新疆艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分時(shí)空變異及其相關(guān)性

王艷萍　胡文革　韓晶　張曉紅　武菲　王翠華

摘要：于不同時(shí)間采集了艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)博爾塔拉河、精河流域內(nèi)3個(gè)典型樣地的4個(gè)不同土層土壤，定量測定了其有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，分析土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的時(shí)空變異特征及有機(jī)質(zhì)含量與速效養(yǎng)分的相關(guān)性。結(jié)果表明，艾比湖濕地有機(jī)質(zhì)含量總體較低，為023%～427%；堿解氮平均含量為3208 mg/kg，處于較低水平，與土層深度呈顯著負(fù)相關(guān)；速效磷平均含量為2421 mg/kg，處于中等水平，與采樣時(shí)間呈極顯著正相關(guān)；速效鉀整體水平較高，平均含量達(dá)24607 mg/kg，與土層深度呈極顯著負(fù)相關(guān)。有機(jī)質(zhì)含量與堿解氮含量和速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)；與速效磷含量相關(guān)不顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量影響艾比湖濕地土壤速效養(yǎng)分的含量。

關(guān)鍵詞：艾比湖濕地；土壤有機(jī)質(zhì)；土壤速效養(yǎng)分；時(shí)空變異

中圖分類號(hào)： S1583文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（201412-0360-04[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-02-27

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31160026；石河子大學(xué)高層次人才科研啟動(dòng)資金（編號(hào)：RCX201010。

作者簡介：王艷萍（1987—，女，碩士研究生，從事微生物生態(tài)學(xué)研究。E-mail：18209053165@163com。

通信作者：胡文革，博士，副教授，從事微生物分子生態(tài)學(xué)研究。E-mail：hwg-t@163com。

土壤質(zhì)量是自然因素和人為因素對土地影響程度的體現(xiàn)，深入了解土壤質(zhì)量的時(shí)空變異狀況對土地質(zhì)量的改善與可持續(xù)利用具有重要意義。土壤養(yǎng)分含量對評(píng)價(jià)土壤肥力水平高低具有很好的表征作用[1]，而土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分是衡量土壤健康狀況的重要指標(biāo)，也是反映土壤質(zhì)量好壞的最主要且最直觀的因子。土壤質(zhì)量的時(shí)空變異是指在一定的景觀內(nèi)，不同時(shí)間不同地點(diǎn)不同土層的土壤特征存在明顯的差異性和多樣性。因此，研究土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量的時(shí)空變異特征可直觀地反應(yīng)土壤質(zhì)量的時(shí)空變異特征。

新疆艾比湖濕地是中國內(nèi)陸干旱區(qū)湖泊的典型代表，屬湖泊濕地、沼澤濕地及河流濕地的組合，兼具這幾種濕地類型的特性；而博爾塔拉河、精河作為其重要的補(bǔ)給水源，其變化直接牽動(dòng)著艾比湖的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而影響到艾比湖流域乃至整個(gè)北疆地區(qū)的人居環(huán)境，再加上常年受來自阿拉山口大風(fēng)的影響，沙塵天氣已越來越常見[5]。因此，加強(qiáng)對艾比湖流域土壤質(zhì)量的監(jiān)測，對其養(yǎng)分狀況的時(shí)空變異特質(zhì)進(jìn)行分析，對濕地恢復(fù)及防沙抗沙過程中的土壤響應(yīng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和借鑒作用[6]。

目前，艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)存在的主要問題是土地質(zhì)量下降，荒漠化嚴(yán)重，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快及人口的大量增長造成建設(shè)用地增加；此外，土地開發(fā)缺乏流域整體統(tǒng)一規(guī)劃[7]。本研究對艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分含量進(jìn)行定量測定，分析其時(shí)空變異特征和有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分的相關(guān)性，以期了解保護(hù)區(qū)土壤的養(yǎng)分狀況，為濕地恢復(fù)工作的有效性評(píng)價(jià)及濕地的可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1材料與方法

11研究區(qū)概況

艾比湖濕地位于新疆維吾爾自治區(qū)博樂市東北部，距博樂市40 km，地跨精河縣、博樂市和阿拉山口口岸區(qū)，地處東經(jīng)82°36′～83°50′，北緯44°37′～45°15′，為加強(qiáng)其自然環(huán)境與自然資源的保護(hù)管理，2000年6月新疆維吾爾自治區(qū)人民政府將其2 67085 km2劃定建立了保護(hù)區(qū)，2007年4月晉升為國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。艾比湖濕地是我國西部的國門湖泊，是準(zhǔn)噶爾盆地西南緣最低洼地和水源匯集中心，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，光照充足，冬夏冷熱懸殊，干燥少雨，多大風(fēng)。近年來，研究區(qū)農(nóng)田耕作的機(jī)械化程度逐步提高，土地利用更加集約化，使得土壤質(zhì)量受到影響[8-9]。

