博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦?shù)赝寥捞卣鞣治?/h1>
2016-06-03 11:04:12宋夢潔李新國
西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2016年3期
宋夢潔，李新國，劉 彬
(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054; 3.新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830054)
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博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦?shù)赝寥捞卣鞣治?/p>
宋夢潔1,2，李新國1,2，劉彬3
(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054; 3.新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830054)
摘要以博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦?shù)貫檠芯繀^(qū)，分析不同長勢蘆葦?shù)赝寥捞卣鳎⑼寥乐饕卣饕蜃优c蘆葦長勢之間的回歸模型。結(jié)果表明：蘆葦?shù)赝寥利}分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率之間存在顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.97，土壤氧化還原電位(ORP)與pH間存在極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.98；土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率具有明顯表聚現(xiàn)象，在0～10 cm土層中，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)占0～50 cm土壤鹽分總量的58.08%，電導(dǎo)率占0～50 cm總電導(dǎo)率的45.21%；土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH是影響蘆葦長勢的主要特征因子, 蘆葦株高和土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的回歸方程為H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19，R2=0.88，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.80～4.40 g/kg；蘆葦數(shù)量與土壤pH間的回歸方程為M=-196.71pH+1 741.80，R2=0.92，蘆葦生長最適pH為7.80(F>95%)。
關(guān)鍵詞土壤特征；蘆葦?shù)兀煌寥利}分質(zhì)量分?jǐn)?shù) ；回歸分析；博斯騰湖西岸湖濱綠洲
土壤理化性質(zhì)是反映土壤肥力和生產(chǎn)能力的基本屬性，博斯騰湖湖濱綠洲隨著人類社會(huì)活動(dòng)的影響，環(huán)境質(zhì)量逐年退化[1]，表現(xiàn)為土壤鹽漬化日益嚴(yán)重、濕地面積萎縮、蘆葦濕地功能退化、生物多樣性減少等。特別自20世紀(jì)70年代以來,博斯騰湖土壤鹽漬化，已成為人們關(guān)注的新疆四大環(huán)境問題之一[2]。大量研究證明，土壤鹽漬化是影響蘆葦長勢和分布的重要影響因子。楊帆等[3]對(duì)松嫩平原西部蘇打鹽漬土地區(qū)蘆葦?shù)赝寥利}分離子和植被群落進(jìn)行分析證明，隨著土壤電導(dǎo)率、pH和鹽分的變化，蘆葦生長指標(biāo)也會(huì)變化, 植被群落也會(huì)轉(zhuǎn)移；Hellings等[4]發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)型的蘆葦對(duì)鹽度的耐受性明顯不同，一般在5%～25%，最高達(dá)40%以上；Hanganu等[5]研究不同長勢蘆葦，發(fā)現(xiàn)巨型蘆葦?shù)哪望}度比纖細(xì)蘆葦差，纖細(xì)蘆葦適合于高鹽生境；Mauchamp等[6]研究表明，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蘆葦株高呈顯著負(fù)相關(guān)，但對(duì)分株數(shù)量沒有影響。
本試驗(yàn)通過野外實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合室內(nèi)理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，對(duì)土壤性質(zhì)因子進(jìn)行相關(guān)分析，以蘆葦株高和數(shù)量作為因變量，以土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Salt mass fraction)、電導(dǎo)率(Conductivity)、pH(Potential of hydrogen)和氧化還原電位(Oxidation reduction potential，ORP)4種特征因子(Characteristic factor)作為自變量，利用逐步回歸分析法確定湖濱帶鹽漬土主要影響因子并建立回歸模型，通過對(duì)比實(shí)測值與預(yù)測值進(jìn)行精度檢驗(yàn)。研究博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦生長與土壤特性之間的相互關(guān)系，為改善該地區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況
博斯騰湖西岸湖濱綠洲是人工綠洲和自然綠洲混合的山前湖泊綠洲，地處中緯度地區(qū)，氣候特征表現(xiàn)為熱量充足，日照長，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均氣溫8.0～8.6 ℃，年均降水量76 mm，年蒸發(fā)量高于2 000 mm，屬南北疆過渡的大陸荒漠性氣候，湖濱帶地下水埋深平均在2～3 m,鹽漬土面積約占湖濱綠洲總面積的10.06%[7]。湖濱綠洲從山前至博斯騰湖土壤分布依次為棕漠土-灌耕棕漠土-灌耕土或灌淤土-潮土-灌耕草甸土-草甸鹽土-典型鹽土-鹽化沼澤土[8]。自然綠洲主要以不依賴天然降水，依靠洪水漫溢或地下水維持生命的天然植被為主，廣泛分布著胡楊、尖果沙棗、檉柳、脹果甘草、蘆葦?shù)茸匀恢脖籟9]；人工綠洲以農(nóng)作物、果林和田間防護(hù)林等人工植被為主[10]。
