新疆艾比湖濕地土壤有機質與速效養分時空變異及其相關性

王艷萍　胡文革　韓晶　張曉紅　武菲　王翠華

摘要：于不同時間采集了艾比湖濕地自然保護區博爾塔拉河、精河流域內3個典型樣地的4個不同土層土壤，定量測定了其有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量，分析土壤各養分指標的時空變異特征及有機質含量與速效養分的相關性。結果表明，艾比湖濕地有機質含量總體較低，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相關；速效磷平均含量為2421 mg/kg，處于中等水平，與采樣時間呈極顯著正相關；速效鉀整體水平較高，平均含量達24607 mg/kg，與土層深度呈極顯著負相關。有機質含量與堿解氮含量和速效鉀含量呈極顯著正相關；與速效磷含量相關不顯著。土壤有機質含量影響艾比湖濕地土壤速效養分的含量。

關鍵詞：艾比湖濕地；土壤有機質；土壤速效養分；時空變異

中圖分類號： S1583文獻標志碼： A

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

收稿日期：2014-02-27

基金項目：國家自然科學基金（編號：31160026；石河子大學高層次人才科研啟動資金（編號：RCX201010。

作者簡介：王艷萍（1987—，女，碩士研究生，從事微生物生態學研究。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學研究。E-mail：hwg-t@163com。

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

新疆艾比湖濕地是中國內陸干旱區湖泊的典型代表，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給水源，其變化直接牽動著艾比湖的動態變化，進而影響到艾比湖流域乃至整個北疆地區的人居環境，再加上常年受來自阿拉山口大風的影響，沙塵天氣已越來越常見[5]。因此，加強對艾比湖流域土壤質量的監測，對其養分狀況的時空變異特質進行分析，對濕地恢復及防沙抗沙過程中的土壤響應具有非常重要的現實意義和借鑒作用[6]。

目前，艾比湖濕地自然保護區存在的主要問題是土地質量下降，荒漠化嚴重，同時隨著經濟建設步伐的加快及人口的大量增長造成建設用地增加；此外，土地開發缺乏流域整體統一規劃[7]。本研究對艾比湖濕地自然保護區土壤的有機質及速效養分含量進行定量測定，分析其時空變異特征和有機質與速效養分的相關性，以期了解保護區土壤的養分狀況，為濕地恢復工作的有效性評價及濕地的可持續利用提供依據。

1材料與方法

11研究區概況

艾比湖濕地位于新疆維吾爾自治區博樂市東北部，距博樂市40 km，地跨精河縣、博樂市和阿拉山口口岸區，地處東經82°36′～83°50′，北緯44°37′～45°15′，為加強其自然環境與自然資源的保護管理，2000年6月新疆維吾爾自治區人民政府將其2 67085 km2劃定建立了保護區，2007年4月晉升為國家級自然保護區。艾比湖濕地是我國西部的國門湖泊，是準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。近年來，研究區農田耕作的機械化程度逐步提高，土地利用更加集約化，使得土壤質量受到影響[8-9]。

12樣品采集

本研究采用多點采樣的方法，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自然保護區選取了鳥島保護站湖濱區（SP1、博河入湖口觀鳥臺草甸區（SP2、精河鹽場漫灘區（SP33個典型樣地取土樣，每個樣地在水平方向上以300 m為間隔取3個采樣點，每個采樣點內隨機刨3個坑，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個不同土層的土壤樣品，將同一樣地、同一采樣點、同一土層的土壤混合均勻后進行分裝，共108份。采樣點基本情況見表1。

13研究方法

取回的土樣，經風干、去雜、過100目篩后用于測定土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。有機質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區采樣點基本情況[HTSS][STB]

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

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

[BHDW]SP2博河入湖口觀鳥臺草甸區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數據統計與分析

[JP3]用Excel 和SPSS 170統計軟件對試驗數據進行統計分析。

2結果與分析

21土壤有機質含量的時空分布特征

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

根據全國第二次土壤普查土壤分級標準[5]，本試驗將新疆艾比湖濕地土壤有機質含量分為6個等級（表3。由表3可見，艾比湖濕地土壤有機質含量較低，甚至匱乏。

方差分析結果表明，有機質含量的分布在樣地、土層深度及采樣時間3個尺度上差異不顯著。

22土壤堿解氮含量的時空分布特征

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。依據全國第二次全國土壤普查標準[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。在采樣時間尺度上，堿解氮平均含量隨著采樣時間的推移，呈現出先減小后增大的趨勢。4月份時，堿解氮平均含量為3568 mg/kg；7月份時，僅為2732 mg/kg；10月份時，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質含量時空分布情況[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W2，W4，W6，W17W]樣地時間土層深度（cm[B（][BHDWG12，W17W]有機質（%

