新疆艾比湖湿地土壤有机质与速效养分时空变异及其相关性

王艳萍　胡文革　韩晶　张晓红　武菲　王翠华

摘要：于不同时间采集了艾比湖湿地自然保护区博尔塔拉河、精河流域内3个典型样地的4个不同土层土壤，定量测定了其有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，分析土壤各养分指标的时空变异特征及有机质含量与速效养分的相关性。结果表明，艾比湖湿地有机质含量总体较低，为023%～427%；碱解氮平均含量为3208 mg/kg，处于较低水平，与土层深度呈显著负相关；速效磷平均含量为2421 mg/kg，处于中等水平，与采样时间呈极显著正相关；速效钾整体水平较高，平均含量达24607 mg/kg，与土层深度呈极显著负相关。有机质含量与碱解氮含量和速效钾含量呈极显著正相关；与速效磷含量相关不显著。土壤有机质含量影响艾比湖湿地土壤速效养分的含量。

关键词：艾比湖湿地；土壤有机质；土壤速效养分；时空变异

中图分类号： S1583文献标志码： A

文章编号：1002-1302（201412-0360-04[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-02-27

基金项目：国家自然科学基金（编号：31160026；石河子大学高层次人才科研启动资金（编号：RCX201010。

作者简介：王艳萍（1987—，女，硕士研究生，从事微生物生态学研究。E-mail：18209053165@163com。

通信作者：胡文革，博士，副教授，从事微生物分子生态学研究。E-mail：hwg-t@163com。

土壤质量是自然因素和人为因素对土地影响程度的体现，深入了解土壤质量的时空变异状况对土地质量的改善与可持续利用具有重要意义。土壤养分含量对评价土壤肥力水平高低具有很好的表征作用[1]，而土壤有机质和速效养分是衡量土壤健康状况的重要指标，也是反映土壤质量好坏的最主要且最直观的因子。土壤质量的时空变异是指在一定的景观内，不同时间不同地点不同土层的土壤特征存在明显的差异性和多样性。因此，研究土壤有机质和速效养分含量的时空变异特征可直观地反应土壤质量的时空变异特征。

新疆艾比湖湿地是中国内陆干旱区湖泊的典型代表，属湖泊湿地、沼泽湿地及河流湿地的组合，兼具这几种湿地类型的特性；而博尔塔拉河、精河作为其重要的补给水源，其变化直接牵动着艾比湖的动态变化，进而影响到艾比湖流域乃至整个北疆地区的人居环境，再加上常年受来自阿拉山口大风的影响，沙尘天气已越来越常见[5]。因此，加强对艾比湖流域土壤质量的监测，对其养分状况的时空变异特质进行分析，对湿地恢复及防沙抗沙过程中的土壤响应具有非常重要的现实意义和借鉴作用[6]。

目前，艾比湖湿地自然保护区存在的主要问题是土地质量下降，荒漠化严重，同时随着经济建设步伐的加快及人口的大量增长造成建设用地增加；此外，土地开发缺乏流域整体统一规划[7]。本研究对艾比湖湿地自然保护区土壤的有机质及速效养分含量进行定量测定，分析其时空变异特征和有机质与速效养分的相关性，以期了解保护区土壤的养分状况，为湿地恢复工作的有效性评价及湿地的可持续利用提供依据。

1材料与方法

11研究区概况

艾比湖湿地位于新疆维吾尔自治区博乐市东北部，距博乐市40 km，地跨精河县、博乐市和阿拉山口口岸区，地处东经82°36′～83°50′，北纬44°37′～45°15′，为加强其自然环境与自然资源的保护管理，2000年6月新疆维吾尔自治区人民政府将其2 67085 km2划定建立了保护区，2007年4月晋升为国家级自然保护区。艾比湖湿地是我国西部的国门湖泊，是准噶尔盆地西南缘最低洼地和水源汇集中心，属典型的温带大陆性干旱气候，光照充足，冬夏冷热悬殊，干燥少雨，多大风。近年来，研究区农田耕作的机械化程度逐步提高，土地利用更加集约化，使得土壤质量受到影响[8-9]。