1.2數(shù)據(jù)來源
于2013-11-14至2013-11-17采集土壤樣品，以蘆葦作為研究區(qū)典型植被類型，布設(shè)樣點(diǎn)，沿湖濱綠洲自北向南，選取不同長勢的蘆葦叢，架設(shè)3個(gè)4 m2(2 m×2 m)的樣方，統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方內(nèi)蘆葦數(shù)量和株高，取平均值。按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm 5個(gè)層次采集土壤樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)均用GPS精確定位并獲取其高程和經(jīng)緯度。共采集38個(gè)樣點(diǎn)，其中25個(gè)做統(tǒng)計(jì)分析，13個(gè)用于精度檢驗(yàn)，采樣點(diǎn)示意圖如圖1所示。
采集38個(gè)樣點(diǎn)，共190個(gè)樣品，經(jīng)風(fēng)干、剔除、研磨、過0.85 mm篩后分成兩部分，一部分按m(水)∶V(土)=5∶1配置溶液，通過陰陽離子平衡差減法測定鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)；另一部分按m(水) ∶V(土)= 4∶1配置溶液，使用多參數(shù)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室HI9804，在溶液溫度25 ℃時(shí)測定土壤電導(dǎo)率、pH和ORP。HI9804流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室具有溫度補(bǔ)償功能，每次測定前使用pH校準(zhǔn)緩沖液對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，采用電極法進(jìn)行參數(shù)測量。
圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)示意圖
1.3數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft excel 2007和Sigma plot 10.0軟件對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、整理和基本統(tǒng)計(jì)分析，使用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，使用ArcGIS 10.0 導(dǎo)入采樣點(diǎn)坐標(biāo)，繪制采樣點(diǎn)示意圖。
2結(jié)果與分析
2.1蘆葦長勢與土壤性質(zhì)因子間的統(tǒng)計(jì)分析
大量研究證明[11-12]，聚鹽強(qiáng)堿低養(yǎng)分是限制土壤利用的主要因素。土壤鹽分是反映土壤鹽漬化程度的重要指標(biāo)[13]，pH用于指示土壤酸堿度，直接影響土壤肥力，對(duì)土壤中的氧化還原、沉淀溶解、吸附、解吸和絡(luò)合反應(yīng)都起支配作用，影響植被的生長和發(fā)育[14]。選定土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH、ORP、電導(dǎo)率4個(gè)統(tǒng)計(jì)量作為湖濱綠洲蘆葦?shù)赝寥乐饕卣饕蜃? 特征因子屬性值和蘆葦長勢統(tǒng)計(jì)特征如表1所示。鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小值為1.03 g/kg，最大值為10.95 g/kg，變異系數(shù)為67.90%，這表明不同長勢蘆葦土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別較大。參照新疆維吾爾自治區(qū)土壤鹽漬化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[15]，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3.69 g/kg，土壤類型為輕度鹽漬化；pH最小為7.78，最大為8.98，平均為8.26，根據(jù)新疆土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，pH介于7.5～8.5，屬堿性土壤。
表1 土壤屬性和蘆葦長勢特征描述
由表2可知,土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率之間存在極顯著正相關(guān),鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,電導(dǎo)率越大,相關(guān)系數(shù)為0.97；土壤ORP與pH之間存在極顯著負(fù)相關(guān)，pH越大，氧化還原電位越小，相關(guān)系數(shù)為-0.98。由圖2可知，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線為y=10.501x-2.388 7，式中y表示電導(dǎo)率，x表示鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究區(qū)內(nèi)蘆葦生長環(huán)境下土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在1.00～5.50 g/kg,電導(dǎo)率多集中在5～50 dS/m；pH與ORP之間的標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線為y=-54.851x+415.52，式中y表示ORP，x表示pH。土壤pH主要集中在8.00～8.40，蘆葦土壤普遍呈堿性，ORP主要集中在-20～-45，呈還原性；蘆葦?shù)赝寥缐A性越大，ORP越低，通透性越差，處于還原狀態(tài)[17]。
表2 土壤屬性間相關(guān)系數(shù)
注：**表示通過顯著性水平0.01的雙尾檢驗(yàn)。
Note:** represents the data of two-tailed test with significance level of 0.01.
