霍林河下游典型洪泛区湿地土壤pH值和土壤含水量分布特征

高海峰，白军红，王庆改，黄来斌，肖 蓉

（1.北京师范大学 环境学院，水环境模拟国家重点实验室，北京 100875；2.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012）

土壤pH值和土壤含水量是重要的土壤理化性质，其变化能够直接影响到土壤生态系统的物理、化学和生物过程［1］，是土壤养分和重金属等污染物有效性和迁移性的重要限制性因素。干旱和土壤盐碱化一直是松嫩平原西部地区面临的一个重要环境问题，该区湿地在维持区域生态安全方面发挥着重要作用［2］。在干旱和高土壤pH值条件下，该区湿地土壤养分形态和有效性的变化能够显著影响湿地生态系统生产力和毗邻河流的水质。全面地分析土壤pH的分布格局，可以有助于评价和分析土壤pH值的酸碱化和土壤养分有效性［3］。土壤含水量能够影响离子在固相液相之间的分配，CaCO3等盐类的溶解和解离，以及胶粒上吸附性离子的解离度，从而影响土壤的酸碱性［4］。因此，研究该区湿地土壤pH值和土壤含水量的空间分布特征对于湿地土壤盐碱化治理以及湿地土壤养分管理具有一定的研究价值和意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

霍林河下游洪泛区地处松嫩平原西部通榆县境内的向海国家级自然保护区（44°55′－45°09′N，122°05′－122°35′E），保护区总面积为105467 hm2，其中芦苇沼泽面积为23600 hm2。研究区（二百方子湿地）位于霍临河流域的下游河道，受河流季节补给明显；但由于近年气候连续干旱，采样期内无地表积水。该区地貌以沙化和盐渍化的平原为主要特征；地势由西向东倾斜，海拔156～192m，垄状沙丘与垄间洼地交错相间排列。该区气候属于北温带大陆性季风气候，年均温度为5.1℃；年均降雨量为408.2mm，主要集中在夏季；年平均蒸发量为1945 mm。区域内典型沼泽植被为芦苇（Phragmites astralis）群落，土壤类型为沼泽土。典型研究区表层土壤有机质和全氮含量分别为1.56%和0.14%；土壤黏粒和砂粒含量分别为27.64%和27.17%。该区植被群落以芦苇为优势种，香蒲（Tyhya orientalis）、辣蓼（Polygonum hydropiper）等为伴生种。

1.2 土壤样品的采集和分析

依据典型性和代表性原则，于7月份和9月份在二百方子湿地典型样地（植被群落与研究区总体特征一致）内采用网格法采集土壤样品，样地坡度＜3°，样方总面积均为20m×20m，样区内均布设5m×5m的采样网格，在每个网格交叉点处重复采集3～5个土壤样品形成混合样品，采样深度为20cm，按每10 cm为一层分2个层次进行采集。所采集的样品及时带回实验室后分别取适量土壤样品用于测定土壤含水量；剩余样品于实验室自然风干后，捡去石块、残根等杂物，用球磨机磨碎，过80目筛，装袋用于测定土壤pH。

土壤pH值采用pH计测定（土∶水＝1∶5）；土壤水含量（WC）:烘干法，在105℃烘箱中将土壤样品烘24h至恒重［5］。

1.3 数据分析

运用t－检验来分析同一时期不同土层之间的土壤pH值和含水量的差异；运用ANOVA分析同一层次不同时期间的土壤pH值和含水量的差异。运用surfer327 .1，Spass 10.0和 Origin 6.0等软件包对数据进行绘图与统计。

2 结果与讨论

2.1 洪泛区湿地土壤pH值和土壤含水量测定值统计分析

由表1可以看到7月份平均土壤pH值低于9月份土壤，且上层土壤低于下层土壤；而7月份土壤含水量则高于9月份土壤且上层土壤高于下层土壤，表明9月份湿地土壤，尤其是亚表层发生明显碱化（平均土壤pH值＞9.0）。方差分析表明两月份之间的表层和亚表层土壤pH值和土壤含水量存在极显著差异（p＜0.01）。成对样本t－test表明7月份上下土层pH值（p＞0.05）和含水量（p＞0.05）都不存在显著性差异；但9月份上下土层土壤pH值（p＜0.05）和含水量（p＜0.01）均存在显著性差异。

表层土壤具有较高含水量的原因在于该区表层土壤黏粒和有机质含量显著高于亚表层土壤［6］，导致表层土壤能够保持较多的水分。而7月土壤含水量高于9月的主要原因在于该区降雨主要集中在7－8月。此外，较高的降雨量能够显著影响土壤pH值［7］，这是由于在干旱和半干旱区，降雨量可改变土壤含水量，进而改变土壤中缓冲溶液的浓度，对土壤pH值的影响较大。一般情况下由于土壤具有自我调节能力，土壤pH值不会发生太大的变化［8］，但本研究中9月份土壤pH值显著高于7月份土壤，可能是由于7月份气温较高，加之土壤含水量较大，土壤微生物活动、铝活化（土壤铝含量约为65g／kg）［9］等均可以产生氢离子［10］，而9月份土壤含水量显著下降后，导致深层土壤中的钙、镁盐类上移，发生地表聚盐过程，导致土壤pH值升高。

