青海湖沙区风沙土土壤机械组成特征

展秀丽，严平

(1.宁夏大学资源环境学院，宁夏 银川　750021；2.北京师范大学地表过程与资源生态重点实验室，北京　100875)



青海湖沙区风沙土土壤机械组成特征

展秀丽1，严平2

(1.宁夏大学资源环境学院，宁夏 银川750021；2.北京师范大学地表过程与资源生态重点实验室，北京100875)

摘要：【目的】 掌握青海湖沙区土壤颗粒物组成特征，为防治措施生态效益的定量评价提供依据.【方法】 选择青海湖沙区的典型样区，通过野外调查、采样及室内实验分析，对青海湖沙区风沙土的颗粒组成特征进行研究.【结果】 青海湖沙区示范区的草方格设置从2008年才开始，属固沙的初步阶段，颗粒较粗，颗粒组成与流动沙丘相似，颗粒组成以较粗的颗粒为主.海晏县克土为早期治理区，各样点均以粒径0.25～0.5 mm的中沙颗粒为主，栽植青杨和沙棘的草方格中的粗沙含量较植被覆盖较高的早期治理区高，粉沙和极细沙几乎为零.湖东-种羊场草方格中的风沙土颗粒组成以0.1～0.25 mm的细沙为主，0.25～0.5 mm的次之，其他粒径的颗粒含量均非常少.沙岛治理区中风沙土颗粒以中沙和细沙为主，其他粒径的颗粒含量均较少.流动沙丘的中沙和粗沙含量较高.示范区的草方格与流动沙丘颗粒组成均表现为以中沙和细沙为主.【结论】 沙漠化治理年限较长的区域，植被覆盖较好，风沙土颗粒较细.

关键词：风沙土；土壤机械组成；青海湖沙区

土壤颗粒组成指土壤中大小不同的各级土粒的比率，是影响土壤松紧度、通透性能以及肥力高低的基本因素，是反映土壤发育程度的标志之一[1].沙地的土壤的机械组成及其水分是沙地造林必需考虑的因素[2]，土壤颗粒组成直接影响土壤的物理性质、化学性质和土壤质地特征[3].在沙漠化地区，土壤颗粒组成是对沙漠化发生发展有着决定性影响的极为重要的土壤性质，在沙化严重发展的区域，细粒成分，特别是粘粉粒的存在对改善土壤质地，推进土壤-植被系统良性循环和发展有重要作用[4].在众多研究者提出的沙漠化监测与评价指标中[5-7]，都将土壤指标列为重要的监测指标，监测以土壤的理化性质为主，其中土壤的机械组成(细颗粒与粗颗粒的变化)被认为是最为明显变化的指标之一.定时监测防沙治沙草方格内风沙土各土壤指标，对沙漠化治理效果评价具有重要作用.因此，本研究对青海湖防沙工程措施区进行粒度分析，掌握青海湖沙区目前的土壤粒度组成特征，为防沙措施的生态效益的定量评价提供数据.

1材料与方法

1.1研究区概况

青海湖流域位于97°50′～101°20′E，36°15′～38°20′N，处于我国东部季风区、西北干旱区和西南部高寒区的交汇地带.青海湖流域沙漠化土地主要分布在湖东岸下巴台、海晏克土及耳海周围，是从全新世以来在干旱区气候控制下形成的该流域最大规模的风沙堆积区.该地区多年平均气温为0.3 ℃，日照时数3 040 h，年均降水量378.2 mm，且集中在6、7、8月，年蒸发量大于年降水量，约为年降水量的3.8倍.四季多风，风向以西北风为主，年大风日数大于48 d.环湖沙区土壤类型主要是风沙土、草甸土、盐碱土等，天然植被草本主要有芨芨草(Achnatherumsplendens(Trin) Nevski)、赖草(LeymussecalinusTzvel)等，灌木有沙棘(HippophaerhamnoidesLinn)、沙蒿(ArtemisiadesterorumSpreng)等.海晏县克土沙区处在青海湖东北部，东南至大水塘，西北达哈尔盖河，西南至青海湖岸，西北沿白佛寺-托勒滩-塔勒宣果一线，总面积7.67万hm2.海晏县克土自1980年以来开始封沙育草，之后逐渐开始设置草方格，于1982年被列入国家“三北”防护林建设工程体系建设区，截至2004年，设置草方格已达0.014万hm2.草方格内人工栽植的植被种类主要有：沙棘、沙蒿、青杨、乌柳等.沙岛公路两侧于2002年和2005年设置草方格，人工栽植的植物主要是沙棘、沙蒿，长势较好，沙丘基本固定.湖东-种羊场在近两年开始大面积实施防沙工程措施.

