荒漠绿洲区不同土地利用方式下土壤养分差异分析

王雪梅，柴仲平，杨雪峰

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐830054；2.新疆维吾尔自治区重点实验室，新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆乌鲁木齐830054；3.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052）

荒漠绿洲区不同土地利用方式下土壤养分差异分析

王雪梅1，2，柴仲平3，杨雪峰1

（1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐830054；2.新疆维吾尔自治区重点实验室，新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆乌鲁木齐830054；3.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052）

以塔里木盆地北缘荒漠绿洲区（渭干河—库车河三角洲绿洲）为研究对象，对耕地、林地、荒漠灌丛和盐碱草地利用方式下的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾进行了测定及统计分析。结果表明：土壤各养分元素的空间变异性由强到弱的顺序依次为有效磷＞碱解氮＞速效钾＞全氮＞有机质；不同土层深度有机质、全氮、有效磷和速效钾含量在不同土地利用方式之间表现出显著的差异（P＜0.05），土壤碱解氮含量无显著差异（P＞0.05）；不同土地利用方式有机质与全氮、碱解氮之间的相关性较强，有效磷与速效钾之间的相关性相对较弱。

土壤养分；土地利用方式；渭干河－库车河三角洲绿洲

土地利用与土地覆盖变化（LUCC）是全球环境变化的重要组成部分，是基于自然环境条件下人类活动的集中反映，其变化过程可引起生态系统结构和过程的变化，并引起土壤管理措施的改变，从而对土壤质量产生重要影响［1－3］。因此，土地利用／土地覆盖变化效应研究及作用机制逐渐成为土地利用变化研究的核心内容之一［4］。土地利用／土地覆盖变化主要通过影响土壤养分与土壤水分进而改变土壤性质和土地生产力［5－6］。

大量研究证明，土壤养分的含量、形态、分布和迁移转化不仅与土壤质地、气候、成土母质以及成土过程有关，同时还受土地利用方式、耕作制度等人为因素影响［7－9］。马志敏等对黑河中游荒漠绿洲区不同土地利用方式下的土壤肥力状况进行调查研究，结果表明，人类长期的耕作活动以及耕地扩张是导致地力退化和盐碱化风险的主要原因［10］。尹梅等［11］的研究结果表明，云南省曲靖市典型坡耕地的土壤养分空间变异性与土地利用方式之间具有明显的相关性。谢瑾、李生等［12－14］的研究也认为选择合理的土地利用方式是抑制土壤退化，提高土壤质量的有效措施。综上分析认为，合理的土地利用方式能改善土壤肥力水平，改良土壤结构，提高土壤抗蚀能力，增加土壤含水率和生物多样性，进而改善生态环境。反之，不合理的土地利用方式不但会造成土壤结构破坏，因子失衡，地力生产下降，对土壤环境质量造成危害，而且会间接影响农产品的质量安全［15－16］。

位于新疆塔里木盆地北缘荒漠绿洲区的渭干河—库车河三角洲绿洲，是我国人地矛盾尖锐的地区之一，也是我国西北地区重要的商品粮棉基地。由于受人口增长和社会经济发展等因素的影响，人类活动对生态环境的干扰强度日益增大，加之长期超载过牧，滥垦土地，该绿洲土地利用／覆盖发生了剧烈的变化，出现了诸如草地退化、土壤盐渍化、沙漠化、贫瘠化、湿地退化等局部生态环境恶化问题［17］。因此，在全球土地利用／覆盖变化剧烈的背景下，研究渭干河－库车河三角洲绿洲土地利用变化下的土壤养分效应，对了解该区域土地生态系统环境安全尤为重要，可为区域土地资源的合理利用和生态环境的恢复与重建提供科学依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

