荒漠綠洲區(qū)不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分差異分析

王雪梅，柴仲平，楊雪峰

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室，新疆烏魯木齊830054；3.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆烏魯木齊830052）

荒漠綠洲區(qū)不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分差異分析

王雪梅1，2，柴仲平3，楊雪峰1

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室，新疆烏魯木齊830054；3.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆烏魯木齊830052）

以塔里木盆地北緣荒漠綠洲區(qū)（渭干河—庫車河三角洲綠洲）為研究對象，對耕地、林地、荒漠灌叢和鹽堿草地利用方式下的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀進行了測定及統(tǒng)計分析。結(jié)果表明：土壤各養(yǎng)分元素的空間變異性由強到弱的順序依次為有效磷＞堿解氮＞速效鉀＞全氮＞有機質(zhì)；不同土層深度有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量在不同土地利用方式之間表現(xiàn)出顯著的差異（P＜0.05），土壤堿解氮含量無顯著差異（P＞0.05）；不同土地利用方式有機質(zhì)與全氮、堿解氮之間的相關(guān)性較強，有效磷與速效鉀之間的相關(guān)性相對較弱。

土壤養(yǎng)分；土地利用方式；渭干河－庫車河三角洲綠洲

土地利用與土地覆蓋變化（LUCC）是全球環(huán)境變化的重要組成部分，是基于自然環(huán)境條件下人類活動的集中反映，其變化過程可引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的變化，并引起土壤管理措施的改變，從而對土壤質(zhì)量產(chǎn)生重要影響［1－3］。因此，土地利用／土地覆蓋變化效應研究及作用機制逐漸成為土地利用變化研究的核心內(nèi)容之一［4］。土地利用／土地覆蓋變化主要通過影響土壤養(yǎng)分與土壤水分進而改變土壤性質(zhì)和土地生產(chǎn)力［5－6］。

大量研究證明，土壤養(yǎng)分的含量、形態(tài)、分布和遷移轉(zhuǎn)化不僅與土壤質(zhì)地、氣候、成土母質(zhì)以及成土過程有關(guān)，同時還受土地利用方式、耕作制度等人為因素影響［7－9］。馬志敏等對黑河中游荒漠綠洲區(qū)不同土地利用方式下的土壤肥力狀況進行調(diào)查研究，結(jié)果表明，人類長期的耕作活動以及耕地擴張是導致地力退化和鹽堿化風險的主要原因［10］。尹梅等［11］的研究結(jié)果表明，云南省曲靖市典型坡耕地的土壤養(yǎng)分空間變異性與土地利用方式之間具有明顯的相關(guān)性。謝瑾、李生等［12－14］的研究也認為選擇合理的土地利用方式是抑制土壤退化，提高土壤質(zhì)量的有效措施。綜上分析認為，合理的土地利用方式能改善土壤肥力水平，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤抗蝕能力，增加土壤含水率和生物多樣性，進而改善生態(tài)環(huán)境。反之，不合理的土地利用方式不但會造成土壤結(jié)構(gòu)破壞，因子失衡，地力生產(chǎn)下降，對土壤環(huán)境質(zhì)量造成危害，而且會間接影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全［15－16］。

位于新疆塔里木盆地北緣荒漠綠洲區(qū)的渭干河—庫車河三角洲綠洲，是我國人地矛盾尖銳的地區(qū)之一，也是我國西北地區(qū)重要的商品糧棉基地。由于受人口增長和社會經(jīng)濟發(fā)展等因素的影響，人類活動對生態(tài)環(huán)境的干擾強度日益增大，加之長期超載過牧，濫墾土地，該綠洲土地利用／覆蓋發(fā)生了劇烈的變化，出現(xiàn)了諸如草地退化、土壤鹽漬化、沙漠化、貧瘠化、濕地退化等局部生態(tài)環(huán)境惡化問題［17］。因此，在全球土地利用／覆蓋變化劇烈的背景下，研究渭干河－庫車河三角洲綠洲土地利用變化下的土壤養(yǎng)分效應，對了解該區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全尤為重要，可為區(qū)域土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的恢復與重建提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