12樣品采集

本研究采用多點(diǎn)采樣的方法，分別于2012年4月、2012年7月和2012年10月在艾比湖濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)選取了鳥島保護(hù)站湖濱區(qū)（SP1、博河入湖口觀鳥臺(tái)草甸區(qū)（SP2、精河鹽場漫灘區(qū)（SP33個(gè)典型樣地取土樣，每個(gè)樣地在水平方向上以300 m為間隔取3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)刨3個(gè)坑，去除表層的植被，分層采集0～50 cm、51～150 cm、151～250 cm和251～350 cm 4個(gè)不同土層的土壤樣品，將同一樣地、同一采樣點(diǎn)、同一土層的土壤混合均勻后進(jìn)行分裝，共108份。采樣點(diǎn)基本情況見表1。

13研究方法

取回的土樣，經(jīng)風(fēng)干、去雜、過100目篩后用于測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。有機(jī)質(zhì)含量測定用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法；速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測定用乙酸銨浸提-火焰光度法。[FL）]

[F（W6][HT6H][J]表1艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)采樣點(diǎn)基本情況[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W4，W13，W26，W5，W12W]樣地地點(diǎn)經(jīng)緯度海拔（m主要植被類型

[BHDG12，W4，W13Q，W26Q，W5，W12QW]SP1精河鳥島保護(hù)站湖濱區(qū)82°48′516″～82°49′300″E，44°50′135″～44°50′115″N192檉柳灌叢、鹽節(jié)木群落

[BHDW]SP2博河入湖口觀鳥臺(tái)草甸區(qū)82°41′332″～82°41′111″E，44°51′423″～44°51′496″N194蘆葦草甸群落

SP3精河鹽場漫灘區(qū)82°55′502″～82°56′158″E，44°47′262″～ 44°47′170″N189鹽角草荒漠[HJ][BG）F][F）]

[FL（22]

14數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

[JP3]用Excel 和SPSS 170統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

21土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空分布特征

新疆艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布情況如表2所示，有機(jī)質(zhì)含量平均變異范圍為023%～427%，其中樣地SP1為023%～080%，樣地SP2為075%～427%，樣地SP3為053%～078%。表明艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量在整體范圍內(nèi)分布不均勻，且變異較大。3個(gè)樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量平均大小為：SP2（240%>SP3（062%>SP1（049%。在垂直梯度上，隨著采樣土層深度的增加，有機(jī)質(zhì)含量逐漸減小。0～50 cm的表土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，平均為172%；51～150 cm和151～250 cm中間土層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為124%和093%；251～350 cm深土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量只有078%。在采樣時(shí)間尺度上，土壤有機(jī)質(zhì)含量4月份最大，均值為140%，7月份減小為105%，10月份時(shí)又有一定的回升，為106%。眾所周知，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤非常重要且極其穩(wěn)定的一個(gè)性質(zhì)，它的積累是一個(gè)非常漫長的過程。然而，表2卻顯示了與此相悖的結(jié)果，相同樣地、相同土層、不同采樣時(shí)間的有機(jī)質(zhì)含量存在一定的差異。這可能是由GPS全球定位系統(tǒng)在精度上存在大約5 m的偏差所引起[10]。

根據(jù)全國第二次土壤普查土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]，本試驗(yàn)將新疆艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分為6個(gè)等級(jí)（表3。由表3可見，艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，甚至匱乏。

方差分析結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量的分布在樣地、土層深度及采樣時(shí)間3個(gè)尺度上差異不顯著。

