克拉瑪依市瑪依湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間異質(zhì)性分析

尚白軍，鄭博文，周智彬，王利界

(1 中國科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所/國家荒漠?綠洲生態(tài)建設(shè)工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830011；2 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 莫索灣沙漠研究站，新疆 石河子 832000；3 中國科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所 塔克拉瑪干沙漠研究站，新疆 庫爾勒 841000；4 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5 泰州市高港區(qū)政府辦公室，江蘇 泰州 225321)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，有機(jī)質(zhì)不但能夠增加土壤的抗風(fēng)蝕能力[1]，而且能夠改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)[2]，能夠促進(jìn)土壤良好發(fā)育，并提高土壤肥力[3]，同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)也能促進(jìn)植物生長[4]，是各種植物生長的營養(yǎng)來源[5]。土壤有機(jī)質(zhì)空間異質(zhì)性受到很多因素的影響[6]，這些因素是生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)的重要組成部分[7]，對全球碳循環(huán)也有重要意義[8]。由于土壤特性具有一定的空間分布特點(diǎn)[9]，因此某一種空間結(jié)構(gòu)特征在一定采樣尺度下才能表現(xiàn)出來[10]，并且由于成土環(huán)境、條件不同，大多數(shù)土壤理化性質(zhì)都存在較大差異[11-12]?，F(xiàn)有研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異性與土壤類型、取樣尺度、取樣方法[13]有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)的空間異質(zhì)性研究方法最初主要是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，該方法只能描述土壤全局性的變化特征[14]，不能精準(zhǔn)描述土壤空間變異的特性[15]。近幾年，地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法廣泛應(yīng)用于土壤學(xué)[16]、氣象學(xué)[17]和生態(tài)學(xué)[18]等領(lǐng)域，目前最常用的是GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法[14]，但是已有的研究側(cè)重于用單一的地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究土壤有機(jī)質(zhì)表層的空間分布特征，對研究區(qū)不同土壤剖面的研究相對較少[19]。此外，各種方法的研究結(jié)果迥異，單一的地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法并不能準(zhǔn)確描述土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律。因此，本研究擬運(yùn)用4種地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法揭示瑪依湖區(qū)不同土壤剖面有機(jī)質(zhì)的空間分布規(guī)律，其中，趨勢分析法能夠根據(jù)采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低，直觀反映出湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)在東西、南北方向的空間變化規(guī)律；反距離權(quán)重插值法根據(jù)已有采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，插值出湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)整體的分布狀況；空間自相關(guān)法可以反映出湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)在空間上的聚集程度和空間差異性；半變異函數(shù)分析法能夠定量描述土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異特征。

瑪依湖是新疆克拉瑪依市重要的生態(tài)屏障，湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境關(guān)乎克拉瑪依市主城區(qū)的生態(tài)安全，近年來，由于上游補(bǔ)水量變化較大，對瑪依湖區(qū)濕地植被群落產(chǎn)生極大影響。此外，湖區(qū)周圍存在大量的油氣資源，油氣資源的合理開發(fā)與生態(tài)屏障保護(hù)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展變得十分重要。本文以新疆克拉瑪依市瑪依湖區(qū)為研究區(qū)域，以湖區(qū)周圍的典型土壤為研究對象，運(yùn)用趨勢法、空間插值法、空間自相關(guān)法和半變異函數(shù)分析法4種地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析上、中、下湖區(qū)和不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)的分布狀況，探討影響土壤有機(jī)質(zhì)空間異質(zhì)性的因素，以便為湖區(qū)生態(tài)恢復(fù)、防護(hù)林選種、育種以及合理的資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

