西藏锦鸡儿群落表层土壤粒径空间分布特征及其与土壤水分相关性分析

仓木拉，木 兰，王晓栋，刘尚华，王 卓，张璞进

(1.西藏职业技术学院，西藏 拉萨 850000；2.内蒙古农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010030；3.中国科学院内蒙古草业研究中心，内蒙古 呼和浩特 010030；4.内蒙古草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051；5.鄂尔多斯市退耕还林工程管理中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000；6.鄂尔多斯市沙棘开发管理办公室，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

西藏锦鸡儿群落表层土壤粒径空间分布特征及其与土壤水分相关性分析

仓木拉1，木 兰2，3，王晓栋4，刘尚华5，王 卓6，张璞进2,3*

(1.西藏职业技术学院，西藏 拉萨 850000；2.内蒙古农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010030；3.中国科学院内蒙古草业研究中心，内蒙古 呼和浩特 010030；4.内蒙古草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051；5.鄂尔多斯市退耕还林工程管理中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000；6.鄂尔多斯市沙棘开发管理办公室，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

通过比较西藏锦鸡儿沙堆内与沙堆间的土壤粒径组成特征，并应用统计学方法分析西藏锦鸡儿群落表层土壤粒径空间分布结构特征，及其与土壤水分的关系，为合理利用和保护西藏锦鸡儿资源提供依据。结果表明，沙堆内与沙堆间土壤粒径组成以细沙粒为主，占50%以上，粗沙粒和粗粉粒占9%～18%，且沙堆内与沙堆间石砾、粗沙粒和细沙粒含量差异显著(P<0.05)。西藏锦鸡儿群落土壤细沙粒的空间异质性最大，空间自相关距离最小，各土壤粒级的空间自相关距离在0.86～1.85 m。土壤水分与细沙粒呈显著正相关关系，与石砾和粗沙粒呈显著负相关关系。

西藏锦鸡儿；沙堆；土壤粒径；空间异质性；土壤水分

在干旱和半干旱地区，由于灌丛对风沙的阻挡在其下部堆积形成灌丛沙堆是极为普遍的现象[1-3]。沙堆的形成改变了群落土壤资源的空间分布特征[4-5]。空间异质性(Spatial heterogeneity)是指系统或系统属性在空间上的复杂性和变异性，系统属性可以是生态所涉及的任何变量,如土壤特性、植被类型等[6]。土壤资源的空间异质性无论是对群落结构还是对生态过程都具有重要的影响[7]，在荒漠生态系统中表现尤为明显[4]。土壤粒径分布(soil particle size distribution)是影响土壤水力特性、土壤肥力状况、土壤侵蚀以及土壤退化的重要土壤物理特性之一[8-11]。

西藏锦鸡儿(Caraganatibetica)是豆科锦鸡儿属(Caragana)宿轴组(Sect.Tragacanthoides)植物，旱生垫状矮灌木，西藏锦鸡儿(Caraganatibetica)是豆科锦鸡儿属(Caragana)宿轴组(Sect.Tragacanthoides)植物；旱生垫状矮灌木，对薄层覆沙适应性较强，具有较强的固沙能力，能形成景观特征非常明显的灌丛沙堆[12]。西藏锦鸡主要分布于我国的内蒙古、宁夏、甘肃、四川、青海和西藏等地和蒙古南部[13]。关于西藏锦鸡儿的研究主要集中在内蒙古地区[14-16]，而对于分布在西藏地区的西藏锦鸡儿的研究甚少。在西藏，西藏锦鸡儿主要分布在藏南萨迦县、定结县和定日县交界地区的一些河谷阶地上[17]。本研究将讨论西藏西藏锦鸡儿沙堆引起土壤粒径的空间分布特征，在国内外，众多学者对灌丛沙堆的形态、发育过程和粒径组成进行了许多研究，表明沙堆的存在会引起土壤粒径的异质性分布[4,18-20]，那么西藏锦鸡儿沙堆的存在是否也会改变群落内土壤粒径的空间分布特征？其空间结构特征如何？它与土壤水分之间关系如何？这个问题的阐明，对于进一步认识西藏锦鸡儿群落土壤资源异质性特征具有重要的意义。本文选取分布在西藏日喀则地区定日县尼辖乡境内的西藏锦鸡儿-固沙草群落研究对象，初步研究了西藏锦鸡儿群落的土壤粒径分布特征及其与土壤水分的关系，可为合理利用和保护西藏锦鸡儿群落提供基础数据和参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与样地选择