渭干河—库车河三角洲绿洲位于天山山脉南麓，塔克拉玛干沙漠北缘，塔里木河冲积平原西部，介于80°37′～83°59′E，41°06′～42°40′N之间。辖区包括库车、沙雅和新和三县，东接轮台县，西邻阿克苏、温宿两县，南隔塔克拉玛干大沙漠与和田地区遥望，北以天山主脉与和静县分界，西北与拜城县接壤。南北长约322 km，东西宽约194 km，地势北高南低，从西北向东南倾斜。土地总面积为523.760× 104hm2。其中绿洲面积仅有56.096×104hm2，占总面积的10.7%，是渭干河和库车河水系，携带天山南麓的冲、洪积物，逐渐沉积形成的典型而完整的扇形洪、冲积倾斜平原绿洲。该绿洲属大陆性温带干旱气候，主要表现为热量丰富、气候干燥、光照充足、蒸发强烈、降水分布不均、夏季干热、冬季干冷、风多沙大等特点。年均降水量为50.0～66.5 mm，年均蒸发潜力为2 000.7～2 863.4 mm，年均温在10.5℃左右，≥10℃的年积温为4 515.6℃。在土地利用方面，该三角洲绿洲为典型的绿洲农业区，以农业、经济林及小规模渔业为主。植被分布以玉米（Zeɑ mɑys L.）和棉花（Gossypium hirssittum L.）等农作物，以及苹果（Mɑlus pumilɑMill.）、红枣（Zizyphus jujubɑ Mill.）、核桃（Juglɑns regiɑL.）等经济作物为主，另分布有旱生芦苇（Phrɑgmitesɑustrɑlis）、猪毛菜（SɑlsolɑcollinɑPall.）、骆驼刺（Alhɑgi spɑrsifoliɑShap.）、花花柴（Kɑreliniɑcɑspicɑ）、柽柳（Tɑmɑrix rɑmosissimɑ）和胡杨（Populus euphrɑticɑ）等荒漠植被。

1.2 调查取样

2013年10月中、下旬在渭干河—库车河三角洲绿洲通过GPS定位，并采样。在采样过程中，依据质量保证规范，根据田块的土地利用方式和面积，确定样地的布局和78个采样点，如图1所示。采样点的分布涵盖了研究区主要的土地利用方式（耕地、林地、荒漠灌丛和盐碱草地）。依据样点选择的典型性和代表性，对每种土地利用方式设置多个采样点，每个样点设3个重复，采取0～20 cm和20～40 cm土层取样，共取得土壤样品468份。同时，对各样点的坡度、坡向、土层厚度、土地利用方式、植被类型、耕作制度及人为干扰情况等信息进行详细调查，并填写土壤调查表［18］。经调查统计，本研究中各样点情况如表1所示。

1.3 室内处理与统计分析

将采集的土样在实验室经风干，剔出植物残茬、石粒等侵入体后，适当磨细，分别过孔径为0.5 mm筛（用于测定有机质和全氮）和1 mm筛（用于测定碱解氮、有效磷和速效钾）备用。参照《土壤理化性质分析》［19］，采用经典分析方法对各土壤养分指标进行测定。为了促进可溶性成分的溶解和扩散，促进有效成分的浸出，有机质采用外加热重铬酸钾氧化容量法测定，全氮采用凯氏定氮法，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提—火焰光度计法进行测定［19］。

图1 采样点分布图Fig.1 The distribution of sampling points

表1 样点调查Table 1 A brief description of sampling sites

在数据处理方面，运用SPSS20.0统计分析软件，对研究区不同土地利用方式下的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾进行描述性统计分析，并使用单因素方差分析方法（one－way ANOVA）中LSD检验法，确定研究区土壤各养分元素在不同土地利用方式间的差异。同时，利用pearson相关分析方法对各土壤养分指标进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 研究区土壤养分总体特征

研究区不同利用方式下0～40 cm土层深度的各土壤养分含量见表2。荒漠灌丛的土壤有机质、全氮和碱解氮的含量高于耕地、林地和盐碱草地，而有效磷在耕地利用方式下的平均水平要高于荒漠灌丛、林地和盐碱草地；速效钾的平均含量在林地利用方式下最高，在荒漠灌丛下最低。

从各土壤养分指标在不同土地利用方式下的变幅、标准差和变异系数来看，空间变异性由强到弱依次为有效磷＞碱解氮＞速效钾＞全氮＞有机质。研究区除了有效磷在耕地利用方式下具有强空间变异性以外（变异系数为120.99%），其余各土壤养分指标均为中等空间变异性，其中有机质的空间变异性相对最弱（变异系数在各土地利用方式下均小于40%），有效磷的空间变异性相对最强（变异系数在各土地利用方式下均大于80%）。

2.2 不同土地利用方式对土壤养分含量的影响

2.2.1 土壤有机质研究区0～20 cm土层土壤有机质的含量明显高于20～40 cm（图2）。在0～20 cm土层深度，土壤有机质在林地利用下具有最高值，而盐碱草地的有机质则相对最低，除耕地和荒漠灌丛间的土壤有机质的平均水平无显著差异外，其它土地利用方式之间的土壤有机质的均值均有显著差异（P＜0.05）。