瑪依湖區(qū) (85°7′～85°26′E，45°14′～45°35′N)，位于克拉瑪依市東南部、瑪納斯河下游古河道區(qū)，東部瀕臨古爾班通古特沙漠[20]。該區(qū)域位于中緯度內(nèi)陸地區(qū)，屬于典型的溫帶大陸性氣候。多年平均氣溫為8.6 ℃，1月為最冷月，多年月平均氣溫?15.4 ℃，極端低溫?40.5 ℃，7月為最熱月，多年月平均氣溫27.9 ℃，極端高溫 46.2 ℃；多年平均降水量 108.9 mm，年潛在蒸發(fā)量高達(dá)1 492.0 mm，是同期降水量的13.7 倍；全年日照 2 704.0 h，7 月最多，達(dá) 302.5 h，12 月最少，僅 99.8 h，無霜期 232.3 d，年平均風(fēng)速為 3.2 m?s?1。湖區(qū)內(nèi)梭梭Haloxylonammodendron、檉柳Tamarixchinensis、西伯利亞白刺N(yùn)itraria sibirica等荒漠植物生長茂盛，土壤類型以灰漠土、草甸土和沼澤土為主。

1.2 樣品采集與處理

2017年11月，圍繞整個(gè)瑪依湖區(qū)進(jìn)行隨機(jī)取樣，采樣距離、采樣范圍適用于所使用的地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。利用GPS定位，在選定點(diǎn)挖取近百個(gè)土壤剖面，并最終篩選出60個(gè)具有代表性的土壤剖面進(jìn)行采樣，并按照土壤層次的取樣原則，在0～20、20～40、40～60和60～80 cm土層對每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，共計(jì)240個(gè)土壤樣品，將土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，用重鉻酸鉀容量?外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)。

1.3 地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

趨勢分析法和反距離權(quán)重插值(Inverse distance weight，IDW)法可以反映研究區(qū)土壤理化性質(zhì)的分布狀況和變化規(guī)律，均在Arcgis 10.2相應(yīng)模塊中進(jìn)行。

空間自相關(guān)法可以反映某一屬性在空間上的聚集程度和空間差異性[21-22]，其計(jì)算公式如下：

式中，I為莫蘭(Moran)指數(shù)，n為空間數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，xi和xj分別為i區(qū)和j區(qū)的屬性值，為所有要素的平均值，Wij為空間權(quán)重矩陣。I>0表示空間正相關(guān)，I=0表示不相關(guān)，I<0表示空間負(fù)相關(guān)，I值越大，空間相關(guān)性越明顯[22]。

半變異函數(shù)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究土壤變異性的關(guān)鍵函數(shù)，它能夠定量描述土壤屬性的空間變異規(guī)律[23]，其計(jì)算公式如下：

式中，γ(h)是樣點(diǎn)間距的半方差，該值隨著h的增加而增加，Z(xi)、Z(xi+h)表示在xi和xi+h時(shí)的土壤屬性觀測值，N(h)是間距為h的計(jì)算對數(shù)。半變異函數(shù)分析的結(jié)果主要由塊金值（C0）、基臺(tái)值(C0+C)和塊金效應(yīng)[C0/(C0+C)]體現(xiàn)，一般C0/(C0+C)越大，表明相應(yīng)物理量空間分布越分散，相關(guān)性越弱。

1.4 數(shù)據(jù)分析

在SPSS 21中對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析、正態(tài)分布檢驗(yàn)和多重比較分析；在Arcgis 10.2中對整個(gè)流域4個(gè)土層的土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行趨勢分析和IDW值計(jì)算；在Geoda軟件中對土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行空間自相關(guān)分析；在GS+9.0中構(gòu)建土壤有機(jī)質(zhì)半變異函數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量描述性統(tǒng)計(jì)

通過SPSS 21中Kolmogorov-Smirnow對瑪依湖區(qū)由淺到深4個(gè)土層的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)，P值分別為 0.168、0.341、0.837和 0.646，均大于0.05，因此可以認(rèn)為，整個(gè)流域不同土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量均符合正態(tài)分布，可進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，但是其只能描述土壤有機(jī)質(zhì)全局性特征，不能精準(zhǔn)描述土壤有機(jī)質(zhì)空間變化規(guī)律，故需要地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行相應(yīng)分析。由表1可以看出，瑪依湖區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量以0～20 cm土層最多，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8.72 g·kg?1，其次為 20～40 cm土層，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.36 g·kg?1，40～60 cm 土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量最少，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5.12 g·kg?1。當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)(CV)<10%時(shí)，為弱變異；當(dāng)10%≤CV<100%時(shí)，為中等變異；當(dāng)CV≥100%時(shí)為強(qiáng)變異[24]，而瑪依湖湖區(qū)各個(gè)土層的有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)分別為72.39%、77.84%、62.11%和63.93%，均呈中等程度變異。