研究区位于西藏日喀则地区定日县尼辖乡境内。定日县属高原温带半干旱季风气候区，昼夜温差大，气候干燥，年降雨量少，蒸发量大。日照时间长，年平均日照时间达3393.3 h，日照百分率77%。高原紫外线强，气温偏低，年平均气温0.7 ℃。年均降水量为319 mm，降水量95%分布在6～10月份，年平均蒸发量2527.3 mm，年平均风速为58.4 m/s，全年相对无霜期为113 d，绝对无霜期为0 d。在该区西藏锦鸡儿群落主要分布在山前河谷上，有薄层覆沙，草本植物主要有固沙草(Orinus thoroldii)，伴生劲直黄芪(Astragalus strictus)、小叶棘豆(Oxytropis microphylla)等物种。试验以西藏锦鸡儿-固沙草群落研究对象，样地地理位置位于北纬28°32′28.09″，东经87°40′15.85″E，海拔4 220 m。

1.2 土样采集

在2012年8月中旬采用邻间格子法，选择10 m×10 m的一个样方，以1 m为间隔，分割成100个格子。随机选取4个格子，在所选的每个格子中以0.5 m为间隔，分割成4个亚格子。在每个格子中心，用土钻垂直向下采集0～10 cm土壤样品。

1.3 测定方法

样品风干后，拣除枯落物，大于1 mm的称重计算百分含量，小于1 mm的样品，称取1 g左右样品经六磷偏酸钠分散后，用超声波震荡器在60 W功率下震荡3 min，采用激光粒度分析仪(Microtrac S3500,Microtrac Inc,Pennsylvania,America)分析样品。将土壤粒径分为6级：石砾 Gravel (>1000 μm)、粗沙粒 Coares sand (1000 μm～250 μm)、细沙粒 Fine sand (250 μm～50 μm)、粗粉粒 Coares silt (50 μm～10 μm)、细粉粒 Fine silt (10 μm～2 μm)、粘粒 Clay particles (<2 μm)。土壤水分采用烘干法测定。

1.4 数据分析

式中： γ(h)为半变异函数，也称为半方差函数；h为两样本点空间分隔距离；N(h)为距离为h时的样点对数；z(xi)和z(xi+h)分别为变量z在空间位置xi和xi+h处的测定值。半方差函数和半方差函数曲线的拟合由软件GS+7.0(Gamma Design software,USA)完成，通过半方差函数和半方差函数曲线图可以得到4个重要参数：块金值Nugget(C0)方差反映了小于取样尺度的内部变异和抽样分析误差；基台值(Sill C0+C)是γ(h)达到不随空间距离增加而增加时的值，反映了区域化变量的空间异质性强度；空间自相关度(spatially dependent proportion,C/(C0+C))反映了空间自相关引起的空间变异，其值越接近于1，表明空间自相关引起的变异越大；有效变程 (effective range,A)反映了区域化变量的最大自相关距离；决定系数(Coefficient of determination,R2)的大小可以表征回归模型配合的理论曲线的精度[21]。

在SPSS 13.0中采用单因子方差分析(ANOVA)分析均值间差异，显著性检验采用最小差异显著法(LSD)，相关性采用Pearson相关性分析方法。

2 结果与分析

2.1 西藏锦鸡儿群落土壤粒径的平均含量

对沙堆内和处沙堆间的土壤粒级取平均含量(见表1)，2种生境土壤粒径组成主要以细沙粒为主，占60 %以上；粗沙粒和粗粉粒的含量在9 %～17%之间；含量最少的为粘粒，小于1 %。沙堆间、沙堆内石砾、粗沙粒、细沙粒差异显著(P<0.05)，粗粉粒、细粉粒和粘粒含量差异不显著(P>0.05)。西藏锦鸡儿灌丛主要聚集的是细沙粒，为71%，比沙堆间高10%左右。