圖2 特征因子標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線
2.2土壤性質(zhì)因子分布特征
蘆葦作為一種假鹽生植物被認(rèn)為對(duì)鹽旱生境有很好的適應(yīng)性[18]。其耐鹽范圍從5%到65%均有報(bào)道[19-21]，且能夠耐受長時(shí)間的重度缺水脅迫[22]。博斯騰湖湖濱帶廣泛分布著大片自然生蘆葦，蘆葦?shù)赝寥栏餍再|(zhì)因子間不但存在一定相關(guān)性，且隨著土壤深度的變化存在一定分布特征。由圖3可知,土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電導(dǎo)率、pH和ORP隨土壤深度的變化差異明顯，在0～10 cm的平均值分別為鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.60 g/kg，電導(dǎo)率72.88 dS/m，pH 8.38，ORP-42.05，遠(yuǎn)大于其他土層的屬性值，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率表現(xiàn)出明顯表聚現(xiàn)象。通過比值法得出，0～10 cm土層鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)占0～50 cm土壤鹽分總量的58.08%，電導(dǎo)率占0～50 cm總電導(dǎo)率的45.21%，這和采樣時(shí)蘆葦根下普遍出現(xiàn)的表層結(jié)鹽現(xiàn)象一致，這種現(xiàn)象主要是由氣溫、風(fēng)速、地下水礦化度、地勢以及土壤質(zhì)地等原因造成[23]。鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率在形態(tài)上具有相似性，屬性值隨著深度增加而減少， 0～10 cm深度鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為12.60 g/kg，是10～20 cm鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值的3.22倍，20～50 cm的鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值差別較小；0～10 cm土壤電導(dǎo)率平均值為72.88 dS/m，是10～20 cm電導(dǎo)率平均值的2.62倍，電導(dǎo)率從10 cm深度開始向50 cm逐層遞減。受地下水礦化度的影響[24]，在0～30 cm pH表現(xiàn)為逐層遞減，分別減少2%和1%，從30～50 cm開始遞增，pH整體表現(xiàn)為先減后增的特征，ORP的變化趨勢與pH相反，在0～30 cm逐層遞增，在30～50 cm先減后增，整體呈減少趨勢。
圖3 蘆葦?shù)赝寥捞卣饕蜃幼兓卣?/p>
2.3蘆葦長勢與土壤特征因子相關(guān)分析
以蘆葦長勢為指示，4 m2(2 m×2 m)面積內(nèi)蘆葦數(shù)量和株高的平均值作為指示因子，利用逐步回歸法，研究0～50 cm土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電導(dǎo)率、pH、ORP與蘆葦長勢之間的回歸關(guān)系，通過逐步回歸分析，土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH經(jīng)過置信度為95%的檢驗(yàn)被保留，式(1)和式(2)分別為土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與蘆葦株高之間的回歸方程和土壤pH與蘆葦數(shù)量之間的回歸方程。
H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19(n=38，R2=0.88)
(1)
M=-196.71pH+1 741.80 (n=38，R2=0.92)
(2)
式中：H為蘆葦株高(m)，S為土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/kg)；M為蘆葦數(shù)量，pH為土壤pH。
分析表明，土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與蘆葦株高相關(guān)(R2=0.88)，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.80～4.40 g/kg，此時(shí)蘆葦高度平均值為1.80 m，當(dāng)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)S<3.80或S>4.60時(shí)，蘆葦生長受到抑制，高度開始下降，這時(shí)土壤鹽分可作為限制蘆葦生長的影響因子；電導(dǎo)率和土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.97(表2)，電導(dǎo)率也可作為影響蘆葦生長的一個(gè)影響因子。蘆葦數(shù)量與土壤pH之間相關(guān)(R2=0.92)，蘆葦最適土壤pH為7.80，此時(shí)蘆葦單位面積平均數(shù)量為220株，當(dāng)pH>8.40時(shí)，蘆葦數(shù)量減少93.18%，單位面積平均只有15株，這時(shí)土壤pH可作為影響蘆葦生長的特征因子。pH與ORP呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.98(表2)，因此，ORP也可作為影響蘆葦生長的指標(biāo)。由圖4可知，蘆葦高度和數(shù)量均具有良好的預(yù)測精度，R2分別為0.75和0.95，其中蘆葦數(shù)量的預(yù)測精度比蘆葦高度的更高(K=1.02，R2=0.95)。
圖4 預(yù)測值與實(shí)測值的相關(guān)性
3結(jié)論與討論
本研究結(jié)果顯示，博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3.69 g/kg，為輕度鹽漬化土壤；土壤pH平均為8.26，屬于堿性土壤，博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤鹽漬化程度較為嚴(yán)重。多數(shù)對(duì)干旱半干旱區(qū)綠洲土壤的研究指出，土壤電導(dǎo)率與土壤含鹽量密切相關(guān)，野外土壤鹽分測定時(shí)多采用測量土壤電導(dǎo)率來表征土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征[25-26]。對(duì)博斯騰湖湖濱綠洲土壤特征因子進(jìn)行相關(guān)性分析表明，土壤電導(dǎo)率與鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在極顯著正相關(guān)線性關(guān)系，pH與ORP存在極顯著負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，因此，當(dāng)測量條件單一時(shí)，可通過測量其中某項(xiàng)特征因子來表征其他因子。土壤鹽分、電導(dǎo)率、pH和ORP 4種特征因子隨土壤深度的變化差異明顯，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率在形態(tài)上具有相似性，屬性值隨著深度增加而減少，土壤鹽分和電導(dǎo)率表現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象,這與梁東等[27]研究博斯騰湖西岸湖濱帶土壤剖面鹽分結(jié)果表明土壤鹽分呈現(xiàn)明顯表聚現(xiàn)象的結(jié)果基本一致,因此，該結(jié)果具有一定合理性。
