唐輝，李占斌,2?，宋曉強(qiáng)，同新奇，王添，楊媛媛，姚京威

(1. 西安理工大學(xué) 西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，710048，西安；2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持

研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，楊西楊凌；3.陜西省水土保持局，710004，西安)

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丹江鸚鵡溝小流域土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征

唐輝1，李占斌1,2?，宋曉強(qiáng)3，同新奇3，王添1，楊媛媛1，姚京威1

(1. 西安理工大學(xué) 西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，710048，西安；2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持

研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，712100，楊西楊凌；3.陜西省水土保持局，710004，西安)

摘要：錳是土壤中的一種重要元素，其遷移過程可在一定程度上反映水土流失過程。為進(jìn)一步闡明小流域內(nèi)水土流失過程和小流域土壤有效錳的分布特征，采用DTPA-原子吸收火焰分光光度法對鸚鵡溝小流域不同地形因子、土地利用方式下土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定，作出流域內(nèi)土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的各個(gè)方向分形維數(shù)，得出該小流域有效態(tài)錳的分布特征。結(jié)果表明：鸚鵡溝小流域土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為7.43～57.67 mg/kg，均值為39.52 mg/kg；海拔480～540 m地區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為41.61 mg/kg，變異系數(shù)從大到小為低海拔、中海拔、高海拔；8～14°坡度質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布最高，為43.32 mg/kg，在不同坡度上變異系數(shù)從大到小為：較緩坡、微坡、急陡坡、較陡坡、緩坡；上坡位質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高42.16 mg/kg，變異系數(shù)從大到小上坡位、中坡位、下坡位；林地質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高42.07 mg/kg，變異系數(shù)從大到小為農(nóng)地、林地、草地；在45°方向上具有較顯著的分形特征，且變異程度最高。

關(guān)鍵詞：土壤有效錳； 地形； 土地利用； 分形維數(shù)

項(xiàng)目名稱： 國家科技支撐計(jì)劃課題“農(nóng)田水土保持工程與耕作關(guān)鍵技術(shù)研究” (2011BAD31B01)；國家自然科學(xué)基金“土石山區(qū)坡面水沙調(diào)控對土壤氮素遷移的作用機(jī)制研究” (41401316)

錳(Mn)是植物生長所必需的微量元素之一[1]。錳在土壤中的存在形態(tài)包括殘留態(tài)、有機(jī)態(tài)、氧化鐵結(jié)合態(tài)、易還原態(tài)、交換態(tài)和水溶態(tài)，而對植物有直接效應(yīng)的主要是后三者，統(tǒng)稱為有效態(tài)錳[2]，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)能較好的反映土壤的供錳強(qiáng)度。目前對土壤有效態(tài)錳的研究主要在質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布[3]、空間變異特征[4]、影響因素[5-7]、變化規(guī)律[8]，形態(tài)分布[9]，以及生物氣候和人類活動對土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的影響[10-12]等；對土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的研究集中在面積較大的大尺度上，或是在田間地塊上，對于小流域尺度上不同海拔、地形、土地利用對土壤有效錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布影響研究較少。丹江中游是南水北調(diào)工程的水源區(qū)之一，該區(qū)的養(yǎng)分和水土流失備受關(guān)注，水土流失過程伴隨著土壤中養(yǎng)分和金屬元素的遷移，在一定程度上可用養(yǎng)分流失過程來表示。筆者研究丹江中游鸚鵡小流域的土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布，以闡明其分布局部的特征，為進(jìn)一步研究小流域尺度上水土流失過程奠定基礎(chǔ)，也為小流域尺度上田間管理和灌水施肥提供一定參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

鸚鵡溝小流域位于陜西省商洛市商南縣城關(guān)鎮(zhèn)五里鋪村(E 110°52′16″～110°55′30″，N 33°29′55″～33°33′50″)，流域總面積1.86 km2，流域內(nèi)主溝長3 232.90 m，最大主溝道比降0.01 m/m，流域坡面比降0.33 m/m，屬于多邊形水系；流域最高海拔600 m，最低海拔464 m，大部分為低山丘陵地貌，溝谷開闊；流域內(nèi)土壤以黃棕壤、風(fēng)化砂壤土為主，坡面有效土層厚度20～70 cm，溝道土質(zhì)以黃棕壤為主，土壤潮濕，土層較厚，土質(zhì)肥沃，相對耐旱，是該流域的主要產(chǎn)糧區(qū)；黃棕壤分布在河道兩岸，砂壤土分布于坡面上；土壤多呈微酸性，硼、錳、鋅等微量元素較缺乏；土地覆蓋類型以農(nóng)地、林地和草地為主。喬木以櫟樹、松樹為主，灌木樹種較多且雜，草地以禾本科的草為主，農(nóng)地以小麥、玉米和花生為主；年均氣溫14 ℃，最高氣溫40.9 ℃，最低-12.2 ℃，多年平均日照時(shí)間為1 974 h，無霜期216 d，年均降水量803.2 mm，其中7—9月份的降水量占全年降水量50%左右[13]。

