艾比湖濕地典型植物群落下土壤容重及影響因素分析

閆晶潔　李艷紅　王鑫

摘 要 為探究艾比湖濕地典型植物群落下土壤容重特征，基于2017年5月、8月典型植物群落下土層土壤容重數據，以艾比湖濕地為研究區，劃分4個區域，運用地統計學、傳統統計學相結合的方法對西北部的蘆葦+檉柳群落、胡楊+檉柳群落，東北部的梭梭+蘆葦群落、梭梭+羅布麻群落，東南部的檉柳+蘆葦群落，西南部的胡楊+鹽爪爪+蘆葦群落6種典型植物群落下土壤容重特征進行分析。結果表明：1）5月、8月大部分植物屬于中等程度變異，蘆葦+檉柳群落下土壤容重最小，土壤理化性質最好。2）隨著季節的變化，在垂直方向上，土壤容重的變化具有差異性。3）從空間結構分析，典型植被群落下土壤容重在一定的區域范圍內具有空間結構性。通過克里格插值分析，研究區內表層土壤容重呈現西低東高，逐漸增大的趨勢。4）通過土壤容重與相關環境的相關性分析，不同植物群落土壤容重均與土壤粒徑、鹽分、養分、含水率有不同程度的相關性。

關鍵詞 典型植物群落;土壤容重;艾比湖濕地

中圖分類號：S151.9 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.24.088

艾比湖濕地是鹽水類湖泊濕地的典型代表，在調節氣候、水文過程、土壤理化性質和維持生態平衡等方面具有重要作用。土壤容重是評價土壤的重要物理性質，對土壤的入滲性、持水性、透氣性、溶質遷移以及土壤抗侵蝕風化能力等特征都有重要影響，是評價土壤環境優劣的重要依據[1]。國外學者Assouline[2]研究表明，土壤緊實過程中土壤容重的增加可能會影響土壤-水-植物-大氣系統的許多方面;Chaudhari等[3]研究表明，土壤質地、有機質含量、養分濃度是影響土壤容重的最有效因素;李卓等[4]研究表明，通過人為改變土壤顆粒組分的組成，土壤質地（砂壤土、中壤土、粘壤土）不同，土壤容重也不同，實驗土壤的滲透能力隨著土壤容重的增加而減小;劉小梅等[5]研究土壤容重對紅壤坡地降雨侵蝕和入滲的影響表明，地表產流、壤中流是紅壤的主要產流形式。姚榮江等[6-9]分析黃河三角洲地區土壤容重空間變異性表明，土層變化有一定的緊實趨勢，土壤容重屬于弱變異強度。

本次研究主要是利用2017年5月和8月土壤容重數據，結合土壤的鹽分、含水率、養分和相對濕度等數據，探討容重、鹽分和養分之間的關系，分析影響空間變化的因素以及時間上的變化規律[10]，進而分析艾比湖濕地典型植物群落下的土壤容重特征[11]，為植被修復以及鹽塵沙塵防治提供一定依據，為生態環境的可持續發展作出貢獻。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

艾比湖是新疆境內的第一大鹽水湖，位于新疆維吾爾自治區博爾塔拉蒙古自治州境內準噶爾盆地的西南緣，艾比湖濕地為湖泊濕地、河流濕地與沼澤濕地的組合，屬溫帶大陸性干旱氣候，是一個具有典型干旱區山地、荒漠和綠洲生態環境特點的區域[12-13]。該地區為北疆沙塵暴的主要沙源地，也是我國四大浮塵源區之一，其典型的土壤為灰棕土、風沙土和灰漠土，砂粒組成以粉砂、極細砂為主[14]。研究區內除梭梭群落下是以細沙為主外，其他植物群落均以粉砂為主。本次研究以艾比湖湖心為質點中心，將艾比湖濕地劃分為西北部、東北部、東南部、西南部4個區域，西北部位于石頭房子和科克巴斯陶管護站附近，是阿拉山口的主風道，主要植被為蘆葦和檉柳;東北部位于桑德庫木和鹽池橋管護站周圍，土壤沙漠化嚴重，主要的植被為梭梭;東南部位于鴨子灣管護站周圍，主要的植物為檉柳、蘆葦;西南部位于位于博爾塔拉河和精河的入湖口，主要植物為蘆葦、鹽爪爪、胡楊[15-16]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集