Wang等[28]研究表明，土壤鹽度的增加對(duì)蘆葦?shù)拿芏取⒏叨取⑶o粗、生物量以及根莖養(yǎng)分儲(chǔ)備都會(huì)產(chǎn)生負(fù)效益。通過對(duì)蘆葦數(shù)量和蘆葦高度的模型預(yù)測可以看出，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.80～4.40 g/kg，當(dāng)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3.80或>4.60時(shí)，蘆葦生長受到抑制，高度開始下降，蘆葦生長最適pH為7.80，當(dāng)pH>8.40時(shí)，蘆葦生長受到抑制，數(shù)量減少93.18%。建立蘆葦數(shù)量和株高對(duì)土壤特征因子的響應(yīng)模型對(duì)研究區(qū)蘆葦種植與土壤改良有一定的指導(dǎo)作用，可通過蘆葦長勢判定土壤狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)土壤鹽分達(dá)到蘆葦增產(chǎn)的目的。
隨著博斯騰湖湖濱綠洲土壤鹽漬化程度日益加劇，湖濱綠洲濕地環(huán)境也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，特別是湖濱帶蘆葦濕地面積逐漸減少，蘆葦產(chǎn)量逐漸降低。通過研究蘆葦長勢特征和蘆葦?shù)赝寥缹傩苑植继卣鳎欣诎l(fā)現(xiàn)博斯騰湖湖濱綠洲蘆葦生長特征以及土壤屬性對(duì)蘆葦長勢的影響，揭示蘆葦長勢與土壤性質(zhì)因子的關(guān)系，在改良整治土壤鹽漬化的基礎(chǔ)上為改善和治理蘆葦?shù)赝嘶峁┮欢ɡ碚撘罁?jù)。
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Soil Characteristics Analysis ofPhragmitesAustralisLand in the
Received 2015-03-31Returned2015-04-29
Foundation itemNational Natural Science Foundation of China(No.31360039);the Geography Doctoral Graduates Open Support Fund of Xinjiang Normal University(No.XJNU-DL-201316).
First authorSONG Mengjie,female,master student.Research area: changes of soil resources in arid area.E-mail:smj0728@sina.com
(責(zé)任編輯：史亞歌Responsible editor:SHI Yage)
West Lakeside Oasis of Boston Lake
SONG Mengjie1,2,LI Xinguo1,2and LIU Bin3
(1.School of Geographic Sciences and Tourism, Xinjiang Normal University,Urumqi830054,China;2.Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone, Urumqi830054, China;3.College of Life Sciences,Xinjiang Normal University,Urumqi830054,China)
AbstractTaking the west bank of Boston lakeside oasis as the study area, we analyzed the characteristic of the different soil of growth Phragmites australis land, eventually established regression model between soil characteristic factor and Phragmites australis growth.The results showed that there was significant positive correlation between salt mass fraction and conductivity, the correlation coefficient was 0.97, there was significant negative correlation between soil oxidation reduction potential(ORP)and pH, the correlation coefficient was -0.98 (P>0.01); salt mass fraction and conductivity had obvious table gathered phenomenon in 0-10 cm soil layer, the salt mass fraction accounted for 58.08% of the total salt mass fractionsalt from 0-50 cm ,the conductivity accounted for 45.21% of the total conductivity from 0-50 cm;the salt mass fraction and pH were major nature factors for Phragmites australis growth, the regression equation between salt mass fraction and vegetation mass was H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19,R2=0.88, the optimal salt mass fraction for Phragmites australis height between 3.80-4.40 g/kg; the regression equation between Phragmites australis number and soil pH was M=-196.71 pH+1 741.80,R2=0.92, the optimal pH was 7.80(F>95%).
Key wordsSoil characteristics; Phragmites australis land; Salt mass fraction;Regression analysis;Oasis of west bank of Boston lakeside
Corresponding authorLI Xinguo,male,professor.Research area:changes of soil resources in arid area.E-mail:onlinelxg@sina.com
中圖分類號(hào)S151.9
文獻(xiàn)標(biāo)志碼A
文章編號(hào)1004-1389(2016)03-0435-07
通信作者：李新國，男，教授，主要從事干旱區(qū)土壤資源變化研究。E-mail：onlinelxg@sina.com
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(31360039);新疆師范大學(xué)地理學(xué)博士點(diǎn)支撐學(xué)科研究生開放基金(XJNU-DL-201316)。
收稿日期：2015-03-31修回日期：2015-04-29
網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016-03-06
網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1611.032.html
第一作者：宋夢潔，女，碩士研究生，從事干旱區(qū)土壤資源變化研究。E-mail:smj0728@sina.com
宋夢潔，李新國，劉 彬
(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830054; 3.新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830054)
?
