艾比湖湿地典型植物群落下土壤容重及影响因素分析

闫晶洁　李艳红　王鑫

摘 要 为探究艾比湖湿地典型植物群落下土壤容重特征，基于2017年5月、8月典型植物群落下土层土壤容重数据，以艾比湖湿地为研究区，划分4个区域，运用地统计学、传统统计学相结合的方法对西北部的芦苇+柽柳群落、胡杨+柽柳群落，东北部的梭梭+芦苇群落、梭梭+罗布麻群落，东南部的柽柳+芦苇群落，西南部的胡杨+盐爪爪+芦苇群落6种典型植物群落下土壤容重特征进行分析。结果表明：1）5月、8月大部分植物属于中等程度变异，芦苇+柽柳群落下土壤容重最小，土壤理化性质最好。2）随着季节的变化，在垂直方向上，土壤容重的变化具有差异性。3）从空间结构分析，典型植被群落下土壤容重在一定的区域范围内具有空间结构性。通过克里格插值分析，研究区内表层土壤容重呈现西低东高，逐渐增大的趋势。4）通过土壤容重与相关环境的相关性分析，不同植物群落土壤容重均与土壤粒径、盐分、养分、含水率有不同程度的相关性。

关键词 典型植物群落;土壤容重;艾比湖湿地

中图分类号：S151.9 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.24.088

艾比湖湿地是盐水类湖泊湿地的典型代表，在调节气候、水文过程、土壤理化性质和维持生态平衡等方面具有重要作用。土壤容重是评价土壤的重要物理性质，对土壤的入渗性、持水性、透气性、溶质迁移以及土壤抗侵蚀风化能力等特征都有重要影响，是评价土壤环境优劣的重要依据[1]。国外学者Assouline[2]研究表明，土壤紧实过程中土壤容重的增加可能会影响土壤-水-植物-大气系统的许多方面;Chaudhari等[3]研究表明，土壤质地、有机质含量、养分浓度是影响土壤容重的最有效因素;李卓等[4]研究表明，通过人为改变土壤颗粒组分的组成，土壤质地（砂壤土、中壤土、粘壤土）不同，土壤容重也不同，实验土壤的渗透能力随着土壤容重的增加而减小;刘小梅等[5]研究土壤容重对红壤坡地降雨侵蚀和入渗的影响表明，地表产流、壤中流是红壤的主要产流形式。姚荣江等[6-9]分析黄河三角洲地区土壤容重空间变异性表明，土层变化有一定的紧实趋势，土壤容重属于弱变异强度。

本次研究主要是利用2017年5月和8月土壤容重数据，结合土壤的盐分、含水率、养分和相对湿度等数据，探讨容重、盐分和养分之间的关系，分析影响空间变化的因素以及时间上的变化规律[10]，进而分析艾比湖湿地典型植物群落下的土壤容重特征[11]，为植被修复以及盐尘沙尘防治提供一定依据，为生态环境的可持续发展作出贡献。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

艾比湖是新疆境内的第一大盐水湖，位于新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州境内准噶尔盆地的西南缘，艾比湖湿地为湖泊湿地、河流湿地与沼泽湿地的组合，属温带大陆性干旱气候，是一个具有典型干旱区山地、荒漠和绿洲生态环境特点的区域[12-13]。该地区为北疆沙尘暴的主要沙源地，也是我国四大浮尘源区之一，其典型的土壤为灰棕土、风沙土和灰漠土，砂粒组成以粉砂、极细砂为主[14]。研究区内除梭梭群落下是以细沙为主外，其他植物群落均以粉砂为主。本次研究以艾比湖湖心为质点中心，将艾比湖湿地划分为西北部、东北部、东南部、西南部4个区域，西北部位于石头房子和科克巴斯陶管护站附近，是阿拉山口的主风道，主要植被为芦苇和柽柳;东北部位于桑德库木和盐池桥管护站周围，土壤沙漠化严重，主要的植被为梭梭;东南部位于鸭子湾管护站周围，主要的植物为柽柳、芦苇;西南部位于位于博尔塔拉河和精河的入湖口，主要植物为芦苇、盐爪爪、胡杨[15-16]。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集

如图1所示，2017年5月、8月，沿艾比湖由北至南设置采样点，根据流域植物群落的不同，分别在石头房子、科克巴斯陶、桑德库木、盐池桥、鸭子湾、北地各设置一个100 m×100 m的大样方，用五点取样法分别在每个大样方里设置5个10 m×10 m的小样方，进行土样采集。本研究选取典型植物群落为艾比湖西北部的芦苇+柽柳群落（LC）、胡杨+柽柳群落（HC），东北部的梭梭+芦苇群落（SL）、梭梭+罗布麻群落（SM），东南部的柽柳+芦苇群落（CL），西南部的胡杨+盐爪爪+芦苇群落（HYL）。每个小样方内，取一个剖面，分5层取样（0～5 cm、5～10 cm，10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm），采好后放入密封袋中，同时记录含水量、湿容重、土壤温湿度、样地基本情况等。样品在实验室风干、碾碎、过筛，标记后放在阴凉干燥处储存备用。