表 1 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)特征值Table 1 Statistical characteristic values of soil organic matter content at different soil layers

2.2 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量趨勢法分析

通過Arcgis10.2中的趨勢分析模塊，可以得到不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布特征及其異向性分布特征參數(shù)，能為變異函數(shù)模型的獲取和插值圖的繪制提供基礎(chǔ)，進(jìn)而更準(zhǔn)確地描述研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間變異規(guī)律。

圖1是所有采樣點(diǎn)不同土層在南北、東西方向上的土壤有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢。從圖1中可以看出，0～20 cm土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量在南北方向是逐漸增加的，而在東西方向是凸線，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；20～40 cm土層中，南北方向和東西方向都是凸線，南北方向的土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加速度逐漸緩慢，東西方向呈現(xiàn)先緩慢增加后快速減少的趨勢；40～60 cm土層中，南北方向的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)直線式快速增加，東西方向呈現(xiàn)先緩慢增加，后急速減少的趨勢；60～80 cm土層中，南北方向的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先快速增加后緩慢增加的趨勢，東西方向呈快速減少的趨勢，由趨勢分析法可以看出，瑪依湖湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在0～20、20～40、40～60和60～80 cm土層變化速率雖然存在差異，但是所有土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為：南北方向呈增加趨勢，東西方向呈減少趨勢。

圖 1 不同土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢Fig.1 The variation trend of soil organic matter content at different soil layers

2.3 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量反距離權(quán)重插值法分析

在Arcgis 10.2的空間插值模塊中對土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行反距離權(quán)重插值分析，從圖2中可以看出，在0～20 cm土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量反距離權(quán)重極小值出現(xiàn)在上湖，有機(jī)質(zhì)含量在上湖較少，中湖和下湖均存在極大值，有機(jī)質(zhì)含量整體水平較上湖有明顯的增加；在20～40 cm土層中，有機(jī)質(zhì)含量上湖較低，極大值出現(xiàn)在中湖和下湖，中湖的整體有機(jī)質(zhì)含量高于上湖和下湖；在40～60 cm土層中，有機(jī)質(zhì)含量極小值主要出現(xiàn)在上湖，極大值主要出現(xiàn)在中湖和下湖，中湖和下湖的有機(jī)質(zhì)含量整體高于上湖；在60～80 cm土層中：有機(jī)質(zhì)含量極小值主要出現(xiàn)在上湖，極大值主要出現(xiàn)在中湖和下湖，中湖和下湖的有機(jī)質(zhì)含量整體高于上湖。此外，從圖2中還可以看出，各土層中，土壤有機(jī)質(zhì)含量在南北方向是逐漸增加的，而在東西方向呈現(xiàn)減少的趨勢。此結(jié)果與趨勢法分析結(jié)果基本一致。

圖 2 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的反距離權(quán)重插值(IDW)Fig.2 Inverse distance weight(IDW) interpolation method of soil organic matter content at different soil layers

