新疆博斯腾湖周围白刺属植物下土壤有机质空间分布特征研究

艾萨迪拉·玉苏甫　玉苏甫·买买提

摘要 [目的] 为了探讨土壤有机质含量的统计学特征、分布特征及其与土壤盐分、pH等指标的相关性。[方法] 分析和硕县内白刺属植物分布区、白刺属植物与胡杨混合分布区、白刺属植物与红柳混合分布区土壤有机质含量的分布情况。[结果] 各区土壤不同深度的有机质含量依次为上层>中层>下层，有机质含量随深度增加而减少。表层土壤有机质含量分布规律是：白刺属植物与胡杨混合分布区>白刺属植物分布区>白刺属植物与红柳混合分布区；而对于垂直分布规律，各区土壤有机质含量都是从表层到下层呈现递减趋势，但是递减程度不同。白刺属植物分布区表层土壤有机质含量与全盐量呈0.05水平显著正相关，中层土壤有机质含量与Ca2+、K++Na+呈0.05水平显著正相关，下层土壤有机质含量与Mg2+、K++Na+、pH呈0.05水平顯著负相关；白刺属植物与胡杨混合分布区表层土壤有机质含量与全盐量、Ca2+呈0.05水平显著正相关，中层土壤有机质除了与Ca2+呈0.05水平显著正相关以外，其他的都呈0.05水平显著负相关，下层土壤有机质含量与每个变量都呈0.05水平显著正相关；白刺属植物与红柳混合分布区表层土壤有机质含量与pH、Ca2+呈0.05水平显著负相关，中层土壤有机质含量与Mg2+呈0.05水平显著正相关，下层土壤有机质含量与pH呈0.05水平显著正相关。[结论] 该研究可以为博斯腾湖周围生态环境的可持续发展提供合理的科学依据。

关键词 白刺属植物；土壤有机质；空间分布；相关性

中图分类号 S153.6+21 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）08-02383-03

Study on Spatial Distribution Characteristics of Soil Organic Matter in Nitraria around Bosten Lake

ASADILLA Yusup，YUSUP Mamat

（School of Geographic Science and Tourism， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054）

Abstract [Objective] The research aimed to study the statistics characteristics and distribution characteristics of soil organic matter and its correlation with soil salinity ，pH and other indicators. [Method] The distributions of soil organic matter in Nitraria distribution area， Nitraria and Populus hybrid distribution area， Nitraria and the tamarisk mixed distribution area in Hoxud County were studied. [Result] Each distribution of the organic matter content of the soil at different depths in turn were surface> midlevel> lower level. Organic matter content reduced with the increase of depth.The distribution pattern of the surface soil organic matter level was Nitraria and Populus hybrid distribution area> Nitraria distribution area>Nitraria and tamarisk mixed distribution area.The vertical distribution pattern of soil organic matter was that soil organic matter content of all three distribution presented a decreasing trend from the surface to the lower， but decreased in varying degrees. The surface soil organic matter and total salt content in Nitraria distribution area had significant positive correlation. The midlevel soil organic matter and Ca2+， K+ + Na+ had a significant positive correlation. Lower level soil organic matter and Mg2+， K+ + Na+ and pH had significant inverse correlation. In Nitraria and Populus hybrid distribution area， surface soil organic matter and the full amount of salt and Ca2+ had significant positive correlation， the midlevel soil organic matter had significant positive correlation with Ca2+， while had significant inverse correlation with others. Lower level soil organic matter had significant positive correlation with every variable. For the Nitraria and tamarisk mixed distribution area， the surface soil organic matter， pH and Ca2+ had significant inverse correlation， midlevel soil organic matter and Mg2+ had a significant positive correlation， and lower level soil organic matter had significant positive correlation with the pH. [Conclusion] The research could provide the reasonable and scientific basis for the sustainable development of the ecoenvironment around Bosten Lake.