12样品采集

本研究采用多点采样的方法，分别于2012年4月、2012年7月和2012年10月在艾比湖湿地国家级自然保护区选取了鸟岛保护站湖滨区（SP1、博河入湖口观鸟台草甸区（SP2、精河盐场漫滩区（SP33个典型样地取土样，每个样地在水平方向上以300 m为间隔取3个采样点，每个采样点内随机刨3个坑，去除表层的植被，分层采集0～50 cm、51～150 cm、151～250 cm和251～350 cm 4个不同土层的土壤样品，将同一样地、同一采样点、同一土层的土壤混合均匀后进行分装，共108份。采样点基本情况见表1。

13研究方法

取回的土样，经风干、去杂、过100目筛后用于测定土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量。有机质含量测定用重铬酸钾容量法-外加热法；碱解氮含量用碱解扩散法；速效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾含量测定用乙酸铵浸提-火焰光度法。[FL）]

[F（W6][HT6H][J]表1艾比湖湿地自然保护区采样点基本情况[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W4，W13，W26，W5，W12W]样地地点经纬度海拔（m主要植被类型

[BHDG12，W4，W13Q，W26Q，W5，W12QW]SP1精河鸟岛保护站湖滨区82°48′516″～82°49′300″E，44°50′135″～44°50′115″N192柽柳灌丛、盐节木群落

[BHDW]SP2博河入湖口观鸟台草甸区82°41′332″～82°41′111″E，44°51′423″～44°51′496″N194芦苇草甸群落

SP3精河盐场漫滩区82°55′502″～82°56′158″E，44°47′262″～ 44°47′170″N189盐角草荒漠[HJ][BG）F][F）]

[FL（22]

14数据统计与分析

[JP3]用Excel 和SPSS 170统计软件对试验数据进行统计分析。

2结果与分析

21土壤有机质含量的时空分布特征

新疆艾比湖湿地土壤有机质含量的分布情况如表2所示，有机质含量平均变异范围为023%～427%，其中样地SP1为023%～080%，样地SP2为075%～427%，样地SP3为053%～078%。表明艾比湖湿地土壤有机质含量在整体范围内分布不均匀，且变异较大。3个样地土壤有机质含量平均大小为：SP2（240%>SP3（062%>SP1（049%。在垂直梯度上，随着采样土层深度的增加，有机质含量逐渐减小。0～50 cm的表土层，土壤有机质含量最高，平均为172%；51～150 cm和151～250 cm中间土层土壤有机质含量分别为124%和093%；251～350 cm深土层，土壤有机质含量只有078%。在采样时间尺度上，土壤有机质含量4月份最大，均值为140%，7月份减小为105%，10月份时又有一定的回升，为106%。众所周知，土壤有机质是土壤非常重要且极其稳定的一个性质，它的积累是一个非常漫长的过程。然而，表2却显示了与此相悖的结果，相同样地、相同土层、不同采样时间的有机质含量存在一定的差异。这可能是由GPS全球定位系统在精度上存在大约5 m的偏差所引起[10]。

根据全国第二次土壤普查土壤分级标准[5]，本试验将新疆艾比湖湿地土壤有机质含量分为6个等级（表3。由表3可见，艾比湖湿地土壤有机质含量较低，甚至匮乏。

方差分析结果表明，有机质含量的分布在样地、土层深度及采样时间3个尺度上差异不显著。

22土壤碱解氮含量的时空分布特征

从图1可以看出，艾比湖湿地土壤碱解氮含量的变异范围为350～12600 mg/kg，平均含量为3208 mg/kg，3个样地中，SP2的碱解氮含量最高，变异范围为1633～12600 mg/kg，平均为7253 mg/kg；SP1次之，其变异范围为350～2333 mg/kg，平均为1264 mg/kg；SP3最低，变异范围为583～2100 mg/kg，平均含量为1108 mg/kg。依据全国第二次全国土壤普查标准[5]，艾比湖湿地土壤碱解氮含量较低。在垂直梯度上，艾比湖湿地土壤碱解氮含量在0～350 cm 土壤各层中其平均含量呈下降趋势。在0～50 cm的表土层，碱解氮平均含量可达到4822 mg/kg，在51～150 cm的中间土层，为3682 mg/kg，在151～350 cm的深土层，仅为2165 mg/kg。在采样时间尺度上，碱解氮平均含量随着采样时间的推移，呈现出先减小后增大的趋势。4月份时，碱解氮平均含量为3568 mg/kg；7月份时，仅为2732 mg/kg；10月份时，有了一定的回升，为3325 mg/kg。总体来讲，艾比湖湿地土壤碱解氮含量水平较低。