1.2樣品采集及測定

2012年對丹江鸚鵡溝小流域進(jìn)行網(wǎng)格布點(diǎn)，網(wǎng)格距離100 m，采用GPS對每個(gè)采樣點(diǎn)定位(精度為±3 m)。采樣時(shí)以網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)為圓心，清除地表植物和枯枝落葉后在5 m范圍內(nèi)采集10鉆(每隔40°方向上距圓心點(diǎn)2～5 m之間取樣，視具體環(huán)境而定)耕層土壤(0～20 cm)，均勻混合后作為該點(diǎn)的土樣，共采集195個(gè)樣品。在實(shí)驗(yàn)室中，分揀去除石塊及植物根系等雜物，室溫下自然風(fēng)干后碾磨，過2 mm篩后，密封于聚乙烯塑料袋中保存待測。土壤有效錳采用DTPA浸提，原子火焰分光光度法測定，測定儀器為國產(chǎn)TAS-990原子吸收火焰分光光度計(jì)。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS18.0、Excel 2010等軟件對土壤中有效猛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析及回歸分析，GS+7.0作分形維數(shù)和半方差分析，ArcGIS 9.3地統(tǒng)計(jì)分析模塊制作空間分布圖。

半方差函數(shù)(Semivariogram)是描述空間變量的關(guān)鍵函數(shù)，用于描述變量的空間變異結(jié)構(gòu)，反映不同距離觀測值之間的變化:

(1)

式中：r(h)為是間距為h的半方差函數(shù)值，在一定范圍內(nèi)隨h的增加而增大；N(h)為間隔距離為h的樣點(diǎn)；Z(Xi)和Z(Xi+h)分別是區(qū)域化變量Z(X)在空間位置Xi和Xi+h的實(shí)測值。

分形維數(shù)[14]

D=2-H/2。

(2)

式中H為步長與半方差取對數(shù)值擬合直線關(guān)系中的斜率。

圖1　　研究區(qū)土地利用及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1　　Distribution of land use and sampling sites in 　the study area

2結(jié)果與分析

2.1地形對土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.1.1不同海拔土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布選擇了已知海拔值的165個(gè)樣本進(jìn)行分析，該流域內(nèi)海拔為420～600 m，按照海拔跨度以每60 m為間隔把流域海拔值分為3個(gè)等值段，420～480 m為低海拔，480～540 m為中海拔，540～600 m為高海拔，分別分析每個(gè)海拔段上的樣本特性。如表1所示，海拔在480～540 m之間的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值要大于海拔420～480 m與540～600 m，即土壤有效錳在流域內(nèi)中海拔區(qū)域質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布較高。土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在每個(gè)海拔段的變異程度不斷增大，分別為12%、23%、32%，都在中等強(qiáng)度變異范圍內(nèi)。說明高海拔區(qū)土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)離散程度較大，中海拔區(qū)次之，低海拔區(qū)最小。顯著性檢驗(yàn)表明420～540 m與540～600 m海拔上的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著，480～540 m海拔上的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較其他2個(gè)海拔段上的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異顯著，3個(gè)海拔段的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)概率分布都呈尖瘦型，420～480 m海拔段分布右偏，480～540 m和540～600 m段分布左偏。高海拔區(qū)的有效錳被淋溶隨徑流向下遷移，有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中下部累積，隨海拔的降低，土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定程度的增加趨勢[15]。中海拔區(qū)的地勢比高海拔區(qū)平緩，而低海拔區(qū)有河流分布，有效錳隨水流遷移，導(dǎo)致了流域內(nèi)有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在海拔上分呈現(xiàn)中海拔區(qū)高，低海拔和高海拔區(qū)較低的趨勢。

