艾比湖樺適生土壤特征分析

王勇輝, 蔣 梅, 海米提·依米提

(1.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054)

艾比湖樺適生土壤特征分析

王勇輝1,2, 蔣 梅2, 海米提·依米提1,2

(1.新疆大學 資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046; 2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 烏魯木齊 830054)

為了研究特有種艾比湖樺生長的土壤條件，選擇該樺樹生長的土壤為研究對象，運用分析化學及土壤地理學的方法，對土壤中的養分及鹽分指標進行了測試，結果表明：艾比湖樺生長的土壤中，鹽分含量的變化范圍為0.05%～2.47%，均值<1%，表聚現象明顯，屬于輕度鹽化土壤，明顯低于艾比湖濕地其它區域。有機質含量多為17.47～29.62 g/kg，速效氮、磷、鉀等養分含量均較高，pH值變幅為7.78～8.48，呈堿性；主成分分析結果表明：土壤速效磷、有機質、pH值、水解氮、土壤鹽分等理化指標構成了艾比湖樺適生土壤的特征因子。綜合而言，艾比湖樺適生土壤特征為鹽分含量低、養分含量高。

艾比湖濕地; 艾比湖樺; 土壤; 養分; 鹽分

樺樹是樺木屬植物的通稱，通常為灌木或中小型喬木。樺樹耐瘠薄、耐嚴寒，分布廣。全世界約有100種，主要分布于北溫帶，少數種類分布至寒帶。在歐洲，很多國家對樺樹進行了細致的研究，芬蘭就是其中之一。歐洲白樺是芬蘭的國樹，體現了樺樹在芬蘭的重要地位。歐洲白樺和疣毛樺這兩種鄉土樹種也是芬蘭最重要的工業原材料[1]。中國同樣擁有豐富的樺樹品種，東北、西北及西南高山地區生長的最多。該樹種不僅有保持水土、涵養水源及改良土壤的作用，同時具有不容忽視的工業利用價值以及醫學藥用價值。近年來學者對白樺、黑樺、岳樺、光皮樺的研究較多，其中對樺樹生長的土壤養分、鹽分、水分等基本理化性質的研究[2-4]及土壤孔隙度、CO2釋放通量、水源涵養能力等的研究多有報道[5-7]。這是因為土壤為植被的存在和發展提供了必要的物質基礎，植被的出現及其演替反過來也會影響土壤的形成和發育[8]。此外，樺樹林內土壤養分的高低也是衡量林分立地條件的重要指標。通過對這些物種生長條件的深入研究，對于保護樺樹資源，保護天然植物基因庫具有重要意義。分析前人研究成果發現，關于樺樹研究的區域多集中在山地系統中，關于濕地系統中樺樹的研究相對較少，本文選擇新疆艾比湖濕地的特有種——艾比湖樺生長的土壤條件作為對象開展研究。因為在這一獨特的濕地生態系統中，關于艾比湖樺適生土壤條件的研究還很有限，但是濕地土壤是濕地生態系統的一個重要組成部分, 它既是濕地獲取化學物質的最初場所，也是濕地發生化學變化的中介。它具有維持生物多樣性、分配和調節地表水分、過濾、緩沖、分解固定和降解有機物及無機物等功能，因此開展此項研究具有很好的理論和實踐意義[9-11]。

艾比湖濕地位于新疆博爾塔拉蒙古自治州境內，是典型的干旱區內陸湖泊濕地。2002年，艾比湖濕地自然保護區科學考察隊在“塔橋子”的地方意外發現艾比湖樺這一新種，后經相關學者鑒定并命名為艾比湖樺，學者們認為該樹種本身利用價值不大，但對于開展生物多樣性和遺傳基因研究具有非常重要的意義。該樺樹系樺木科植物新種，僅分布于區內阿其克蘇河流域沿岸，是適應了該地區特定氣候、水文地質等條件而生的樺木科特有物種。艾比湖樺生長的土壤鹽分較重，生長區域氣候炎熱[12]。目前，關于艾比湖流域、濕地生物多樣性及土壤理化性質的研究較多[13]，但是僅有孫建軍等對艾比湖樺水文地質及土壤條件進行過初步研究，結果顯示艾比湖樺的生存，與其所處的特殊水文地質條件及土壤環境有關[14]。為了進一步確定艾比湖樺這一新種近年來生長的土壤特性，本研究在阿其克蘇河岸帶艾比湖樺生長區域，采集土壤樣點，通過室內樣品測定，數據分析后準確厘定艾比湖樺適生的土壤條件，為人們更好地保護這一瀕危物種提供較為科學、可靠的依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

