荒漠綠洲過(guò)渡帶林地開(kāi)墾對(duì)土壤有效態(tài)微量元素的影響

馬曉飛，楚新正

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830054)

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荒漠綠洲過(guò)渡帶林地開(kāi)墾對(duì)土壤有效態(tài)微量元素的影響

馬曉飛1，2，楚新正1，2

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830054)

選擇荒漠綠洲過(guò)渡帶的林地開(kāi)墾區(qū)為研究對(duì)象，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和ArcGis空間分析工具相結(jié)合的方法，研究了林地開(kāi)墾后土壤中有效態(tài)Fe、Cu、Zn和Mn含量的空間變異特征和豐缺狀況。結(jié)果表明： 林地開(kāi)墾后有效態(tài)Mn顯著缺乏(P<0.05)，平均值為4.24 mg·kg-1，低于臨界值的土壤占土壤總數(shù)的32.25%，有效態(tài)Fe和Ze次之，分別有21.82%和29.36%的樣品低于臨界值，4種微量元素空間變異強(qiáng)度均>25%，呈較明顯的空間變異性； 半方差函數(shù)分析中，有效態(tài)Fe塊金值最大，有效態(tài)Mn變程最小，4種有效態(tài)微量元素塊金值與基臺(tái)值的比值均<25%，表明4種有效態(tài)微量元素空間依賴性均較強(qiáng)； 在空間結(jié)構(gòu)中，4種有效態(tài)微量元素呈明顯的片狀和斑塊狀分布，有效態(tài)Cu主要分布于研究區(qū)西南和西北部，有效態(tài)Zn和Fe主要分布于中部，有效態(tài)Mn呈東西方向?qū)ΨQ(chēng)分布且東部含量大于西部； 在有效性評(píng)價(jià)中，單項(xiàng)指數(shù)(Ei)以有效態(tài)Mn最高，達(dá)2.83，綜合指數(shù)(Ec)以有效態(tài)Fe最高，達(dá)1.27，有效態(tài)Cu的Ei值和Ec值均較低。

土壤微量元素；荒漠綠洲過(guò)渡帶；林地開(kāi)墾；空間變異性；有效性評(píng)價(jià)

荒漠綠洲過(guò)渡帶指荒漠生態(tài)系統(tǒng)和綠洲生態(tài)系統(tǒng)之間的生態(tài)接觸帶[1]，對(duì)阻止沙丘遷移、減緩綠洲風(fēng)沙危害等具有重要作用，因此也被看作綠洲的重要組成部分。在綠洲演替進(jìn)程中，荒漠綠洲過(guò)渡帶成為綠洲風(fēng)沙響應(yīng)[2-4]、水文變化過(guò)程[5]、沙堆演化[6]最敏感的區(qū)域。林地作為荒漠綠洲過(guò)渡區(qū)主要的土地利用類(lèi)型，在干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，然而，在我國(guó)西北干旱區(qū)普遍存在著人工綠洲擴(kuò)張的問(wèn)題，荒漠綠洲過(guò)渡帶的天然林地，不斷被開(kāi)墾為農(nóng)田，導(dǎo)致過(guò)渡帶林地面積銳減[7]，從而對(duì)荒漠、綠洲的生態(tài)安全產(chǎn)生很大威脅。

土壤微量元素是相對(duì)大量元素而劃分的，是植物生態(tài)環(huán)境因子中重要的組成部分[8]。其中，存在于土壤中能被植物吸收利用的部分稱(chēng)為有效態(tài)微量元素[9]。土壤有效態(tài)微量元素的供應(yīng)受土壤性質(zhì)、土壤環(huán)境條件等因素的制約，成為植物生長(zhǎng)的限制性因素。目前，全球范圍內(nèi)有數(shù)萬(wàn)公頃耕地土壤缺乏微量元素[10]，而我國(guó)更是比較普遍[11]，尤以干旱區(qū)表現(xiàn)最為典型。近年來(lái)，土壤微量元素的研究主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以及植被演替進(jìn)程[12-18]等方面，對(duì)于土地利用類(lèi)型遭破壞或干擾下的土壤微量元素動(dòng)態(tài)變化的相關(guān)研究還較少，尤其是對(duì)荒漠綠洲過(guò)渡區(qū)域林地開(kāi)墾處的土壤微量元素變化特征的相關(guān)研究則更少。本文以荒漠綠洲過(guò)渡帶的林地開(kāi)墾區(qū)為研究對(duì)象，分析了土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變后土壤有效態(tài)微量元素(Fe、Mn、Cu、Zn)的變化特征，以期揭示綠洲擴(kuò)增進(jìn)程中人為擾動(dòng)因素與土壤微量元素間的關(guān)系，從而為研究區(qū)土地修復(fù)與可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

