新疆南疆綠洲－荒漠過渡帶土壤鹽分和養分的空間異質性

查向浩，莫治新，林 寧，趙欣鑫，李有文

（1.喀什大學化學與環境科學學院，新疆喀什844000；2.新疆生物類固廢資源化工程技術中心，新疆喀什844000；3.西北師范大學地理與環境科學學院，甘肅蘭州730070）

綠洲邊緣到流動沙漠之間存在著一定面積的荒漠植被，這一分布在綠洲外圍、把流動沙漠與綠洲分開的荒漠植被帶即綠洲－荒漠過渡帶［1］，過渡帶荒漠植被的覆蓋度低、群落結構單一、生態環境脆弱、氣候干旱、降水稀少、蒸發量大、土壤貧瘠并容易出現鹽堿化［2－3］。土壤鹽分和養分是土壤兩大重要的特性，不論在大尺度上還是在小尺度上，均存在明顯的空間異質性［4－5］，土壤鹽分和養分是影響植物群落生存和演替的主要因子。目前國內外學者已開展了許多有關土壤鹽分和養分空間異質性的研究［6－8］，針對南疆土壤鹽分和養分的空間分布研究集中在農田和果園［9－11］，而對南疆綠洲－荒漠過渡帶的土壤屬性研究較少。新疆幅員遼闊，土地資源豐富，但是新疆的土地受自然因素和氣候條件的影響，普遍存在鹽堿化和土壤貧瘠的現象［12］。本研究以南疆典型的生態脆弱帶——綠洲－荒漠過渡帶為研究對象，分析了過渡帶胡楊（Populos euphraticu）土壤鹽分和養分含量的變化規律和分布特征，旨在為研究喬灌木等沙漠耐旱、耐堿植物的生長和形成“肥島”提供依據，對于合理改良綠洲－荒漠過渡帶土壤、防風固沙、減緩沙漠化、增加土地的活力和動力也具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 區域概況

選擇位于新疆塔克拉瑪干沙漠西緣的胡楊林，以胡楊林綠洲－荒漠過渡帶為中心設置1條環狀樣帶（地理位置35°17′13″～39°30′09″N，80°14′11″～86°01′07″E）作為研究區域。胡楊種植區域氣候極端干旱且風沙極大，年均降水量33.5 mm，年均蒸發量2 595.3 mm，年平均風速 1.9 m／s，最大風速可達 12.1 m／s，年平均氣溫 11.9℃，極端最高氣溫達41.9℃，無霜期160～170 d。

1.2 土樣樣品采集

2014年9月和2015年5月，分別在南疆沙漠－綠洲過渡帶設置1條自南向北的采樣帶，以此過渡帶為軸心向周圍采樣。選取長勢一致、樹齡相似的樹體，按照等比例的隨機抽樣方法選取4個相對獨立的林區，林區間隔約2 km，在每個區域內設置大小相等的50 m×50m典型樣地，每個樣地按照對角線布點法選取具有代表性、受人為干擾較小的3個剖面，每個采樣點按上層（0～20 cm）、中層（20～40 cm）、下層（40～60 cm）3個深度自上而下分別采樣，共采集48個樣，混勻裝入樣品袋中，附上標簽，在標簽上標記采樣點地理坐標、采樣時間、采樣植被類型。樣品經自然風干，去沙礫、植物根系等異物，用木棍將樣品壓碎、研磨、過篩，保存待測定。

1.3 土樣樣品測試方法

分析項目包括土壤pH值、電導率（EC值）、土壤有機質（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）、速效磷（AP）、速效鉀（AK）、堿解氮（AN）、土壤鈣和鎂（Ca2＋＋Mg2＋）、交換性鉀和鈉、碳酸根和重碳酸根以及土壤氯離子和硫酸根含量。采用電位法測定pH值；采用電導法測定EC值；采用重鉻酸鉀容量法測定SOM值；采用半微量凱氏定氮法測定TN值，在630 nm波長下比色測定；采用鉬酸銨分光光度法測定TP值；采用1 mol／L NaNO3浸提－四苯硼鈉比濁法測定TK值；采用0.5 mol／L NaHCO3浸提－鉬銻抗比色法測定AP值；采用1 mol／L NH4Ac浸提 －火焰光度法測定 AK值；采用堿解－擴散法測定AN值。采用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法測定土壤鈣＋鎂含量；采用火焰光度法測定土壤交換性鉀、鈉含量；采用雙指示劑－中和滴定法測定土壤碳酸根和重碳酸根含量；采用硝酸銀滴定法測定土壤氯離子含量；采用EDTA間接絡合滴定法測定土壤硫酸根含量。