1.2研究方法

在典型防沙治沙措施区，选择不同年限的草方格以及栽植不同固沙植物的草方格.野外采用四分法多点采样，混合分析的原则，取样深度分别为0～2,2～10,10～20,20～30,30～40,40～50,50～70 cm(表1).

土壤粒度分析使用马尔文激光粒度仪进行测定，首先对样品进行预处理，具体步骤为：1)自然风干土样，称取5～ 9 g分散样品放入烧杯中，加10%双氧水(H2O2)，在电热板上加热使其充分反应去除有机质；2)清洗杯壁，加入10%盐酸使其充分反应，以去除碳酸盐物质；3)反应完全后加过滤水，静置一夜，抽去上清液，除去过量酸，反复数次至中性；4)烧杯中加入体积分数为4% (NaPO3)6分散剂，4～ 5 min后开始在马尔文激光粒度仪上测量样品.

表1　采样点基本特征

2结果与分析

2.1克土早期治理区

由图1可以发现，克土灌丛顶部的土壤颗粒机械组成，各层粒度分级均表现为中沙(0.25～0.5 mm)>细沙(0.1～0.2 mm)>粗沙(>0.5 mm)，粉沙(<0.05 mm)和极细沙(0.05～0.1 mm)含量较低.坡中部灌丛的机械组成与坡顶的非常相似.灌丛低地的土壤机械组成，各层中沙(0.25～0.5 mm)含量最高，除了表层，粉沙(<0.05 mm)、粗沙(>0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)较接近，其他各层均是粗沙(>0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)含量次之，较接近，粉沙(<0.05 mm)含量较低，极细沙(0.05～0.1 mm)含量最少.从垂直分布上来看，随着深度的增加，粗沙(>0.5 mm)和中沙(0.25～0.5 mm)含量越来越高，细沙(0.1～0.2 mm)、极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量垂直变化不明显.与灌丛地顶部和灌丛地坡中不同的是，低地灌丛沙土(0～30 cm)各层的粉砂(<0.05 mm)含量较坡中和顶部明显高，粉沙(<0.05 mm)占机械组成的16.34%～28.34%，0～30 cm的中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)的含量较坡中和坡顶的低.

从图2可以看出，栽植青杨草方格内沙土的表层(0～2 cm)粒度组成中，粗沙(>0.5 mm)>中沙(0.25～0.5 mm)>细沙(0.1～0.2 mm).2 cm以下各层颗粒组成均表现为中沙(0.25～0.5 mm)>粗沙(>0.5 mm)>细沙(0.1～0.2 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉砂(<0.05 mm)含量较低.从垂直分布来看，土层越深，粗砂(>0.5 mm)含量越少，中砂(0.25～0.5 mm)含量越高，细沙(0.1～0.2 mm)含量也越高.很明显，各层机械组成均为中沙(0.25～0.5 mm)含量最高，粗沙(>0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)含量相近，几乎无极细沙(0.05～0.1 mm)和粉砂(<0.05 mm).栽植沙棘的草方格内沙土的机械组成各层均表现为中砂(0.25～0.5 mm)含量最高，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉砂(<0.05 mm)含量几乎为零，表层(0～2 cm)粒度组成中，中沙(0.25～0.5 mm)>粗沙(>0.5 mm)>细沙(0.1～0.2 mm)，其他各层，粗沙(>0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)较接近.与灌丛风沙土相比，栽植青杨和沙棘的草方格沙障内的风沙土粗砂(>0.5 mm)含量明显较高，此处草方格沙障是2005年设置，并栽植青杨和沙棘等固沙植物，地表仍然裸露较多，而灌丛属于早期治理区，植被覆盖较高，因此，草方格内风沙土中粗沙含量较高，而早期治理区的细颗粒较多.