艾比湖濕地國家級自然保護區位于新疆西部博爾塔拉蒙古自治州境內，在東經82°36′-83°50′、北緯44°37′-45°15′，總面積為2 670.85 km2。主要氣候特點為：日照充足、降水稀少、蒸發強烈、夏季炎熱干燥、冬季寒冷少雪、春夏多大風、5—8月鹽塵暴和浮塵活動頻繁[12]。研究區位于艾比湖國家級濕地的阿其克蘇河流域內。阿其克蘇河位于精河縣境內，沿岸土壤鹽分較重，氣候炎熱。由于獨特的地理及氣候環境，使得抗干旱、耐鹽堿、抗風沙的荒漠植被和鹽生植被構成了濕地植被的主體。該區屬典型的大陸干旱氣候，光熱充足，光照有效輻射量為65 kJ/cm2，年均日照時數約2 800 h；地區年平均氣溫為6.8℃，極端最高氣溫為41.7℃，極端最低氣溫為-32.2℃，全年積溫為3 353～4 245℃，平均無霜期162 d；年平均降水量90.9～163.9 mm，而年蒸發量卻高達3 790 mm 以上，是特旱地區[15]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集 艾比湖濕地樺樹林位于阿奇克蘇河河源，樹林共約500株樺樹，蓋度90%以上，株高3～7 m，本研究在該區域選取7個采樣點，對采樣點土壤進行分層采樣(0—10，10—20，20—40，40—60，60—80，80—100 cm)，將采集的土壤分別裝入土壤袋中并編號。在采樣過程中，運用GPS定點，并記錄采樣點的經、緯度及海拔高度，詳見表1。

表1 采樣點及主要植被

1.2.2 樣品處理及測定方法 將樣品置于實驗室中自然風干、碾碎，用土篩將每袋碾碎的土壤樣品過濾為20，60，100目三種不同粒徑的樣品后，裝袋編號作為測試樣品。

有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量法，有效磷采用碳酸氫鈉法，速效鉀采用火焰光度法，水解氮采用堿解擴散法，pH值采用pH測定儀測定。鈣、鎂離子測定采用EDTA容量法，氯離子測定采用硝酸銀滴定法，碳酸根和碳酸氫根的測定采用酚酞、溴酚藍雙指示劑中和滴定法，硫酸根測定采用EDTA容量法，鉀、鈉離子含量用差減法測算得出。

1.2.3 數據處理 測定數據利用統計軟件SPSS 17.0進行處理。

2 結果與分析

2.1 艾比湖樺適生土壤養分統計特征

土壤養分是土壤提供給植物生長所必須的營養元素，能被植物直接或者轉化后吸收，主要來源于土壤礦物質和土壤有機質，是促進植物健康生長不可或缺的重要因素。表2是艾比湖樺適生土壤的養分含量統計，從表中可以看出, 艾比湖樺適生土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值平均值分別為25.16 g/kg，391.16 mg/kg，116.07 mg/kg，174.59 mg/kg，8.19，與濕地其它區域比較而言，艾比湖樺適生土壤養分含量較高，這應該與此處水分條件較好的自然條件密切相關，艾比湖樺生長的區域在泉眼附近，常年有較好的水分供應。土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值的變異系數分別是：0.17，0.33，0.49，0.06，0.03。根據變異系數(CV)的劃分標準，CV<0.1時，表現為弱變異性；CV=0.1～1.0之間時，表現為中等變異；CV>1.0時，表現為強變異性。所以，土壤有機質、堿解氮、速效磷呈現的是中等變異，樣本間含量差異不大。速效鉀、pH值屬于弱變異，樣本間差異較小。這些結果說明研究區內土壤養分條件變化較小，也是艾比湖樺能夠長期存在、穩定生長的原因之一。

表2 艾比湖樺適生土壤養分含量描述性統計

2.2 艾比湖樺適生土壤養分垂直分布特征

2.2.1 艾比湖樺適生土壤有機質垂直分異特征 圖1為艾比湖樺適生土壤有機質垂直分異圖(7個樣本的平均值)。該圖顯示：隨著土壤深度的增加，生長艾比湖樺的土壤有機質含量呈逐級遞減趨勢，變化幅度不大，有利于為植被根系提供較為穩定的有機質來源，促進植被生長。

圖1 艾比湖樺適生土壤有機質垂直分異

2.2.2 艾比湖樺適生土壤速效養分垂直分異特征 土壤速效養分是土壤中能被植物直接吸收，或在短期內能轉化為植物吸收的養分，雖然在養分總量中所占比重不高，卻是反映養分供應能力的重要指標。圖2為艾比湖樺適生土壤速效養分含量垂直分異圖。該圖反映出速效磷含量主要集中在表層，隨著土層深度的增加表現為逐漸減小的態勢，且自60 cm處起至100 cm，其值基本穩定不變。速效鉀含量隨著土層深度的增加表現為先降后升的單峰曲線變化趨勢，變化曲線平緩，說明生長艾比湖樺的土壤中速效鉀含量變化相對穩定。水解氮含量表層最高，自表層向土壤深處大致呈現出逐漸降低的趨勢，僅在40 cm處略有上升，且土層表層含量遠遠高于土壤深處，也進一步反映出土壤上部植被生長作用以及微生物活動強烈的特征。