博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦?shù)赝寥捞卣鞣治?/p>
宋夢潔1,2，李新國1,2，劉彬3
(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊830054; 2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊830054; 3.新疆師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830054)
摘要以博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦?shù)貫檠芯繀^(qū)，分析不同長勢蘆葦?shù)赝寥捞卣鳎⑼寥乐饕卣饕蜃优c蘆葦長勢之間的回歸模型。結(jié)果表明：蘆葦?shù)赝寥利}分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率之間存在顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.97，土壤氧化還原電位(ORP)與pH間存在極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.98；土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率具有明顯表聚現(xiàn)象，在0～10 cm土層中，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)占0～50 cm土壤鹽分總量的58.08%，電導(dǎo)率占0～50 cm總電導(dǎo)率的45.21%；土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH是影響蘆葦長勢的主要特征因子, 蘆葦株高和土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的回歸方程為H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19，R2=0.88，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.80～4.40 g/kg；蘆葦數(shù)量與土壤pH間的回歸方程為M=-196.71pH+1 741.80，R2=0.92，蘆葦生長最適pH為7.80(F>95%)。
關(guān)鍵詞土壤特征；蘆葦?shù)兀煌寥利}分質(zhì)量分?jǐn)?shù) ；回歸分析；博斯騰湖西岸湖濱綠洲
土壤理化性質(zhì)是反映土壤肥力和生產(chǎn)能力的基本屬性，博斯騰湖湖濱綠洲隨著人類社會(huì)活動(dòng)的影響，環(huán)境質(zhì)量逐年退化[1]，表現(xiàn)為土壤鹽漬化日益嚴(yán)重、濕地面積萎縮、蘆葦濕地功能退化、生物多樣性減少等。特別自20世紀(jì)70年代以來,博斯騰湖土壤鹽漬化，已成為人們關(guān)注的新疆四大環(huán)境問題之一[2]。大量研究證明，土壤鹽漬化是影響蘆葦長勢和分布的重要影響因子。楊帆等[3]對(duì)松嫩平原西部蘇打鹽漬土地區(qū)蘆葦?shù)赝寥利}分離子和植被群落進(jìn)行分析證明，隨著土壤電導(dǎo)率、pH和鹽分的變化，蘆葦生長指標(biāo)也會(huì)變化, 植被群落也會(huì)轉(zhuǎn)移；Hellings等[4]發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)型的蘆葦對(duì)鹽度的耐受性明顯不同，一般在5%～25%，最高達(dá)40%以上；Hanganu等[5]研究不同長勢蘆葦，發(fā)現(xiàn)巨型蘆葦?shù)哪望}度比纖細(xì)蘆葦差，纖細(xì)蘆葦適合于高鹽生境；Mauchamp等[6]研究表明，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蘆葦株高呈顯著負(fù)相關(guān)，但對(duì)分株數(shù)量沒有影響。
本試驗(yàn)通過野外實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合室內(nèi)理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，對(duì)土壤性質(zhì)因子進(jìn)行相關(guān)分析，以蘆葦株高和數(shù)量作為因變量，以土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Salt mass fraction)、電導(dǎo)率(Conductivity)、pH(Potential of hydrogen)和氧化還原電位(Oxidation reduction potential，ORP)4種特征因子(Characteristic factor)作為自變量，利用逐步回歸分析法確定湖濱帶鹽漬土主要影響因子并建立回歸模型，通過對(duì)比實(shí)測值與預(yù)測值進(jìn)行精度檢驗(yàn)。研究博斯騰湖西岸湖濱綠洲蘆葦生長與土壤特性之間的相互關(guān)系，為改善該地區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況
博斯騰湖西岸湖濱綠洲是人工綠洲和自然綠洲混合的山前湖泊綠洲，地處中緯度地區(qū)，氣候特征表現(xiàn)為熱量充足，日照長，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均氣溫8.0～8.6 ℃，年均降水量76 mm，年蒸發(fā)量高于2 000 mm，屬南北疆過渡的大陸荒漠性氣候，湖濱帶地下水埋深平均在2～3 m,鹽漬土面積約占湖濱綠洲總面積的10.06%[7]。湖濱綠洲從山前至博斯騰湖土壤分布依次為棕漠土-灌耕棕漠土-灌耕土或灌淤土-潮土-灌耕草甸土-草甸鹽土-典型鹽土-鹽化沼澤土[8]。自然綠洲主要以不依賴天然降水，依靠洪水漫溢或地下水維持生命的天然植被為主，廣泛分布著胡楊、尖果沙棗、檉柳、脹果甘草、蘆葦?shù)茸匀恢脖籟9]；人工綠洲以農(nóng)作物、果林和田間防護(hù)林等人工植被為主[10]。
1.2數(shù)據(jù)來源
