高海峰，白軍紅，王慶改，黃來斌，肖 蓉

（1.北京師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心，北京 100012）

土壤pH值和土壤含水量是重要的土壤理化性質(zhì)，其變化能夠直接影響到土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物過程［1］，是土壤養(yǎng)分和重金屬等污染物有效性和遷移性的重要限制性因素。干旱和土壤鹽堿化一直是松嫩平原西部地區(qū)面臨的一個(gè)重要環(huán)境問題，該區(qū)濕地在維持區(qū)域生態(tài)安全方面發(fā)揮著重要作用［2］。在干旱和高土壤pH值條件下，該區(qū)濕地土壤養(yǎng)分形態(tài)和有效性的變化能夠顯著影響濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和毗鄰河流的水質(zhì)。全面地分析土壤pH的分布格局，可以有助于評價(jià)和分析土壤pH值的酸堿化和土壤養(yǎng)分有效性［3］。土壤含水量能夠影響離子在固相液相之間的分配，CaCO3等鹽類的溶解和解離，以及膠粒上吸附性離子的解離度，從而影響土壤的酸堿性［4］。因此，研究該區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量的空間分布特征對于濕地土壤鹽堿化治理以及濕地土壤養(yǎng)分管理具有一定的研究價(jià)值和意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

霍林河下游洪泛區(qū)地處松嫩平原西部通榆縣境內(nèi)的向海國家級自然保護(hù)區(qū)（44°55′－45°09′N，122°05′－122°35′E），保護(hù)區(qū)總面積為105467 hm2，其中蘆葦沼澤面積為23600 hm2。研究區(qū)（二百方子濕地）位于霍臨河流域的下游河道，受河流季節(jié)補(bǔ)給明顯；但由于近年氣候連續(xù)干旱，采樣期內(nèi)無地表積水。該區(qū)地貌以沙化和鹽漬化的平原為主要特征；地勢由西向東傾斜，海拔156～192m，壟狀沙丘與壟間洼地交錯(cuò)相間排列。該區(qū)氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫度為5.1℃；年均降雨量為408.2mm，主要集中在夏季；年平均蒸發(fā)量為1945 mm。區(qū)域內(nèi)典型沼澤植被為蘆葦（Phragmites astralis）群落，土壤類型為沼澤土。典型研究區(qū)表層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為1.56%和0.14%；土壤黏粒和砂粒含量分別為27.64%和27.17%。該區(qū)植被群落以蘆葦為優(yōu)勢種，香蒲（Tyhya orientalis）、辣蓼（Polygonum hydropiper）等為伴生種。

1.2 土壤樣品的采集和分析

依據(jù)典型性和代表性原則，于7月份和9月份在二百方子濕地典型樣地（植被群落與研究區(qū)總體特征一致）內(nèi)采用網(wǎng)格法采集土壤樣品，樣地坡度＜3°，樣方總面積均為20m×20m，樣區(qū)內(nèi)均布設(shè)5m×5m的采樣網(wǎng)格，在每個(gè)網(wǎng)格交叉點(diǎn)處重復(fù)采集3～5個(gè)土壤樣品形成混合樣品，采樣深度為20cm，按每10 cm為一層分2個(gè)層次進(jìn)行采集。所采集的樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室后分別取適量土壤樣品用于測定土壤含水量；剩余樣品于實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后，撿去石塊、殘根等雜物，用球磨機(jī)磨碎，過80目篩，裝袋用于測定土壤pH。

土壤pH值采用pH計(jì)測定（土∶水＝1∶5）；土壤水含量（WC）:烘干法，在105℃烘箱中將土壤樣品烘24h至恒重［5］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用t－檢驗(yàn)來分析同一時(shí)期不同土層之間的土壤pH值和含水量的差異；運(yùn)用ANOVA分析同一層次不同時(shí)期間的土壤pH值和含水量的差異。運(yùn)用surfer327 .1，Spass 10.0和 Origin 6.0等軟件包對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖與統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量測定值統(tǒng)計(jì)分析