圖2 艾比湖樺適生土壤速效養分垂直分異

2.2.3 艾比湖樺適生土壤pH值垂直分異規律 圖3為艾比湖樺適生土壤pH值垂直分異圖。由圖3可知：艾比湖樺土壤pH值變化規律為先降低后升高的單峰變化。從7個樣點不同土壤層中pH值顯示：表層(0—20 cm)和土壤深處(80—100 cm)pH值相對較高，且表層高于土壤深處，其平均值均大于8；土壤中上部至中部(20—60 cm)pH值相對較低，平均值為7.5～8.0，且最低值出現在20—40 cm之間。土壤為堿性。

圖3 艾比湖樺適生土壤pH值垂直分異

2.3艾比湖樺適生土壤鹽分統計特征

土壤的鹽分狀況是由自然條件下當地的氣候、地貌、水文及地質等諸多因素共同決定的。表3為艾比湖樺適生土壤總鹽描述統計，結果表明：適宜艾比湖樺生長的土壤鹽分含量變化范圍為0.05%～2.47%，總鹽含量平均值不大于1%，鹽分含量不高，僅樣點H3土壤中總鹽含量平均值相對較高。樣點鹽分變異系數在0.34～0.93之間，屬于中等變異，樣本間含量差異不大，土壤中鹽分含量比較穩定，與艾比湖濕地內其他區域土壤鹽分相比，結果偏低，這可能與此處有河流經過以及地下水埋深較淺有關，也是艾比湖樺能夠生長的條件之一。

表3 艾比湖樺適生土壤總鹽描述統計值

2.4 艾比湖樺適生土壤鹽分垂直分異特征

圖4為艾比湖樺適生土壤總鹽垂直分異圖，通過圖形可以探索適宜艾比湖樺生長的鹽分狀況及其規

律。該圖顯示：每個樣點總鹽含量變化趨勢基本相同，即隨著土層深度的增加，總鹽含量呈現遞減趨勢，土壤中總鹽含量集中在土壤上部，表聚現象明顯。

圖4 艾比湖樺適生土壤總鹽垂直分異

表4 艾比湖樺適生土壤可溶性離子垂直分異統計 g/kg

2.5 艾比湖樺適生土壤因子主成分分析

根據提取主成分保留特征根大于1的原則，本研究對艾比湖樺采樣點土壤中養分與鹽分等指標進行主成分分析，分析結果共提取出3個主成分(表5)。由表5可看出，公共因子的最高方差貢獻率達到42.03%，累計方差貢獻率達到86.191%。各成分因子與相應主成分的關系系數可看出，速效磷、有機質、pH值與第一主成分的相關系數分別達到-0.898，0.815，0.823，說明這3個變量對第一主成分的貢獻率高，對第一主成分有較大影響。第二主成分與水解氮含量的相關系數達到0.830，表明水解氮對第二主成分有較大影響；而第三主成分與鹽分的相關系數為0.923，說明對第三主成分有較大影響的是總鹽含量。由此，可將第一主成分命名為影響艾比湖樺生長的主要養分因子，第二主成分命名為影響艾比湖樺生長的重要養分因子，將第三主成分命名為影響艾比湖樺生長的鹽分因子。綜上說明，影響艾比湖樺生長的土壤因子中，速效磷、有機質、pH值、水解氮與土壤鹽分等為主要因子。

表5 艾比湖樺適生土壤因子主成分分析結果統計

3 討 論

3.1 艾比湖樺適生土壤養分條件討論

根據本研究結果，艾比湖樺生長的土壤層中有機質及速效養分含量較高，適宜植物的生長，與之前孫建軍等的研究結果較為接近[14]，這表明豐富的土壤養分是艾比湖樺生長的必要條件。但是本研究結果顯示，艾比湖樺適生的土壤中速效磷含量總體偏高，這與之前的研究結果不同。土壤有機質是土壤中各種營養特別是氮、磷的重要來源，艾比湖樺生長的不同深度土壤層中，有機質含量相對較為穩定，變化幅度不大，為土壤中氮素、磷素的形成提供了一個可靠的、較為穩定的來源，使得氮素、磷素的含量也相對較高。速效磷、水解氮在土壤上層和中下層的差異，體現出植物生長對養分在表層的聚集作用，同時，表層與枯枝落葉層相近，微生物的分解作用也使得上層的養分含量相對較高。速效磷含量遠遠高于之前的數據，可能是與研究所采用的實驗方法和實驗精度不同產生，此外，土壤理化性質會隨著時間的推移、地表植被的生長作用及人類活動的干預而有所變化，也可能導致土壤中磷含量發生變化。土壤pH值是土壤酸堿度的定量反映，也是影響土壤肥力的重要因素之一。本研究結果表明適宜艾比湖樺生長的土壤pH值平均7.78～8.48，較之前研究結果有所上升，表現出一定的堿性，可能與近年來阿其克蘇河流域土壤逐漸堿化有關。