22土壤堿解氮含量的時(shí)空分布特征

從圖1可以看出，艾比湖濕地土壤堿解氮含量的變異范圍為350～12600 mg/kg，平均含量為3208 mg/kg，3個(gè)樣地中，SP2的堿解氮含量最高，變異范圍為1633～12600 mg/kg，平均為7253 mg/kg；SP1次之，其變異范圍為350～2333 mg/kg，平均為1264 mg/kg；SP3最低，變異范圍為583～2100 mg/kg，平均含量為1108 mg/kg。依據(jù)全國第二次全國土壤普查標(biāo)準(zhǔn)[5]，艾比湖濕地土壤堿解氮含量較低。在垂直梯度上，艾比湖濕地土壤堿解氮含量在0～350 cm 土壤各層中其平均含量呈下降趨勢。在0～50 cm的表土層，堿解氮平均含量可達(dá)到4822 mg/kg，在51～150 cm的中間土層，為3682 mg/kg，在151～350 cm的深土層，僅為2165 mg/kg。在采樣時(shí)間尺度上，堿解氮平均含量隨著采樣時(shí)間的推移，呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。4月份時(shí)，堿解氮平均含量為3568 mg/kg；7月份時(shí)，僅為2732 mg/kg；10月份時(shí)，有了一定的回升，為3325 mg/kg。總體來講，艾比湖濕地土壤堿解氮含量水平較低。

[F（W36][HT6H][J]表2艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)空分布情況[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W2，W4，W6，W17W]樣地時(shí)間土層深度（cm[B（][BHDWG12，W17W]有機(jī)質(zhì)（%

方差分析結(jié)果表明，堿解氮含量在土層深度尺度上差異顯著，而在樣地和采樣時(shí)間尺度上差異不顯著。

23土壤速效磷含量的時(shí)空分布特征

按照反映離散程度的變異系數(shù)的大小可進(jìn)行土壤質(zhì)量的變異性分級(jí)。通常認(rèn)為變異系數(shù)≤10%時(shí)為弱變異，介于10%～100%為中等變異，而≥100%為強(qiáng)變異[8]。由圖2可知，新疆艾比湖濕地土壤速效磷含量處于中等水平，速效磷含量的變異范圍為1886～3023 mg/kg，平均含量為[JP2] 2421 mg/kg，變異系數(shù)為1157%，屬于中等變異。但是，對于[FL]

[F（W15][HT6H][J]表3艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)含量等級(jí)分布情況[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG42，W72。2，W45W]時(shí)間土層深度（cm[B（][BHDWG12，W45W]有機(jī)質(zhì)含量等級(jí)分布比例（%

1級(jí)（>4%2級(jí)（3%～4%3級(jí)（2%～3%4級(jí)（1%～2%5級(jí)（06%～1%6級(jí)（<06%[BW]

[BHDG12，W72。2，W72。6DWW]4月份0～50222200296314823333

[BHDW]51～150111101111029634815

151～250111100185218525185

251～3500741370222240742593

7月份0～5014811111741111122223333

51～15001111741148125934074

151～250001111033335556

251～350000037046296

10月份0～50111111110111129633704

51～150011111111037044074

151～250002222044443333

251～350001111111122225556[HJ][BG）F][F）]

[F（W11][TPWYP1tif][F]

[F（W11][TPWYP2tif][F]

[FL（22][JP2]不同的樣地其變異情況又各不相同。其中，SP2速效磷含量最高，變異范圍為1930～3023 mg/kg，平均為2473 mg/kg，變異系數(shù)為1444%，為中等變異；SP1速效磷含量次之，變異范圍為2079～2774 mg/kg，平均含量為2450 mg/kg，變異系數(shù)為898%，為弱變異；SP3速效磷含量最低，變異范圍為1886～2697 mg/kg，平均為2340 mg/kg，變異系數(shù)為1058%，為中等變異。表明，新疆艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)土壤速效磷在樣地間含量變化不大。在垂直梯度上，艾比湖濕地3個(gè)樣地在4個(gè)土層中速效磷含量的變化不大，且沒有表現(xiàn)出特定的規(guī)律。在時(shí)間尺度上，隨著采樣時(shí)間的推移，速效磷含量逐漸增加。4月份速效磷平均含量為[JP2]2207 mg/kg；7月份速效磷平均含量增加至2352 mg/kg；10月份速效磷平均含量可達(dá)2704 mg/kg。

方差分析結(jié)果表明，速效磷含量在采樣時(shí)間尺度上差異顯著，隨采樣時(shí)間的推移，速效磷含量增加。而速效磷含量在樣地和土層深度尺度上差異不顯著。

24土壤速效鉀含量的時(shí)空分布特征

由圖3可以看出，新疆艾比湖濕地土壤速效鉀含量整體水平較高，速效鉀含量變異范圍為11819～44875 mg/kg，平均值達(dá)24607 mg/kg。其中，SP3速效鉀含量最高，變異范圍為18243～38719 mg/kg，平均為25927 mg/kg；SP2速效鉀含量次之，變異范圍為12220～44875 mg/kg，平均為 24522 mg/kg；SP1速效鉀含量最低，變異范圍為11819～43403 mg/kg，平均為23373 mg/kg。不同樣地在垂直梯度上，土壤速效鉀含量存在一定的差異。對于SP1和SP2，隨著采樣土層深度的增加，土壤速效鉀含量先減小后基本保持不變；對于SP3，采樣土層深度對其速效鉀含量影響不大。在采樣時(shí)間尺度上，速效鉀含量在不同樣地、不同土層深度的土樣[FL]