由表1可以看到7月份平均土壤pH值低于9月份土壤，且上層土壤低于下層土壤；而7月份土壤含水量則高于9月份土壤且上層土壤高于下層土壤，表明9月份濕地土壤，尤其是亞表層發(fā)生明顯堿化（平均土壤pH值＞9.0）。方差分析表明兩月份之間的表層和亞表層土壤pH值和土壤含水量存在極顯著差異（p＜0.01）。成對樣本t－test表明7月份上下土層pH值（p＞0.05）和含水量（p＞0.05）都不存在顯著性差異；但9月份上下土層土壤pH值（p＜0.05）和含水量（p＜0.01）均存在顯著性差異。

表層土壤具有較高含水量的原因在于該區(qū)表層土壤黏粒和有機(jī)質(zhì)含量顯著高于亞表層土壤［6］，導(dǎo)致表層土壤能夠保持較多的水分。而7月土壤含水量高于9月的主要原因在于該區(qū)降雨主要集中在7－8月。此外，較高的降雨量能夠顯著影響土壤pH值［7］，這是由于在干旱和半干旱區(qū)，降雨量可改變土壤含水量，進(jìn)而改變土壤中緩沖溶液的濃度，對土壤pH值的影響較大。一般情況下由于土壤具有自我調(diào)節(jié)能力，土壤pH值不會發(fā)生太大的變化［8］，但本研究中9月份土壤pH值顯著高于7月份土壤，可能是由于7月份氣溫較高，加之土壤含水量較大，土壤微生物活動(dòng)、鋁活化（土壤鋁含量約為65g／kg）［9］等均可以產(chǎn)生氫離子［10］，而9月份土壤含水量顯著下降后，導(dǎo)致深層土壤中的鈣、鎂鹽類上移，發(fā)生地表聚鹽過程，導(dǎo)致土壤pH值升高。

表1 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量統(tǒng)計(jì)

2.2 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量的分布特征

由表1可知，地表和亞表層土壤pH值的變異程度在兩個(gè)采樣期內(nèi)均小于3%，屬于弱變異強(qiáng)度，表層和亞表層土壤pH值的變化幅度分別為0.57和0.56；亞表層土壤含水量的變異程度高于表層土壤，且7月份表層土壤含水量的變異程度最低。圖1表明表層和亞表層土壤pH值和含水量的空間分布均呈現(xiàn)出條帶狀和斑塊狀格局?？傮w上，兩層土壤pH值自西北－東南方向向兩側(cè)逐漸升高，而北部土壤含水量均高于南部，且土壤pH值和含水量在不同土層間均存在著較強(qiáng)的空間相似性，這主要是由于河道微地形差異造成的。與7月份相比，9月份土壤含水量和土壤pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯，且空間變異性較強(qiáng)（圖2）。表層土壤含水量大體呈現(xiàn)西北－東南方向的梯度變化；土壤pH值高低值斑塊較多，與土壤含水量間存在較強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系，即土壤含水量高的地區(qū)土壤pH值則較低，反之則較高。土壤含水量和pH值的這種差異可能與研究區(qū)微地貌有關(guān)，地勢低洼易積水，土壤含水量相對較高；而微高地形由于表面積大，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤含水量相對較低，且水分蒸發(fā)過程使鹽分隨毛管水積聚于地表，土壤pH值有所升高。黃昌勇［11］也指出季節(jié)性積鹽和脫鹽頻繁交替也是土壤堿化和土壤pH值變化的重要原因。

