霍林河下游典型洪泛區濕地土壤pH值和土壤含水量分布特征

高海峰，白軍紅，王慶改，黃來斌，肖 蓉

（1.北京師范大學 環境學院，水環境模擬國家重點實驗室，北京 100875；2.環境保護部環境工程評估中心，北京 100012）

土壤pH值和土壤含水量是重要的土壤理化性質，其變化能夠直接影響到土壤生態系統的物理、化學和生物過程［1］，是土壤養分和重金屬等污染物有效性和遷移性的重要限制性因素。干旱和土壤鹽堿化一直是松嫩平原西部地區面臨的一個重要環境問題，該區濕地在維持區域生態安全方面發揮著重要作用［2］。在干旱和高土壤pH值條件下，該區濕地土壤養分形態和有效性的變化能夠顯著影響濕地生態系統生產力和毗鄰河流的水質。全面地分析土壤pH的分布格局，可以有助于評價和分析土壤pH值的酸堿化和土壤養分有效性［3］。土壤含水量能夠影響離子在固相液相之間的分配，CaCO3等鹽類的溶解和解離，以及膠粒上吸附性離子的解離度，從而影響土壤的酸堿性［4］。因此，研究該區濕地土壤pH值和土壤含水量的空間分布特征對于濕地土壤鹽堿化治理以及濕地土壤養分管理具有一定的研究價值和意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

霍林河下游洪泛區地處松嫩平原西部通榆縣境內的向海國家級自然保護區（44°55′－45°09′N，122°05′－122°35′E），保護區總面積為105467 hm2，其中蘆葦沼澤面積為23600 hm2。研究區（二百方子濕地）位于霍臨河流域的下游河道，受河流季節補給明顯；但由于近年氣候連續干旱，采樣期內無地表積水。該區地貌以沙化和鹽漬化的平原為主要特征；地勢由西向東傾斜，海拔156～192m，壟狀沙丘與壟間洼地交錯相間排列。該區氣候屬于北溫帶大陸性季風氣候，年均溫度為5.1℃；年均降雨量為408.2mm，主要集中在夏季；年平均蒸發量為1945 mm。區域內典型沼澤植被為蘆葦（Phragmites astralis）群落，土壤類型為沼澤土。典型研究區表層土壤有機質和全氮含量分別為1.56%和0.14%；土壤黏粒和砂粒含量分別為27.64%和27.17%。該區植被群落以蘆葦為優勢種，香蒲（Tyhya orientalis）、辣蓼（Polygonum hydropiper）等為伴生種。

1.2 土壤樣品的采集和分析

依據典型性和代表性原則，于7月份和9月份在二百方子濕地典型樣地（植被群落與研究區總體特征一致）內采用網格法采集土壤樣品，樣地坡度＜3°，樣方總面積均為20m×20m，樣區內均布設5m×5m的采樣網格，在每個網格交叉點處重復采集3～5個土壤樣品形成混合樣品，采樣深度為20cm，按每10 cm為一層分2個層次進行采集。所采集的樣品及時帶回實驗室后分別取適量土壤樣品用于測定土壤含水量；剩余樣品于實驗室自然風干后，撿去石塊、殘根等雜物，用球磨機磨碎，過80目篩，裝袋用于測定土壤pH。

土壤pH值采用pH計測定（土∶水＝1∶5）；土壤水含量（WC）:烘干法，在105℃烘箱中將土壤樣品烘24h至恒重［5］。

1.3 數據分析

運用t－檢驗來分析同一時期不同土層之間的土壤pH值和含水量的差異；運用ANOVA分析同一層次不同時期間的土壤pH值和含水量的差異。運用surfer327 .1，Spass 10.0和 Origin 6.0等軟件包對數據進行繪圖與統計。

2 結果與討論

2.1 洪泛區濕地土壤pH值和土壤含水量測定值統計分析

由表1可以看到7月份平均土壤pH值低于9月份土壤，且上層土壤低于下層土壤；而7月份土壤含水量則高于9月份土壤且上層土壤高于下層土壤，表明9月份濕地土壤，尤其是亞表層發生明顯堿化（平均土壤pH值＞9.0）。方差分析表明兩月份之間的表層和亞表層土壤pH值和土壤含水量存在極顯著差異（p＜0.01）。成對樣本t－test表明7月份上下土層pH值（p＞0.05）和含水量（p＞0.05）都不存在顯著性差異；但9月份上下土層土壤pH值（p＜0.05）和含水量（p＜0.01）均存在顯著性差異。