新疆甘家湖梭梭林荒漠綠洲過(guò)渡帶地處甘家湖梭梭林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，研究區(qū)荒漠綠洲過(guò)渡帶范圍為：44°30′～44°36′N(xiāo) ，82°44′～82°56′E，面積達(dá)122.78 km2，年平均氣溫6.7℃，無(wú)霜期18 d左右，年平均降水量達(dá)144 mm，年蒸發(fā)量為2 000 mm，屬于典型的溫帶大陸性荒漠氣候。

新疆甘家湖梭梭林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)西鄰中國(guó)第二大沙漠(古爾班通古特沙漠)且與新疆第一大咸水湖——艾比湖相接。該區(qū)域擁有著我國(guó)生長(zhǎng)狀況最好、分布最集中的梭梭林，其不僅是我國(guó)“三北”防護(hù)林體系的組成部分，同時(shí)也控制著克可喀斯哈2.0×105hm2流沙的移動(dòng)，抵御著阿拉山口常年肆虐的大風(fēng)。由于近40年來(lái)人類(lèi)大面積毀林變耕，甘家湖的林地面積不斷銳減，已逐漸成為影響天山北麓生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

2　研究方法

2.1樣品采集和分析

2013年5月在甘家湖梭梭林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行土樣采集。其中，在林帶內(nèi)部以及靠近林帶且為同時(shí)段開(kāi)墾的兩種土地利用類(lèi)型下分別設(shè)立采樣點(diǎn)，利用GPS進(jìn)行定位取土，樣點(diǎn)間距大于500 m且小于2 km，每個(gè)樣地取0～10 cm(表層)，10～20 cm(第二層)，20～40 cm(第三層)，40～60 cm(第四層)的土壤，最終取得584個(gè)土樣，每個(gè)土樣質(zhì)量≥2 kg，所有樣品裝入樣品袋帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室將樣品自然風(fēng)干，挑出植物根系、石礫等，過(guò)2 mm篩進(jìn)行理化性質(zhì)分析。土壤樣品采用常規(guī)方法進(jìn)行分析[19]。土壤有效銅、錳、鐵、鋅用二乙三胺乙酸(DTPA)浸提，ZL—5100型原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

2.2數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)土壤微量元素含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，為避免產(chǎn)生比例效應(yīng)，采用K-S方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，最終得出最大值、最小值、平均值等統(tǒng)計(jì)信息。

采用GS+9.0軟件進(jìn)行變異函數(shù)計(jì)算和分析，其中，變異函數(shù)參數(shù)塊金值(C0)是空間距離為零時(shí)變異函數(shù)的值；基臺(tái)值(C+C0)是系統(tǒng)最大變異，塊金值與基臺(tái)值的比值C0/(C+C0)反映了土壤屬性的空間相關(guān)性程度，比值越大，空間自相關(guān)性越強(qiáng)；決定系數(shù)(R2)或殘差平方和(RSS)用于判斷模型擬合的好壞[20]。