图1　克土早期治理区风沙土颗粒垂直分布特征Fig.1　Vertical distribution of sandy soil particle of the early combating zone in Ketu

图2　克土草方格(青杨、沙棘)风沙土颗粒垂直分布特征Fig.2　Vertical distribution of sandy soil particle in straw checkerboard barriers zone (Populus cathayana,Hippophae thibetana) in Ketu

2.2湖东种羊场实验区

从图3中可以看出，迎风坡坡顶草方格内，各层风沙土颗粒组成以细沙(0.1～0.2 mm)和中沙(0.25～0.5 mm)为主，均表现为细沙(0.1～0.2 mm)含量大于中沙(0.25～0.5 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量较接近，均较少，0～70 cm粗沙(>0.5 mm)含量几乎为零.迎风坡草方格内风沙土粒度组成与坡顶沙土颗粒组成相似，以细沙(0.1～0.2 mm)为主，均表现为细沙(0.1～0.2 mm)含量高于中沙(0.25～0.5 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量非常少，除了表层含有粗沙(>0.5 mm)，2 cm以下几乎无粗沙.迎风坡下部，土壤颗粒组成主要以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，细沙(0.1～0.2 mm)含量高于中沙(0.25～0.5 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量较接近，均很低，除了表层含有粗沙(>0.5 mm)，2 cm以下几乎无粗沙.

图3　湖东种羊场迎风坡草方格内风沙土颗粒垂直分布特征Fig.3　Vertical distribution of sandy soil particle in straw checkerboard barriers zone in Hudong sheep stud

2.3沙岛实验区

从图4可以看出，垂直分布各层土壤颗粒组成均以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，二者含量相当，粗沙(>0.5 mm)含量次之，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量最少，二者相近.沙岛丘顶，颗粒组成以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，中沙(0.25～0.5 mm)含量大于细沙(0.1～0.2 mm)，粗沙(>0.5 mm)次之，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)少，二者含量接近.粗沙(>0.5 mm)和中沙(0.25～0.5 mm)的垂直分布表现为越深越高，而细沙(0.1～0.2 mm)越深含量越低，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量越深越低.沙岛流动沙丘表层与路边灌丛表层的颗粒组成均以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，但是流动沙丘表层的中沙(0.25～0.5 mm)含量高于灌丛表层，而灌丛表层的细沙(0.1～0.2 mm)含量高于流动沙丘表层.

2.4示范区

从图5可以看出，流动沙丘迎风坡中部，整个剖面颗粒组成以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，粗沙(>0.5 mm)次之，较少.中沙(0.25～0.5 mm)含量高于细沙(0.1～0.2 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)很少，比例基本低于1%.流动沙丘顶部，整个剖面颗粒组成以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，粗沙(>0.5 mm)次之，中沙(0.25～0.5 mm)含量高于细沙(0.1～0.2 mm)，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)极少，比例基本低于1%.流动沙丘背风坡，机械组成与迎风坡相似，以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，粗沙(>0.5 mm)次之，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量极少.

图4　沙岛风沙土颗粒垂直分布特征Fig.4　Vertical distribution of sandy soil particle in Shadao

图5　流动沙丘(示范区)风沙土颗粒垂直分布特征Fig.5　Vertical distribution of sandy soil particle in mobile sand dune in demonstration area

整体上看，风沙土上层颗粒较深层颗粒粗，这也符合风沙土剖面机械组成的一般规律.本研究区内流动沙丘迎风坡的粗沙(>0.5 mm)比例小于沙丘顶部和背风坡，沙丘顶部中砂(0.25～0.5 mm)比例较迎风坡和背风坡高，细沙(0.1～0.2 mm)较迎风坡和背风坡低.