2.4 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間自相關(guān)法分析

在GeoDa軟件中對瑪依湖區(qū)各土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行空間自相關(guān)分析，結(jié)果如圖3。由圖3可以看出：整個(gè)湖區(qū)由淺到深各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的 Moran 指數(shù) (I)均大于 0，分別為 0.164 3、0.123 6、0.195 5 和 0.246 1，均在空間上呈現(xiàn)正相關(guān)；隨后對4個(gè)土層的Moran指數(shù)采用蒙特卡洛模擬的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，在α=0.05水平下，4個(gè)土層對應(yīng)的P值分別為0.007、0.016、0.003和0.001，表明4個(gè)土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間自相關(guān)是顯著的，具有良好的空間結(jié)構(gòu)。圖3中Ie為I的期望值，通過Ie值計(jì)算出4個(gè)土層的Z值(Z值能反映空間正相關(guān)或者負(fù)相關(guān))分別為 3.151 0、2.593 4、3.590 3 和 4.635 5，說明了60～80 cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量空間正相關(guān)最顯著，空間聚集程度最高，40～60 cm土層次之，20～40 cm土層的Z值最小。分析圖3可以看出，在0～20、20～40和 40～60 cm土層，采樣點(diǎn)主要分布在第1、第2和第3象限，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量的高值區(qū)域分布較廣，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布受高值分布影響較大；60～80 cm土層的采樣點(diǎn)主要分布在第1、第2和第4象限，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低值區(qū)域分布較為均勻，土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間自相關(guān)性受高值和低值共同影響[22]。

圖 3 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間自相關(guān)分析Fig.3 Spatial autocorrelation analysis of soil organic matter content at different soil layers

2.5 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的半變異函數(shù)法分析

利用GS+9.0軟件對瑪依湖區(qū)各個(gè)土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量構(gòu)建半變異函數(shù)并進(jìn)行相關(guān)分析，得到半變異函數(shù)模型(圖4)及模型相關(guān)參數(shù)(表2)，可以看出，0～20 和20～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的變異函數(shù)模型均為球狀模型，40～60和60～80 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的變異函數(shù)模型分別為高斯模型和指數(shù)模型，且40～60 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量高斯模型的決定系數(shù)最高，R2為0.661，擬合效果較好，0～20、20～40和60～80 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量模型的擬合效果較差。塊金效應(yīng)[C0/(C0+C)]反映了土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間依賴性，塊金效應(yīng)的大小反映了土壤物理變量空間相關(guān)性的強(qiáng)弱，一般C0/(C0+C)越大，表明相應(yīng)物理量空間分布越分散，相關(guān)性越弱。從表2可以看出，C0/(C0+C)隨著土層深度的增加迅速增加，0～20和20～40 cm的土層中，C0/(C0+C)分別為0.033和0.045，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間相關(guān)性較強(qiáng)，40～60和60～80 cm土層中，C0/(C0+C)分別為0.427和0.420，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量具有一定的空間相關(guān)性，但會(huì)受到隨機(jī)因素的影響；4個(gè)土層的塊金值(C0)分別為1.30、1.08、4.23和5.32，說明存在由采樣和試驗(yàn)引起的誤差，并且40～60和60～80 cm土層中誤差較大；4個(gè)土層的基臺(tái)值 (C0+C)分別為 38.96、24.22、9.91和12.68，表明40～60 cm土層系統(tǒng)內(nèi)隨機(jī)性變異和結(jié)構(gòu)性變異的總和較小，而0～20、20～40和60～80 cm土層中，隨機(jī)性變異和結(jié)構(gòu)性變異的總和較大；由淺到深 4 個(gè)土層的變程分別為 1 510.00、1 250.00、7 170.69 和 39 660.00 m，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量在該范圍內(nèi)具有空間相關(guān)性，60～80 cm土層的變程最大，20～40 cm土層的變程最小，表明研究區(qū)4個(gè)土層的空間變異尺度具有一定的差異。

圖 4 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的變異函數(shù)模擬模型Fig.4 Variogram model of soil organic matter content at different soil layers