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對數據進行統計分析，采用單因素方差分析（one－way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較各數據間的差異，用Pearson相關系數評價土壤鹽分和養分各因子間的相關關系。

1.5 土壤綜合肥力指數計算

采用修正的內梅羅公式［13－14］計算土壤綜合肥力指數。依據研究區森林土壤的性質，選擇土壤pH值、有機質含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量等5個養分因子對土壤肥力進行綜合評價。根據相關研究，原始數據的標準化公式如下：

當土壤養分含量為ci≤xa（較差）時，

式中：Pi為土壤某養分的肥力系數；ci為該養分的實測值；x為該養分的分級標準，采用全國第二次土壤普查養分分級標準；xa、xc、xp依次為國家土壤三級、二級、一級標準值（表 1）。

采用修正后的內梅羅公式對土壤肥力狀況進行評價，修正的內梅羅公式如下：

式中：P為評價土壤的綜合肥力；為土壤各養分肥力系數的平均值；Pimin為土壤各養分肥力系數中的最小值；n為選定的評價土壤肥力的養分指標數量。

根據P值定量分析土壤的肥力。當P≥2.7時，表明土壤很肥沃；當1.8≤P＜2.7時，表明土壤肥沃；當0.9≤P＜18時，表明土壤肥力為中等；當P＜0.9時，表明土壤比較貧瘠。

表1 土壤各養分的分級標準值

2 結果與分析

2.1 土壤基本參數

由表2可以看出：土壤各層pH值均值 ＞8，鹽離子以HCO3－、SO42－、Cl－、Ca2＋＋Mg2＋、K＋、Na＋為主，且 Na＋平均含量最高，根據李述剛等基于鈉堿化度（ESP）對新疆土壤的分級方案［15］，測試本研究區土樣屬于堿土（ESP＞40%）。其中，HCO3－含量在 0.114～0.650 g／kg之間，SO42－含量在0039～1.082 g／kg之間，Cl－含量在 0.005～1.024 g／kg之間，Ca2＋＋Mg2＋含量在 0.073～1.671 g／kg之間，K＋含量在0～2.490 g／kg之間，Na＋含量在0.910～3.413 g／kg之間，土壤全鹽量在 1.409～9.359 g／kg之間，電導率在 8.584～5 522.160μS／cm。由圖1、表2可見，研究區垂直層面，土壤pH值、HCO3－、SO42－、Cl－含量表現為上層 ＞下層 ＞中層；Ca2＋＋Mg2＋、K＋、Na＋、全鹽含量及電導率均表現為隨采樣深度增加而減小，即上層＞中層＞下層。總體而言，土壤pH值、各鹽離子含量、全鹽量及電導率均有隨土壤深度增加而減小的趨勢。

變異系數可以反映總體樣品中各采樣點的平均變異程度［16］。如表2所示，在土壤表層各項指標變異程度為電導率 ＞Cl－含量 ＞SO42－含量 ＞K＋含量 ＞Ca2＋＋Mg2＋含量 ＞HCO3－含量＞總鹽含量＞Na＋含量＞pH值；中層變異程度為Cl－含量 ＞電導率 ＞K＋含量 ＞Ca2＋＋Mg2＋含量 ＞SO42－含量＞HCO3－含量＞總鹽含量＞Na＋含量＞pH值；下層變異程度為K＋含量 ＞Cl－含量 ＞SO42－含量 ＞電導率 ＞Ca2＋＋Mg2＋含量＞HCO3－含量＞總鹽含量＞Na＋含量＞pH值。總體而言，土壤樣品之間HCO3－、總鹽、Na＋含量和pH值含量差異較小，說明HCO3－、總鹽、Na＋含量和pH值受外界影響比較小，空間分異相對不明顯；而電導率、Cl－、SO42－、K＋和Ca2＋＋Mg2＋含量變異系數較大，且表層電導率、Cl－含量、SO42－含量，中層 Cl－含量、電導率、K＋含量和下層 K＋、Cl－含量變異系數均超過1，說明表層電導率、Cl－含量、SO42－含量，中層Cl－含量、電導率、K＋含量和下層 K＋、Cl－含量各指標量差異較大，空間分異相對明顯。