表1 西藏锦鸡儿沙堆内、沙堆间和沙堆下土壤粒级的平均含量Table 1 The average contents of soil particle inside and outside and underground Caragana tibetica nebkhas %

注：同列数据肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

Notes：Averages followed by the same letters in the same columns are not significantly different (P<0.05) according to LSD.

2.2 表层土壤粒径空间分布结构特征

由表2可知，表层土壤粒径的半方差模型和有关空间异质性的参数。基台值(C0+C)数据显示，细沙粒的空间异质性最强，为8.60，其次为粗沙粒、粗粉粒、石砾、细粉粒和粘粒。通过表中有效变程(A)可看出，空间自相关距离粗粉粒最大为1.85 m，粗沙粒最小为0.68 m。各粒级土壤在最小取样距离到有效变程的范围内，由空间自相关引起的空间异质性大多都在99 %以上。

2.3 表层土壤粒径空间分布与土壤水分相关性分析

表层土壤各土壤粒径与土壤水分相关性分析见表3。由表3可以看出，土壤水分与石砾和粗沙粒含量呈显著负相关，与细沙粒含量呈显著正相关关系，与粗粉粒、细粉粒和粘粒没有明显相关性。这表明，石砾和粗沙粒含量越高使得土壤含水量越低，细沙粒含量的增多将提高土壤水分含量。

表2 表层土壤各土壤粒径的半方差模型及参数Table 2 Semivariograms model and parameters for soil particle of surface layer soil (0～10 cm)

表3 表层土壤各土壤粒径与土壤水分相关性分析Table 3 Correlation of soil particle of surface layer with soil moisture

注：**表示在.01水平(双侧)上显著相关。

Notes：** indicated significant correlation at 0.01 level

3 讨 论

植物对土壤的影响要比地形、土壤质地等因素的影响更为重要，如土壤养分、土壤水分等在植物个体周围会形成环状的镶嵌格局[22-24]。西藏锦鸡儿的垫状特性是对干旱区多风、多沙生境的形态适应特征，露出沙堆表面的枝条短而密，长度在4～8 cm，沙堆表面基本被西藏锦鸡儿地被部分所郁闭，呈半球状，群落上呈“冢群”状景观。西藏锦鸡儿沙堆内与沙堆外土壤各粒级组成比例基本相同，都是以细沙粒和粗砂粒为主要组成部分，但在沙堆内没有石砾，这可能与风对各粒级土壤的搬运能力和西藏锦鸡儿的阻挡作用有关。灌木的发育改变了下垫面状况，并且随着灌木的发育下垫面在不断的发生着变化，导致近地面风场发生着变化，而风场变化会直接引起风沙流的改变[25]，在灌木的阻挡作用下，一些易于搬运的土壤颗粒聚集在沙堆内[19]，使得群落内的土壤粒径空间异质性分布增强本研究与前人研究结果相同，在干旱区，灌木聚集的主要是中、细土壤颗粒[18,26]。

西藏锦鸡儿群落不同立即土壤的空间异质性程度和自相关距离都不同，细沙粒的空间异质性最强，其次为粗沙粒、粗粉粒、石砾、细粉粒和粘粒，而粗粉粒的空间自相距离最大，其次为粘粒、细粉粒、石砾、粗砂粒和细沙粒。这可能与西藏锦鸡儿沙堆内各粒级土壤含量多少有关系，细沙粒与粗砂粒是沙堆内和沙堆外土壤粒级的主要组成部分，并且沙堆内与沙堆外含量达到差异显著水平，粗粉粒、细粉粒和粘粒含量较小，差异没有达到显著水平。这与zhang等[27]在内蒙古的研究结果相一致。