利用ArcGIS10.0軟件對(duì)土壤微量元素進(jìn)行Kriging法和IDW法的最優(yōu)插值，得到微量元素的空間分布圖。其中，Kriging插值法對(duì)獨(dú)立誤差進(jìn)行估值時(shí)，具有良好的關(guān)聯(lián)性和精確性。但易受變異函數(shù)、待估樣點(diǎn)幾何性質(zhì)等影響[21]，當(dāng)變異函數(shù)誤差較大時(shí)，精確性則明顯下降。而IDW在空間插值主要受距離影響，所插值可以通過(guò)鄰近點(diǎn)的分析從而獲得最優(yōu)值[22]。

土壤微量元素密度是指單位面積土壤所含微量元素的質(zhì)量，采用如下計(jì)算公式[8]：

STED=1/10∑Di×BDi×STECi×(1-Vi)

式中，STED為土壤微量元素密度(g·m-2)；Di為第i層土壤厚度(cm)；BDi為第i層土壤容重(g·cm-3)；STECi為第i層土壤微量元素的含量(g·kg-1)；Vi為>2mm土壤顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。

土壤微量元素有效性評(píng)價(jià)采用單項(xiàng)指數(shù)(Ei)和綜合指數(shù)(Ec)相結(jié)合的方法[23]，先計(jì)算各種微量元素有效性指數(shù)，再采用“均根法”計(jì)算綜合有效性指數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，ci為實(shí)際測(cè)定的第i種土壤有效態(tài)微量元素 密度(g·m-2)；si為第i種土壤有效態(tài)微量元素密度的臨界值(g·m-2)，Ei、Ec分別為單項(xiàng)指數(shù)和綜合指數(shù)。

3　結(jié)果與分析

3.1土壤微量元素有效態(tài)含量的總體特征

研究區(qū)荒漠綠洲過(guò)渡帶4種土壤微量元素有效態(tài)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，4種微量元素有效態(tài)含量最大值和最小值變幅的大小依次為：Mn>Fe>Zn>Cu。根據(jù)新疆農(nóng)科院土壤肥料研究所設(shè)定的臨界值指標(biāo)[23]，從中可以看出，有效態(tài)Mn的平均值為4.24 mg·kg-1，低于臨界值的土壤數(shù)占總土壤數(shù)的32.25%。除此之外，有效態(tài)Fe和有效態(tài)Zn的平均值均大于臨界值，但仍有21.82%和29.36%的樣品處于臨界值以下。有效態(tài)Cu均值明顯大于臨界值，且所有樣品均處于臨界值以上?？梢?jiàn)，林地開(kāi)墾后對(duì)土壤中微量養(yǎng)分的影響以有效態(tài)Mn表現(xiàn)最為顯著，部分采樣點(diǎn)有效態(tài)Fe和有效態(tài)Zn的缺失也需要引起重視。

變異系數(shù)在0～15%之間的為小變異，在16%～35%之間為中等變異，大于36%的為高度變異[17]。從表1可以看出，除有效態(tài)Mn表現(xiàn)為中等變異外，其余3種有效態(tài)元素均表現(xiàn)為高度變異。說(shuō)明這4種微量元素有效態(tài)含量的分布存在較為明顯的空間變異性。

偏度是表示數(shù)據(jù)分布偏斜方向和程度的度量，峰度是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布陡峭程度的度量，偏度和峰度值等于或者接近0，數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布[24]。從表1可見(jiàn)，只有有效態(tài)Cu的偏度和峰度較接近于0，其余3種有效態(tài)微量元素均不接近于0。說(shuō)明只有有效態(tài)Cu呈正態(tài)分布。

表1　研究區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量的統(tǒng)計(jì)特征

3.2土壤微量元素有效態(tài)含量的空間結(jié)構(gòu)