渭干河—庫車河三角洲綠洲位于天山山脈南麓，塔克拉瑪干沙漠北緣，塔里木河沖積平原西部，介于80°37′～83°59′E，41°06′～42°40′N之間。轄區(qū)包括庫車、沙雅和新和三縣，東接輪臺縣，西鄰阿克蘇、溫宿兩縣，南隔塔克拉瑪干大沙漠與和田地區(qū)遙望，北以天山主脈與和靜縣分界，西北與拜城縣接壤。南北長約322 km，東西寬約194 km，地勢北高南低，從西北向東南傾斜。土地總面積為523.760× 104hm2。其中綠洲面積僅有56.096×104hm2，占總面積的10.7%，是渭干河和庫車河水系，攜帶天山南麓的沖、洪積物，逐漸沉積形成的典型而完整的扇形洪、沖積傾斜平原綠洲。該綠洲屬大陸性溫帶干旱氣候，主要表現(xiàn)為熱量豐富、氣候干燥、光照充足、蒸發(fā)強烈、降水分布不均、夏季干熱、冬季干冷、風多沙大等特點。年均降水量為50.0～66.5 mm，年均蒸發(fā)潛力為2 000.7～2 863.4 mm，年均溫在10.5℃左右，≥10℃的年積溫為4 515.6℃。在土地利用方面，該三角洲綠洲為典型的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，以農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟林及小規(guī)模漁業(yè)為主。植被分布以玉米（Zeɑ mɑys L.）和棉花（Gossypium hirssittum L.）等農(nóng)作物，以及蘋果（Mɑlus pumilɑMill.）、紅棗（Zizyphus jujubɑ Mill.）、核桃（Juglɑns regiɑL.）等經(jīng)濟作物為主，另分布有旱生蘆葦（Phrɑgmitesɑustrɑlis）、豬毛菜（SɑlsolɑcollinɑPall.）、駱駝刺（Alhɑgi spɑrsifoliɑShap.）、花花柴（Kɑreliniɑcɑspicɑ）、檉柳（Tɑmɑrix rɑmosissimɑ）和胡楊（Populus euphrɑticɑ）等荒漠植被。

1.2 調(diào)查取樣

2013年10月中、下旬在渭干河—庫車河三角洲綠洲通過GPS定位，并采樣。在采樣過程中，依據(jù)質(zhì)量保證規(guī)范，根據(jù)田塊的土地利用方式和面積，確定樣地的布局和78個采樣點，如圖1所示。采樣點的分布涵蓋了研究區(qū)主要的土地利用方式（耕地、林地、荒漠灌叢和鹽堿草地）。依據(jù)樣點選擇的典型性和代表性，對每種土地利用方式設(shè)置多個采樣點，每個樣點設(shè)3個重復，采取0～20 cm和20～40 cm土層取樣，共取得土壤樣品468份。同時，對各樣點的坡度、坡向、土層厚度、土地利用方式、植被類型、耕作制度及人為干擾情況等信息進行詳細調(diào)查，并填寫土壤調(diào)查表［18］。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，本研究中各樣點情況如表1所示。

1.3 室內(nèi)處理與統(tǒng)計分析

將采集的土樣在實驗室經(jīng)風干，剔出植物殘茬、石粒等侵入體后，適當磨細，分別過孔徑為0.5 mm篩（用于測定有機質(zhì)和全氮）和1 mm篩（用于測定堿解氮、有效磷和速效鉀）備用。參照《土壤理化性質(zhì)分析》［19］，采用經(jīng)典分析方法對各土壤養(yǎng)分指標進行測定。為了促進可溶性成分的溶解和擴散，促進有效成分的浸出，有機質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化容量法測定，全氮采用凱氏定氮法，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度計法進行測定［19］。

圖1 采樣點分布圖Fig.1 The distribution of sampling points

表1 樣點調(diào)查Table 1 A brief description of sampling sites

在數(shù)據(jù)處理方面，運用SPSS20.0統(tǒng)計分析軟件，對研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀進行描述性統(tǒng)計分析，并使用單因素方差分析方法（one－way ANOVA）中LSD檢驗法，確定研究區(qū)土壤各養(yǎng)分元素在不同土地利用方式間的差異。同時，利用pearson相關(guān)分析方法對各土壤養(yǎng)分指標進行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體特征

研究區(qū)不同利用方式下0～40 cm土層深度的各土壤養(yǎng)分含量見表2。荒漠灌叢的土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮的含量高于耕地、林地和鹽堿草地，而有效磷在耕地利用方式下的平均水平要高于荒漠灌叢、林地和鹽堿草地；速效鉀的平均含量在林地利用方式下最高，在荒漠灌叢下最低。

從各土壤養(yǎng)分指標在不同土地利用方式下的變幅、標準差和變異系數(shù)來看，空間變異性由強到弱依次為有效磷＞堿解氮＞速效鉀＞全氮＞有機質(zhì)。研究區(qū)除了有效磷在耕地利用方式下具有強空間變異性以外（變異系數(shù)為120.99%），其余各土壤養(yǎng)分指標均為中等空間變異性，其中有機質(zhì)的空間變異性相對最弱（變異系數(shù)在各土地利用方式下均小于40%），有效磷的空間變異性相對最強（變異系數(shù)在各土地利用方式下均大于80%）。