土壤粒径对土壤养分和持水能力具有重要的影响[28-30]。在西藏锦鸡儿群落中土壤水分与细沙粒呈显著的正相关关系，与粗砂粒和石砾呈显著负相关关系，与粗粉粒、细粉粒和粘粒没有相关关系。已有研究表明，土壤粒径越小持水能力越强，但与其含量多少有关系[31-32]。西藏锦鸡儿沙堆的形成改变了西藏锦鸡儿群落土壤粒径的空间分布格局，特别是西藏锦鸡儿沙堆内沉积的主要是细沙粒，并显著高于沙堆间，这可能使得在降雨后，水分能迅速的下渗，使得西藏锦鸡儿获得更多的水分，并且将养分携带到更深的土层，这有益于植株的生长和发育。

4 结 论

沙堆内与沙堆间土壤粒径组成以细沙粒为主，沙堆内与沙堆间石砾、粗沙粒和细沙粒含量差异显著(P<0.05)。西藏锦鸡儿群落土壤细沙粒的空间异质性最大，空间自相关距离最小。土壤水分与细沙粒呈显著正相关关系，与石砾和粗沙粒呈显著负相关关系。

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SpatialDistributionofSoilParticleSizeandItsCorrelationwithSoilmoistureinCraganaTibeticaCommunity

CANG mu-la1,MU Lan2,3,WANG Xiao-dong4,LIU Shang-hua5,WANG Zhuo6,Zhang pu-jin2,3*

(1.TibetVocationalTechnicalCollege,Lasa,Xizang85000,China;2.InnerMongoliaAcademyofAgriculturalandAnimalHusbandrySciences,Hohhot,Neimenggu010031,China;3.InnerMongoliaPratacultureResearchCenter,ChineseAcademyofSciences,Hohhot,Neimenggu010031,China;4.InnerMongoliaInstituteOfGrasslandSurveyAndPlanning,Hohhot,Neimenggu010031,China;5.OrdosEngineeringManagementofConversionofCroplandtoForestOffice,Ordos,Neimenggu017000,China;6.OrdosSeaBuckthornofDevelopmentandManagementOffice,Ordos,Neimenggu017000,China)

Cragana tTibetica community mainly distributes in Tibetan and Mongolia Plateau,and plays important roles in the researches for plant evolution,flora,and vegetation succession.C.tibetica is a xerophytic cushion shrub,and generally formed uniform and striking nabkhas in the habitat with surface covered by sand.This study compared the soil particle composition between inside and outside of the C.tibetica nabkhas,and analyzed the spatial distribution characteristic of soil particle and its relationship with soil water content in the community by using the method of geosatistics.The results showed that the composition of soil particles inside and outside nebkhas was mainly find sand,which accounted for more than 50% of the soil.The proportion of coarse sand and silt ranged from 9% to 18%,and the significant differences were found for grave,coarse sand and fine sand between inside and outside nabkhas.In C.tibetica community,the fine sand of the soil showed the largest spatial heterogeneity and smallest distance of spatial autocorrelation,and the spatial autocorrelation distances of soil particles ranged from 0.86 to 1.85 m.In addition,soil water content showed significant positive relationship with fine sand content of the soil but negative one with grave and coarse sand content.The findings can provide reference for rational utilization and protection of C.tibetica.

Caragana tibetica;nabkhas;soil particle-size;soil spatial heterogeneity;soil moisture

2014-7-10，

2014-09-29

国家自然科学基金(31300360)；内蒙古自然科学基金(200408020501)；内蒙古农牧业科学院青年创新基金(2013QNJJM12)

仓木拉(1965-)，女，西藏拉萨人，副教授，主要从事草业科学领域教学与科研工作。

*[通讯作者]张璞进(1981-)，男，内蒙古呼和浩特人，博士，助理研究员，主要从事草地群落结构与功能研究。 E-mail: zhangpujin0819@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)10-0023-05