辛展　婁華君　李穎等

摘要：以鄂爾多斯國家級遺鷗自然保護區(qū)所在的泊江海子流域為研究對象，根據(jù)采集的土樣中有機質(zhì)、全氮含量的數(shù)據(jù)，利用ArcGIS進行地理信息系統(tǒng)分析和并繪制了含量分布圖，分析了整個流域土壤中有機質(zhì)、全氮含量的水平、垂直分布特征及與土壤覆蓋類型、pH值之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：泊江海子流域表層土壤有機質(zhì)含量均值為667 g/kg，全氮含量均值為0.36 g/kg，二者含量均偏低且存在顯著正相關(guān)性（P<0. 01）；在垂直方向上，0～20、40～60、90～100 cm土壤深度下的有機質(zhì)含量均值依次為10.46、8.86、7.06 g/kg，全氮含量均值依次為0.40、0.29、0.25 g/kg，分布規(guī)律為隨著土壤深度的增加，有機質(zhì)含量、全氮含量均逐步降低。在整個流域，草本植物分布區(qū)的有機質(zhì)含量、全氮含量相對較高，土壤pH值和土壤中有機質(zhì)、全氮含量呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系；相比之下，有機質(zhì)含量更易受到pH值的影響，而土壤覆蓋類型是全氮含量分布的重要影響因素。

關(guān)鍵詞：泊江海子流域；土壤有機質(zhì)；土壤全氮；空間分布

中圖分類號： S153.6 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0323-04

濕地是一種重要的、獨有的、具有多種功能的生態(tài)系統(tǒng)，在維持生態(tài)平衡中起著不可替代的作用，被人們稱為“自然之腎”“生物基因庫”[1-3]。有機質(zhì)作為土壤的重要成分，不但是土壤肥力高低和質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標，而且是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的重要角色[4-5]。此外，由于土壤中有機質(zhì)的變化可以表征土地是否荒漠化、草場退化程度等重要生態(tài)環(huán)境問題而備受關(guān)注[5-7]。氮作為作物生長的必需元素，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子，它會形成對水體造成污染的物質(zhì)，同時易于形成溫室氣體[8-10]。濕地的氮素既是反映濕地營養(yǎng)水平的指標，又是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的重要因素[11]。有機質(zhì)和氮均是濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的因子，了解兩者的分布狀況及其空間變異規(guī)律的影響因素是掌握土壤質(zhì)量的重要內(nèi)容，也是實現(xiàn)土壤保護及可持續(xù)利用的前提[12]。

鄂爾多斯國家級遺鷗自然保護區(qū)位于青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原相交處的泊江海子流域，是典型的高原干旱、半干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊濕地[13]。該保護區(qū)于2001年被批準為國家級自然保護區(qū)，2002年被確定為第1148號國際重要濕地，是目前世界上唯一把保護遺鷗及其生存繁殖的棲息地作為目的的國際重要濕地[14-15]。目前，人們已經(jīng)對鄂爾多斯遺鷗保護區(qū)展開大量的相關(guān)研究。何芬奇等針對遺鷗的生存、繁殖，從生態(tài)的角度進行研究[16-18]；劉文盈等分析了保護區(qū)濕地的生態(tài)需水量及水量平衡關(guān)系[19]；梁康等研究了水循環(huán)特征；在保護區(qū)土壤方面，目前資料極其匱乏[13，20]。本研究以鄂爾多斯遺鷗保護區(qū)濕地所在的泊江海子流域土壤有機質(zhì)和氮素的空間分布規(guī)律及分布影響因素作為主要的研究內(nèi)容，為土壤保護及可持續(xù)利用提供科學(xué)參考，同時也可以對干旱區(qū)濕地退化做出一定的指示作用，為該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護提供理論基礎(chǔ)和決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

泊江海子流域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，位于鄂爾多斯波狀高原，地理坐標?09.10°～109.58°E，39.65°～ 39.95°N，面積約744.4 km2，為完整的閉合流域，四周到中間海拔逐漸降低，全區(qū)海拔在1 360～1 590 m之間（圖1）。研究區(qū)內(nèi)主要湖泊包括位于保護區(qū)中央的桃-阿海子、面積相對較小的侯家海子和蘇家圪卜海子。主要的季節(jié)性河流包括自西向東流入桃-阿海子的雞溝河和自東向西匯入桃-阿海子的烏爾圖河。

1.2 土樣采集與測定

為了準確研究泊江海子流域土壤有機質(zhì)含量、全氮含量的空間分布特征及影響因素，采樣綜合考慮了該流域的土地利用、地形特征等。2013年3—9月，在流域內(nèi)0～20 cm表層土壤采集樣品54份；土壤剖面采集樣品14份，每個樣點從下至上分層采樣，保證沒有相互污染混雜，采樣深度為100 cm，分為A（0～20 cm）、B（40～60 cm）、C（90～100 cm）3層。土樣去雜質(zhì)、風(fēng)干、研磨并過100目篩后備用，采樣點分布見圖2。