運(yùn)用半方差函數(shù)模型分析了4種土壤微量元素有效態(tài)含量的空間變異特征。結(jié)果顯示(表2)，4種有效態(tài)微量元素的理論模型能夠較好地符合高斯模型、指數(shù)模型和球狀模型，4種有效態(tài)微量元素的塊金值(C0)均較小，以有效Zn最為典型，為0.0092。由于塊金值表示隨機(jī)部分的異質(zhì)性，指由實(shí)驗(yàn)誤差和小于實(shí)驗(yàn)取樣尺度引起的變異，變異的大小由塊金值的大小決定，較大的塊金值表明較小尺度上的某種過(guò)程不容忽視[25]。因此，在4種有效態(tài)微量元素的塊金值比較中有效Fe的塊金值最大，為0.32，表明在小尺度范圍內(nèi)，土壤中有效態(tài)Fe的變異過(guò)程仍然相對(duì)較強(qiáng)，不容忽視。由于變程的大小反映區(qū)域化變量自相關(guān)范圍的尺度，在變程范圍內(nèi)，變量具有空間自相關(guān)性，反之則不存在[26]。通過(guò)變程的分析結(jié)果可以看出，有效Mn的變程最小，表明它的空間變異性較強(qiáng)，空間分布特征差異性或復(fù)雜性較明顯。

塊金值與基臺(tái)值的比值C0/(C+C0)可以反映系統(tǒng)變量的空間自相關(guān)程度[19]。當(dāng)塊金值與基臺(tái)值的比值<25%時(shí)，表明變量具有顯著的空間自相關(guān)性；當(dāng)塊金值與基臺(tái)值的比值介于25%和75%之間，表明變量具有中等程度的空間自相關(guān)性；當(dāng)塊金值與基臺(tái)值的比值>75%時(shí)，表明變量具有較弱的空間自相關(guān)性[27]。4種有效態(tài)土壤微量元素塊金值與基臺(tái)值的比值均<25%，表明研究區(qū)4種土壤有效態(tài)微量元素空間依賴性都較強(qiáng)，其空間分布主要受結(jié)構(gòu)性因子(地貌、土壤類(lèi)型、氣候等)影響所致。

表2　土壤微量元素有效態(tài)含量空間變異的半方差參數(shù)

3.3土壤微量元素有效態(tài)含量的空間格局

選擇上述最優(yōu)半方差函數(shù)理論模型及相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用空間插值的方法繪制空間分布圖(見(jiàn)圖1)，并采用交叉驗(yàn)證法對(duì)所用插值方法進(jìn)行精度檢驗(yàn)。

圖1土壤有效態(tài)微量元素的空間分布

Fig.1Spatial distribution of soil available trace elements

通過(guò)對(duì)4種土壤微量元素Kriging和反距離權(quán)重(IDW)的插值精度檢驗(yàn)(見(jiàn)表3)，表明有效Cu在兩種插值方法中的精度均較高， RMSE分別為23.5%和25.8%，有效Fe、有效Zn的精度其次， 有效Mn的精度最弱， RMSE分別為58.1%和55.2%。因此， 對(duì)有效Cu、有效Fe和有效Zn采用Kiging插值法； 為避免插值過(guò)程中隨機(jī)性因素對(duì)插值的影響[22]，對(duì)有效Mn采用反距離權(quán)重(IDW)法進(jìn)行插值， 得出研究區(qū)有效態(tài)微量元素空間分布圖(見(jiàn)圖1)。

從空間分布圖來(lái)看，土壤有效態(tài)微量元素的含量空間分布呈典型的條帶狀和斑塊狀格局。其中，有效態(tài)Fe較高值主要分布在研究區(qū)中部偏東南方向，與此相對(duì)應(yīng)的是中部偏西北方向有效態(tài)Fe含量相對(duì)較低，且出現(xiàn)一小范圍的土壤有效態(tài)Fe“貧瘠點(diǎn)”。有效態(tài)Cu的空間分布圖主要以中低值分布，斑點(diǎn)狀的高含量值主要分布在研究區(qū)西南、西北方向，且梯度性差異顯著，這主要是因?yàn)橥寥乐械你~主要源自土壤母質(zhì)，有近70%的有效態(tài)Cu存在于黏粒物質(zhì)中[28]，研究區(qū)大面積林地開(kāi)墾改變了土壤原有的機(jī)械組成，造成有效態(tài)Cu含量普遍較低。有效態(tài)Zn的空間分布大體與有效態(tài)Fe相近，只是較低值區(qū)域較有效態(tài)Fe加大加長(zhǎng)。有效態(tài)Mn的含量空間分布上東部大于西部，較大值和較小值呈東南、西北對(duì)稱(chēng)分布，最小值分布于中部偏南區(qū)域，處于缺乏狀態(tài)。