1.2.2 实验方法与数据分析

土壤容重的测量采用环刀法，计算公式：

dv=（w-w_环）/v

其中dv为土壤容重，w为烘干后环刀重+干土重，w环为环刀重，v为环刀体积。

土壤有机质主要采用重铬酸钾容量测定法;土壤全氮主要采用凯氏定氮法测定;土壤全盐测定主要采用质量法测得[17-20]。应用传统统计学、地统计学与半方差函数模型相结合的方法，对比分析5月和8月典型植物群落土壤容重的特征。所有的数据均进行正态检验，并在Excel、SPSS 17.0、ArcGIS 10.2和GS+9.0等软件上进行数据分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 典型植物群落下土壤容重时间分布特征

由表1可知，5月西北（HC）群落、东北（SM）群落属于弱变异性，其他4种典型植物群落具有中等强度的变异性，其中东南部的CL群落的变异程度最大。土壤容重平均从高到低依次为：东北（SL）>东北（SM）>西北（HC）>东南（CL）>西南（HLY）>西北（LC）。

由表2可知，8月东南（CL）群落土壤容重变异性属于弱变异，其他5种典型植物群落属于中等程度变异，其中西南（HLY）群落的变异程度最大。8月土壤容重平均从高到低依次为：东北（SL）>東南（LC）>东北（SM）>西北（HC）>西南（HLY）>西北（LC）。

由图2可知，5月土壤容重在垂直方向上逐渐增大，芦苇、柽柳和胡杨群落下垂直方向土壤容重波动较大，梭梭群落下垂直方向土壤容重变化并不明显。

由3可知，8月土壤容重从地表向下呈现递增趋势，芦苇、柽柳和胡杨群落下垂直方向土壤容重波动较大。

2.2 典型植物群落土壤容重的空间变异性分析

由表3、可知，5月典型植物群落下土壤容重的块金系数西北和西南部均大于25%，而东北和东南均小于25%。由此可见，西北和西南区域内典型植物群落下土壤容重均表现为中等程度的空间自相关性，其区域内典型植物群落土壤容重的空间差异主要属于随机性差异;东北和东南区域内的典型植物群落下土壤容重均表现为弱的空间自相关，其区域内典型植物群落土壤容重的空间变异主要属于结构性因素的影响，东北部植物群落土壤容重的块金系数高于东南部，表明前者的总变异程度要大于后两者。

由表4可知，8月典型植物群落下土壤容重的块金系数西北和西南部均大于25%，东北和东南均小于25%，说明随着季节的变化，该区域内典型植物群落下土壤容重的空间自相关性没有变。

根据表3、表4自相关距（RSS）分析，5月与8月西北部的自相关距要明显大于其他三个区域，说明其空间变异范围较大。4个区域内的典型植物植物土壤容重分维数D值均小于2，说明4个区域内土壤容重的空间异质结构复杂性程度较为复杂，其中5月东北部土壤容重复杂程度最小，8月西南部土壤容重复杂程度最小。

2.3 不同区域土壤容重的空间分布特征

图2为研究区5月和8月土壤容重的空间分布状况，从图中可以看出，艾比湖湿地5月总体上土壤容重大部分为1.308 0～1.431 0 g·cm-3、8月为1.257 3～1.314 5 g·cm-3，均整体分布趋势从西北部向东北部逐渐增大，从西南部向东南部逐渐增大，最小值均为西北部（LC）群落，但5月最大值为东北部（SL、SM）群落下的土壤容重，8月最大值为东南部（CL）群落下的土壤容重。对比5月、8月份典型植物群落下土壤容重，西北部、东南部随着季节的变化容重增大，东北部、东南部随着季节的变化容重减小。

2.4 土壤粒径、盐分、养分、含水率与容重的相关性分析

由表5可知，5月西北部LC群落下土壤容重与土壤粒径呈显著正相关（p<0.01），与全盐呈显著负相关

（p<0.01），与全氮、全磷、有机质呈正相关，与含水率呈负相关;HC群落土壤容重与土壤粒径呈显著负相关（p<0.01），与全盐呈显著正相关（p<0.01）;与全氮、全磷、有机质呈正相关关系。5月东北部SL、SM群落土壤含水率呈显著正相关（p<0.05），与全盐和土壤粒径相关关系并不密切;东南部的CL群落与土壤粒径呈显著正相关（p<0.01），与土壤含盐量呈显著负相关（p<0.01）;西南部HLY群落与土壤含水率（p<0.05）、全氮、全盐、有机质（p<0.01）均呈显著负相关，与其他因素联系并不密切。