2.2 土壤鹽漬化程度分析

根據劉國華等的研究成果［17］，對本研究的土壤樣品進行分類（表3）。研究地區土壤全鹽量為1.409～9.359 g／kg，屬于非鹽漬化和輕度鹽漬化范圍。由表3可知，各層土壤均有輕度鹽漬化，表層土壤鹽漬化較嚴重，中層土壤次之，下層土壤鹽漬化最輕。在任何土層，樣品含鹽量均不超過10.0 g／kg，未出現中度鹽漬化、重度鹽漬化和鹽土的土樣。總體來看，研究地區的土壤鹽堿化程度并不嚴重，且呈現出隨土壤深度增加，鹽漬化減輕的趨勢。

表2 不同層次土壤基本參數

表3 土壤各層各采樣點鹽漬化程度

表4 各鹽分類型所占比例

2.3 土壤鹽漬化類型分析

對土壤鹽漬化進行劃分［18－19］，由表4可知，研究地區的各個土層中（CO32－＋HCO3－）／（Cl－＋SO42－）（毫克當量比值）大于4的土樣占16.7% ～76.9%，為純蘇打鹽土，（CO2－＋

3HCO－）／（Cl－＋SO2－）（毫克當量比值）介于1～4之間的

34土樣占比為23.1%～100.0%，表明上層土樣以蘇打鹽土為主，中層土樣全部為蘇打鹽漬化土，下層土樣以純蘇打鹽漬化土為主。僅在上層出現8.3%的土樣（CO32－＋HCO3－）／（Cl－＋SO42－）（毫克當量比值）＜1，其余樣品均出現（CO32－＋HCO－）／（Cl－＋SO2－）（毫克當量比值）＞1，說明鹽分中碳

34酸鹽和重碳酸鹽最多。隨著土樣深度的增加，碳酸鹽和重碳酸鹽所占鹽分比例先增大后減小。上層土樣氯化物－硫酸鹽鹽漬化土占91.67%，硫酸鹽鹽漬化土占8.33%；中層土樣氯化物－硫酸鹽鹽漬化土占38.46%，硫酸鹽鹽漬化土占6154%；下層土樣氯化物－硫酸鹽鹽漬化土占30.77%，硫酸鹽鹽漬化土占69.23%。上層土樣以氯化物－硫酸鹽鹽漬化土為主，中下層土樣以硫酸鹽鹽漬化土為主，且隨著土壤深度增加，氯化物－硫酸鹽鹽漬化土比例減少，這與Cl－、SO2－

4與土壤深度相關性大小有關。

2.4 土壤養分分析

由表5可見，土壤有機質含量在 0.023～0.654 g／kg之間，全氮含量為 0.045～0.517 g／kg，堿解氮含量在 0.007～0.080 g／kg之間，全磷含量為 0.003～0.008 g／kg，速效磷含量為0～0.006 g／kg，全鉀含量為 3.079～20.240 g／kg，速效鉀含量為0.051～1.492 g／kg。由圖2、表5可見，土壤有機質含量平均值為下層＞中層＞上層；全氮平均含量為中層＞下層＞上層；堿解氮、速效鉀和全鉀的平均含量均為上層＞中層＞下層；全磷的平均含量為下層＞上層＞中層；速效磷的平均含量均為上層＞下層＞中層。由圖1可知，pH值為中層＞下層＞上層；電導率為上層＞中層＞下層。總體而言，土壤垂直剖面上，各養分變化規律不一致。