2.1.2不同坡度土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布對所取得的樣本按水土保持綜合治理通則(GBT 15772—2008)中坡度等級分類，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，較緩坡(5～7°)的變異系數(shù)最大為41%，微坡(0～4°)次之，較陡坡度上土壤有效錳的分布比小坡度上的分布均勻。緩坡(8～14°)上有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值最大，且分布最均勻，急陡坡(≥35°)上質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之；微坡、較緩坡、陡坡(25～34°)上土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值差異不大。由此可見，土壤有效錳在緩坡、較陡坡、急坡上易發(fā)生富集。

表1　不同海拔土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著性檢驗(yàn)及基本統(tǒng)計(jì)

注：顯著性差異采用Ducan’s multiple range test方法在α=0.05水平下分析，a和b指顯著性檢驗(yàn)差異順序，不同順序表示差異性顯著，相同順序表示差異性不顯著，下同。Note：The significance difference is analyzed by Ducan’s multiple range test. Values within each column with the same letter are not significantly different (α=0.05). The same below.

表2　不同坡度土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著性及基本統(tǒng)計(jì)

2.1.3不同坡位土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布把所取得的樣本按照上、中和下坡位[16]分類，它們的土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值分別為44.16 、39.24、40.87 mg/kg，呈現(xiàn)出中坡位質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低的現(xiàn)象；中坡位質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布呈平緩型，上坡位和下坡位呈尖瘦型，均值概率分布均是偏左。上、中、下坡位的變異系數(shù)分別為31%、26%、6%，表明土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的離散程度逐漸減低，即土壤有效錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在坡面上從上到下均勻程度越來越高。

由于地表徑流和地下徑流對土壤的淋溶作用，上坡位降雨產(chǎn)生的地表徑流和地下徑流量較小，對土壤的淋溶作用較弱，來自上坡位的地表徑流和地下徑流使得中坡位徑流量增大，導(dǎo)致徑流對土壤的淋溶作用增強(qiáng)，而且對坡面的沖刷作用增強(qiáng)，土壤中的有效錳隨徑流泥沙的遷移量增大。下坡面是徑流和泥沙的匯集，土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)理應(yīng)最高[17]；但由于坡腳處徑流量達(dá)到了坡面的最大值，徑流泥沙不會全部停留在坡腳處，會一直沿平地前進(jìn)，直到?jīng)]有流速和流量為止。這解釋了下坡位土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較均勻的特征。

表3　不同坡位土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著性及基本統(tǒng)計(jì)

2.2不同土地利用方式下土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

鸚鵡溝小流域的土地利用方式大致分為草地 、林地、農(nóng)地3種，土地利用圖(來源于Quickbird遙感影像)顯示農(nóng)地面積最大，占總面積的61.9%，其次是林地，占總面積的28.7%，面積最小的是草地，占總面積的9.4%。林地的土壤錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值最大，為42.07 mg/kg，農(nóng)地次之，為40.04 mg/kg，最小的是草地，為31.36 mg/kg。

由此可得出，草地土壤錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于農(nóng)地和林地，這主要是因?yàn)椴荼局参锏母鶎τ行B(tài)錳有很強(qiáng)的富集能力[18]，引起草地上土壤中有效錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。草地、林地、農(nóng)地土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)分別為43%、20%、2%，三者的差異非常大。這是由于流域內(nèi)草地疏密程度不均，造成了單位面積上草本植物的根對土壤有效錳富集能力不一，最終導(dǎo)致土壤中的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不均，離散程度大。對于林地來說，農(nóng)地土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異程度非常小，農(nóng)地相對于草地和林地來說土壤結(jié)構(gòu)單一，說明耕作改變了土壤的空間變異特征，常年的耕作使得土壤的性質(zhì)差異不大，土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布均勻[19]。

2.3土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間結(jié)構(gòu)分析

2.3.1分形維數(shù)采用GS+7.0地統(tǒng)計(jì)軟件中的分析維數(shù)計(jì)算模塊(Fractal)對該小流域的土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了分形維數(shù)的分析(圖2)，目前應(yīng)用分形理論研究土壤化學(xué)性質(zhì)的空間分布特征[20]時(shí)，多數(shù)情況下用單一分形維數(shù)表征空間分布特征[21]。土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分形維數(shù)為1.965(R2=0.357)。

表4　不同土地利用方式下土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著性及基本統(tǒng)計(jì)

D0—分形維數(shù)；SE—標(biāo)準(zhǔn)誤差；R2—確定系數(shù)；n—參與計(jì)算點(diǎn)個(gè)數(shù)。D0: fractal dimension; SE: standar error; R2: coefficient of determination; n: the points number which participate calculation. 圖2　土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的各向同性分形維數(shù)Fig.1　　Isotropic fractal dimension of the content of 　soil available Mn