如圖1所示，2017年5月、8月，沿艾比湖由北至南設置采樣點，根據流域植物群落的不同，分別在石頭房子、科克巴斯陶、桑德庫木、鹽池橋、鴨子灣、北地各設置一個100 m×100 m的大樣方，用五點取樣法分別在每個大樣方里設置5個10 m×10 m的小樣方，進行土樣采集。本研究選取典型植物群落為艾比湖西北部的蘆葦+檉柳群落（LC）、胡楊+檉柳群落（HC），東北部的梭梭+蘆葦群落（SL）、梭梭+羅布麻群落（SM），東南部的檉柳+蘆葦群落（CL），西南部的胡楊+鹽爪爪+蘆葦群落（HYL）。每個小樣方內，取一個剖面，分5層取樣（0～5 cm、5～10 cm，10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm），采好后放入密封袋中，同時記錄含水量、濕容重、土壤溫濕度、樣地基本情況等。樣品在實驗室風干、碾碎、過篩，標記后放在陰涼干燥處儲存備用。

1.2.2 實驗方法與數據分析

土壤容重的測量采用環刀法，計算公式：

dv=（w-w_環）/v

其中dv為土壤容重，w為烘干后環刀重+干土重，w環為環刀重，v為環刀體積。

土壤有機質主要采用重鉻酸鉀容量測定法;土壤全氮主要采用凱氏定氮法測定;土壤全鹽測定主要采用質量法測得[17-20]。應用傳統統計學、地統計學與半方差函數模型相結合的方法，對比分析5月和8月典型植物群落土壤容重的特征。所有的數據均進行正態檢驗，并在Excel、SPSS 17.0、ArcGIS 10.2和GS+9.0等軟件上進行數據分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 典型植物群落下土壤容重時間分布特征

由表1可知，5月西北（HC）群落、東北（SM）群落屬于弱變異性，其他4種典型植物群落具有中等強度的變異性，其中東南部的CL群落的變異程度最大。土壤容重平均從高到低依次為：東北（SL）>東北（SM）>西北（HC）>東南（CL）>西南（HLY）>西北（LC）。

由表2可知，8月東南（CL）群落土壤容重變異性屬于弱變異，其他5種典型植物群落屬于中等程度變異，其中西南（HLY）群落的變異程度最大。8月土壤容重平均從高到低依次為：東北（SL）>東南（LC）>東北（SM）>西北（HC）>西南（HLY）>西北（LC）。

由圖2可知，5月土壤容重在垂直方向上逐漸增大，蘆葦、檉柳和胡楊群落下垂直方向土壤容重波動較大，梭梭群落下垂直方向土壤容重變化并不明顯。

由3可知，8月土壤容重從地表向下呈現遞增趨勢，蘆葦、檉柳和胡楊群落下垂直方向土壤容重波動較大。

2.2 典型植物群落土壤容重的空間變異性分析

由表3、可知，5月典型植物群落下土壤容重的塊金系數西北和西南部均大于25%，而東北和東南均小于25%。由此可見，西北和西南區域內典型植物群落下土壤容重均表現為中等程度的空間自相關性，其區域內典型植物群落土壤容重的空間差異主要屬于隨機性差異;東北和東南區域內的典型植物群落下土壤容重均表現為弱的空間自相關，其區域內典型植物群落土壤容重的空間變異主要屬于結構性因素的影響，東北部植物群落土壤容重的塊金系數高于東南部，表明前者的總變異程度要大于后兩者。