有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀-硫酸消解法；全氮檢測利用德國Elementar vario MAX CN 元素分析儀；pH值采用電極法測定。每批樣品在處理、消化、測定過程中，設(shè)有2～3個空白樣、標準物質(zhì)及平行樣品。試驗誤差在允許范圍之內(nèi)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 20對數(shù)據(jù)進行描述性分析和相關(guān)性分析；利用ArcGIS 10.1進行地理信息系統(tǒng)分析和質(zhì)量分數(shù)空間分布圖的繪制。

2.1 表層土壤有機質(zhì)、全氮描述性統(tǒng)計分析

利用SPSS 對泊江海子流域內(nèi)54份表層土樣進行常規(guī)性統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。該研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量、全氮含量分別為6.67、0.36 g/kg，均偏低。根據(jù)土壤養(yǎng)分分級標準，有機質(zhì)含量、全氮含量分別屬于五級、六級水平。有機質(zhì)含量最大值為18.32 g/kg，最小值為0.81 g/kg，氮含量最大值為098 g/kg，最小值接近于0。研究采用單個樣本K-S檢驗和Q-Q圖檢驗分析有機質(zhì)含量和氮含量的分布類型，結(jié)果表明二者均為正態(tài)分布。由偏度值和峰度值可得，有機質(zhì)含量和氮含量均為右偏態(tài)分布，且屬于尖頂峰。變異系數(shù)反映的是1組數(shù)據(jù)的離散程度，有機質(zhì)含量和氮含量的變異系數(shù)均在0.1～1.0之間，根據(jù)傳統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)方法，有機質(zhì)含量和氮含量均屬于中等變異性。根據(jù)SPSS相關(guān)性分析的結(jié)果，表層有機質(zhì)和全氮含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），相關(guān)系數(shù)為0.550，說明泊江海子流域土壤中的有機質(zhì)含量和全氮含量在空間分布上有較強的一致性。

本研究利用ArcGIS 10.1地統(tǒng)模塊分析了有機質(zhì)含量、全氮含量在整個流域分布的變化趨勢特征及意向性分布參數(shù)。圖3中X軸上的曲線反映東西方向上的趨勢變化，Y軸顯示的是南北方向趨勢效應(yīng)，Z軸表示采樣點對應(yīng)元素含量的大小。結(jié)果表明，在南北方向上，有機質(zhì)含量和全氮含量分布趨勢均為二階的拋物線形，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；在東西方向上，全氮含量呈現(xiàn)一階直線變化，自西向東含量逐漸增加，有機質(zhì)含量為二階拋物線趨勢，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，變化程度較小。endprint

利用克里格插值分析獲得泊江海子流域土壤中有機質(zhì)含量、全氮含量空間分布圖（圖4）。從整體上來看，該流域有機質(zhì)含量均屬于土壤養(yǎng)分分級的4級（10～20 g/kg）、5級（6～9.99 g/kg）、6級（<6 g/kg），含量相對較低，其中5級分布面積最大，約占整體流域面積的2/3。流域東北部及中偏西部有機質(zhì)含量較低，均低于6 g/kg；流域中部及南部含量主要在 6～10 g/kg 之間；在西北部海拔最高處有機質(zhì)含量較高，在 6～20 g/kg；在流域中部存在高低相間的孔穴特征。全氮含量在整個流域變化較小，主要屬于土壤養(yǎng)分分級的6級（<0.05%），在流域北部較高地區(qū)及中部的少量斑塊含量處于5級（0.050%～0.074%），僅在西北部最高區(qū)的小部分區(qū)域全氮含量為0.075%～0.100%，為4級。因此，泊江海子流域土壤有機質(zhì)含量和全氮含量均屬于中下水平，分布趨勢總體一致，以西北角處含量最大。

2.2 土壤有機質(zhì)含量、全氮含量剖面分布特征

根據(jù)14份土壤剖面各采樣點的分析結(jié)果得出：土壤中不同深度的有機質(zhì)、全氮含量存在明顯不同。從均值來看，A層（0～20 cm）、B層（40～60 cm）、C層（90～100 cm）有機質(zhì)含量均值依次為： 10.46、8.86、7.06 g/kg，全氮的含量均值依次為：0.40、0.29、0.25 g/kg。隨著深度的增加，土壤中有機質(zhì)和全氮的含量逐漸降低。有機質(zhì)含量從土壤A層至C層，其最大值、最小值、均值均逐步降低，變化明顯；全氮含量均值依次降低，最大值、最小值與土壤深度變化規(guī)律不明顯。有機質(zhì)含量在整個0～100 cm的土層中，0～20 cm含量約占40%，40～60 cm含量約占33%，90～100 cm含量約占27%；全氮含量在整個0～100 cm的土層中，0～20 cm含量約占43%，40～60 cm含量約占31%，90～100 cm含量約占26%。植物的根系分布、枯枝落葉及微生物的活動是土壤有機質(zhì)和全氮含量的重要影響因素。泊江海子流域植被根系主要分布在0～20 cm，因此該研究區(qū)土壤的有機質(zhì)含量、全氮含量隨土壤深度的加深不斷地降低。