圖3　0°、45°、90°、135°方向上土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)各向異性分形維數(shù)Fig.3　Anisotropic fractal dimension of the content of soil available Mn at 0°, 45°, 90°, 135°

地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的各向同性是指在計(jì)算變異函數(shù)值時(shí)不區(qū)分方向，只要距離為h的點(diǎn)均可參與計(jì)算；而各向異性是相對各向同性而言的，樣本在不同方向的變異性有所差異。土壤的分形維數(shù)也有此特征，在不同的方向上表現(xiàn)出不同的分形特征。

以平面直角坐標(biāo)系橫縱軸正向分別代表正東和正北方向，對土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分形維數(shù)在0°、45°、90°、135°方向進(jìn)行了分析，其中45°方向上分形特征最明顯(R2=0.758，為4個(gè)方向上的最大值，且更為接近1)，其他幾個(gè)方向的分形特征不太明顯。4個(gè)方向上的分形維數(shù)值分別為1.989、1.840、1.964、1.983，從數(shù)值大小上可以看出，土壤錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)45°方向上均勻程度最低，0°方向上均勻程度最高。如圖3所示，流域內(nèi)河流的流向應(yīng)是造成這一現(xiàn)象的原因之一，河流的流向大致是45°方向，結(jié)合各向異性的分形維數(shù)特征，表明了徑流的淋溶作用是造成土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)各向異性的原因之一。

2.3.2空間格局用GS+7.0土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)做半方差分析，得出有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的最優(yōu)模型為指數(shù)模型，基于ArcGIS 9.3地統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行插值(圖4)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)在28.82～31.32 mg/kg之間的面積的占流域總面積的4.02%，31.32～33.82 mg/kg之間的面積占5.69%，33.82～36.32 mg/kg之間的面積占6.71%，36.32～38.82 mg/kg之間的面積占15.34%，32.82～41.32 mg/kg之間的占17.37%，41.32～43.82 mg/kg之間的占29.17%，43.82～47.28 mg/kg之間的占21.72%。由土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Kriging簡單預(yù)測插值圖可看出，鸚鵡溝小流域有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的區(qū)域主要分布在流域的中西部，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布最大區(qū)域(41.32～43.82 mg/kg)主要分布在流域的正南、正北以及正西方向，呈現(xiàn)出從東部的逐漸上升到中部然后中部到西部逐漸下降的趨勢。該流域水系的流向是自東向西，徑流的匯聚過程伴隨著重金屬元素的遷移，成為導(dǎo)致鸚鵡溝小流域土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布不均勻的因素之一，東部集水區(qū)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少到中部匯聚到高峰；因西部處于流域內(nèi)水系的下游，地勢平坦且不是主要匯水區(qū)，土壤中有效錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)反而沒有中部高。

圖4　研究區(qū)土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布Fig.4　　Distribution of the content of soil available Mn　 in study area

3討論

該研究區(qū)內(nèi)本研究結(jié)果是在小流域的范圍內(nèi)取得的，對相近地區(qū)或者是土壤類型相似地區(qū)土壤的有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)值有一定的參考。土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤母質(zhì)、土地利用方式、地形、土壤pH值顯著相關(guān)[22]，這與本研究中結(jié)果一致。王小兵等[23]得出有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔顯著正相關(guān)；本文中海拔高程差小，可能在較大高程上統(tǒng)計(jì)分類不顯著，所以筆者研究中海拔上的分布結(jié)果僅適合于小尺度上的應(yīng)用。文中土地利用上的分布趨勢與文獻(xiàn)[6]中的一致；但本文中有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)值高，文獻(xiàn)[6]研究區(qū)域在西藏，原因可能在于氣候方面，氣候條件影響土壤性質(zhì)。除了以上提到的影響因素外，測試樣品的干濕程度[24]也會影響到最終的測定值。盡管如此，本研究從地形和土地利用2個(gè)方面探討了土壤有效錳在小流域上的分布特征，并得出了其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間分布圖，對于指導(dǎo)田間施肥管理和研究水土流失過程有著重要的意義，施肥與產(chǎn)量的關(guān)系、有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤侵蝕量間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