Key words Nitraria； Soil organic matter； Spatial distribution； Correlation

白刺属（Nitraria L）是一个古老的一个小属[1]。它属于旱生或超旱生灌木或小灌木，是防风固沙和改良盐碱地的先锋植物，寿命长达30年以上。全世界共有12种，我国有8种，新疆有6种[2]。它是沙漠植物中耐盐性最强的灌木，在土壤含盐量2%时仍能正常生长发育。它还是一种喜光性树种，光合作用较强，在干旱缺水区域仍能较快生长[3]。近年来，由于受气候变化及人类盲目的开垦等因素的影响，白刺属植物群落逐渐衰败、退化，面积减少，并造成白刺沙堆活化，尤其是干旱地区的沙漠边缘地带演变为适于白刺沙堆生长的生境[4]。对于白刺属植物研究进展，迄今已有很多学者对白刺属植物进行过广泛的研究，主要集中在白刺属的分布，茎和叶的解剖构造，花粉形态的微观结构，生化成分、生态价值、经济价值及其社会效益等[5]。1931 年，Engler 将全世界的蒺藜科植物分为7 亚科25 属，其中白刺属列为一亚科[6]。我国学者席以珍等[6-7]在孢粉学、化学分类学等方面的研究结果亦支持成立白刺科，而通过对蒺藜和白刺染色体的研究，认为它们属于同科不同属的植物。20世纪以来，对白刺属的研究已从形态分类扩展到染色体数目和核型、古孢粉学、胚胎学、次生代谢物和生物生态学特性等方面。

土壤是一个时空连续的变异体，在大、小不同的尺度上均呈现出不同程度的空间异质性[8]。土壤有机质是泛指土壤中来源于生命的物质。动植物、微生物残体和施入的有机肥料是土壤有机质的主要来源，其含量因土壤类型的不同而差异很大，高的可达20.0%以上，低的不足0.5%。有机质含量虽然少，但在土壤肥力上的作用很大[ 9-12]。白刺属植物下土壤有机质是形成白刺植物下土壤结构的重要因素，是白刺植物有机营养的源泉，又是白刺植物下土壤异养型微生物的能源物质。因此，有机质是白刺属植物下土壤质量最重要的指标之一，其数量与质量变化是土壤环境质量状况的最重要表征。笔者对新疆博斯腾湖周围白刺属植物下土壤有机质空间分布特征进行研究，将为博斯腾湖周围生态环境的可持续发展提供合理的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

地势从西北向东南倾斜，最低处为我国最大的内陆淡水湖——博斯腾湖。博湖上游为开都河，下游为孔雀河，是盆地的水盐汇集中心。焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，面积13 612 km2。地理坐标E 86°39′～88°20′，N 41°23′～43°31′，包括焉耆、和静、和硕、博湖4个县。该研究选取和硕县内白刺植物分布区作为研究区。

和硕县位于天山南麓，焉耆盆地东北部，地处E 82°28′～87°52′、 N 42°6′～43°33′之间。气候属中温带干旱大陆性气候，分北部山区、南部山区和中部平原区3个不同的气候区。北部山区常年积雪，气候严寒，无霜期很短，四季无明，只有冷暖之分；中部平原区四季分明，夏季炎热，冬季寒冷，春季干旱多风，气温多变，秋季短而降温迅速；南部山区降水极少，蒸发量大，气候干燥酷热。年平均气温8.6 ℃，1月平均气温-11.9 ℃，7月平均气温23.6 ℃，极端最高气温40.3 ℃，极端最低气温-31.6 ℃，无霜期166 d。年平均降水量28.7 mm。

1.2 研究方法

在2013年4月，分别在白刺分布区、白刺与胡杨（Populus euphratica）混合分布区、白刺与红柳（Tamarix chinensis）混合分布区的典型地段设置21个样点（每个区设置7个样点）。样点的分布基本能代表整个研究区的白刺下土壤有机质分布特征。为了提高样品的代表性，按S型线路，用GPS定位，在样点中做土壤剖面，根据人为分层按0～15、15～45、45～70 cm不同深度取土样。将采取的土样带回实验室自然风干、磨碎，过0.25 mm筛，采用K2Cr2O7H2SO4氧化法[13-14]测定土壤有机质含量。样品数据均为各个样点土壤3次平行试验分析数据的平均值。用Excel、SPSS13.00，对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 白刺植物下土壤有机质含量统计特征值分析

