鄧懷敏，吉力力·阿不都外力，葛擁曉，3

（1．新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046；2．中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊830011；3．中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100049）

干涸湖底是干旱、半干旱地區(qū)尾閭鹽湖或積水洼地水面退縮后裸露出來(lái)的、曾被水面覆蓋的部分及其濱岸地帶，高礦化度淺層地下水蒸發(fā)聚鹽形成的次生鹽漠景觀，其物質(zhì)組成主要是湖相松散富鹽細(xì)粒沉積物，當(dāng)表層鹽堿含量較高時(shí)，又稱(chēng)之為鹽漠（salt pans或salt flats）［1］，干旱區(qū)干涸湖底在強(qiáng)烈的風(fēng)蝕作用下成為鹽堿塵暴的重要來(lái)源之一，大面積干涸湖底疏松富鹽沉積物的風(fēng)蝕擴(kuò)散能形成嚴(yán)重的鹽塵暴災(zāi)害。土壤風(fēng)蝕、風(fēng)蝕物的運(yùn)移和沉積發(fā)生在超過(guò)1／3的地球陸地表面［2］，是引起土壤退化最廣泛的形式和原因之一［3］。因此對(duì)干涸湖底的土壤環(huán)境進(jìn)行研究具有重要意義。艾比湖在區(qū)域氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)的雙重干預(yù)下，使得注入湖的水量減少，湖面萎縮，干涸湖底的面積超過(guò)了2 000km2，當(dāng)風(fēng)吹向這一片干涸湖底的鹽漠時(shí)，大量的鹽塵隨風(fēng)飄起，進(jìn)入到下風(fēng)向的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶，影響整個(gè)流域的生態(tài)安全。近年來(lái)，關(guān)于艾比湖的研究主要集中在鹽塵暴的影響［4－6］、驅(qū)動(dòng)因素及控制對(duì)策［7－10］和水資源和濕地植被研究［11－15］等方面，但對(duì)土壤的理化特征研究較少。由此，本文主要討論艾比湖干涸湖底鹽漠地帶的土壤鹽分、酸堿度、電導(dǎo)率、主要離子和有機(jī)物質(zhì)的季節(jié)性變化和空間分布特征。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

選擇位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西南緣的最低匯水中心，博爾塔拉蒙古自治州行政區(qū)域內(nèi)的艾比湖歷史干涸湖底為研究區(qū)，地理坐標(biāo)為82．30°—83．50°E，44．37°—45．10°N。研究區(qū)三面環(huán)山，僅東北部與古爾班通古特大沙漠相連，湖濱地帶由山前洪積—沖積—湖積平原組成，廣泛分布有石漠、礫漠、沙漠、土漠、鹽漠、沼澤和灘涂，南面是天山支脈婆羅科努山，西面是阿拉套山，北面是瑪依力山，西北是著名的風(fēng)區(qū)阿拉山口。該地區(qū)受西風(fēng)環(huán)流以及蒙古高壓和西伯利亞冷空氣的影響，再加上特殊的地形條件，使得艾比湖流域表現(xiàn)為典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、常年多風(fēng)、氣溫變化劇烈為特征。該區(qū)域多年平均氣溫8．6℃、多年平均降水量為100～150mm，多年平均蒸發(fā)量為2 000～3 000mm，發(fā)育著具有典型溫帶特征的戈壁荒漠植被，主要植被類(lèi)型有胡楊（Populuseuphratica）；羅布麻（Apocynumvenetum）；檉柳（Tamarix）；琵琶柴（Reaumuria soongorica）；白刺（Nitrariaschoberi）；鹽爪爪（Kalidiumfoliatum）；蘆葦（Phragmitesaustralis，）；梭梭 （Haloxylonammodendron）；駱 駝 刺 （AlhagisparsifoliaShap）；鹽 節(jié) 木 （Halocnemumstroblecum）等。

1．2 實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)收集

在艾比湖東南部歷史時(shí)期干涸湖底上選擇一塊長(zhǎng)1 500m，寬1 000m的植被類(lèi)型較豐富的采樣帶，該采樣帶的植被包括了胡楊林、喬木—草本過(guò)渡帶、草本混合帶、蘆葦荒漠、梭梭荒漠和無(wú)植被覆蓋等類(lèi)型，于2011年5月和10月，采用GPS定位技術(shù)進(jìn)行定點(diǎn)取樣，取樣時(shí)兼顧代表性和均勻性原則，按邊長(zhǎng)200m的網(wǎng)格取點(diǎn)，用土鉆采集土壤樣品（深度為0—30cm和30—60cm），5月份和10月份的54個(gè)采樣點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。