2.6 土壤有機(jī)質(zhì)含量的垂直分布特征

從圖5可以看出，不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的垂直分布無明顯規(guī)律，只有在極個(gè)別點(diǎn)才有明顯的垂直分布特征，比如 8、12、21、33、35、52 和 58 號(hào)采樣點(diǎn)，均是0～20 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 21.23、18.82、16.83、19.21、17.14、14.77 和 17.69 g·kg?1，20～40、40～60 和 60～80 cm 土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低；46號(hào)采樣點(diǎn)的0～20 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量是一個(gè)極大值，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 35.15 g·kg?1，而該采樣點(diǎn) 20～40、40～60和60～80 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為 6.44、3.21 和 3.71 g·kg?1；28、29、30 和 31 號(hào)采樣點(diǎn)，所有土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量均較低。由此可見，不同土層土壤有機(jī)質(zhì)不存在明顯的垂直分布規(guī)律，但是不同采樣點(diǎn)的不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量存在明顯差異。因此可以得出，瑪依湖區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間分布以水平差異性為主，在水平差異性存在的情況下，局部地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量存在明顯的垂直分布特征。

圖 5 不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的垂直分布特征Fig.5 Vertical distribution characteristics of soil organic matter content at different soil layers

為了探究瑪依湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)垂直分布特征，進(jìn)一步對上湖、中湖和下湖不同土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量做了顯著性分析(圖6)，結(jié)果表明(在0.05的顯著性水平下)：上湖各土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著性差異，有機(jī)質(zhì)含量垂直分布特征不明顯；中湖0～20 cm與20～40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異，40～60 cm與60～80 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異，0～20 cm與40～60和60～80 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著差異；下湖中0～20 cm與20～40、40～60和60～80 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著差異，20～40、40～60和60～80 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異。

圖 6 不同湖區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量多重比較分析Fig.6 Multiple comparative analysis of soil organic matter content at different soil layers of different lake areas

3 討論與結(jié)論

瑪依湖位于克拉瑪依市的東南部，是克拉瑪依市東部重要的生態(tài)屏障，近幾年由于強(qiáng)烈的人為活動(dòng)和自然因素的干擾，使得湖區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生了退化，進(jìn)而改變了土壤屬性，而目前關(guān)于瑪依湖區(qū)土壤屬性分布特征、影響因素的研究基本空白。周倩倩等[25]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的分布受土地利用類型、土壤顆粒組成、土壤質(zhì)地的影響。此外，張海鷗等[26]研究發(fā)現(xiàn)，不同種植年限下土壤有機(jī)質(zhì)與全氮含量呈顯著正相關(guān)。張枝枝等[3]研究表明，高程因子與土壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)為顯著相關(guān)。袁曉宇等[1]研究了土壤有機(jī)質(zhì)含量對抗風(fēng)蝕的作用。這些研究都為瑪依湖區(qū)土壤屬性的進(jìn)一步研究提供了思路。

土壤有機(jī)質(zhì)含量、空間分布受諸多因素的影響。鮑麗然等[27]研究顯示，渝西北的土壤有機(jī)質(zhì)空間變異主要受地形坡度、土壤類型、土地利用類型和耕作措施的影響，瑪依湖區(qū)地勢平坦，大部分區(qū)域的坡度在0～2°之間，土壤有機(jī)質(zhì)空間變異受坡度的影響較小，土壤類型主要有草甸土、灰漠土、風(fēng)沙土、灰棕漠土、鹽土和沼澤土，土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布受土壤類型的影響較大。杜佩穎等[28]研究顯示，平原丘陵過渡區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布與黏粒含量密切相關(guān)，黏粒含量越高，土壤對有機(jī)質(zhì)的吸附作用越強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)的積累，砂粒含量越高，有機(jī)質(zhì)礦化速率越快，不利于有機(jī)質(zhì)的積累，瑪依湖區(qū)不同土層土壤粒徑分布差異較大，土壤主要由粉粒組成，黏粒和粉粒含量自上湖到下湖不斷增加，砂粒含量不斷減少，而有機(jī)質(zhì)含量自上湖到下湖逐漸增加，有機(jī)質(zhì)的分布受黏粒、砂粒含量影響，這與杜佩穎等[28]的研究相一致。董莉麗等[29]研究顯示，陜西省土壤有機(jī)質(zhì)空間分布與地形、植被類型、氣候和土壤其他屬性有關(guān)，并且發(fā)現(xiàn)坡向不同的地方，植被生長環(huán)境不同，植被覆蓋也不同，導(dǎo)致表層土壤養(yǎng)分含量和分布狀況的異質(zhì)性，而瑪依湖區(qū)由于地勢平坦，坡向?qū)τ袡C(jī)質(zhì)的影響較小，但是湖區(qū)外圍不同的植被類型，如落葉闊葉林、荒漠、灌叢、草甸、沼澤等接受到的太陽輻射不同，地下生物種類、數(shù)量不同，地下生物量不同，對有機(jī)質(zhì)的分布特征產(chǎn)生的影響也不同；此外，瑪依湖湖水受上游補(bǔ)水量的影響較大，湖區(qū)面積在不斷變化，湖區(qū)面積的擴(kuò)張與收縮對有機(jī)質(zhì)的空間分布也會(huì)產(chǎn)生影響。