3.2 艾比湖樺適生土壤鹽分條件討論

眾多研究表明，艾比湖濕地自然保護區內氣候極端干燥，降水稀少，土壤鹽漬化程度高[12]，研究區內主要生長著一些抗干旱、抗風沙、耐鹽堿的旱生和超旱生植物。自艾比湖樺被發現之初，很多學者也認為它是一種鹽生的樺種。但孫建軍等學者經過研究發現[14]，此地鹽分含量極少，無鹽化、堿化現象。本研究通過實地采樣，實驗室全面分析，發現艾比湖樺生長的土壤中鹽分含量的變化范圍為0.05%～2.47%，平均值不足1%，樣點未出現鹽分過高限制植物的生長現象。相對于自然保護區其他區域較低的鹽分條件為艾比湖樺的在此地的生存繁衍提供了有利條件。但孫建軍等在2007年的研究結果中認為艾比湖樺生長的土壤層中，組成的可溶性離子中沒有碳酸根離子的存在，氯離子含量也極低。而本研究結果表明，艾比湖樺生長區域內土壤中存在含量極低的碳酸根離子，氯離子含量相對較高。研究區內植物生長與枯枝落葉的腐化、分解很有可能改變土壤鹽分的離子組成，使得該區域中逐漸出現微量的碳酸根離子，氯離子含量逐漸升高。

4 結 論

艾比湖特有種艾比湖樺適生土壤特征為：養分含量豐富，表聚現象明顯；鹽分含量相對于保護區其他區域較小，均值不大于1%。通過主成分分析得出速效磷、有機質、pH值、水解氮與土壤鹽分等為艾比湖樺適生土壤的特征因子。各土層pH值為7.5～8.0，土壤呈堿性。

本文對艾比湖樺適生土壤的特性進行了研究，對于該區域稀有種的保護具有一定的參考，但是研究中未涉及植物生理特征方面的內容，沒有把適生土壤特征與植物適應性結合起來探討，需要在今后工作中不斷提升和完善。

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AnalysisonSoilCharacteristicsforGrowthofEbinurbirch

WANG Yong-hui1,2, JIANG Mei1,2, HAMID·Yimiti1,2

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 2.SchoolofGeographyandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China)

In order to understand the soil conditions for Ebinurbirch growth, the soil for growth of Ebinurbirch(a new species of Ebinur Lake wetland) was selected as the research object in this paper. Soil nutrient(organic matter, phosphorus, AK, nitrogen), salinity and eight ions were measured by the methods of analysis chemistry and soil geography. The results show that in the soil for growth of the Ebinurbirch, the range of salt content is between 0.05%～2.47%, and the mean of salt content is less than 1%, surface gathered salt is obvious, the soil belongs to the mild salinization. The salt content of this area is lower than that in the other area of Ebinur lake wetland. Organic matter content is between 17.47 g/kg～29.62 g/kg, the contents of phosphorus, AK, nitrogen are higher. The range of pH is 7.78～8.48, the results indicate that the soil is alkaline. The principal component analysis showed that the chemical indicators (soil available phosphorus and organic matter, pH value, hydrolytic nitrogen, soil salinity) formed the soil characteristic factors for growth of Ebinurbirch. Notwithstanding the foregoing, the soil characteristics for growth of Ebinurbirch are low salt and high nutrient.

Ebinur Lake wetland; Ebinurbirch; soil; nutrient; salinity

2014-01-09

：2014-02-27

國家自然科學基金“艾比湖濕地生態環境演變及生態恢復研究”(41171036);自治區重點實驗室開放課題(XJDX0909-2012-10;XJDX0909-2010-04)

王勇輝(1977—),男,新疆奎屯人,博士研究生,講師,主要研究方向干旱湖泊環境與資源利用。E-mail:wyhsd_3011@163.com

海米提·依米提(1960—),男,新疆喀什人,博士生導師,教授,主要研究方向干旱區水資源開發利用及其環境效益研究。E-mail:hyimit@yahoo.com.cn

S156.4

：A

：1005-3409(2014)05-0244-05