分别对白刺属植物分布区、白刺属植物与胡杨混合分布区、白刺属植物与红柳混合分布区土壤有机质进行统计学特征的分析，得出各区土壤有机质的统计特征值。由表1可知，白刺属植物与胡杨混合分布区0～15、15～45、45～70 cm土壤有机质平均值分别为1.46%、0.91%、0.57%；白刺属植物分布区0～15、15～45、45～70 cm土壤有机质平均值分别为0.80%、0.62%、0.54%；白刺属植物与红柳混合分布区0～15、15～45、45～70 cm土壤有机质平均值分别为0.58%、0.54%、0.38%。各区土壤不同深度的有机质含量依次为0～15 cm>15～45 cm>45～70 cm，有机质含量随深度的增加而减少。有机质是土壤重要的肥力特征。研究白刺属植物分布区土壤有机质空间变异特征可为土壤质量提升提供科学依据。变异系数是衡量资料中各观测值变异程度的一个统计量。变异系数能反映隨机变量的离散程度。一般认为，CV ≤10%为弱变异性；10%

除白刺属植物与胡杨混合分布区15～45 cm有机质含量的变异性属弱变异性以外（变异系数为9.89%），白刺属植物分布区、白刺属植物与胡杨混合分布区、白刺属植物与红柳混合分布区各层土壤有机质的变异系数为18.42%～90.41%，其变异性均属于中等强度的变异。

2.2 白刺植物下土壤有机质的空间分布

2.2.1 土壤有机质的水平分布。

土壤有机物的含量取决于有机物的输入量和输出量的相对大小[16]。白刺属植物下土壤有机物的主要来源是白刺属植物枯枝落叶的分解。白刺属植物的生长主要依靠地下水的浸润，可通过地下水毛管蒸发而积盐。白刺属植物枝叶中含有大量的易溶性盐分，每年通过生物小循环以枯枝落叶的形式进入土壤。由图1可知，博斯腾湖周围白刺属植物下0～15 cm土层有机质分布规律是白刺属植物与胡杨混合分布区>白刺属植物分布区>白刺属植物与红柳混合分布区。这主要是由于白刺属植物与胡杨混合分布区生物量较大，地下有很多草根层，有机碳的输入量较大，而且土壤微生物活动微弱，生物残体分解缓慢，因此白刺属植物与胡杨混合分布区土壤有机质含量最高，平均含量为1.46%；虽然白刺属植物分布区表层有大量的植物覆盖，但是生物量远小于白刺属植物与胡杨混合分布区，枯枝落叶的投入量明显低于白刺属植物与胡杨混合分布区，故有机质含量小于白刺属植物与胡杨混合分布区，平均含量为0.80%；白刺属植物与红柳混合分布区有机质含量最少，平均含量仅为0.58%，其原因是生物量较小，枯枝落叶的投入量低于白刺属植物分布区。

