艾比湖濕地典型植物群落下土壤容重及影響因素分析

閆晶潔　李艷紅　王鑫

摘 要 為探究艾比湖濕地典型植物群落下土壤容重特征，基于2017年5月、8月典型植物群落下土層土壤容重數(shù)據(jù)，以艾比湖濕地為研究區(qū)，劃分4個區(qū)域，運用地統(tǒng)計學(xué)、傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法對西北部的蘆葦+檉柳群落、胡楊+檉柳群落，東北部的梭梭+蘆葦群落、梭梭+羅布麻群落，東南部的檉柳+蘆葦群落，西南部的胡楊+鹽爪爪+蘆葦群落6種典型植物群落下土壤容重特征進行分析。結(jié)果表明：1）5月、8月大部分植物屬于中等程度變異，蘆葦+檉柳群落下土壤容重最小，土壤理化性質(zhì)最好。2）隨著季節(jié)的變化，在垂直方向上，土壤容重的變化具有差異性。3）從空間結(jié)構(gòu)分析，典型植被群落下土壤容重在一定的區(qū)域范圍內(nèi)具有空間結(jié)構(gòu)性。通過克里格插值分析，研究區(qū)內(nèi)表層土壤容重呈現(xiàn)西低東高，逐漸增大的趨勢。4）通過土壤容重與相關(guān)環(huán)境的相關(guān)性分析，不同植物群落土壤容重均與土壤粒徑、鹽分、養(yǎng)分、含水率有不同程度的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞 典型植物群落;土壤容重;艾比湖濕地

中圖分類號：S151.9 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.24.088

艾比湖濕地是鹽水類湖泊濕地的典型代表，在調(diào)節(jié)氣候、水文過程、土壤理化性質(zhì)和維持生態(tài)平衡等方面具有重要作用。土壤容重是評價土壤的重要物理性質(zhì)，對土壤的入滲性、持水性、透氣性、溶質(zhì)遷移以及土壤抗侵蝕風(fēng)化能力等特征都有重要影響，是評價土壤環(huán)境優(yōu)劣的重要依據(jù)[1]。國外學(xué)者Assouline[2]研究表明，土壤緊實過程中土壤容重的增加可能會影響土壤-水-植物-大氣系統(tǒng)的許多方面;Chaudhari等[3]研究表明，土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量、養(yǎng)分濃度是影響土壤容重的最有效因素;李卓等[4]研究表明，通過人為改變土壤顆粒組分的組成，土壤質(zhì)地（砂壤土、中壤土、粘壤土）不同，土壤容重也不同，實驗土壤的滲透能力隨著土壤容重的增加而減小;劉小梅等[5]研究土壤容重對紅壤坡地降雨侵蝕和入滲的影響表明，地表產(chǎn)流、壤中流是紅壤的主要產(chǎn)流形式。姚榮江等[6-9]分析黃河三角洲地區(qū)土壤容重空間變異性表明，土層變化有一定的緊實趨勢，土壤容重屬于弱變異強度。

本次研究主要是利用2017年5月和8月土壤容重數(shù)據(jù)，結(jié)合土壤的鹽分、含水率、養(yǎng)分和相對濕度等數(shù)據(jù)，探討容重、鹽分和養(yǎng)分之間的關(guān)系，分析影響空間變化的因素以及時間上的變化規(guī)律[10]，進而分析艾比湖濕地典型植物群落下的土壤容重特征[11]，為植被修復(fù)以及鹽塵沙塵防治提供一定依據(jù)，為生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖是新疆境內(nèi)的第一大鹽水湖，位于新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州境內(nèi)準噶爾盆地的西南緣，艾比湖濕地為湖泊濕地、河流濕地與沼澤濕地的組合，屬溫帶大陸性干旱氣候，是一個具有典型干旱區(qū)山地、荒漠和綠洲生態(tài)環(huán)境特點的區(qū)域[12-13]。該地區(qū)為北疆沙塵暴的主要沙源地，也是我國四大浮塵源區(qū)之一，其典型的土壤為灰棕土、風(fēng)沙土和灰漠土，砂粒組成以粉砂、極細砂為主[14]。研究區(qū)內(nèi)除梭梭群落下是以細沙為主外，其他植物群落均以粉砂為主。本次研究以艾比湖湖心為質(zhì)點中心，將艾比湖濕地劃分為西北部、東北部、東南部、西南部4個區(qū)域，西北部位于石頭房子和科克巴斯陶管護站附近，是阿拉山口的主風(fēng)道，主要植被為蘆葦和檉柳;東北部位于桑德庫木和鹽池橋管護站周圍，土壤沙漠化嚴重，主要的植被為梭梭;東南部位于鴨子灣管護站周圍，主要的植物為檉柳、蘆葦;西南部位于位于博爾塔拉河和精河的入湖口，主要植物為蘆葦、鹽爪爪、胡楊[15-16]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集