2008年草方格内(图6)，机械组成与流动沙丘相似，垂直分布各层均以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.2 mm)为主，但总体上中沙(0.25～0.5 mm)含量比流动沙丘高，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量极少.说明治理初期土壤的颗粒组成变化不明显，还需要经过长期的治理和恢复后，土壤才可以得到初步的恢复.迎风坡中部和迎风坡下部，依然是以中沙和细沙为主，粗沙次之，极细沙和粉沙非常少.2009年草方格内，机械组成与流动沙丘相似，以中沙(0.25～0.5 mm)和细沙(0.1～0.25 mm)为主，但是，总体上，中沙(0.25～0.5 mm)含量比流动沙丘高，极细沙(0.05～0.1 mm)和粉沙(<0.05 mm)含量极少.说明治理初期土壤的颗粒组成变化不明显，还需要经过长期的治理和恢复后，土壤性质才可以得到明显的改变.

总体上，湖东种羊场一带的沙丘，细沙含量高于克土一带流动沙丘，而且表层变化较下层明显，这也与其他沙漠地区研究结果相似[8].流沙固定后粉尘的不断积累改变了土壤物质平衡过程，对土壤质地产生重大影响，这在剖面分化中具有十分重要的意义[9].流沙固定后大量粉砂级颗粒沉积，改变了流沙的粒度特征，土壤吸湿性、持水性明显提高.土壤机械组成随固沙时间的增加而明显变细，随土层深度的增加而变粗，地貌部位的影响表现为丘间地的细化过程比背风坡和迎风坡更快[10].

图6　草方格(示范区)风沙土颗粒垂直分布特征Fig.6　Vertical distribution of sandy soil particle in straw checkerboard barriers zone in demonstration area

3讨论与结论

青海湖沙区风沙土颗粒机械组成主要特征表现为植被盖度较高的土壤颗粒机械组成各层均表现为中沙>细沙>粗沙，粉沙和极细沙含量较低；示范区的流动沙丘迎风坡中部，整个垂直剖面主要以中沙和细沙为主，粗沙次之，表层较深层颗粒粗，2008年和2009年草方格内，机械组成与流动沙丘相似，以中沙和细沙为主.

海晏县克土早期治理区，植被覆盖度较高，沙棘灌丛长势较好，风沙土颗粒以粒径中沙为主，细沙含量次之，极细砂和粉沙含量最少.而丘间低地的风沙土颗粒中沙含量较高，细沙、粉沙和粗沙含量相近.栽植青杨和沙棘的草方格中风沙土的颗粒中沙含量较高，粗沙含量较植被覆盖较高的早期治理区高，粉沙和极细砂几乎为零.湖东种羊场草方格中的风沙土颗粒组成以细沙为主，中沙含量次之，其他粒径的颗粒含量均非常少.沙岛治理区中风沙土颗粒以中沙和细沙为主，二者含量相当，其他粒径的颗粒含量均较少.流动沙丘的中沙和粗沙含量较灌丛覆盖较好的高，灌丛覆盖较好的细沙含量较高.示范区的草方格与流动沙丘颗粒组成均表现为以中沙和细沙为主，其中中沙含量较细沙高.示范区草方格设置年限较短，风沙土颗粒组成变化不太明显.

分析本实验结果可看出，沙漠化治理年限较长的区域，植被覆盖较好，因此风沙土颗粒较细，而青海湖沙区示范区的草方格设置从2008年才开始，属固沙的初步阶段，沉积的颗粒较粗，颗粒组成与流动沙丘相似，与植被恢复较好的区域相比，颗粒组成较粗.土壤机械组成是重要的土壤物理性质之一，风沙土颗粒组成特征除了与植被发育有一定的关系外，还需要深入研究青海湖沙区的土壤机械组成与土壤其他理化性质的相互作用.