由表4可知，8月典型植物群落下土壤容重的塊金系數西北和西南部均大于25%，東北和東南均小于25%，說明隨著季節的變化，該區域內典型植物群落下土壤容重的空間自相關性沒有變。

根據表3、表4自相關距（RSS）分析，5月與8月西北部的自相關距要明顯大于其他三個區域，說明其空間變異范圍較大。4個區域內的典型植物植物土壤容重分維數D值均小于2，說明4個區域內土壤容重的空間異質結構復雜性程度較為復雜，其中5月東北部土壤容重復雜程度最小，8月西南部土壤容重復雜程度最小。

2.3 不同區域土壤容重的空間分布特征

圖2為研究區5月和8月土壤容重的空間分布狀況，從圖中可以看出，艾比湖濕地5月總體上土壤容重大部分為1.308 0～1.431 0 g·cm-3、8月為1.257 3～1.314 5 g·cm-3，均整體分布趨勢從西北部向東北部逐漸增大，從西南部向東南部逐漸增大，最小值均為西北部（LC）群落，但5月最大值為東北部（SL、SM）群落下的土壤容重，8月最大值為東南部（CL）群落下的土壤容重。對比5月、8月份典型植物群落下土壤容重，西北部、東南部隨著季節的變化容重增大，東北部、東南部隨著季節的變化容重減小。

2.4 土壤粒徑、鹽分、養分、含水率與容重的相關性分析

由表5可知，5月西北部LC群落下土壤容重與土壤粒徑呈顯著正相關（p<0.01），與全鹽呈顯著負相關

（p<0.01），與全氮、全磷、有機質呈正相關，與含水率呈負相關;HC群落土壤容重與土壤粒徑呈顯著負相關（p<0.01），與全鹽呈顯著正相關（p<0.01）;與全氮、全磷、有機質呈正相關關系。5月東北部SL、SM群落土壤含水率呈顯著正相關（p<0.05），與全鹽和土壤粒徑相關關系并不密切;東南部的CL群落與土壤粒徑呈顯著正相關（p<0.01），與土壤含鹽量呈顯著負相關（p<0.01）;西南部HLY群落與土壤含水率（p<0.05）、全氮、全鹽、有機質（p<0.01）均呈顯著負相關，與其他因素聯系并不密切。

由表6可知，8月西北部LC群落下土壤容重與土壤粒徑呈顯著正相關（p<0.01），與全氮、全磷、有機質呈正相關，與含水率呈負相關;HC群落與土壤土壤粒徑呈顯著負相關（p<0.01），與全氮、全磷、有機質呈正相關關系。8月東北部SL、SM群落土壤含水率呈顯著正相關（p<0.05），與土壤含磷量呈顯著正相關（p<0.05），與土壤粒徑相關關系并不密切;東南部的CL群落與土壤含鹽量呈顯著正相關（p<0.01），與土壤全氮、全磷、有機質呈顯著負相關（p<0.01）;西南部HLY群落與全鹽、有機質（p<0.01）均呈顯著負相關，與其他因素關系并不密切。

3 結論

根據5月、8月艾比湖濕地典型植物群落的分布，選取4個區域的6種典型植被群落，并對其土壤容重特征進行分析，得出以下結論：1）5月、8月6種典型植物群落下土壤容重均呈正態分布，西北、西南區域土壤容重要小于東北、東南區域。2）5月、8月6種典型植物群落土壤容重在垂直方向上均呈減小的趨勢，蘆葦、檉柳、胡楊波動大，5月梭梭群落變化不明顯。3）5月、8月典型植物群落下土壤容重，西北部、東南部隨著季節的變化容重增大，東北部、東南部隨著季節的變化容重減小。4）通過相關性分析，土壤粒徑、含鹽量以及含水率會對土壤容重的變化，產生影響，進而對土壤的養分產生影響。

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（責任編輯：趙中正）