不同的研究方法由于假設(shè)前提、參數(shù)、模型結(jié)構(gòu)不同而有細(xì)微差別。趨勢分析和反距離權(quán)重插值分析能夠直觀地反映出土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間變異規(guī)律，但是無法準(zhǔn)確定量描述差異的大小，趨勢分析法和反距離權(quán)重插值可以相互驗(yàn)證，在本研究中，這2種方法分析的瑪依湖區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢基本保持一致，均表現(xiàn)為南北方向的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈增加趨勢，東西方向呈減少趨勢，趨勢法能夠反映出土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢的快慢(通過趨勢線的斜率)，反距離權(quán)重插值能夠更加直觀地反映整個(gè)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢，2種方法相輔相成；半變異函數(shù)受到采樣點(diǎn)分布、研究區(qū)大小的影響，存在隨機(jī)誤差；空間自相關(guān)性分析中，空間權(quán)重矩陣的構(gòu)建受到人為因素的影響較大，半變異函數(shù)和空間自相關(guān)法可以相互驗(yàn)證，在本研究中，空間自相關(guān)法分析出0～20、20～40、40～60 和 60～80 cm 土層的Z值分別為 3.151 0、2.593 4、3.590 3 和 4.635 5，半變異函數(shù)分析出的塊金效應(yīng)分別為0.033、0.045、0.427和0.420，表明研究區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量在表層(0～20和20～40 cm)空間相關(guān)性較弱，空間聚集程度較低，在底層(40～60和60～80 cm)空間相關(guān)性較強(qiáng)，空間聚集程度較高。此外，土壤屬性垂直分布規(guī)律沒有更好的方法去描述。本文采用不同的方法、多角度分析了克拉瑪依市瑪依湖流域不同土層土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布規(guī)律，多種方法相互印證，揭示了研究區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布規(guī)律。

本文運(yùn)用4種地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法揭示了瑪依湖區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的空間異質(zhì)性，趨勢分析法和反距離權(quán)重插值法表明，瑪依湖區(qū)不同土層土壤有機(jī)質(zhì)水平分布差異較大，局部地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量存在明顯的垂直分布特征，土壤有機(jī)質(zhì)含量南北方向呈增加趨勢，東西方向呈減少趨勢?？臻g自相關(guān)法和半變異函數(shù)分析法表明，表層(0～20和20～40 cm土層)土壤有機(jī)質(zhì)空間相關(guān)性不顯著，空間聚集程度較低，底層(40～60和60～80 cm土層)土壤有機(jī)質(zhì)空間正相關(guān)較顯著，空間聚集程度最高?，斠篮^(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的空間變化特征受土壤類型、土壤質(zhì)地、外圍植被類型以及湖區(qū)面積變化的影響較大，此外，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，是各種植物生長的營養(yǎng)來源，在湖區(qū)外圍生態(tài)屏障建設(shè)時(shí)，防護(hù)林樹種、種植深度、種植密度的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合土壤有機(jī)質(zhì)的空間變化規(guī)律進(jìn)行，如在南部和西部有機(jī)質(zhì)含量較低的區(qū)域，種植對有機(jī)質(zhì)含量要求較低的鄉(xiāng)土樹種，并適當(dāng)減小種植密度，增加種植深度。