1．3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

土壤樣品的處理與分析在中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所土壤理化測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完成。按水土比5∶1的比例測(cè)定樣品中HCO3－、CO23－、Cl－、SO24－、Mg2＋、Ca2＋、K＋、Na＋等可溶性鹽分離子含量、電導(dǎo)率、pH值、全鹽量。CO23－和HCO3－的測(cè)定用雙指示劑中和法；Mg2＋、Ca2＋的測(cè)定用EDTA絡(luò)合滴定法；Cl－的測(cè)定用AgNO3滴定法；K＋、Na＋的測(cè)定用火焰光度法；SO24－的測(cè)定用EDTA間接滴定法；pH值用電位測(cè)定法。采用SPSS軟件計(jì)算土壤樣品鹽分、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳含量的統(tǒng)計(jì)特征值，比較其時(shí)空分布狀況和變異程度，利用Kolmogorov－Smirnov（KS）方法進(jìn)行數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤鹽度

按照經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析不同時(shí)間和不同深度下土壤pH值、電導(dǎo)率、總鹽和全鹽量的統(tǒng)計(jì)特征值，將5月份和10月份的54個(gè)采樣點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)特征值分別列于表1。

艾比湖干涸湖底鹽漠地的土壤鹽分遠(yuǎn)高于一般地區(qū)，且時(shí)空分布變化很大，5月份表層土壤（0—30 cm）的總鹽變化范圍為10．5～168．5g／kg，平均值在47g／kg左右，深層土壤（30—60cm）的總鹽變化范圍在2．5～51．7g／kg之間，平均值在17．5g／kg左右。10月份表層土壤的總鹽變化范圍在12．5～218．5g／kg之間，平均值在60．2g／kg左右，深層土壤的總鹽變化范圍在2．3～77．7g／kg之間，平均值在20．3g／kg。5月份和10月份表層土壤總鹽量平均值分別高出深層土壤總鹽量平均值29．88g／kg和39．88g／kg，5月份表層土壤含鹽量約占深層土壤含鹽量的73．07%，10月份0—30cm層土壤含鹽量約占0—60cm層沉積物含鹽量的74．76%，沉積物鹽分垂直剖面分布呈現(xiàn)出強(qiáng)表聚性。從5月份到10月份，土壤鹽分明顯增大，表層土壤總鹽含量10月份是5月份的1．273倍，深層土壤總鹽含量10月份是5月份的1．166倍。在5月份，地表電導(dǎo)率、總鹽和全鹽分布類(lèi)型符合正態(tài)分布，而深層比表層更趨近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。10月份統(tǒng)計(jì)值在0．05顯著水平下已經(jīng)不符合正態(tài)分布，在0．01顯著水平下總鹽也不符合正態(tài)分布，而深層更接近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，這說(shuō)明從5月份到10月份，土壤鹽分的分布發(fā)生了很大的變化，而表層比深層變化更大，這也說(shuō)明了在春季冰雪融化和土壤解凍后，土壤鹽分隨著水分向下移動(dòng)和水平流動(dòng)，使地表鹽分含量下降，同時(shí)使地表鹽分趨于均勻化，而在蒸發(fā)作用下使土壤鹽分表聚并且部分區(qū)域受地形因素影響在水平剖面也向某一方向聚積。

2．2 土壤中主要離子變化

由變異系數(shù)可知土壤離子的空間分布特征，變異系數(shù)越小，表明研究區(qū)土壤離子的空間變異性小，各樣點(diǎn)之間的差異小，土壤變化的波動(dòng)越穩(wěn)定。一般認(rèn)為：CV≤0．1為弱變異性；0．1＜CV＜1．0為中等變異性；CV≥1．0為強(qiáng)變異性［2］。由表2中各離子的變異系數(shù)作圖（圖1）可知，研究區(qū)各層土壤離子空間變異性多數(shù)都屬于中等變異性，其中CO23－的離子變異系數(shù)大是因?yàn)槠浜枯^小，存在實(shí)驗(yàn)誤差所造成的，故不考慮CO23－。由其它離子的統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)可知，艾比湖干涸湖底離子時(shí)空間變異的一般規(guī)律是秋季大于春季，表層大于深層，除了一個(gè)比較特殊的Ca2＋離子表現(xiàn)為深層土壤變異性大于表層也就是Ca2＋在干涸湖底的表層分布比深層更均勻，深層表現(xiàn)出較大的變異性，其分布的離散規(guī)律不同于一般離子的原因有待進(jìn)一步研究。10月份比5月份的統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)大，也就是10月份土壤的離子不均勻性更大，說(shuō)明蒸發(fā)作用對(duì)干涸湖底的土壤離子分布有很大的影響。