該研究區(qū)內(nèi)土壤有效錳總體平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)是39.52 mg/kg，變異系數(shù)為28%，統(tǒng)計(jì)分布對照劉錚等[1]給出的土壤易還原態(tài)錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)臨界值100 mg/kg，鸚鵡溝小流域的土壤有效態(tài)錳缺乏，局部區(qū)域更為缺乏。以60m為間隔的海拔區(qū)間上土壤有效錳的分布仍有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異，這對于研究海拔因素對有效錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一定的參考價(jià)值，以后可在更大尺度上進(jìn)行相關(guān)研究。

1)在此小流域研究得出，中海拔(480～540 m)土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為41.61 mg/kg；有效錳在8～15°的坡上發(fā)生富集，不同的坡位上也有顯著的差異，上坡位其質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，并表現(xiàn)為從上到下均勻程度越來越高。

2)不同土地利用上有效錳的分布最為明顯，林地的土壤錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值最大，為42.07 mg/kg，農(nóng)地次之，為40.04 mg/kg，最小的是草地，31.36 mg/kg，草地土壤錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于農(nóng)地和林地。

3)空間分析表明，流域土壤有效錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分形維數(shù)為1.965，且表現(xiàn)出各向異性，流域內(nèi)土壤有效錳隨徑流遷移，表現(xiàn)在東部分布較低，中西部較高。

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(責(zé)任編輯：程云郭雪芳)

Distribution characteristics of the content of available Mn in Yingwugou

watershed, Shaanxi Province

Tang Hui1, Li Zhanbin1,2, Song Xiaoqiang3, Tong Xinqi3, Wang Tian1, Yang yuanyuan1, Yao Jingwei1

(1.Key Laboratory of Northwest Water Resources and Environment Ecology of Ministry of Education, Xi′an University of Technology,

710048, Xi′an, China; 2. Key Laboratory of Soil Erosion and Dry-land Farming on the Loess Plateau, Institute of Soil and Water

Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, 712100, Yangling, Shaanxi, China;3. Shaanxi Bureau of

Soil and Water Conservation, 710004, Xi′an, China)

Abstract:Manganese (Mn) is one of important elements in soil and its transportation process is an reflection of soil and water loss. In order to understand more deeply about the process of soil and water loss, the content of available Mn in Yingwugou watershed located in Shaanxi Province was investigated. This study employed DTPA-atomic absorption fire spectrophotometry to measure the content of available Mn in different topography and land use types of the watershed. Then fractal dimension of the content of available Mn in a few directions was calculated and finally the distribution of the content of available Mn was clarified. The results showed that the content of soil available Mn at the Yingwugou watershed ranged from 7.43-57.67 mg/kg, 39.52 mg/kg on average. 1) Middle elevation had the highest content (41.61 mg/kg) and the value of the coefficient variation (CV) from high to low was ordered distinctively as low, middle, and high, suggesting that the available Mn in soil is moved from high to low elevations by runoff in the watershed after leaching, gathers at middle or low elevation areas, and finally the available Mn at low elevation areas is carried away by flowing river. The highest content of available Mn (43.32 mg/kg) could be found on slopes with degree ranging from 8-14° and the value of CV from high to low was ranked as very gentle slope, micro-slope, very steep slope, steep slope and gentle slope; the available Mn was easier to aggregate at very gentle slope, micro-slope, and steep slope. The upslope position had the highest content (42.16 mg/kg) and the value of CV from high to low was ordered as down slope, middle slope, upslope, indicating that runoff is the main force to move the available Mn. 2) The woodland had the highest content of 42.07 mg/kg and the value of CV from high to low was ranked as farmland, woodland, grassland. The woodland and the grassland had more complicated soil structures because of more biocenoses and less disturbance. The grass roots have a high ability to utilize the available Mn and the soil texture of farmland is highly uniform. All of these reasons lead to the current distribution characteristics of content of available Mn in the different landuse types. 3) The fractal characteristics were obvious at the 45° direction, and extent of variation was the highest. The high content of Mn was distributed in the west, south, and north of the watershed. The total spatial pattern of the watershed was that the content of available Mn increased from east to west and then decreased, but still higher than the east. These results would provide reference to describe the process of soil and water loss.

Keywords:soil available Mn; topography; land use; fractal dimension

通信作者?簡介： 李占斌(1962—)，男，博士，研究員。主要研究方向：水文水資源、土壤侵蝕與水土保持等。E-mail：zhanbinli@126.com

作者簡介：第一 唐輝(1989—)，男，碩士。主要研究方向：土壤侵蝕與水土保持。E-mail：tanghuicq@126.com

收稿日期：2015-05-15修回日期： 2015-11-03

中圖分類號：S157.1； S158.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-3007(2015)06-0076-07