于2013-11-14至2013-11-17采集土壤樣品，以蘆葦作為研究區(qū)典型植被類型，布設(shè)樣點(diǎn)，沿湖濱綠洲自北向南，選取不同長勢的蘆葦叢，架設(shè)3個(gè)4 m2(2 m×2 m)的樣方，統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣方內(nèi)蘆葦數(shù)量和株高，取平均值。按照0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm 5個(gè)層次采集土壤樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)均用GPS精確定位并獲取其高程和經(jīng)緯度。共采集38個(gè)樣點(diǎn)，其中25個(gè)做統(tǒng)計(jì)分析，13個(gè)用于精度檢驗(yàn)，采樣點(diǎn)示意圖如圖1所示。
采集38個(gè)樣點(diǎn)，共190個(gè)樣品，經(jīng)風(fēng)干、剔除、研磨、過0.85 mm篩后分成兩部分，一部分按m(水)∶V(土)=5∶1配置溶液，通過陰陽離子平衡差減法測定鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)；另一部分按m(水) ∶V(土)= 4∶1配置溶液，使用多參數(shù)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室HI9804，在溶液溫度25 ℃時(shí)測定土壤電導(dǎo)率、pH和ORP。HI9804流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室具有溫度補(bǔ)償功能，每次測定前使用pH校準(zhǔn)緩沖液對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，采用電極法進(jìn)行參數(shù)測量。
圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)示意圖
1.3數(shù)據(jù)處理
采用Microsoft excel 2007和Sigma plot 10.0軟件對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、整理和基本統(tǒng)計(jì)分析，使用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，使用ArcGIS 10.0 導(dǎo)入采樣點(diǎn)坐標(biāo)，繪制采樣點(diǎn)示意圖。
2結(jié)果與分析
2.1蘆葦長勢與土壤性質(zhì)因子間的統(tǒng)計(jì)分析
大量研究證明[11-12]，聚鹽強(qiáng)堿低養(yǎng)分是限制土壤利用的主要因素。土壤鹽分是反映土壤鹽漬化程度的重要指標(biāo)[13]，pH用于指示土壤酸堿度，直接影響土壤肥力，對(duì)土壤中的氧化還原、沉淀溶解、吸附、解吸和絡(luò)合反應(yīng)都起支配作用，影響植被的生長和發(fā)育[14]。選定土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH、ORP、電導(dǎo)率4個(gè)統(tǒng)計(jì)量作為湖濱綠洲蘆葦?shù)赝寥乐饕卣饕蜃? 特征因子屬性值和蘆葦長勢統(tǒng)計(jì)特征如表1所示。鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小值為1.03 g/kg，最大值為10.95 g/kg，變異系數(shù)為67.90%，這表明不同長勢蘆葦土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別較大。參照新疆維吾爾自治區(qū)土壤鹽漬化等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[15]，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3.69 g/kg，土壤類型為輕度鹽漬化；pH最小為7.78，最大為8.98，平均為8.26，根據(jù)新疆土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，pH介于7.5～8.5，屬堿性土壤。
表1 土壤屬性和蘆葦長勢特征描述
由表2可知,土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率之間存在極顯著正相關(guān),鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,電導(dǎo)率越大,相關(guān)系數(shù)為0.97；土壤ORP與pH之間存在極顯著負(fù)相關(guān)，pH越大，氧化還原電位越小，相關(guān)系數(shù)為-0.98。由圖2可知，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線為y=10.501x-2.388 7，式中y表示電導(dǎo)率，x表示鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究區(qū)內(nèi)蘆葦生長環(huán)境下土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在1.00～5.50 g/kg,電導(dǎo)率多集中在5～50 dS/m；pH與ORP之間的標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線為y=-54.851x+415.52，式中y表示ORP，x表示pH。土壤pH主要集中在8.00～8.40，蘆葦土壤普遍呈堿性，ORP主要集中在-20～-45，呈還原性；蘆葦?shù)赝寥缐A性越大，ORP越低，通透性越差，處于還原狀態(tài)[17]。
表2 土壤屬性間相關(guān)系數(shù)
注：**表示通過顯著性水平0.01的雙尾檢驗(yàn)。
Note:** represents the data of two-tailed test with significance level of 0.01.