對(duì)54個(gè)不同時(shí)期不同深度的土壤樣品主要離子的平均值進(jìn)行繪圖（圖2），可以清楚地看到土壤樣品10月份的離子濃度在整個(gè)研究剖面的垂直分布都大于5月份，這主要是因?yàn)榇杭镜孛娴姆e雪融化，水分下滲，引起土壤中離子向地下運(yùn)動(dòng)，土壤離子濃度下降，但夏季艾比湖流域降水稀少，在高溫且強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下，加之艾比湖干涸湖底地下水位比較高，形成強(qiáng)烈的蒸發(fā)，使得土壤水分從地下向上運(yùn)動(dòng)，土壤離子濃度升高，表層比深層變化的幅度更大，土壤鹽分表聚，尤其以SO2－4、Cl－和Na＋表現(xiàn)最明顯。從圖2還可知，10月份和5月份0－30cm層土壤的SO2－4、Cl－、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋等主要離子平均含量均高于30—60cm層。由此可得：艾比湖干涸湖底土壤鹽分在垂直剖面上自下向上鹽分增加，在水平剖面上秋季大于春季。

表2 不同時(shí)間和深度下土壤主要離子統(tǒng)計(jì)特征值

圖1 不同月份不同采樣深度主要離子變異系數(shù)對(duì)比

圖2 土壤主要離子時(shí)空變化規(guī)律

2．3 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤的有機(jī)質(zhì)指土壤中所有的有機(jī)物質(zhì)，不同土壤中有機(jī)質(zhì)的含量不一，組成成分比較復(fù)雜，但是，有機(jī)質(zhì)未必都是含碳物質(zhì)。腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)中比較重要的組成部分，是由土壤中的有機(jī)物分解而成，土壤有機(jī)質(zhì)還包含新鮮的有機(jī)物，部分分解的有機(jī)物。因此，土壤中的碳含量與有機(jī)質(zhì)只是存在一定關(guān)系，土壤含碳量高說(shuō)明土壤腐殖質(zhì)一定多，但并不能說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)多。土壤風(fēng)蝕引起土壤退化使土壤生產(chǎn)力下降，相應(yīng)地歸還土壤的有機(jī)物質(zhì)降低，POC形成量減少；與細(xì)顆粒結(jié)合的有機(jī)碳直接被吹蝕而移出系統(tǒng)是風(fēng)蝕過(guò)程中有機(jī)碳損失的主要機(jī)制。這也是艾比湖干涸湖底土壤有機(jī)物質(zhì)較低的原因之一［16］。

艾比湖干涸湖底的有機(jī)碳與有機(jī)質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果十分相似（表3），他們的變異系數(shù)、偏度和峰度都很接近，說(shuō)明鹽漠中有機(jī)質(zhì)主要貢獻(xiàn)物是有機(jī)碳，有機(jī)質(zhì)水平比較低。干涸湖底土壤的有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)含量10月份比5月份略有升高，但差別不大，有機(jī)質(zhì)比有機(jī)碳升高的稍微明顯一點(diǎn)。10月份和5月份相比，0—30cm有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳分布的正態(tài)性變?nèi)?，這是由于鹽漠植物對(duì)地表有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，使干涸湖底的有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)分布格局發(fā)生了一定的變化。

表3 不同采樣時(shí)間和深度土壤有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征值

3 結(jié) 論

（1）艾比湖干涸湖底沉積物鹽分離子含量大小在剖面中時(shí)間分布表現(xiàn)為秋季土壤鹽分大于春季，空間分布呈自下而上增加的垂直分異特點(diǎn)；各陰離子在沉積物表層中的含量為SO24－＞Cl－＞HCO3－＞CO23－，各陽(yáng)離子在沉積物表層中的含量為Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋。以硫酸鹽最為活躍，氯化物次之，碳酸鹽較穩(wěn)定，沉積物表層中硫化物、氯化物占優(yōu)勢(shì)。

（2）艾比湖干涸湖底離子時(shí)空間變異的一般規(guī)律表現(xiàn)為秋季大于春季，表層大于深層，除了一個(gè)比較特殊的Ca2＋離子表現(xiàn)為深層土壤大于表層，也就是Ca2＋在干涸湖底的表層比深層分布較均勻，深層表現(xiàn)較大的變異性，其分布的離散規(guī)律不同于一般離子的原因有待進(jìn)一步研究。

（3）從5月份到10月份，土壤鹽分的分布發(fā)生了很大的變化，而表層分布比深層分布變化大，這說(shuō)明了在春季冰雪融化和土壤解凍后土壤鹽分隨著水分向下移動(dòng)和水平流動(dòng)，使地表鹽分含量下降，同時(shí)使地表鹽分趨于均勻化，而在蒸發(fā)作用下使土壤鹽分表聚并且部分區(qū)域受地形因素影響在水平剖面也向某一方向聚積，蒸發(fā)和冰雪融化作用對(duì)干涸湖底的土壤離子分布有很大的作用。

（4）有機(jī)碳與有機(jī)質(zhì)分布十分相似，他們的變異系數(shù)、偏度和峰度都很接近，說(shuō)明鹽漠中有機(jī)質(zhì)主要貢獻(xiàn)物是有機(jī)碳，有機(jī)質(zhì)水平比較低。鹽漠植物對(duì)地表有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，使干涸湖底的有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)分布格局發(fā)生了一定的變化。

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