圖1 7月份洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

圖2 9月份洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的空間分布特征

2.3 洪泛區(qū)濕地土壤pH值和土壤含水量關(guān)系

圖3表明了研究區(qū)濕地土壤含水量與pH值的線性和非線性關(guān)系。7月份土壤含水量和土壤pH值的散點(diǎn)分布較9月份的更趨離散，9月份二者的相關(guān)性好于7月份，且兩個(gè)時(shí)期中土壤含水量和土壤pH值的線性或非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系都達(dá)到了顯著性水平。這與陳學(xué)文等［7］提出的土壤pH值與土壤含水量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系一致。但當(dāng)土壤pH低于8.8時(shí)（7月份），其與土壤含水量之間的線性回歸關(guān)系（R2＝0.1261，p＜0.05）較非線性回歸關(guān)系（R2＝0.1935，p＜0.05）差；當(dāng)土壤pH＞8.8時(shí)（9月份），其與土壤含水量之間存在較顯著的指數(shù)非線性關(guān)系，即土壤pH值隨土壤含水量增加呈指數(shù)下降（R2＞0.6，p＜0.01），且優(yōu)于線性回歸（R2＝0.4497，p＜0.01）。這表明該區(qū)濕地土壤pH值與土壤含水量之間的關(guān)系更適宜用非線性方程進(jìn)行擬合。濕地土壤pH值與土壤含水量的空間異質(zhì)性可能是導(dǎo)致二者之間存在非線性關(guān)系的重要原因。

圖3 洪泛區(qū)濕地土壤含水量和土壤pH值的回歸曲線

3 結(jié)論

（1）霍林河下游洪泛區(qū)濕地土壤含水量和pH值存在明顯的季節(jié)差異:7月份土壤含水量高于9月份土壤，但9月份土壤pH值則相對較高尤其是亞表層發(fā)生明顯堿化；

（2）霍林河下游洪泛區(qū)濕地土壤含水量和pH值的空間分布均呈現(xiàn)出條帶狀和斑塊狀格局，且具有一定的梯度變化規(guī)律。7月份兩層土壤pH值自西北－東南對角方向向兩側(cè)逐漸升高，土壤含水量北部均高于南部；9月份表層土壤含水量中間低四周高，大體呈現(xiàn)西北－東南的走向，且土壤含水量和pH值的斑塊狀空間分布格局更加明顯。

（3）土壤pH值與土壤含水量間存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。與傳統(tǒng)的線性回歸相比，土壤pH值與土壤含水量間的關(guān)系更適宜用非線性函數(shù)來擬合。鑒于土壤含水量和pH值的非線性關(guān)系，在水資源缺乏的大背景下可考慮在旱季適量引水灌溉，可通過適度增加土壤含水量來降低土壤pH值，緩解松嫩平原西部地區(qū)土壤堿化現(xiàn)象，維持該區(qū)域的生態(tài)安全。

［1］白軍紅，歐陽華，鄧偉，等.濕地氮素傳輸過程研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（2）:326－333.

［2］白軍紅，鄧偉，王慶改，等.松嫩平原濕地環(huán)境問題及整治方略［J］.濕地科學(xué)，2008，6（1）:1－6.

［3］虞娜，張玉龍，黃毅，等.保護(hù)地不同灌溉方法表層土壤pH 小尺度的空間變異［J］.土壤，2008，40（5）:828－832.

［4］黃昌勇.土壤學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［5］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［6］Bai J H，Ouyang H，Deng W，et al.Nitrogen mineralization processes of soils from natural saline－alkalined wetlands，Xianghai National Nature Reserve，China［J］.Canadian Journal of Soil Science，2005，85（3）:359－367.

［7］陳學(xué)文，張興義，隋躍宇，等.利用空間移位法研究東北黑土pH季節(jié)變化及其影響因素［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008，29（3）:365－367.

［8］朱小琴，孫維俠，黃標(biāo)，等.長江三角洲城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)農(nóng)業(yè)土壤pH特征及影響因素探討:以江蘇省無錫市為例［J］.土壤學(xué)報(bào)，2009，46（4）:594－602.

［9］王國平，劉景雙.向海濕地元素地球化學(xué)特征與高分辨沉積記錄［J］.地理科學(xué)，2003，23（2）:208－212.

［10］于天仁.土壤化學(xué)原理［M］.北京:科學(xué)出版社，1987.

［11］黃昌勇.土壤學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.