變異系數可以反映各采樣點的平均變異程度。研究區上層土壤各養分含量變異系數為有機質＞速效鉀＞速效磷＞堿解氮＞全鉀＞全氮＞全磷；中層土壤各養分含量變異系數為速效鉀＞速效磷＞堿解氮＞有機質＞全鉀＞全磷＞全氮；下層土壤各養分含量變異系數為速效鉀＞速效磷＞堿解氮＞有機質＞全鉀＞全氮＞全磷。總體而言，土壤全氮和全磷含量變異系數最小，說明土壤全氮和全磷含量在各層的分布相對較均勻；上層土壤有機質、速效鉀和速效磷含量變異系數相對最大，均超過了0.5，中層和下層土壤速效鉀、速效磷、堿解氮、有機質含量變異系數較大，介于0.5～1.0之間，說明上層土壤有機質、速效鉀和速效磷含量及中下層土壤的速效鉀、速效磷、堿解氮和有機質含量的空間分異相對明顯。

表5 不同層次土壤營養成分統計特征

2.5 不同層次土壤肥力評價

2.5.1 單項指標的評價 根據表5數據，參照表6可知，過渡帶土壤各層大多數試點土壤有機質和全氮都呈現極缺狀態；上層、中層土壤堿解氮缺，下層土壤堿解氮極缺；上層土壤速效磷處于缺水平，中層、下層土壤速效磷為極缺狀態；速效鉀在各層土壤中都屬于豐等級。總體而言，南疆綠洲－荒漠過渡帶土壤養分有機質、全氮、堿解氮和速效磷均處于缺或極缺水平。

2.5.2 土壤肥力綜合評價 由表7可知，上層土壤肥力系數最大，中層土壤肥力系數次之，下層土壤肥力系數最小，由此可見，研究區土壤肥力隨土壤深度增加而下降。表層土壤肥力為中等水平，中層、下層土壤肥力處于貧瘠狀態。

2.6 土壤鹽分和養分之間的相關性分析

由表8可見，土壤肥力綜合指數P與土壤總鹽量呈極顯著正相關；土壤pH值、電導率與土壤肥力綜合指數P呈極顯著正相關，土壤pH值、電導率分別與土壤總鹽量呈顯著正相關、極顯著正相關；土壤鹽分離子碳酸氫根、硫酸根、氯離子、鎂合量、鈉離子和鉀離子含量分別與土壤肥力綜合指數P呈極顯著或顯著正相關；土壤堿解氮、全鉀和速效鉀含量與土壤總鹽含量呈極顯著正相關，土壤有機質和有效磷含量分別與土壤總鹽含量呈顯著負相關和顯著正相關，土壤全氮和全磷含量與總鹽含量相關性一般。結合土壤肥力綜合評價指標P，土壤較貧瘠，說明土壤越貧瘠其鹽堿程度越嚴重，即增加土壤養分的含量有助于降低土壤鹽堿化，這與前人基于阜康綠洲鹽漬化特征與肥力相關性的研究結果［21］一致。

表6 土壤各養分的分級標準［20］

表7 不同層次土壤肥力綜合評價

3 結論

南疆綠洲－荒漠過渡帶土壤pH值、各鹽離子含量、全鹽量及電導率均有隨土壤深度增加而減小的趨勢。土壤樣品之間HCO3－含量、總鹽含量、Na＋含量、pH值變異系數較小；而電導率、Cl－含量、SO42－含量、K＋含量和 Ca2＋＋Mg2＋含量變異系數較大；研究地區的土壤鹽堿化程度并不嚴重，且呈現出隨土壤深度增加鹽漬化減輕的趨勢；上層土樣以蘇打鹽土和氯化物－硫酸鹽鹽漬化土為主，中層土樣以蘇打鹽漬化土和硫酸鹽鹽漬化土為主，下層土樣以純蘇打鹽漬化土和硫酸鹽鹽漬化土為主。土壤垂直剖面上各養分變化規律不一致；土壤全氮和全磷含量變異系數最小，上層土壤有機質、速效鉀和速效磷含量的變異系數及中層、下層土壤速效鉀、速效磷、堿解氮和有機質含量變異系數較大；南疆綠洲－荒漠過渡帶土壤養分有機質、全氮、堿解氮和速效磷均處于缺或極缺水平；表層土壤肥力為中等水平，中層、下層土壤肥力處于貧瘠狀態，且土壤肥力隨土壤深度增加而減小；土壤肥力綜合指數P與pH值、電導率和各鹽分含量呈極顯著或顯著正相關；土壤總鹽含量與電導率、堿解氮含量、全鉀含量和速效鉀含量呈極顯著正相關，與pH值、有效磷含量和有機質含量呈顯著正相關或顯著負相關。