2.2 不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 土壤有機質(zhì)研究區(qū)0～20 cm土層土壤有機質(zhì)的含量明顯高于20～40 cm（圖2）。在0～20 cm土層深度，土壤有機質(zhì)在林地利用下具有最高值，而鹽堿草地的有機質(zhì)則相對最低，除耕地和荒漠灌叢間的土壤有機質(zhì)的平均水平無顯著差異外，其它土地利用方式之間的土壤有機質(zhì)的均值均有顯著差異（P＜0.05）。

在20～40 cm土層深度，林地的土壤有機質(zhì)與其它土地利用方式之間有顯著差異（P＜0.05），而耕地、荒漠灌叢和鹽堿草地的土壤有機質(zhì)之間無顯著差異（P＞0.05），且土壤有機質(zhì)的均值差異在0～20 cm土層差異顯著大于20～40 cm土層。

2.2.2 土壤全氮研究區(qū)0～20 cm和20～40 cm土層的土壤全氮（見圖3）在0～20 cm土層平均含量在耕地和荒漠灌叢之間無顯著差異（P＞0.05），而與其它土地利用方式差異顯著（P＜0.05）。0～20 cm土層，林地和耕地的土壤全氮平均含量相對較高，荒漠灌叢和鹽堿草地的含量相對較低。其中，林地的土壤全氮含量最高，鹽堿草地則最低。

表2 不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分統(tǒng)計特征值Table 2 The statistics characteristics valueof soil nutrients

圖2 不同土地利用方式下土壤有機質(zhì)的均值比較Fig.2 Comparison of soil organicmatter under different land use types

20～40 cm土層全氮的平均含量在耕地、荒漠灌叢和鹽堿草地之間無顯著差異（P＞0.05），而與林地則差異顯著（P＜0.05）。林地的土壤全氮含量較高，耕地、荒漠灌叢和鹽堿草地的全氮含量則相對較低。

圖3 不同土地利用方式下土壤全氮的均值比較Fig.3 Comparison of soil total nitrogen under different land use types

2.2.3 土壤堿解氮通過對研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤堿解氮（圖4）進行分析發(fā)現(xiàn)，0～20 cm和20～40 cm土層中土壤堿解氮的平均含量均表現(xiàn)為無顯著差異（P＞0.05）。同時，進一步分析發(fā)現(xiàn)土壤堿解氮在0～20 cm土層的平均含量高于20～40 cm土層。

圖4 不同土地利用方式下土壤堿解氮的均值比較Fig.4 Comparison of soil available nitrogen under different land use types

2.2.4 土壤有效磷分析由圖5分析可知，研究區(qū)0～20 cm土層土壤有效磷的平均含量在耕地和林地之間無顯著差異，而與荒漠灌叢和鹽堿草地有顯著差異（P＜0.05）；同時發(fā)現(xiàn)，在0～20 cm土層，土壤有效磷含量在荒漠灌叢和鹽堿草地之間也無顯著差異（P＞0.05）。在20～40 cm土層深度下，土壤有效磷的平均含量在不同土地利用方式之間均無顯著差異（P＞0.05）。研究區(qū)0～20 cm土層土壤堿解氮的平均含量明顯高于20～40 cm土層。

圖5 不同土地利用方式下土壤有效磷的均值比較Fig.5 Comparison of soil available phosphorus under different land use types

2.2.5 土壤速效鉀由圖6分析可知，研究區(qū)0～20 cm土層深度上，土壤速效鉀的平均含量在不同土地利用之間均無顯著差異（P＞0.05）；在20～40 cm土層深度，土壤速效鉀的平均含量在耕地和林地之間無顯著差異（P＞0.05），而耕地和林地與荒漠灌叢則有顯著差異（P＜0.05）。土壤速效鉀在0～20 cm土層的平均含量顯著高于20～40 cm土層。

2.3 不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分間的相關(guān)分析

為了進一步分析不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分之間的關(guān)聯(lián)性，對研究區(qū)土壤養(yǎng)分指標進行相關(guān)分析，結(jié)果顯示（見表3）。

在不同土地利用方式下，土壤有機質(zhì)與全氮均呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系。主要表現(xiàn)為，在耕地和林地利用方式下呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而在荒漠灌叢和鹽堿草地利用方式下，二者呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；有機質(zhì)與堿解氮在耕地利用方式下呈顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），而在林地方式下，二者則表現(xiàn)為極顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；全氮與堿解氮在耕地和林地利用方式下具有極顯著的相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；荒漠灌叢下的土壤全氮與速效鉀，也具有顯著的相關(guān)性（P＜0.05）；耕地中的堿解氮與有效磷也表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性（P＜0.05）。通過分析發(fā)現(xiàn)，在不同土地利用方式下，土壤各養(yǎng)分指標中有機質(zhì)與全氮、堿解氮之間的相關(guān)性較強，有效磷與速效鉀之間的相關(guān)性相對較弱。

圖6 不同土地利用方式下土壤速效鉀的均值比較Fig.6 Comparison of soil available potassium under different land use types