2.3 有機質(zhì)含量與全氮含量分布的影響因素

2.3.1 土地覆蓋類型對有機質(zhì)含量與全氮含量分布的影響 土地覆蓋類型與陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳氮貯量有著顯著的相關(guān)性[21]。不同的覆蓋類型不但影響著土壤有機質(zhì)和全氮的輸入，同時影響著有機質(zhì)的分解速率和氮的礦化速率[22]。先前研究表明，相對于林地、草地，農(nóng)田有機質(zhì)含量最低[22]；朱霞等研究表明，自然狀態(tài)下土壤被改造為農(nóng)田，土壤全氮含量明顯下降[23]。

為了了解研究區(qū)表層土壤中有機質(zhì)含量、全氮含量與地表覆蓋類型的相關(guān)性，本研究收集到該研究區(qū)的土壤覆蓋類型，分辨率為300 m，拍攝時間為2009年（圖5）。泊江海子流域的土壤覆蓋類型主要包括8種，以植被和農(nóng)田的混合區(qū)為主，占整個流域的75%以上，所占比例由東南向西北逐漸減少。

由表層土壤有機質(zhì)和全氮含量空間分布圖與土壤覆蓋類型分布圖相比較，得出覆蓋類型對兩者的影響。全氮含量分布較高的地區(qū)與整個泊江海子流域的草本植物分布區(qū)基本一致，即研究區(qū)的草本植物區(qū)的含氮量明顯高于其余土壤覆蓋類型；相對于全氮含量的分布狀況，有機質(zhì)的含量分布規(guī)律清晰度較差，除了在草本植物區(qū)含量較高外，在林地含量偏高。

2.3.2 pH值對有機質(zhì)含量和全氮含量空間分布的影響 酸堿性作為土壤的一個重要屬性，是影響土壤中有機質(zhì)含量和全氮含量的重要因素[24]。因此，弄清土壤pH值與有機質(zhì)含量、全氮含量相關(guān)性不僅有重要的理論意義，而且對土壤肥力的改良有重要的實際意義。

泊江海子整個流域表層土壤屬于典型堿性土壤，pH值分布在8.90～9.66之間，均值為9.28（圖6）。由表3可知，pH值與有機質(zhì)含量、全氮含量之間呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.572、-0.587，即泊江海子流域表層土壤的有機質(zhì)含量和全氮含量受到pH值的影響明顯。將有機質(zhì)含量、全氮含量分布圖與pH值分布圖相對比表明，有機質(zhì)含量與pH值呈現(xiàn)較高的相似性，在pH值較低區(qū)，有機質(zhì)含量明顯偏高。

在泊江海子流域土壤中，各層土壤的pH值為：0～20 cm，9.23；40～60 cm，9.41；90～100 cm，9.53，總體來說隨著土壤加深，pH值不斷提高。根據(jù)表2結(jié)果，隨著土壤深度加大，有機質(zhì)含量、全氮含量逐漸降低，而在垂直方向上，土壤的pH值與有機質(zhì)、全氮含量也呈負相關(guān)，與上述結(jié)論一致。

3 結(jié)論

泊江海子流域土壤有機質(zhì)含量和全氮含量總體偏低，屬于土壤養(yǎng)分分級中的5級和6級；變異系數(shù)均在0.5～0.6之間，屬于中等變異；有機質(zhì)含量、全氮含量在南北方向及有機質(zhì)含量的東西方向上均為二階趨勢，全氮含量在東西方向上為一階趨勢；在整個流域的西北地區(qū)，有機質(zhì)含量和全氮含量相對較高，在中部地區(qū)，存在斑塊狀含量較大區(qū)。土壤垂直方向的空間分布變化規(guī)律為：隨著土壤深度加大，有機質(zhì)含量及全氮含量總體呈現(xiàn)降低趨勢。pH值與有機質(zhì)含量、全氮含量呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)；草本植物區(qū)的有機質(zhì)含量和全氮含量明顯高于其余土壤覆蓋類型區(qū)。有機質(zhì)含量變化與pH值變化規(guī)律一致性較高，而全氮變化受土壤覆蓋類型的影響較大。

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