在20～40 cm土层深度，林地的土壤有机质与其它土地利用方式之间有显著差异（P＜0.05），而耕地、荒漠灌丛和盐碱草地的土壤有机质之间无显著差异（P＞0.05），且土壤有机质的均值差异在0～20 cm土层差异显著大于20～40 cm土层。

2.2.2 土壤全氮研究区0～20 cm和20～40 cm土层的土壤全氮（见图3）在0～20 cm土层平均含量在耕地和荒漠灌丛之间无显著差异（P＞0.05），而与其它土地利用方式差异显著（P＜0.05）。0～20 cm土层，林地和耕地的土壤全氮平均含量相对较高，荒漠灌丛和盐碱草地的含量相对较低。其中，林地的土壤全氮含量最高，盐碱草地则最低。

表2 不同土地利用方式下土壤养分统计特征值Table 2 The statistics characteristics valueof soil nutrients

图2 不同土地利用方式下土壤有机质的均值比较Fig.2 Comparison of soil organicmatter under different land use types

20～40 cm土层全氮的平均含量在耕地、荒漠灌丛和盐碱草地之间无显著差异（P＞0.05），而与林地则差异显著（P＜0.05）。林地的土壤全氮含量较高，耕地、荒漠灌丛和盐碱草地的全氮含量则相对较低。

图3 不同土地利用方式下土壤全氮的均值比较Fig.3 Comparison of soil total nitrogen under different land use types

2.2.3 土壤碱解氮通过对研究区不同土地利用方式下的土壤碱解氮（图4）进行分析发现，0～20 cm和20～40 cm土层中土壤碱解氮的平均含量均表现为无显著差异（P＞0.05）。同时，进一步分析发现土壤碱解氮在0～20 cm土层的平均含量高于20～40 cm土层。

图4 不同土地利用方式下土壤碱解氮的均值比较Fig.4 Comparison of soil available nitrogen under different land use types

2.2.4 土壤有效磷分析由图5分析可知，研究区0～20 cm土层土壤有效磷的平均含量在耕地和林地之间无显著差异，而与荒漠灌丛和盐碱草地有显著差异（P＜0.05）；同时发现，在0～20 cm土层，土壤有效磷含量在荒漠灌丛和盐碱草地之间也无显著差异（P＞0.05）。在20～40 cm土层深度下，土壤有效磷的平均含量在不同土地利用方式之间均无显著差异（P＞0.05）。研究区0～20 cm土层土壤碱解氮的平均含量明显高于20～40 cm土层。

图5 不同土地利用方式下土壤有效磷的均值比较Fig.5 Comparison of soil available phosphorus under different land use types

2.2.5 土壤速效钾由图6分析可知，研究区0～20 cm土层深度上，土壤速效钾的平均含量在不同土地利用之间均无显著差异（P＞0.05）；在20～40 cm土层深度，土壤速效钾的平均含量在耕地和林地之间无显著差异（P＞0.05），而耕地和林地与荒漠灌丛则有显著差异（P＜0.05）。土壤速效钾在0～20 cm土层的平均含量显著高于20～40 cm土层。

2.3 不同土地利用方式下土壤养分间的相关分析

为了进一步分析不同土地利用方式下土壤养分之间的关联性，对研究区土壤养分指标进行相关分析，结果显示（见表3）。

在不同土地利用方式下，土壤有机质与全氮均呈显著或极显著相关关系。主要表现为，在耕地和林地利用方式下呈极显著相关关系（P＜0.01），而在荒漠灌丛和盐碱草地利用方式下，二者呈显著相关关系（P＜0.05）；有机质与碱解氮在耕地利用方式下呈显著相关关系（P＜0.05），而在林地方式下，二者则表现为极显著的相关关系（P＜0.01）；全氮与碱解氮在耕地和林地利用方式下具有极显著的相关关系（P＜0.01）；荒漠灌丛下的土壤全氮与速效钾，也具有显著的相关性（P＜0.05）；耕地中的碱解氮与有效磷也表现出显著的相关性（P＜0.05）。通过分析发现，在不同土地利用方式下，土壤各养分指标中有机质与全氮、碱解氮之间的相关性较强，有效磷与速效钾之间的相关性相对较弱。