表3　土壤微量元素有效含量插值精度檢驗(yàn)

3.4土壤微量元素有效態(tài)含量變化分析與評(píng)價(jià)

新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院土壤肥料研究所根據(jù)以往在新疆各地州所做的肥料實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了適宜于新疆農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量評(píng)價(jià)的指標(biāo)[23]，本文以DTPA提取的土壤微量元素含量(表1)作為評(píng)價(jià)值，對(duì)荒漠綠洲過(guò)渡帶土壤有效態(tài)微量元素進(jìn)行豐缺評(píng)價(jià)(見(jiàn)表4)。由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中普遍存在以土壤表層微量元素含量代替整體的現(xiàn)象；而在不同土層中微量元素存在著表層土壤與下層土壤豐缺不一致的現(xiàn)象[29-30]。因此，提出STED的概念可以更加系統(tǒng)地計(jì)算有效態(tài)微量元素的豐缺性。由結(jié)果可知，研究區(qū)土壤中有效態(tài)Fe含量較豐富，有效態(tài)含量為8.85 mg·kg-1，處于中等偏上水平，有效性指數(shù)<1，相對(duì)較低；有效態(tài)Mn的含量較低，為4.24 mg·kg-1，處于較低水平，其有效性指數(shù)較高，為2.83；有效態(tài)Cu含量較為豐富，為1.58 mg·kg-1，處于中等水平，有效性指數(shù)較低；有效態(tài)Zn含量較低，為0.5 mg·kg-1，處于較低水平，有效性指數(shù)較低，為0.12。研究區(qū)土壤有效性綜合指數(shù)以有效態(tài)Fe最高，其次為有效態(tài)Zn，有效態(tài)Cu最低，僅為0.98。

表4　新疆農(nóng)田微量元素的分級(jí)指標(biāo)及研究區(qū)土壤微量元素密度、有效性指數(shù)比較

注：同列不同字母代表0.05水平下差異顯著。

Note： Different letters represents significant difference at 0.05 level.

4　討　論

4.1林地與開(kāi)墾林地間有效態(tài)微量元素含量變化

土壤微量元素的含量是自然和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果[9]。本研究中土壤有效態(tài)Mn的含量變化顯著(圖2)，分別較臨界值和林地降低了17.9%和70.5%。這與李海峰等[23]對(duì)綠洲農(nóng)田土壤微量元素有效態(tài)含量的特征變化研究結(jié)果不同，其認(rèn)為綠洲邊緣土壤除Mn外，均缺乏Fe、Cu和Zn，并指出其研究區(qū)暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)缺Mn的威脅。造成這種差異，一方面可能由于本文的研究區(qū)為剛開(kāi)墾不久的農(nóng)田，耕作周期較短，未見(jiàn)施肥狀況或施肥力度較??；另一方面對(duì)剛開(kāi)墾農(nóng)田，其翻耕力度和頻率往往較大，而翻耕會(huì)增大土壤的通透性，使得氧化還原電位升高，降低了Mn的有效性[31]。因此，在剛開(kāi)墾不久的荒漠綠洲過(guò)渡帶林地中施加Mn肥是有必要的。

圖2林地與開(kāi)墾林地間有效態(tài)微量元素含量變化

Fig.2Changes of available trace elements contents

between woodlands and reclaimed forest lands

草地或林地致使荒漠綠洲過(guò)渡帶生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，農(nóng)作物取代森林植被，致使初級(jí)生產(chǎn)固定的Fe、Zn等在土壤中的分配比例下降，從而降低了土壤中有效態(tài)微量元素的含量[8]。本研究中，有效態(tài)Fe、Zn均減少，這與董國(guó)濤等[9]對(duì)新疆三工河流域綠洲土壤微量元素的有效態(tài)含量的研究結(jié)果相一致。然而，在本研究有效態(tài)Zn減少幅度相對(duì)較小，這可能由于所屬研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)類(lèi)型以棉花種植為主導(dǎo)，而Zn肥又對(duì)棉花的增產(chǎn)具有顯著的作用[32]。因此，研究區(qū)人為耕作中可能施加的少量Zn肥，會(huì)降低有效態(tài)Zn的減小幅度。