3 討論與結(jié)論

不同土地利用方式對土壤性質(zhì)的影響具有顯著的區(qū)域差異性，不合理的土地利用對生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域的影響更加明顯［20］。土地利用方式和程度的變化，不僅可以引起陸地生態(tài)系統(tǒng)以及生物地球化學循環(huán)過程的變化，而且對土壤性質(zhì)以及土地生產(chǎn)力的改變會產(chǎn)生深遠影響，同時也是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分有效性的主要因素［21］。通過對西北干旱荒漠綠洲區(qū)——渭干河－庫車河三角洲綠洲不同土地利用方式下的土壤養(yǎng)分元素特征進行分析，可得出以下結(jié)論：

1）在不同土地利用方式下，研究區(qū)土壤各養(yǎng)分元素的空間變異性有所不同，由強到弱的順序依次為有效磷＞堿解氮＞速效鉀＞全氮＞有機質(zhì)。除有效磷在耕地利用方式下具有強空間變異性以外，其余各土壤養(yǎng)分元素均為中等空間變異性。

2）在0～20 cm和20～40 cm土層，土壤有機質(zhì)和土壤全氮的平均含量在不同土地利用方式下均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）；土壤堿解氮在不同土層深度的土地利用方式之間，均表現(xiàn)為無顯著差異（P＞0.05）；0～20 cm土層土壤有效磷在不同土地利用方式之間具有顯著差異（P＜0.05），而速效鉀含量的均值在20～40 cm土層表現(xiàn)為顯著差異（P＜0.05）。

3）在不同土地利用方式下，土壤各養(yǎng)分指標中有機質(zhì)與全氮、堿解氮之間的相關(guān)性較強（P＜0.05），有效磷與速效鉀之間的相關(guān)性相對較弱（P＞0.05）。

表3 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)系數(shù)Table 3 The correlation coefficentof soil nutrients

本研究所得結(jié)論與張淑娟等［22］在云南東川阿旺小河流域中所做研究結(jié)果一致，并進一步證實土地利用方式不同對土壤養(yǎng)分含量有顯著影響。不合理的土地利用方式，可造成土壤理化性質(zhì)變化（如土壤侵蝕、土壤板結(jié)等）和土壤養(yǎng)分的遷移，從而使土壤質(zhì)量發(fā)生變化并導致土地退化［23］。因此，因地制宜制定合理的土地利用結(jié)構(gòu)，可提高該區(qū)域土地生產(chǎn)力。

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Analysis on soil nutrients difference under different land use patterns in desert oasis region

WANG Xue-mei1，2，CHAIZhong-ping3，YANG Xue-feng1
（1.College of Geogrɑphy Scienceɑnd Tourism，Xinjiɑng Normɑl University，Urumqi，Xinjiɑng 830054，Chinɑ；2.Xinjiɑng Uygur Autonomous Region key lɑborɑtory，Xinjiɑng Lɑborɑtory of Lɑke Environmentɑnd Resources in Arid Zone，Urumqi，Xinjiɑng 830054，Chinɑ；3.College of Prɑtɑculturɑlɑnd Environmentɑl Science，Xinjiɑng Agriculture University，Urumqi，Xinjiɑng 830052，Chinɑ）

In northern tarim basin desert oasis region（Weigan－kuqa river delta oasis）as the research object，through the field sample collection and indoor analysis，soil nutrient elements of different land use patterns（organicmatter，total nitrogen，alkali solution nitrogen，available phosphorus and available potassium）were analyzed，the results show that：（1）the spatial variation of the soil nutrientelements from strong toweak order of sequence is available phosphorus＞alkali solution nitrogen＞available potassium＞total nitrogen＞organic matter.（2）under the different soil depth，the contents of soil organicmatter，total nitrogen，available phosphorus and available potassium showedmore significant difference between the different land use patterns（P＜0.05），while soil alkali solution nitrogen was no significant difference between the different land use patterns（P＞0.05）.（3）Under the different patterns of land use，the relationships of correlation were strong between the soil nutrient index of organic matter，total nitrogen and alkali solution nitrogen.The relationship of correlation between the available phosphorus and available potassium was relatively weak.

soil nutrients；land use patterns；theWeigan－Kuqa river delta oasis

S158.1；F301.24

：A

1000-7601（2017）01-0091-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.14

2016-01-27

國家自然科學基金“新疆渭干河流域土地利用／土地覆蓋生態(tài)風險及預警研究”（41261051）；國家自然科學基金“塔里木盆地北緣綠洲－荒漠過渡帶植被對土壤鹽漬化的響應研究”（41561051）

王雪梅（1976—），女，江蘇銅山人，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為干旱區(qū)資源環(huán)境遙感技術(shù)應用。E-mail：502529672＠qq.com。