圖2 特征因子標(biāo)準(zhǔn)回歸曲線
2.2土壤性質(zhì)因子分布特征
蘆葦作為一種假鹽生植物被認(rèn)為對(duì)鹽旱生境有很好的適應(yīng)性[18]。其耐鹽范圍從5%到65%均有報(bào)道[19-21]，且能夠耐受長時(shí)間的重度缺水脅迫[22]。博斯騰湖湖濱帶廣泛分布著大片自然生蘆葦，蘆葦?shù)赝寥栏餍再|(zhì)因子間不但存在一定相關(guān)性，且隨著土壤深度的變化存在一定分布特征。由圖3可知,土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電導(dǎo)率、pH和ORP隨土壤深度的變化差異明顯，在0～10 cm的平均值分別為鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.60 g/kg，電導(dǎo)率72.88 dS/m，pH 8.38，ORP-42.05，遠(yuǎn)大于其他土層的屬性值，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率表現(xiàn)出明顯表聚現(xiàn)象。通過比值法得出，0～10 cm土層鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)占0～50 cm土壤鹽分總量的58.08%，電導(dǎo)率占0～50 cm總電導(dǎo)率的45.21%，這和采樣時(shí)蘆葦根下普遍出現(xiàn)的表層結(jié)鹽現(xiàn)象一致，這種現(xiàn)象主要是由氣溫、風(fēng)速、地下水礦化度、地勢以及土壤質(zhì)地等原因造成[23]。鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率在形態(tài)上具有相似性，屬性值隨著深度增加而減少， 0～10 cm深度鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為12.60 g/kg，是10～20 cm鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值的3.22倍，20～50 cm的鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值差別較小；0～10 cm土壤電導(dǎo)率平均值為72.88 dS/m，是10～20 cm電導(dǎo)率平均值的2.62倍，電導(dǎo)率從10 cm深度開始向50 cm逐層遞減。受地下水礦化度的影響[24]，在0～30 cm pH表現(xiàn)為逐層遞減，分別減少2%和1%，從30～50 cm開始遞增，pH整體表現(xiàn)為先減后增的特征，ORP的變化趨勢與pH相反，在0～30 cm逐層遞增，在30～50 cm先減后增，整體呈減少趨勢。
圖3 蘆葦?shù)赝寥捞卣饕蜃幼兓卣?/p>
2.3蘆葦長勢與土壤特征因子相關(guān)分析
以蘆葦長勢為指示，4 m2(2 m×2 m)面積內(nèi)蘆葦數(shù)量和株高的平均值作為指示因子，利用逐步回歸法，研究0～50 cm土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、電導(dǎo)率、pH、ORP與蘆葦長勢之間的回歸關(guān)系，通過逐步回歸分析，土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH經(jīng)過置信度為95%的檢驗(yàn)被保留，式(1)和式(2)分別為土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與蘆葦株高之間的回歸方程和土壤pH與蘆葦數(shù)量之間的回歸方程。
H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19(n=38，R2=0.88)
(1)
M=-196.71pH+1 741.80 (n=38，R2=0.92)
(2)
式中：H為蘆葦株高(m)，S為土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/kg)；M為蘆葦數(shù)量，pH為土壤pH。
分析表明，土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與蘆葦株高相關(guān)(R2=0.88)，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.80～4.40 g/kg，此時(shí)蘆葦高度平均值為1.80 m，當(dāng)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)S<3.80或S>4.60時(shí)，蘆葦生長受到抑制，高度開始下降，這時(shí)土壤鹽分可作為限制蘆葦生長的影響因子；電導(dǎo)率和土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.97(表2)，電導(dǎo)率也可作為影響蘆葦生長的一個(gè)影響因子。蘆葦數(shù)量與土壤pH之間相關(guān)(R2=0.92)，蘆葦最適土壤pH為7.80，此時(shí)蘆葦單位面積平均數(shù)量為220株，當(dāng)pH>8.40時(shí)，蘆葦數(shù)量減少93.18%，單位面積平均只有15株，這時(shí)土壤pH可作為影響蘆葦生長的特征因子。pH與ORP呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.98(表2)，因此，ORP也可作為影響蘆葦生長的指標(biāo)。由圖4可知，蘆葦高度和數(shù)量均具有良好的預(yù)測精度，R2分別為0.75和0.95，其中蘆葦數(shù)量的預(yù)測精度比蘆葦高度的更高(K=1.02，R2=0.95)。
圖4 預(yù)測值與實(shí)測值的相關(guān)性
3結(jié)論與討論
本研究結(jié)果顯示，博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3.69 g/kg，為輕度鹽漬化土壤；土壤pH平均為8.26，屬于堿性土壤，博斯騰湖西岸湖濱綠洲土壤鹽漬化程度較為嚴(yán)重。多數(shù)對(duì)干旱半干旱區(qū)綠洲土壤的研究指出，土壤電導(dǎo)率與土壤含鹽量密切相關(guān)，野外土壤鹽分測定時(shí)多采用測量土壤電導(dǎo)率來表征土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)特征[25-26]。對(duì)博斯騰湖湖濱綠洲土壤特征因子進(jìn)行相關(guān)性分析表明，土壤電導(dǎo)率與鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在極顯著正相關(guān)線性關(guān)系，pH與ORP存在極顯著負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，因此，當(dāng)測量條件單一時(shí)，可通過測量其中某項(xiàng)特征因子來表征其他因子。土壤鹽分、電導(dǎo)率、pH和ORP 4種特征因子隨土壤深度的變化差異明顯，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和電導(dǎo)率在形態(tài)上具有相似性，屬性值隨著深度增加而減少，土壤鹽分和電導(dǎo)率表現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象,這與梁東等[27]研究博斯騰湖西岸湖濱帶土壤剖面鹽分結(jié)果表明土壤鹽分呈現(xiàn)明顯表聚現(xiàn)象的結(jié)果基本一致,因此，該結(jié)果具有一定合理性。