[F（W36][HT6H][J]表2艾比湖湿地土壤有机质含量时空分布情况[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W2，W4，W6，W17W]样地时间土层深度（cm[B（][BHDWG12，W17W]有机质（%

方差分析结果表明，碱解氮含量在土层深度尺度上差异显著，而在样地和采样时间尺度上差异不显著。

23土壤速效磷含量的时空分布特征

按照反映离散程度的变异系数的大小可进行土壤质量的变异性分级。通常认为变异系数≤10%时为弱变异，介于10%～100%为中等变异，而≥100%为强变异[8]。由图2可知，新疆艾比湖湿地土壤速效磷含量处于中等水平，速效磷含量的变异范围为1886～3023 mg/kg，平均含量为[JP2] 2421 mg/kg，变异系数为1157%，属于中等变异。但是，对于[FL]

[F（W15][HT6H][J]表3艾比湖湿地土壤有机质含量等级分布情况[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG42，W72。2，W45W]时间土层深度（cm[B（][BHDWG12，W45W]有机质含量等级分布比例（%

1级（>4%2级（3%～4%3级（2%～3%4级（1%～2%5级（06%～1%6级（<06%[BW]

[BHDG12，W72。2，W72。6DWW]4月份0～50222200296314823333

[BHDW]51～150111101111029634815

151～250111100185218525185

251～3500741370222240742593

7月份0～5014811111741111122223333

51～15001111741148125934074

151～250001111033335556

251～350000037046296

10月份0～50111111110111129633704

51～150011111111037044074

151～250002222044443333

251～350001111111122225556[HJ][BG）F][F）]

[F（W11][TPWYP1tif][F]

[F（W11][TPWYP2tif][F]

[FL（22][JP2]不同的样地其变异情况又各不相同。其中，SP2速效磷含量最高，变异范围为1930～3023 mg/kg，平均为2473 mg/kg，变异系数为1444%，为中等变异；SP1速效磷含量次之，变异范围为2079～2774 mg/kg，平均含量为2450 mg/kg，变异系数为898%，为弱变异；SP3速效磷含量最低，变异范围为1886～2697 mg/kg，平均为2340 mg/kg，变异系数为1058%，为中等变异。表明，新疆艾比湖湿地自然保护区土壤速效磷在样地间含量变化不大。在垂直梯度上，艾比湖湿地3个样地在4个土层中速效磷含量的变化不大，且没有表现出特定的规律。在时间尺度上，随着采样时间的推移，速效磷含量逐渐增加。4月份速效磷平均含量为[JP2]2207 mg/kg；7月份速效磷平均含量增加至2352 mg/kg；10月份速效磷平均含量可达2704 mg/kg。

方差分析结果表明，速效磷含量在采样时间尺度上差异显著，随采样时间的推移，速效磷含量增加。而速效磷含量在样地和土层深度尺度上差异不显著。

24土壤速效钾含量的时空分布特征

由图3可以看出，新疆艾比湖湿地土壤速效钾含量整体水平较高，速效钾含量变异范围为11819～44875 mg/kg，平均值达24607 mg/kg。其中，SP3速效钾含量最高，变异范围为18243～38719 mg/kg，平均为25927 mg/kg；SP2速效钾含量次之，变异范围为12220～44875 mg/kg，平均为 24522 mg/kg；SP1速效钾含量最低，变异范围为11819～43403 mg/kg，平均为23373 mg/kg。不同样地在垂直梯度上，土壤速效钾含量存在一定的差异。对于SP1和SP2，随着采样土层深度的增加，土壤速效钾含量先减小后基本保持不变；对于SP3，采样土层深度对其速效钾含量影响不大。在采样时间尺度上，速效钾含量在不同样地、不同土层深度的土样[FL]