表1 洪泛区湿地土壤pH值和土壤含水量统计

2.2 洪泛区湿地土壤pH值和土壤含水量的分布特征

由表1可知，地表和亚表层土壤pH值的变异程度在两个采样期内均小于3%，属于弱变异强度，表层和亚表层土壤pH值的变化幅度分别为0.57和0.56；亚表层土壤含水量的变异程度高于表层土壤，且7月份表层土壤含水量的变异程度最低。图1表明表层和亚表层土壤pH值和含水量的空间分布均呈现出条带状和斑块状格局。总体上，两层土壤pH值自西北－东南方向向两侧逐渐升高，而北部土壤含水量均高于南部，且土壤pH值和含水量在不同土层间均存在着较强的空间相似性，这主要是由于河道微地形差异造成的。与7月份相比，9月份土壤含水量和土壤pH值的斑块状空间分布格局更加明显，且空间变异性较强（图2）。表层土壤含水量大体呈现西北－东南方向的梯度变化；土壤pH值高低值斑块较多，与土壤含水量间存在较强的对应关系，即土壤含水量高的地区土壤pH值则较低，反之则较高。土壤含水量和pH值的这种差异可能与研究区微地貌有关，地势低洼易积水，土壤含水量相对较高；而微高地形由于表面积大，水分蒸发强烈，土壤含水量相对较低，且水分蒸发过程使盐分随毛管水积聚于地表，土壤pH值有所升高。黄昌勇［11］也指出季节性积盐和脱盐频繁交替也是土壤碱化和土壤pH值变化的重要原因。

图1 7月份洪泛区湿地土壤含水量和土壤pH值的空间分布特征

图2 9月份洪泛区湿地土壤含水量和土壤pH值的空间分布特征

2.3 洪泛区湿地土壤pH值和土壤含水量关系

图3表明了研究区湿地土壤含水量与pH值的线性和非线性关系。7月份土壤含水量和土壤pH值的散点分布较9月份的更趋离散，9月份二者的相关性好于7月份，且两个时期中土壤含水量和土壤pH值的线性或非线性负相关关系都达到了显著性水平。这与陈学文等［7］提出的土壤pH值与土壤含水量存在显著的负相关关系一致。但当土壤pH低于8.8时（7月份），其与土壤含水量之间的线性回归关系（R2＝0.1261，p＜0.05）较非线性回归关系（R2＝0.1935，p＜0.05）差；当土壤pH＞8.8时（9月份），其与土壤含水量之间存在较显著的指数非线性关系，即土壤pH值随土壤含水量增加呈指数下降（R2＞0.6，p＜0.01），且优于线性回归（R2＝0.4497，p＜0.01）。这表明该区湿地土壤pH值与土壤含水量之间的关系更适宜用非线性方程进行拟合。湿地土壤pH值与土壤含水量的空间异质性可能是导致二者之间存在非线性关系的重要原因。

图3 洪泛区湿地土壤含水量和土壤pH值的回归曲线

3 结论

（1）霍林河下游洪泛区湿地土壤含水量和pH值存在明显的季节差异:7月份土壤含水量高于9月份土壤，但9月份土壤pH值则相对较高尤其是亚表层发生明显碱化；

（2）霍林河下游洪泛区湿地土壤含水量和pH值的空间分布均呈现出条带状和斑块状格局，且具有一定的梯度变化规律。7月份两层土壤pH值自西北－东南对角方向向两侧逐渐升高，土壤含水量北部均高于南部；9月份表层土壤含水量中间低四周高，大体呈现西北－东南的走向，且土壤含水量和pH值的斑块状空间分布格局更加明显。

（3）土壤pH值与土壤含水量间存在较强的负相关关系。与传统的线性回归相比，土壤pH值与土壤含水量间的关系更适宜用非线性函数来拟合。鉴于土壤含水量和pH值的非线性关系，在水资源缺乏的大背景下可考虑在旱季适量引水灌溉，可通过适度增加土壤含水量来降低土壤pH值，缓解松嫩平原西部地区土壤碱化现象，维持该区域的生态安全。

［1］白军红，欧阳华，邓伟，等.湿地氮素传输过程研究进展［J］.生态学报，2005，25（2）:326－333.

［2］白军红，邓伟，王庆改，等.松嫩平原湿地环境问题及整治方略［J］.湿地科学，2008，6（1）:1－6.

［3］虞娜，张玉龙，黄毅，等.保护地不同灌溉方法表层土壤pH 小尺度的空间变异［J］.土壤，2008，40（5）:828－832.

［4］黄昌勇.土壤学［M］.北京:中国农业出版社，2000.

［5］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京:中国农业科技出版社，2000.

［6］Bai J H，Ouyang H，Deng W，et al.Nitrogen mineralization processes of soils from natural saline－alkalined wetlands，Xianghai National Nature Reserve，China［J］.Canadian Journal of Soil Science，2005，85（3）:359－367.

［7］陈学文，张兴义，隋跃宇，等.利用空间移位法研究东北黑土pH季节变化及其影响因素［J］.农业现代化研究，2008，29（3）:365－367.

［8］朱小琴，孙维侠，黄标，等.长江三角洲城乡交错区农业土壤pH特征及影响因素探讨:以江苏省无锡市为例［J］.土壤学报，2009，46（4）:594－602.

［9］王国平，刘景双.向海湿地元素地球化学特征与高分辨沉积记录［J］.地理科学，2003，23（2）:208－212.

［10］于天仁.土壤化学原理［M］.北京:科学出版社，1987.

［11］黄昌勇.土壤学［M］.北京:中国农业出版社，2000.