东帕米尔高原高寒土壤有机质含量特征及分析

许善洋，薛治国

(喀什大学生命与地理科学学院， 新疆　喀什　844008)



东帕米尔高原高寒土壤有机质含量特征及分析

许善洋，薛治国

(喀什大学生命与地理科学学院， 新疆喀什844008)

对东帕米尔高原海拔3 000～4 100 m范围内的高寒土壤的有机质含量进行分析，揭示其随海拔高度变化的分布规律,并与土壤pH值及可溶盐含量进行相关性分析，探讨造成该区土壤有机质分布的原因.研究表明，该区土壤有机质含量丰富，平均值为20.943 g/kg，但不同采样点土壤有机质含量悬殊，标准差为8.370.随着海拔高度增加，有机质含量先增加后减小，在海拔3 600 m左右出现极小值.土壤有机质和可溶盐含量、土壤pH值均呈明显负相关关系，表明土壤含盐量和pH值对有机质积累有重要影响.

高寒土壤；有机质；相关分析；东帕米尔

碳排放引起温室效应可以说是全球变化中最为重要的问题，而碳循环又处于极其重要的地位[1].其中，全球土壤有机碳库(SOC POOL)达到1.5×103～2×103Pg，甚至超过植被和大气碳储量[2-3].土壤圈作为地球表层系统的重要组成部分，通过能量流和物质循环把大气圈、水圈和生物圈紧密联系在一起.同时，土壤的发育及其特征又直接决定于母质、地形、气候和生物等因素.因此，土壤和环境之间存在明显的相互反馈作用机制[4].了解土壤的特征是探索土壤演化和环境变化相互作用的基础.高寒土壤作为巨大的有机碳库成为全球碳循环研究的热点，所以对高寒土壤有机质分布特征进行研究具有重要意义.

1　实验材料与方法

1.1研究区概况

研究区位于新疆维吾尔自治区喀什地区塔什库尔干塔吉克自治县(E71°20′～77°01′，N35°37′～38°40′).东帕米尔高原地形平坦开阔，由两条西北—东南方向的山脉谷地构成，平均海拔3 600 m左右，属于强烈的大陆型高山严寒气候，冬季漫长寒冷，热量不足.该区虽然位于西风带，但由于高山地形阻挡，大部分地区属干旱—半干旱气候，年降水量只有75～100 mm，主要以高山寒漠景观为主.植被为优若属的矮小灌木，以及刺雪属和棘豆属的一些垫状植物.在一些地势低洼处由于冰雪融水汇集形成高寒草甸土和草甸沼泽土.

1.2研究方法

1.2.1样点设置

采样点位于新疆维吾尔自治区喀什地区塔什库尔干塔吉克自治县境内(75°13′～75°55′E，37°53′～38°16′N).取样点海拔在3 050～4 076 m之间.通过实地观察选择不同植被覆盖情况下的典型性采样点9个，即沿314国道选取公路沿线的3个高寒沼泽草甸，并在周边选取1～2个高寒干旱草甸作为对比点.根据土壤剖面分层情况，部分采样点土壤分层采样，共计采集土壤样品22个.

表1　采样点基本信息

1.2.2实验方法

土壤采集回实验室后先进行风干过筛，去除草根和其他杂质，然后对土壤的pH值、有机质含量和可溶盐含量进行测定.土壤有机质用重铬酸钾容量法，可溶盐含量用溶解烘干法，土壤pH值用上海发泰精密仪器仪表有限公司生产的pHS-3型pH酸度计测定.

1.2.3数据分析

对同一采样点不同土壤层各项指标分别取其平均值，利用Excel2007和SPSS15.0软件对实验数据进行相关分析和方差分析.

表2　土壤各项指标统计分析

2　结果分析与讨论

2.1土壤有机质含量随海拔高度的变化

分析结果显示，研究区范围内有机质平均含量为20.943 g/kg，不同海拔高度有机质含量变化较大，最大值与最小值之间的差值为26.548 g/kg.图1反映土壤有机质含量(y)与海拔高度(x)相关度表现明显(两者对应关系式为y=0.00007x2-0.4652x+824.89，R2=0.753).可以看出，在海拔3 000 m至3 600 m范围内，土壤有机质含量随海拔高度增加递减.海拔3 600 m～4 000 m土壤有机质含量反而随海拔高度增加递增，最低值为9.557 g/kg，出现在海拔3 600 m.青藏高原土壤有机质含量随海拔高度变化规律也与本研究一致，呈现随海拔高度增加土壤有机质含量先降低后增加[5-6].天山森林带表现为先下降后上升再下降的双峰变化[7].土壤有机质含量与当地降水量、温度有密切关系.王丹等对若尔盖地区土壤进行研究.研究结果表明：增温促进土壤碳矿化，水分过高抑制碳矿化[8].在海拔3 000～3 600 m之间，影响有机质含量的主要因素是降水.随着海拔高度增加，降水量减少，有机质含量递减；海拔超过3 600 m后，影响有机质含量的主要因素是温度，低温情况下，微生物生理活动受到抑制，反而有利于土壤有机质的积累[9].土壤微生物生物量碳与土壤有机质也有显著正相关性[10].

图1　不同海拔高度有机质含量变化

所以，随海拔高度增加，温度降低，土壤有机质含量增加.由于气候垂直地带性的影响使得温度、降水等随海拔高度变化[11]，综合作用于土壤后，又使该区土壤有机物含量呈现随海拔高度增加先降低后升高的变化规律.