2.2.2 土壤有机质的垂直分布。

由图1可知，博斯腾湖周围白刺属植物下土壤0～15、15～45和45～70 cm土壤有机质含量存在明显的分异现象，即土壤有机质含量从表层到下层呈现递减趋势，但是递减的程度不同。白刺属植物与胡杨混合分布区0～15 cm处的土壤有机质含量达到最大值，平均含量为1.46%，可能是由于白刺属植物与胡杨混合分布区0～15 cm土层有大量的植被生长，胡杨为多年生植物，植株和根系都发达，地下深处也有较多生物量，虽然表层地下生物量很大，但是再往下生物量减少，故有机质含量的下降幅度比较明显，而且表层土壤微生物活动微弱，生物残体分解缓慢，长期储存量较大，因此有机质含量较大；白刺属植物分布区表层、中层和下层土壤有机质含量分别为0.80%、0.62%和0.54%，变化不大；白刺属植物与红柳混合分布区0～15、15～45和45～70 cm土壤有机质含量分别为0.58%、0.54%和0.38%，几乎相差不大，且稳定在较低水平。这些结果表明土壤有机质在垂直方向上的分异主要受生物残体、地表枯落物、植物残根等腐解归还的影响[17]。植物根系的分布直接影响土壤中有机质的垂直分布。表层土壤是植物根系的集中分布区，使得该层土壤比中层、下层土壤的植物残体归还量大。这是因为较大量生物残体的腐解归还还为该层土壤提供较丰富的C源，从而使得表层土壤有机质含量高于下层。

图1 和硕县白刺下土壤有机质空间变异

2.3 土壤有机质与pH、盐分之间的相关性分析

土壤有机质、盐分是土壤基本性质。该研究分析了博斯腾湖周围白刺属植物下土壤有机质含量与盐分之间的相关性。 由表2可知，白刺属植物分布区表层土壤有机质含量与全盐量呈0.05水平显著正相关，中层土壤有机质与Ca2+、K++Na+呈0.05水平显著正相关，下层土壤有机质与Mg2+、K++Na+、pH呈0.05水平显著负相关；白刺属植物与胡杨混合分布区表层土壤有机质与全盐量、Ca2+呈0.05水平显著正相关，说明该区土壤表层含有大量的生物量，枯枝落叶的投入较大，土壤中富集Ca2+。这有利于有机质的形成。中层土壤有机质除了与Ca2+呈0.05水平显著正相关以外，其他的都呈0.05水平显著负相关，下层土壤有机质与每个变量都呈0.05水平显著正相关；白刺属植物与红柳混合分布区表层土壤有机质与pH、Ca2+呈0.05水平显著负相关，中层土壤有机质与Mg2+呈0.05水平显著正相关，下层土壤有机质与pH呈0.05水平显著正相关。整个研究区内土壤有机质除了与白刺属植物与胡杨混合分布区下层和白刺属植物与红柳混合分布区下层土壤pH呈正相关以外，不管是哪个区哪个土层都与pH呈负相关。这是由于土壤pH常通过影响微生物的活动显著影响土壤有机质的空间分布，微生物最适宜在中性环境下活动，在强酸或强碱条件下其活动受抑制，而整个研究区土壤pH都偏强碱性。

3 结论

（1）博斯腾湖周围白刺属植物下各区土壤不同深度的有机质含量分别为0～15 cm>15～45 cm>45～70 cm，有机质含量随深度的增加而减少，但变化不大。除了白刺属植物与胡杨混合分布区中层（15～45 cm）有机质的变异性属弱变异性以外，各区各层土壤有机质的变异性均属于中等强度的变异。

（2）博斯腾湖周围白刺属植物下土壤有机质的水平分布为白刺属植物与胡杨混合分布区>白刺属植物分布区>白刺属植物与红柳混合分布区。

（3）博斯腾湖周围白刺属植物下各区土壤有机质含量都是从上到下依次递减，但是递减的程度不同，白刺属植物与胡杨混合分布区有机质含量递减程度高于白刺属植物分布区和白刺属植物与红柳混合分布区，表层处达到最大值，后2个区的变化差异不大，且稳定在较低水平。

（4）整个研究区内土壤有机质除了与白刺属植物与胡杨混合分布区下层和白刺属植物与红柳混合分布区下层土壤pH呈正相关以外，不管是哪个区哪个土层都与pH呈负相关；对有机质与全盐量的相关性而言，除了与白刺属植物分布区中、下层和白刺属植物与胡杨混合分布区表层全盐量呈负相关以外，其他的都呈正相关。

42卷8期 艾萨迪拉·玉苏甫等 新疆博斯腾湖周围白刺属植物下土壤有机质空间分布特征研究

参考文献

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