表層土壤具有較高含水量的原因在于該區表層土壤黏粒和有機質含量顯著高于亞表層土壤［6］，導致表層土壤能夠保持較多的水分。而7月土壤含水量高于9月的主要原因在于該區降雨主要集中在7－8月。此外，較高的降雨量能夠顯著影響土壤pH值［7］，這是由于在干旱和半干旱區，降雨量可改變土壤含水量，進而改變土壤中緩沖溶液的濃度，對土壤pH值的影響較大。一般情況下由于土壤具有自我調節能力，土壤pH值不會發生太大的變化［8］，但本研究中9月份土壤pH值顯著高于7月份土壤，可能是由于7月份氣溫較高，加之土壤含水量較大，土壤微生物活動、鋁活化（土壤鋁含量約為65g／kg）［9］等均可以產生氫離子［10］，而9月份土壤含水量顯著下降后，導致深層土壤中的鈣、鎂鹽類上移，發生地表聚鹽過程，導致土壤pH值升高。

表1 洪泛區濕地土壤pH值和土壤含水量統計

2.2 洪泛區濕地土壤pH值和土壤含水量的分布特征

由表1可知，地表和亞表層土壤pH值的變異程度在兩個采樣期內均小于3%，屬于弱變異強度，表層和亞表層土壤pH值的變化幅度分別為0.57和0.56；亞表層土壤含水量的變異程度高于表層土壤，且7月份表層土壤含水量的變異程度最低。圖1表明表層和亞表層土壤pH值和含水量的空間分布均呈現出條帶狀和斑塊狀格局。總體上，兩層土壤pH值自西北－東南方向向兩側逐漸升高，而北部土壤含水量均高于南部，且土壤pH值和含水量在不同土層間均存在著較強的空間相似性，這主要是由于河道微地形差異造成的。與7月份相比，9月份土壤含水量和土壤pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯，且空間變異性較強（圖2）。表層土壤含水量大體呈現西北－東南方向的梯度變化；土壤pH值高低值斑塊較多，與土壤含水量間存在較強的對應關系，即土壤含水量高的地區土壤pH值則較低，反之則較高。土壤含水量和pH值的這種差異可能與研究區微地貌有關，地勢低洼易積水，土壤含水量相對較高；而微高地形由于表面積大，水分蒸發強烈，土壤含水量相對較低，且水分蒸發過程使鹽分隨毛管水積聚于地表，土壤pH值有所升高。黃昌勇［11］也指出季節性積鹽和脫鹽頻繁交替也是土壤堿化和土壤pH值變化的重要原因。

圖1 7月份洪泛區濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

圖2 9月份洪泛區濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

2.3 洪泛區濕地土壤pH值和土壤含水量關系

圖3表明了研究區濕地土壤含水量與pH值的線性和非線性關系。7月份土壤含水量和土壤pH值的散點分布較9月份的更趨離散，9月份二者的相關性好于7月份，且兩個時期中土壤含水量和土壤pH值的線性或非線性負相關關系都達到了顯著性水平。這與陳學文等［7］提出的土壤pH值與土壤含水量存在顯著的負相關關系一致。但當土壤pH低于8.8時（7月份），其與土壤含水量之間的線性回歸關系（R2＝0.1261，p＜0.05）較非線性回歸關系（R2＝0.1935，p＜0.05）差；當土壤pH＞8.8時（9月份），其與土壤含水量之間存在較顯著的指數非線性關系，即土壤pH值隨土壤含水量增加呈指數下降（R2＞0.6，p＜0.01），且優于線性回歸（R2＝0.4497，p＜0.01）。這表明該區濕地土壤pH值與土壤含水量之間的關系更適宜用非線性方程進行擬合。濕地土壤pH值與土壤含水量的空間異質性可能是導致二者之間存在非線性關系的重要原因。

圖3 洪泛區濕地土壤含水量和土壤pH值的回歸曲線

3 結論

（1）霍林河下游洪泛區濕地土壤含水量和pH值存在明顯的季節差異:7月份土壤含水量高于9月份土壤，但9月份土壤pH值則相對較高尤其是亞表層發生明顯堿化；

（2）霍林河下游洪泛區濕地土壤含水量和pH值的空間分布均呈現出條帶狀和斑塊狀格局，且具有一定的梯度變化規律。7月份兩層土壤pH值自西北－東南對角方向向兩側逐漸升高，土壤含水量北部均高于南部；9月份表層土壤含水量中間低四周高，大體呈現西北－東南的走向，且土壤含水量和pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯。

（3）土壤pH值與土壤含水量間存在較強的負相關關系。與傳統的線性回歸相比，土壤pH值與土壤含水量間的關系更適宜用非線性函數來擬合。鑒于土壤含水量和pH值的非線性關系，在水資源缺乏的大背景下可考慮在旱季適量引水灌溉，可通過適度增加土壤含水量來降低土壤pH值，緩解松嫩平原西部地區土壤堿化現象，維持該區域的生態安全。

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