如圖1所示，2017年5月、8月，沿艾比湖由北至南設(shè)置采樣點，根據(jù)流域植物群落的不同，分別在石頭房子、科克巴斯陶、桑德庫木、鹽池橋、鴨子灣、北地各設(shè)置一個100 m×100 m的大樣方，用五點取樣法分別在每個大樣方里設(shè)置5個10 m×10 m的小樣方，進行土樣采集。本研究選取典型植物群落為艾比湖西北部的蘆葦+檉柳群落（LC）、胡楊+檉柳群落（HC），東北部的梭梭+蘆葦群落（SL）、梭梭+羅布麻群落（SM），東南部的檉柳+蘆葦群落（CL），西南部的胡楊+鹽爪爪+蘆葦群落（HYL）。每個小樣方內(nèi)，取一個剖面，分5層取樣（0～5 cm、5～10 cm，10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm），采好后放入密封袋中，同時記錄含水量、濕容重、土壤溫濕度、樣地基本情況等。樣品在實驗室風(fēng)干、碾碎、過篩，標記后放在陰涼干燥處儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 實驗方法與數(shù)據(jù)分析

土壤容重的測量采用環(huán)刀法，計算公式：

dv=（w-w_環(huán)）/v

其中dv為土壤容重，w為烘干后環(huán)刀重+干土重，w環(huán)為環(huán)刀重，v為環(huán)刀體積。

土壤有機質(zhì)主要采用重鉻酸鉀容量測定法;土壤全氮主要采用凱氏定氮法測定;土壤全鹽測定主要采用質(zhì)量法測得[17-20]。應(yīng)用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)、地統(tǒng)計學(xué)與半方差函數(shù)模型相結(jié)合的方法，對比分析5月和8月典型植物群落土壤容重的特征。所有的數(shù)據(jù)均進行正態(tài)檢驗，并在Excel、SPSS 17.0、ArcGIS 10.2和GS+9.0等軟件上進行數(shù)據(jù)分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型植物群落下土壤容重時間分布特征

由表1可知，5月西北（HC）群落、東北（SM）群落屬于弱變異性，其他4種典型植物群落具有中等強度的變異性，其中東南部的CL群落的變異程度最大。土壤容重平均從高到低依次為：東北（SL）>東北（SM）>西北（HC）>東南（CL）>西南（HLY）>西北（LC）。

由表2可知，8月東南（CL）群落土壤容重變異性屬于弱變異，其他5種典型植物群落屬于中等程度變異，其中西南（HLY）群落的變異程度最大。8月土壤容重平均從高到低依次為：東北（SL）>東南（LC）>東北（SM）>西北（HC）>西南（HLY）>西北（LC）。

由圖2可知，5月土壤容重在垂直方向上逐漸增大，蘆葦、檉柳和胡楊群落下垂直方向土壤容重波動較大，梭梭群落下垂直方向土壤容重變化并不明顯。

由3可知，8月土壤容重從地表向下呈現(xiàn)遞增趨勢，蘆葦、檉柳和胡楊群落下垂直方向土壤容重波動較大。

2.2 典型植物群落土壤容重的空間變異性分析

由表3、可知，5月典型植物群落下土壤容重的塊金系數(shù)西北和西南部均大于25%，而東北和東南均小于25%。由此可見，西北和西南區(qū)域內(nèi)典型植物群落下土壤容重均表現(xiàn)為中等程度的空間自相關(guān)性，其區(qū)域內(nèi)典型植物群落土壤容重的空間差異主要屬于隨機性差異;東北和東南區(qū)域內(nèi)的典型植物群落下土壤容重均表現(xiàn)為弱的空間自相關(guān)，其區(qū)域內(nèi)典型植物群落土壤容重的空間變異主要屬于結(jié)構(gòu)性因素的影響，東北部植物群落土壤容重的塊金系數(shù)高于東南部，表明前者的總變異程度要大于后兩者。