Wang等[28]研究表明，土壤鹽度的增加對(duì)蘆葦?shù)拿芏取⒏叨取⑶o粗、生物量以及根莖養(yǎng)分儲(chǔ)備都會(huì)產(chǎn)生負(fù)效益。通過對(duì)蘆葦數(shù)量和蘆葦高度的模型預(yù)測可以看出，蘆葦生長最適鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.80～4.40 g/kg，當(dāng)鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3.80或>4.60時(shí)，蘆葦生長受到抑制，高度開始下降，蘆葦生長最適pH為7.80，當(dāng)pH>8.40時(shí)，蘆葦生長受到抑制，數(shù)量減少93.18%。建立蘆葦數(shù)量和株高對(duì)土壤特征因子的響應(yīng)模型對(duì)研究區(qū)蘆葦種植與土壤改良有一定的指導(dǎo)作用，可通過蘆葦長勢判定土壤狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)土壤鹽分達(dá)到蘆葦增產(chǎn)的目的。
隨著博斯騰湖湖濱綠洲土壤鹽漬化程度日益加劇，湖濱綠洲濕地環(huán)境也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，特別是湖濱帶蘆葦濕地面積逐漸減少，蘆葦產(chǎn)量逐漸降低。通過研究蘆葦長勢特征和蘆葦?shù)赝寥缹傩苑植继卣鳎欣诎l(fā)現(xiàn)博斯騰湖湖濱綠洲蘆葦生長特征以及土壤屬性對(duì)蘆葦長勢的影響，揭示蘆葦長勢與土壤性質(zhì)因子的關(guān)系，在改良整治土壤鹽漬化的基礎(chǔ)上為改善和治理蘆葦?shù)赝嘶峁┮欢ɡ碚撘罁?jù)。
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Soil Characteristics Analysis ofPhragmitesAustralisLand in the
Received 2015-03-31Returned2015-04-29
Foundation itemNational Natural Science Foundation of China(No.31360039);the Geography Doctoral Graduates Open Support Fund of Xinjiang Normal University(No.XJNU-DL-201316).
First authorSONG Mengjie,female,master student.Research area: changes of soil resources in arid area.E-mail:smj0728@sina.com
(責(zé)任編輯：史亞歌Responsible editor:SHI Yage)
West Lakeside Oasis of Boston Lake
SONG Mengjie1,2,LI Xinguo1,2and LIU Bin3
(1.School of Geographic Sciences and Tourism, Xinjiang Normal University,Urumqi830054,China;2.Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Zone, Urumqi830054, China;3.College of Life Sciences,Xinjiang Normal University,Urumqi830054,China)
AbstractTaking the west bank of Boston lakeside oasis as the study area, we analyzed the characteristic of the different soil of growth Phragmites australis land, eventually established regression model between soil characteristic factor and Phragmites australis growth.The results showed that there was significant positive correlation between salt mass fraction and conductivity, the correlation coefficient was 0.97, there was significant negative correlation between soil oxidation reduction potential(ORP)and pH, the correlation coefficient was -0.98 (P>0.01); salt mass fraction and conductivity had obvious table gathered phenomenon in 0-10 cm soil layer, the salt mass fraction accounted for 58.08% of the total salt mass fractionsalt from 0-50 cm ,the conductivity accounted for 45.21% of the total conductivity from 0-50 cm;the salt mass fraction and pH were major nature factors for Phragmites australis growth, the regression equation between salt mass fraction and vegetation mass was H=0.01S3-0.27S2+1.15S-1.19,R2=0.88, the optimal salt mass fraction for Phragmites australis height between 3.80-4.40 g/kg; the regression equation between Phragmites australis number and soil pH was M=-196.71 pH+1 741.80,R2=0.92, the optimal pH was 7.80(F>95%).
Key wordsSoil characteristics; Phragmites australis land; Salt mass fraction;Regression analysis;Oasis of west bank of Boston lakeside
Corresponding authorLI Xinguo,male,professor.Research area:changes of soil resources in arid area.E-mail:onlinelxg@sina.com
中圖分類號(hào)S151.9
文獻(xiàn)標(biāo)志碼A
文章編號(hào)1004-1389(2016)03-0435-07
通信作者：李新國，男，教授，主要從事干旱區(qū)土壤資源變化研究。E-mail：onlinelxg@sina.com
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(31360039);新疆師范大學(xué)地理學(xué)博士點(diǎn)支撐學(xué)科研究生開放基金(XJNU-DL-201316)。
收稿日期：2015-03-31修回日期：2015-04-29
網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016-03-06
網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1611.032.html
第一作者：宋夢潔，女，碩士研究生，從事干旱區(qū)土壤資源變化研究。E-mail:smj0728@sina.com