2.2土壤有机质与可溶盐含量相关分析

分析结果显示，研究区范围内可溶盐含量最大值为13.820 g/kg，最小值为0.290 g/kg，可溶盐平均含量为3.569 g/kg.可溶盐平均含量较大，部分采样点土壤表层有盐积层.不同采样点受成土环境影响土壤可溶盐含量差异显著，最大值与最小值之间的极差为13.530 g/kg，方差为19.883，标准差为4.459.姚荣江等的研究表明,微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间分布的主要因素[12].土壤盐分异质性是引起土壤有机质异质性的重要因素.随着地形高程的降低,土壤有机质含量减少,土壤盐化作用加强[13].通过土壤有机质(y)与可溶盐含量(x)变化的相关分析(如图2)发现，两者表现出明显的负相关(y=26.589e-0.334 88x，R2=0.530 04).Pearson相关系数为-0.630，说明该研究区的土壤盐分含量对有机质积累影响较大.本研究区为干旱—半干旱气候，降水变率大，干湿交替对土壤水盐运动产生影响导致盐分积累，进而使得土壤可溶盐含量偏高，土壤有轻微盐积现象.土壤的盐渍化影响到有机质的积累，也是本研究区土壤有机质含量低于其他研究区的原因之一.可溶盐含量越高，土壤有机质含量越低.

图2　有机质与可溶盐含量相关分析

2.3土壤有机质含量与土壤pH值相关分析

分析结果显示，研究区范围内土壤pH值最大为7.330，最小为6.550，平均值为6.874.最大值与最小值之间的极差为0.680，方差为0.047，标准差为0.216.这表明研究区范围内土壤pH值变化幅度不大.通过土壤有机质(x)与pH值(y)变化的相关分析(如图3)发现，两者呈较为明显的线性相关，Pearson检验的相关系数为-0.715.不同研究结果对土壤有机质和pH值之间的关系存在较大分歧.戴万宏等认为土壤有机质含量有随pH值升高而降低的趋势[14].孙慧兰等对伊犁山地不同海拔高度有机碳分布的研究结果也证实了土壤有机碳含量与pH值之间表现出明显的负相关[15]，与本研究结果一致.综合来看，东帕米尔高原的土壤接近中性，碱性土壤有利于有机质的积累，酸性土壤不利于有机质的积累.pH值的变化对土壤有机质含量的影响比较明显.

图3　土壤有机质含量与pH值相关分析

2.4土壤可溶盐含量与土壤pH值相关分析

为了进一步证实土壤有机质含量与土壤可溶盐含量及土壤pH值的相关性，进一步对土壤可溶盐含量(y)与土壤pH值(x)进行相关分析，如图4所示，两者之间明显呈线性相关(y=3.378 7x-22.327，R2=0.5502 8).Pearson相关系数检验结果为0.945.本研究区土壤虽然可溶盐含量相对较高，但pH值并不大，属于盐土范畴，说明土壤可溶盐含量是pH值变化的主导因素，土壤溶液中的离子含量是土壤pH值形成的直接原因.这也证实了前文有机质含量和土壤可溶盐含量及pH值之间相关性的可信度.

图4　可溶盐含量与pH值相关分析

3　结论

3.1土壤有机质含量垂直变化规律

东帕米尔高原受气候垂直变化(气温和降水要素)的综合影响，土壤有机质含量随海拔高度增加呈现有规则变化.在海拔3 000～3 600 m之间影响土壤有机质含量的主要因素是降水.随着海拔高度增加，降水量减少，有机质含量随海拔高度增加而递减.海拔3 600～4 100 m之间影响土壤有机质含量的主要因素是温度，随海拔高度增加温度降低，微生物活动受到抑制，反而有利于有机质的积累，有机质含量随海拔高度增加而增加.

3.2土壤可溶盐含量对有机质含量的影响

土壤有机质含量与土壤可溶盐含量呈较强的指数负相关.土壤可溶盐含量越高，有机质含量会越低，反映出该区域特殊的自然环境：既是高寒环境，又是干旱—半干旱环境.土壤可溶盐含量的变化说明该区土壤盐渍化对土壤有机质的含量影响明显，含盐量高说明土壤干湿变化强烈，不利于有机质积累.

3.3土壤pH值对有机质含量的影响

土壤pH值对土壤有机质含量影响显著，两者呈较强的线性负相关.pH值越大有机质含量越低，酸性土壤有利于有机质积累，碱性土壤存在盐碱化因而不利于有机质积累.土壤的盐含量与pH 值之间的相关性也表现得非常明显，两者都对土壤有机质积累与矿化有重要的意义.

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(责任编辑穆刚)

Analysis on characteristics of organic matter content on alpine soil in pamir plateau

XU Shanyang, XUE Zhiguo

(School of Life and GeograpHical Sciences, Kashgar University, Kashi Xinjiang 844008,China)

Alpine soil organic matter analysis which is from east Pamirs at an altitude of 3 000～4 100 m reveals the distribution law changing with altitude, soluble salt and soil pH. This study shows that the soil organic matter is rich, with the average of 20.943 g/kg, but different sampling points show a large disparity, with the standard deviation of 8.370. The organic matter increases between 3 000 m and 3 600 m, but decreases above 3 600 m. Soil organic matter shows obvious negative correlation to the soluble salt content and soil pH. Soil salinity and pH have important effects on the organic matter accumulation.

alpine soil; organic matter; correlation analysis; east pamir

2016-04-27

喀什大学校内课题(14)2515.

许善洋(1979—)，男，江苏连云港人，助教，硕士，主要从事自然地理与环境变化方面的研究.

K903

A

1673-8004(2016)05-0084-04