由表6可知，8月西北部LC群落下土壤容重与土壤粒径呈显著正相关（p<0.01），与全氮、全磷、有机质呈正相关，与含水率呈负相关;HC群落与土壤土壤粒径呈显著负相关（p<0.01），与全氮、全磷、有机质呈正相关关系。8月东北部SL、SM群落土壤含水率呈显著正相关（p<0.05），与土壤含磷量呈显著正相关（p<0.05），与土壤粒径相关关系并不密切;东南部的CL群落与土壤含盐量呈显著正相关（p<0.01），与土壤全氮、全磷、有机质呈显著负相关（p<0.01）;西南部HLY群落与全盐、有机质（p<0.01）均呈显著负相关，与其他因素关系并不密切。

3 結论

根据5月、8月艾比湖湿地典型植物群落的分布，选取4个区域的6种典型植被群落，并对其土壤容重特征进行分析，得出以下结论：1）5月、8月6种典型植物群落下土壤容重均呈正态分布，西北、西南区域土壤容重要小于东北、东南区域。2）5月、8月6种典型植物群落土壤容重在垂直方向上均呈减小的趋势，芦苇、柽柳、胡杨波动大，5月梭梭群落变化不明显。3）5月、8月典型植物群落下土壤容重，西北部、东南部随着季节的变化容重增大，东北部、东南部随着季节的变化容重减小。4）通过相关性分析，土壤粒径、含盐量以及含水率会对土壤容重的变化，产生影响，进而对土壤的养分产生影响。

参考文献：

[1] 郑纪勇，邵明安，张兴昌.黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征[J].水土保持学报，2004（3）：53-56.

[2] Assouline S.Modeling the Relationship between Soil Bulk Density and the Water Retention Curve[J].Vadose Zone Journal，2006，5（2）：554-563.

[3] Chaudhari PR，Ahire DV，Ahire， VD， et al.Soil bulk density as related to soil texture， organic matter content and available total nutrients of Coimbatore soil[J]International Journal of Scientific and Research Publications.，2013（3）：1-8.

[4] 张青，王煌平，栗方亮，等.土壤调理剂对茶园土壤理化性质和茶叶品质的影响[J].湖北农业科学，2014，

53（9）：2006-2008.

[5] 李卓，吴普特，冯浩，等.容重对土壤水分入渗能力影响模拟试验[J].农业工程学报，2009，25（6）：40-45.

[6] 刘小梅，吕殿青.土壤容重对红壤坡地降雨侵蚀和入渗的影响[J].长沙大学学报，2013，27（2）：13-15，18.

[7] 姚荣江，杨劲松，刘广明.黄河三角洲地区土壤容重空间变异性分析[J].灌溉排水学报，2006（4）：11-15.

[8] 李晓晓，刘京，赵世伟，等.西北干旱区县域农田表层土壤容重空间变异性特征[J].水土保持学报，2013，27（4）：148-151.

[9] 杜改俊，李艳红，张小萌，等.艾比湖湿地典型植物群落土壤养分和盐分的空间异质性[J].生态环境学报，2015，24（8）：1302-1309.

[10] 刘英华.成都平原区土壤质量时空变异研究[D].四川农业大学，2004.

[11] 赵明亮.艾比湖高盐湖泊湿地典型植物群落下土壤呼吸规律研究[D].新疆师范大学，2017.

[12] 苗荣.基于RTK的艾比湖周边植被空间格局的研究[D].新疆师范大学，2010.

[13] 刘芳宏.城市湖泊型湿地公园规划研究[D].东北林业大学，2010.

[14] 曹艳峰.两种土壤中梭梭冠下土壤微生物群落的空间变异研究[D].新疆大学，2016.

[15] 赵明亮，李艳红，李发东.新疆艾比湖湿地土壤水盐空间变异性分析[J].湖泊科学，2016，28（6）：1328-1337.

[16] 方丽章，李艳红，李发东，等.艾比湖湿地土壤水分-盐分-养分空间异质性分析[J].农业环境科学学报，2019，38（1）：157-167.

[17] 魏卫东，刘育红.三江源区高寒草原不同退化程度对土壤呼吸的影响[J].湖北农业科学，2014，53（8）：1769-1773.

[18] 张乃莉.松嫩草甸主要植物群落土壤磷素研究[D].東北师范大学，2005.

[19] 肖烨.三江平原典型湿地类型土壤微生物学特性对土壤有机碳的影响[D].中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所），2015.

[20] 赵晓红，杨殿林，曲波，等.黄顶菊入侵对土壤氨氧化细菌群落结构及多样性的影响[J].生态学杂志，2014，33（6）：

1492-1500.

（责任编辑：赵中正）