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

23土壤速效磷含量的時空分布特征

按照反映離散程度的變異系數的大小可進行土壤質量的變異性分級。通常認為變異系數≤10%時為弱變異，介于10%～100%為中等變異，而≥100%為強變異[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質含量等級分布情況[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG42，W72。2，W45W]時間土層深度（cm[B（][BHDWG12，W45W]有機質含量等級分布比例（%

1級（>4%2級（3%～4%3級（2%～3%4級（1%～2%5級（06%～1%6級（<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，變異系數為1058%，為中等變異。表明，新疆艾比湖濕地自然保護區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個樣地在4個土層中速效磷含量的變化不大，且沒有表現出特定的規律。在時間尺度上，隨著采樣時間的推移，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2704 mg/kg。

方差分析結果表明，速效磷含量在采樣時間尺度上差異顯著，隨采樣時間的推移，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]中分布較復雜，沒有表現出特定的規律。

方差分析結果表明，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相關；而速效鉀含量在樣地和采樣時間尺度上差異不顯著。

25土壤養分含量在時空尺度上的相關性

表4為艾比湖濕地土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀4個養分指標與樣地、采樣深度、采樣時間3個尺度的相關性分析表，從表中可以看出，堿解氮含量與采樣深度呈顯著負相關關系；速效磷含量與采樣時間呈極顯著正相關關系；速效鉀含量與采樣深度呈極顯著負相關關系。

26土壤有機質與速效養分的相關性

對新疆艾比湖濕地不同樣地、不同采樣時間、不同土層深

[F（W6][HT6H][J]表4艾比湖濕地土壤養分含量在各個尺度上的相關性[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W5，W6。4W]時空尺度有機質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]

采樣時間-012600290736[G-3]0143[HJ][BGF]

注：、[G-3]分別表示相關性達005和001顯著水平。[F）]

度的土壤有機質與速效養分的相關性進行分析，結果如圖4所示。從圖4可看出，艾比湖濕地土壤有機質與堿解氮含量的相關系數為0981，呈極顯著正相關關系；與速效磷含量相關不顯著；與速效鉀含量呈極顯著正相關關系，相關系數為0452。表明土壤有機質含量影響著艾比湖濕地自然保護區土壤速效養分的含量。[FL]

[F（W11][TPWYP4tif][F]

[FL（22]3討論

土壤有機質含量和速效養分含量受多種因素的影響，處于不斷的變化當中[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特的形成和發育過程，表現出不同于一般陸地土壤的特殊的理化性質和生態功能，這些性質和功能對于濕地生態系統平衡的維持和演替具有重要作用[12-13]。因此，加強對濕地土壤養分狀況的研究對進一步了解和掌握濕地生態系統有著重要意義。

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

研究結果還顯示，艾比湖濕地土壤質量呈現出博河入湖口觀鳥臺草甸區（SP2>鳥島保護站湖濱區（SP1> 精河鹽場漫灘區（SP3，即博爾塔拉河區域>精河區域。土壤是地球環境中一個非常重要的組成部分，是植被賴以生存的物質基礎，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，艾比湖濕地土壤質量與植被分布有著一定的關系。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，這也從側面印證了博爾塔拉河流域土壤養分狀況優于精河流域的土壤。

相關分析結果表明，有機質含量與堿解氮含量存在極顯著的相關性，相關系數為0981；與速效磷含量相關不顯著；與速效鉀含量極顯著正相關。表明，艾比湖濕地土壤中有機質的轉化與氮素、鉀素循環關系密切，且相互影響，但與磷素轉化相關性較差[5]。

[HS2][HT85H]參考文獻：[HT8SS]

[1][（#]龐夙，李廷軒，王永東，等 土壤速效氮、磷、鉀含量空間變異特征及其影響因子[J] 植物營養與肥料學報，2009，15（1：114-120