土壤微量元素在促進(jìn)植物生長(zhǎng)代謝、提高產(chǎn)量及品質(zhì)方面具有重要意義[33]，微量元素Cu在植物生長(zhǎng)中具有不可替代的作用。本研究中，開(kāi)墾林地的有效態(tài)Cu含量高于臨界值，甚至高于林地。Kopittke等[34]認(rèn)為，銅素在土壤中的有效性與植物自身緊密相關(guān)，當(dāng)含量較高時(shí)，則抑制植被生長(zhǎng)發(fā)育，而在長(zhǎng)期的生境下植物又會(huì)通過(guò)自身調(diào)節(jié)作用，減少對(duì)銅素的吸收。因此，在植被演替過(guò)程中，土壤有效態(tài)Cu含量降低是植物一種積極適應(yīng)環(huán)境的方式。在本研究中，由于林地開(kāi)墾打破了植物自身的適應(yīng)機(jī)理和進(jìn)程，對(duì)土壤中銅素的整合作用減弱，從而使得林地開(kāi)墾區(qū)土壤有效態(tài)Cu含量提高。

4.2荒漠綠洲過(guò)渡帶土壤微量元素的空間分析

在土壤中微量元素自然含量高低首先取決于成土母質(zhì)的來(lái)源，其次受到生物聚集和土壤自身聚集作用的影響，從而使得土壤礦質(zhì)元素、機(jī)械組成、理化性質(zhì)等發(fā)生變化[35]?；哪G洲過(guò)渡帶是一個(gè)生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，由于高幾率的被替代性、弱的抗干擾性和低概率的自我恢復(fù)性，致使綠洲荒漠過(guò)渡帶成為最脆弱、最不穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型之一[36]，同時(shí)也是干旱區(qū)荒漠化進(jìn)程與綠洲化進(jìn)程對(duì)立斗爭(zhēng)的最敏感部位[37]。甘家湖荒漠綠洲過(guò)渡帶，是新疆天山北麓的典型區(qū)域。該區(qū)域受艾比湖濕地和古爾班通古特沙漠的交匯影響顯著。近年來(lái)，一方面在自然因素下(如降水等)，使得艾比湖水域伸縮性頻繁，致使甘家湖荒漠綠洲過(guò)渡帶西側(cè)土壤理化性質(zhì)變化顯著；另一方面受人為活動(dòng)的影響(如開(kāi)墾、放牧、毀林等)，使得古爾班通古特沙漠?dāng)U增力度加強(qiáng)，對(duì)研究區(qū)土壤表層擾動(dòng)性增大。

Cu2+適宜在酸性環(huán)境中存在[38]，研究區(qū)南側(cè)整體有效態(tài)Cu的含量普遍偏高。這可能由于艾比湖水域范圍的延伸，引起研究區(qū)地下水位的上升，從而降低了土壤的鹽堿性，致使pH值降低，而pH值的降低就會(huì)導(dǎo)致Cu2+沉淀。有效態(tài)Fe和Mn，在研究區(qū)范圍的西側(cè)和西北側(cè)含量降低，這可能由于林地開(kāi)墾致使地表裸露，加大了相同時(shí)間內(nèi)土壤溫度的提升，從而致使部分土壤微量元素含量較高，這與劉洪來(lái)等[8]研究認(rèn)為，土壤溫度的上升引起鹽分向地表垂直運(yùn)動(dòng)加快，提高了表層土壤鹽分含量和pH值，而土壤pH值的升高在一定程度上會(huì)促進(jìn)有效態(tài)微量元素在土壤中的積累結(jié)果相一致。