图6 不同土地利用方式下土壤速效钾的均值比较Fig.6 Comparison of soil available potassium under different land use types

3 讨论与结论

不同土地利用方式对土壤性质的影响具有显著的区域差异性，不合理的土地利用对生态环境脆弱区域的影响更加明显［20］。土地利用方式和程度的变化，不仅可以引起陆地生态系统以及生物地球化学循环过程的变化，而且对土壤性质以及土地生产力的改变会产生深远影响，同时也是影响陆地生态系统土壤养分有效性的主要因素［21］。通过对西北干旱荒漠绿洲区——渭干河－库车河三角洲绿洲不同土地利用方式下的土壤养分元素特征进行分析，可得出以下结论：

1）在不同土地利用方式下，研究区土壤各养分元素的空间变异性有所不同，由强到弱的顺序依次为有效磷＞碱解氮＞速效钾＞全氮＞有机质。除有效磷在耕地利用方式下具有强空间变异性以外，其余各土壤养分元素均为中等空间变异性。

2）在0～20 cm和20～40 cm土层，土壤有机质和土壤全氮的平均含量在不同土地利用方式下均表现出显著差异（P＜0.05）；土壤碱解氮在不同土层深度的土地利用方式之间，均表现为无显著差异（P＞0.05）；0～20 cm土层土壤有效磷在不同土地利用方式之间具有显著差异（P＜0.05），而速效钾含量的均值在20～40 cm土层表现为显著差异（P＜0.05）。

3）在不同土地利用方式下，土壤各养分指标中有机质与全氮、碱解氮之间的相关性较强（P＜0.05），有效磷与速效钾之间的相关性相对较弱（P＞0.05）。

表3 土壤养分间的相关系数Table 3 The correlation coefficentof soil nutrients

本研究所得结论与张淑娟等［22］在云南东川阿旺小河流域中所做研究结果一致，并进一步证实土地利用方式不同对土壤养分含量有显著影响。不合理的土地利用方式，可造成土壤理化性质变化（如土壤侵蚀、土壤板结等）和土壤养分的迁移，从而使土壤质量发生变化并导致土地退化［23］。因此，因地制宜制定合理的土地利用结构，可提高该区域土地生产力。

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Analysis on soil nutrients difference under different land use patterns in desert oasis region

WANG Xue-mei1，2，CHAIZhong-ping3，YANG Xue-feng1
（1.College of Geogrɑphy Scienceɑnd Tourism，Xinjiɑng Normɑl University，Urumqi，Xinjiɑng 830054，Chinɑ；2.Xinjiɑng Uygur Autonomous Region key lɑborɑtory，Xinjiɑng Lɑborɑtory of Lɑke Environmentɑnd Resources in Arid Zone，Urumqi，Xinjiɑng 830054，Chinɑ；3.College of Prɑtɑculturɑlɑnd Environmentɑl Science，Xinjiɑng Agriculture University，Urumqi，Xinjiɑng 830052，Chinɑ）

In northern tarim basin desert oasis region（Weigan－kuqa river delta oasis）as the research object，through the field sample collection and indoor analysis，soil nutrient elements of different land use patterns（organicmatter，total nitrogen，alkali solution nitrogen，available phosphorus and available potassium）were analyzed，the results show that：（1）the spatial variation of the soil nutrientelements from strong toweak order of sequence is available phosphorus＞alkali solution nitrogen＞available potassium＞total nitrogen＞organic matter.（2）under the different soil depth，the contents of soil organicmatter，total nitrogen，available phosphorus and available potassium showedmore significant difference between the different land use patterns（P＜0.05），while soil alkali solution nitrogen was no significant difference between the different land use patterns（P＞0.05）.（3）Under the different patterns of land use，the relationships of correlation were strong between the soil nutrient index of organic matter，total nitrogen and alkali solution nitrogen.The relationship of correlation between the available phosphorus and available potassium was relatively weak.

soil nutrients；land use patterns；theWeigan－Kuqa river delta oasis

S158.1；F301.24

：A

1000-7601（2017）01-0091-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.14

2016-01-27

国家自然科学基金“新疆渭干河流域土地利用／土地覆盖生态风险及预警研究”（41261051）；国家自然科学基金“塔里木盆地北缘绿洲－荒漠过渡带植被对土壤盐渍化的响应研究”（41561051）

王雪梅（1976—），女，江苏铜山人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为干旱区资源环境遥感技术应用。E-mail：502529672＠qq.com。