由表4可知，8月典型植物群落下土壤容重的塊金系數(shù)西北和西南部均大于25%，東北和東南均小于25%，說明隨著季節(jié)的變化，該區(qū)域內(nèi)典型植物群落下土壤容重的空間自相關(guān)性沒有變。

根據(jù)表3、表4自相關(guān)距（RSS）分析，5月與8月西北部的自相關(guān)距要明顯大于其他三個區(qū)域，說明其空間變異范圍較大。4個區(qū)域內(nèi)的典型植物植物土壤容重分維數(shù)D值均小于2，說明4個區(qū)域內(nèi)土壤容重的空間異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性程度較為復(fù)雜，其中5月東北部土壤容重復(fù)雜程度最小，8月西南部土壤容重復(fù)雜程度最小。

2.3 不同區(qū)域土壤容重的空間分布特征

圖2為研究區(qū)5月和8月土壤容重的空間分布狀況，從圖中可以看出，艾比湖濕地5月總體上土壤容重大部分為1.308 0～1.431 0 g·cm-3、8月為1.257 3～1.314 5 g·cm-3，均整體分布趨勢從西北部向東北部逐漸增大，從西南部向東南部逐漸增大，最小值均為西北部（LC）群落，但5月最大值為東北部（SL、SM）群落下的土壤容重，8月最大值為東南部（CL）群落下的土壤容重。對比5月、8月份典型植物群落下土壤容重，西北部、東南部隨著季節(jié)的變化容重增大，東北部、東南部隨著季節(jié)的變化容重減小。

2.4 土壤粒徑、鹽分、養(yǎng)分、含水率與容重的相關(guān)性分析

由表5可知，5月西北部LC群落下土壤容重與土壤粒徑呈顯著正相關(guān)（p<0.01），與全鹽呈顯著負相關(guān)

（p<0.01），與全氮、全磷、有機質(zhì)呈正相關(guān)，與含水率呈負相關(guān);HC群落土壤容重與土壤粒徑呈顯著負相關(guān)（p<0.01），與全鹽呈顯著正相關(guān)（p<0.01）;與全氮、全磷、有機質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系。5月東北部SL、SM群落土壤含水率呈顯著正相關(guān)（p<0.05），與全鹽和土壤粒徑相關(guān)關(guān)系并不密切;東南部的CL群落與土壤粒徑呈顯著正相關(guān)（p<0.01），與土壤含鹽量呈顯著負相關(guān)（p<0.01）;西南部HLY群落與土壤含水率（p<0.05）、全氮、全鹽、有機質(zhì)（p<0.01）均呈顯著負相關(guān)，與其他因素聯(lián)系并不密切。

由表6可知，8月西北部LC群落下土壤容重與土壤粒徑呈顯著正相關(guān)（p<0.01），與全氮、全磷、有機質(zhì)呈正相關(guān)，與含水率呈負相關(guān);HC群落與土壤土壤粒徑呈顯著負相關(guān)（p<0.01），與全氮、全磷、有機質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系。8月東北部SL、SM群落土壤含水率呈顯著正相關(guān)（p<0.05），與土壤含磷量呈顯著正相關(guān)（p<0.05），與土壤粒徑相關(guān)關(guān)系并不密切;東南部的CL群落與土壤含鹽量呈顯著正相關(guān)（p<0.01），與土壤全氮、全磷、有機質(zhì)呈顯著負相關(guān)（p<0.01）;西南部HLY群落與全鹽、有機質(zhì)（p<0.01）均呈顯著負相關(guān)，與其他因素關(guān)系并不密切。

3 結(jié)論

根據(jù)5月、8月艾比湖濕地典型植物群落的分布，選取4個區(qū)域的6種典型植被群落，并對其土壤容重特征進行分析，得出以下結(jié)論：1）5月、8月6種典型植物群落下土壤容重均呈正態(tài)分布，西北、西南區(qū)域土壤容重要小于東北、東南區(qū)域。2）5月、8月6種典型植物群落土壤容重在垂直方向上均呈減小的趨勢，蘆葦、檉柳、胡楊波動大，5月梭梭群落變化不明顯。3）5月、8月典型植物群落下土壤容重，西北部、東南部隨著季節(jié)的變化容重增大，東北部、東南部隨著季節(jié)的變化容重減小。4）通過相關(guān)性分析，土壤粒徑、含鹽量以及含水率會對土壤容重的變化，產(chǎn)生影響，進而對土壤的養(yǎng)分產(chǎn)生影響。

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（責(zé)任編輯：趙中正）