表8 土壤鹽分和養分之間的相關性分析結果

參考文獻：

［1］張遠東.荒漠綠洲過渡帶植被與綠洲穩定性研究［D］.哈爾濱：東北林業大學，2002.

［2］顧文婷，金文杰，楊陶麗薇，等.中國西北干旱地區鹽漬化土壤鹽分和養分的分布特征——以甘肅產業園區為例［J］.中國農學通報，2015，31（9）：212－215.

［3］陳 鵬，初 雨，顧峰雪，等.綠洲－荒漠過渡帶景觀的植被與土壤特征要素的空間異質性分析［J］.應用生態學報，2003，14（6）：904－908.

［4］Huggett R J.Soil chronosequences，soil development，and soil evolution critical review［J］.Catena，1998，32：155－472.

［5］李亮亮，依艷麗，凌國鑫，等.地統計學在土壤空間變異研究中的應用［J］.土壤通報，2005，36（2）：265－268.

［6］姚榮江，楊勁松，姜 龍.黃河三角洲土壤鹽分空間變異性與合理采樣數研究［J］.水土保持學報，2006，20（6）：89－94.

［7］Tsegaye T，Hill R L.Intensive tillage effects on spatial varia－bility of soil physical properties［J］.Soil Science，1998，163（2）：143－154.

［8］鄭 田，李建貴，李衛紅，等.塔里木河下游綠洲荒漠過渡帶土壤異質性及對植物群落的影響［J］.中國沙漠，2010，30（1）：128－134.

［9］劉國東.南疆果園滴灌條件下土壤鹽分的空間分布研究［D］.阿拉爾：塔里木大學，2011.

［10］祁 通，耿慶龍，孫九勝，等.南疆棗－麥間作系統土壤養分空間分布特征［J］.新疆農業科學，2014，51（11）：1990－1995.

［11］王永旭.新疆岳普湖縣土壤屬性空間變異特征及其影響因素分析［D］.烏魯木齊：新疆農業大學，2014.

［12］楊柳青.新疆鹽堿土資源與綜合治理［J］.土地通報，1993（5）：158－170.

［13］江 紅，王克勤.澄江尖山河小流域不同土地利用類型下土壤肥力分析［J］.中國水土保持，2013（7）：54－57.

［14］張廣帥，鄧浩俊，杜 錕，等.泥石流灘地不同土地利用類型土壤肥力質量綜合評價［J］.福建林學院學報，2014，34（3）：214－219.

［15］李述剛，王周瓊.荒漠堿土［M］.烏魯木齊：新疆人民出版社，1988：20－50.

［16］李有文，曹 春，巨天珍，等.白銀市不同區域蔬菜基地土壤重金屬污染特征及生態風險評價［J］.生態學雜志，2015，34（11）：3205－3213.

［17］劉國華，海米提·依米提，王慶峰，等.于田綠洲土壤鹽分特征分析［J］.水土保持研究，2009，16（3）：260－263，297.

［18］中國科學院新疆生態與地理研究所.新疆館區土壤鹽漬化及改良治理模式［M］.烏魯木齊：新疆科學技術出版社，2008：76.

［19］盧 磊，喬 木，周生斌，等.新疆渭干河流域土壤鹽堿化及其驅動力分析［J］.農業現代研究，2011，32（3）：358－359.

［20］全國土壤普查辦公室.第二次全國土壤普查暫行技術規程［M］.北京：中國農業出版社，1979.

［21］顧峰雪，張遠東，劉永強，等.阜康綠洲土壤鹽漬化特征及其與肥力的相關性分析［J］.干旱區資源與環境，2003，17（2）：78－82.