[F（W11][TPWYP3tif][F]

[FL（22]中分布較復(fù)雜，沒有表現(xiàn)出特定的規(guī)律。

方差分析結(jié)果表明，速效鉀含量在土層深度尺度上差異顯著，速效鉀含量與土層深度呈極顯著負(fù)相關(guān)；而速效鉀含量在樣地和采樣時(shí)間尺度上差異不顯著。

25土壤養(yǎng)分含量在時(shí)空尺度上的相關(guān)性

表4為艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀4個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)與樣地、采樣深度、采樣時(shí)間3個(gè)尺度的相關(guān)性分析表，從表中可以看出，堿解氮含量與采樣深度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；速效磷含量與采樣時(shí)間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；速效鉀含量與采樣深度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

26土壤有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分的相關(guān)性

對新疆艾比湖濕地不同樣地、不同采樣時(shí)間、不同土層深

[F（W6][HT6H][J]表4艾比湖濕地土壤養(yǎng)分含量在各個(gè)尺度上的相關(guān)性[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W5，W6。4W]時(shí)空尺度有機(jī)質(zhì)堿解氮速效磷速效鉀

[BHDG12，W5，W6。4DWW]樣地0049-0019-01640116

[BHDW]土層深度-0322-03340207-0555[G-3]

采樣時(shí)間-012600290736[G-3]0143[HJ][BGF]

注：、[G-3]分別表示相關(guān)性達(dá)005和001顯著水平。[F）]

度的土壤有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4可看出，艾比湖濕地土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量的相關(guān)系數(shù)為0981，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；與速效磷含量相關(guān)不顯著；與速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0452。表明土壤有機(jī)質(zhì)含量影響著艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)土壤速效養(yǎng)分的含量。[FL]

[F（W11][TPWYP4tif][F]

[FL（22]3討論

土壤有機(jī)質(zhì)含量和速效養(yǎng)分含量受多種因素的影響，處于不斷的變化當(dāng)中[11]。在濕地特殊的水文條件和植被條件下，濕地土壤有著自身獨(dú)特的形成和發(fā)育過程，表現(xiàn)出不同于一般陸地土壤的特殊的理化性質(zhì)和生態(tài)功能，這些性質(zhì)和功能對于濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡的維持和演替具有重要作用[12-13]。因此，加強(qiáng)對濕地土壤養(yǎng)分狀況的研究對進(jìn)一步了解和掌握濕地生態(tài)系統(tǒng)有著重要意義。

[JP2]研究結(jié)果表明，艾比湖濕地有機(jī)質(zhì)含量總體偏低；堿解氮含量處于較低水平，且其含量與土層深度呈顯著負(fù)相關(guān)；速效磷含量保持在中等水平，其含量與采樣時(shí)間呈極顯著正相關(guān)；速效鉀含量整體水平較高，其含量與土層深度呈極顯著負(fù)相關(guān)。總體來講，艾比湖濕地土壤養(yǎng)分含量較低，土壤肥力不高。

研究結(jié)果還顯示，艾比湖濕地土壤質(zhì)量呈現(xiàn)出博河入湖口觀鳥臺(tái)草甸區(qū)（SP2>鳥島保護(hù)站湖濱區(qū)（SP1> 精河鹽場漫灘區(qū)（SP3，即博爾塔拉河區(qū)域>精河區(qū)域。土壤是地球環(huán)境中一個(gè)非常重要的組成部分，是植被賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤的各種基本性狀都能通過直接或間接途徑影響植物生長[14]。因此，艾比湖濕地土壤質(zhì)量與植被分布有著一定的關(guān)系。博河植被分布廣，且植被類型較豐富，而精河植被較為單一，且蓋度不足，這也從側(cè)面印證了博爾塔拉河流域土壤養(yǎng)分狀況優(yōu)于精河流域的土壤。

相關(guān)分析結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量與堿解氮含量存在極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0981；與速效磷含量相關(guān)不顯著；與速效鉀含量極顯著正相關(guān)。表明，艾比湖濕地土壤中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化與氮素、鉀素循環(huán)關(guān)系密切，且相互影響，但與磷素轉(zhuǎn)化相關(guān)性較差[5]。

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