[F（W11][TPWYP3tif][F]

[FL（22]中分布较复杂，没有表现出特定的规律。

方差分析结果表明，速效钾含量在土层深度尺度上差异显著，速效钾含量与土层深度呈极显著负相关；而速效钾含量在样地和采样时间尺度上差异不显著。

25土壤养分含量在时空尺度上的相关性

表4为艾比湖湿地土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾4个养分指标与样地、采样深度、采样时间3个尺度的相关性分析表，从表中可以看出，碱解氮含量与采样深度呈显著负相关关系；速效磷含量与采样时间呈极显著正相关关系；速效钾含量与采样深度呈极显著负相关关系。

26土壤有机质与速效养分的相关性

对新疆艾比湖湿地不同样地、不同采样时间、不同土层深

[F（W6][HT6H][J]表4艾比湖湿地土壤养分含量在各个尺度上的相关性[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W5，W6。4W]时空尺度有机质碱解氮速效磷速效钾

[BHDG12，W5，W6。4DWW]样地0049-0019-01640116

[BHDW]土层深度-0322-03340207-0555[G-3]

采样时间-012600290736[G-3]0143[HJ][BGF]

注：、[G-3]分别表示相关性达005和001显著水平。[F）]

度的土壤有机质与速效养分的相关性进行分析，结果如图4所示。从图4可看出，艾比湖湿地土壤有机质与碱解氮含量的相关系数为0981，呈极显著正相关关系；与速效磷含量相关不显著；与速效钾含量呈极显著正相关关系，相关系数为0452。表明土壤有机质含量影响着艾比湖湿地自然保护区土壤速效养分的含量。[FL]

[F（W11][TPWYP4tif][F]

[FL（22]3讨论

土壤有机质含量和速效养分含量受多种因素的影响，处于不断的变化当中[11]。在湿地特殊的水文条件和植被条件下，湿地土壤有着自身独特的形成和发育过程，表现出不同于一般陆地土壤的特殊的理化性质和生态功能，这些性质和功能对于湿地生态系统平衡的维持和演替具有重要作用[12-13]。因此，加强对湿地土壤养分状况的研究对进一步了解和掌握湿地生态系统有着重要意义。

[JP2]研究结果表明，艾比湖湿地有机质含量总体偏低；碱解氮含量处于较低水平，且其含量与土层深度呈显著负相关；速效磷含量保持在中等水平，其含量与采样时间呈极显著正相关；速效钾含量整体水平较高，其含量与土层深度呈极显著负相关。总体来讲，艾比湖湿地土壤养分含量较低，土壤肥力不高。

研究结果还显示，艾比湖湿地土壤质量呈现出博河入湖口观鸟台草甸区（SP2>鸟岛保护站湖滨区（SP1> 精河盐场漫滩区（SP3，即博尔塔拉河区域>精河区域。土壤是地球环境中一个非常重要的组成部分，是植被赖以生存的物质基础，土壤的各种基本性状都能通过直接或间接途径影响植物生长[14]。因此，艾比湖湿地土壤质量与植被分布有着一定的关系。博河植被分布广，且植被类型较丰富，而精河植被较为单一，且盖度不足，这也从侧面印证了博尔塔拉河流域土壤养分状况优于精河流域的土壤。

相关分析结果表明，有机质含量与碱解氮含量存在极显著的相关性，相关系数为0981；与速效磷含量相关不显著；与速效钾含量极显著正相关。表明，艾比湖湿地土壤中有机质的转化与氮素、钾素循环关系密切，且相互影响，但与磷素转化相关性较差[5]。

[HS2][HT85H]参考文献：[HT8SS]

[1][（#]庞夙，李廷轩，王永东，等 土壤速效氮、磷、钾含量空间变异特征及其影响因子[J] 植物营养与肥料学报，2009，15（1：114-120