参考文献

[1]齐雁冰.高寒地区荒漠化土壤发生特性及其形成演变研究:以沙珠玉和青海湖东岸为例[D].杨凌：西北农林科技大学,2003

[2]李红丽.浑善达克沙地沙漠化过程及其植被恢复的基础研究:以正蓝旗为例[D].呼和浩特：内蒙古农业大学,2003

[3]陈隆亨.中国风沙土[M].北京：科学出版社,1998

[4]张继义,赵哈林.退化沙质草地恢复过程土壤颗粒组成变化对土壤:指标系统稳定性的影响[J].生态环境学报,2009,18(4):1395-1401

[5]左小安,赵学勇,赵哈林.沙地退化植被恢复过程中灌木发育对草本植物和土壤的影响[J].生态环境学报,2009,18(2):643-647

[6]张继义,赵哈林,植被(植物群落)稳定性研究评述[J].生态学杂志,2003,22(4):42-48

[7]赵哈林,刘新民,李胜功.科尔沁沙地脆弱生态环境的基本属性特征和成因分析[J].中国沙漠,1998,18(2):10-16

[8]顾峰雪,文启凯,潘伯荣，等.塔格拉玛干沙漠腹地人工绿地风沙土的理化性质研究[J].干旱区资源与环境,2000,14(1):74-79

[9]肖洪浪,李新荣,段争虎，等.流沙固定过程中土壤-植被系统演变[J].中国沙漠,2003,23(6):605-614

[10]樊恒文,肖洪浪,段争虎，等.中国沙漠地区降尘特征及影响因素分析[J].中国沙漠,2002,22(6):559-565

(责任编辑胡文忠)

Characteristic of mechanical composition of Aeolian sandy soil in desert area around Qinghai Lake

ZHAN Xiu-li,YAN Ping

(1.College of Resource and Environment,Ningxia University,Ningxia 750021,China;2.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology,Beijing Normal University,Beijing 100875,China)

Abstract：【Objective】The aim of this study was to master the sand grain composition characteristics of sand soil around Qinghai Lake.【Method】 Selecting typical sampling area in desert area around Qinghai Lake,the soil granule composition of aeolian sandy soil was research by field investigation,soil sampling and laboratory analysis.【Result】Straw checkerboard barriers were set in demonstrate area in the sandy area,which belonged to initial stage,particles were coarse,particle composition was similar to that of moving sand dunes and particle composition was mainly composed of coarse particles.Early controlled areas of Ketu in Haiyan county,middle-sized sand particle was mainly composed of particles with diameter at 0.25～0.5 mm.The content of coarse sand in straw checkerboard barriers planted Populus cathayana and Hippophae rhamnoides was higher than that in early controlled areas and silt and mighty fine sand were few.And lowland of sand soil particles was higher in 0.25～0.5 mm,and fine sand,silt and coarse sand were low.Particles of 0.25～0.5 mm were higher in straw checkerboard barriers zone planted with Hippophae thibetana Schlechtend and Populus cathayana Rehd.And coarse sand content was higher than early combating areas,silty sand and fine sand was few.In straw checkerboard barriers at Hudong Sheep Breeding Farm,aeolian sandy soil particle was mainly composed of fine sand with diameter at 0.1～0.25 mm,followed by 0.25～0.5 mm and other particle sizes were very few.In Shadao combating zone,particle was mainly comprised by middle-sized and fine sand and other particle sizes were very few.Middle-sized and coarse sand content was higher in mobile dune.Particle composition was composed of middle-sized and fine sand in the straw checkerboard barriers in demonstration area and mobile sand dune.【Conclusion】The areas implemented sand control for many years characterized good vegetation coverage and finer soil granule.

Key words：aeolian sandy soil;soil mechanical composition;desert area around Qinghai Lake

基金项目：国家自然科学基金(41201087).

收稿日期：2014-10-11；修回日期：2015-05-28

中图分类号：S151.9

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2016)01-0107-07

第一作者：展秀丽(1983-)，女，博士，讲师，主要从事防沙治沙与生态恢复研究.E-mail:zhanxiuli@mail.bnu.edu.cn