5　結(jié)　論

1) 研究區(qū)林地開(kāi)墾后土壤微量元素中有效態(tài)Mn變幅最大，含量低于臨界值土壤數(shù)占總土壤數(shù)的32.25%。變異系數(shù)變化中，4種有效態(tài)微量元素變異系數(shù)均較高，說(shuō)明其有效態(tài)含量的分布存在較好的空間異質(zhì)性。半方差分析中，有效態(tài)Fe的塊金值最大，表明在小尺度范圍內(nèi)，有效態(tài)Fe的變異過(guò)程仍然相對(duì)較強(qiáng)；有效態(tài)Mn的變程最小，表明有效態(tài)Mn的空間分布特征的差異性或復(fù)雜性較其他3種有效態(tài)微量元素顯著；4種有效態(tài)微量元素的塊金值與基臺(tái)值的比值均<25%，從而說(shuō)明研究區(qū)4種有效態(tài)微量元素的空間依賴性均較強(qiáng)。

2) 在空間結(jié)構(gòu)分布中，有效態(tài)Cu主要集中分布于研究區(qū)西南和西北部，有效態(tài)Zn和有效態(tài)Fe主要分布于中部，有效態(tài)Mn在空間結(jié)構(gòu)分布中呈對(duì)稱(chēng)分布且東部大于西部。通過(guò)對(duì)研究區(qū)4種主要土壤微量元素的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中看出，有效態(tài)Fe和有效態(tài)Cu相對(duì)較好，處于中等或中等偏上水平，而有效態(tài)Mn和有效態(tài)Zn則處于較低水平。

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Desert oasis ecotone of forest land tillage effects on soil trace elements

MA Xiao-fei1,2, CHU Xin-zheng1,2

(1.CollegeofGeographyandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054,China;2.KeyLaboratoryoflakeenvironmentandResourcesinaridareaofXinjiang,Urumqi,Xinjiang830054,China)

Selection of desert oasis ecotone of forest land reclamation area as the research object, using the method of statistical tools and ArcGis spatial analysis of combining research, spatial variability of woodland effective state in soil after reclamation of Fe, Cu, Zn and Mn content and the condition of abundance or deficiency. The results showed that: After the land reclamation, the available Mn was obviously insufficient (P<0.05). The average content was 4.24 mg·kg-1. Soil with the Mn content which was lower than the critical value occupied 32.25% of all the soil. Insufficiency degrees of available Fe and available Ze ranked the second place. Fe contents in 21.82% of samples and Ze contents in 29.36% of samples were lower than critical values. The spatial variation intensities of 4 microelements exceeded 25%, while these microelements showed obvious spatial variability； Analysis of semi variance function, nugget value maximum available Fe, available Mn variable range minimum, 4 kinds of available trace elements nugget value base table value <25%, showed that 4 kinds of available trace elements spatial dependence are strong; In the space structure, sheet and patchy distribution obviously 4 available trace elements are, available Cu mainly distributed in the study area in southwest and northwest, available Zn and Fe were mainly distributed in the middle available Mn in east-west direction, symmetrically distributed and Eastern content greater than western; According to availability evaluation results, available Mn had the highest single index (Ei), which reached up to 2.83; available Fe had the highest comprehensive index (Ec) which reached up to 1.27; andEiandEcvalues of available Cu were relatively low.

soil trace element; desert oasis ecotone; reclamation of forest land; spatial variability; effectiveness evaluation

1000-7601(2016)04-0125-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.19

2015-04-18

國(guó)家自然科學(xué)基金(41261046)；新疆師范大學(xué)地理學(xué)博士點(diǎn)支撐學(xué)科開(kāi)放課題基金項(xiàng)目(XJNU-DL-201501)

馬曉飛(1988—)，男，新疆額敏人，碩士研究生，主要從事生態(tài)退化和景觀地球化學(xué)方面的研究。 E-mail：364982725@qq.com。

楚新正(1956—)，男，教授，主要從事干旱區(qū)景觀生態(tài)學(xué)研究。E-mail：xzchu@sina.cn。

S153.6+1

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