許善洋，薛治國

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院， 新疆　喀什　844008)

?

東帕米爾高原高寒土壤有機質(zhì)含量特征及分析

許善洋，薛治國

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院， 新疆喀什844008)

對東帕米爾高原海拔3 000～4 100 m范圍內(nèi)的高寒土壤的有機質(zhì)含量進(jìn)行分析，揭示其隨海拔高度變化的分布規(guī)律,并與土壤pH值及可溶鹽含量進(jìn)行相關(guān)性分析，探討造成該區(qū)土壤有機質(zhì)分布的原因.研究表明，該區(qū)土壤有機質(zhì)含量豐富，平均值為20.943 g/kg，但不同采樣點土壤有機質(zhì)含量懸殊，標(biāo)準(zhǔn)差為8.370.隨著海拔高度增加，有機質(zhì)含量先增加后減小，在海拔3 600 m左右出現(xiàn)極小值.土壤有機質(zhì)和可溶鹽含量、土壤pH值均呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明土壤含鹽量和pH值對有機質(zhì)積累有重要影響.

高寒土壤；有機質(zhì)；相關(guān)分析；東帕米爾

碳排放引起溫室效應(yīng)可以說是全球變化中最為重要的問題，而碳循環(huán)又處于極其重要的地位[1].其中，全球土壤有機碳庫(SOC POOL)達(dá)到1.5×103～2×103Pg，甚至超過植被和大氣碳儲量[2-3].土壤圈作為地球表層系統(tǒng)的重要組成部分，通過能量流和物質(zhì)循環(huán)把大氣圈、水圈和生物圈緊密聯(lián)系在一起.同時，土壤的發(fā)育及其特征又直接決定于母質(zhì)、地形、氣候和生物等因素.因此，土壤和環(huán)境之間存在明顯的相互反饋作用機制[4].了解土壤的特征是探索土壤演化和環(huán)境變化相互作用的基礎(chǔ).高寒土壤作為巨大的有機碳庫成為全球碳循環(huán)研究的熱點，所以對高寒土壤有機質(zhì)分布特征進(jìn)行研究具有重要意義.

1　實驗材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)塔什庫爾干塔吉克自治縣(E71°20′～77°01′，N35°37′～38°40′).東帕米爾高原地形平坦開闊，由兩條西北—東南方向的山脈谷地構(gòu)成，平均海拔3 600 m左右，屬于強烈的大陸型高山嚴(yán)寒氣候，冬季漫長寒冷，熱量不足.該區(qū)雖然位于西風(fēng)帶，但由于高山地形阻擋，大部分地區(qū)屬干旱—半干旱氣候，年降水量只有75～100 mm，主要以高山寒漠景觀為主.植被為優(yōu)若屬的矮小灌木，以及刺雪屬和棘豆屬的一些墊狀植物.在一些地勢低洼處由于冰雪融水匯集形成高寒草甸土和草甸沼澤土.

1.2研究方法

1.2.1樣點設(shè)置

采樣點位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)塔什庫爾干塔吉克自治縣境內(nèi)(75°13′～75°55′E，37°53′～38°16′N).取樣點海拔在3 050～4 076 m之間.通過實地觀察選擇不同植被覆蓋情況下的典型性采樣點9個，即沿314國道選取公路沿線的3個高寒沼澤草甸，并在周邊選取1～2個高寒干旱草甸作為對比點.根據(jù)土壤剖面分層情況，部分采樣點土壤分層采樣，共計采集土壤樣品22個.

表1　采樣點基本信息

1.2.2實驗方法

土壤采集回實驗室后先進(jìn)行風(fēng)干過篩，去除草根和其他雜質(zhì)，然后對土壤的pH值、有機質(zhì)含量和可溶鹽含量進(jìn)行測定.土壤有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法，可溶鹽含量用溶解烘干法，土壤pH值用上海發(fā)泰精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)的pHS-3型pH酸度計測定.

1.2.3數(shù)據(jù)分析

對同一采樣點不同土壤層各項指標(biāo)分別取其平均值，利用Excel2007和SPSS15.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和方差分析.

表2　土壤各項指標(biāo)統(tǒng)計分析

2　結(jié)果分析與討論

2.1土壤有機質(zhì)含量隨海拔高度的變化

分析結(jié)果顯示，研究區(qū)范圍內(nèi)有機質(zhì)平均含量為20.943 g/kg，不同海拔高度有機質(zhì)含量變化較大，最大值與最小值之間的差值為26.548 g/kg.圖1反映土壤有機質(zhì)含量(y)與海拔高度(x)相關(guān)度表現(xiàn)明顯(兩者對應(yīng)關(guān)系式為y=0.00007x2-0.4652x+824.89，R2=0.753).可以看出，在海拔3 000 m至3 600 m范圍內(nèi)，土壤有機質(zhì)含量隨海拔高度增加遞減.海拔3 600 m～4 000 m土壤有機質(zhì)含量反而隨海拔高度增加遞增，最低值為9.557 g/kg，出現(xiàn)在海拔3 600 m.青藏高原土壤有機質(zhì)含量隨海拔高度變化規(guī)律也與本研究一致，呈現(xiàn)隨海拔高度增加土壤有機質(zhì)含量先降低后增加[5-6].天山森林帶表現(xiàn)為先下降后上升再下降的雙峰變化[7].土壤有機質(zhì)含量與當(dāng)?shù)亟邓?、溫度有密切關(guān)系.王丹等對若爾蓋地區(qū)土壤進(jìn)行研究.研究結(jié)果表明：增溫促進(jìn)土壤碳礦化，水分過高抑制碳礦化[8].在海拔3 000～3 600 m之間，影響有機質(zhì)含量的主要因素是降水.隨著海拔高度增加，降水量減少，有機質(zhì)含量遞減；海拔超過3 600 m后，影響有機質(zhì)含量的主要因素是溫度，低溫情況下，微生物生理活動受到抑制，反而有利于土壤有機質(zhì)的積累[9].土壤微生物生物量碳與土壤有機質(zhì)也有顯著正相關(guān)性[10].

圖1　不同海拔高度有機質(zhì)含量變化

所以，隨海拔高度增加，溫度降低，土壤有機質(zhì)含量增加.由于氣候垂直地帶性的影響使得溫度、降水等隨海拔高度變化[11]，綜合作用于土壤后，又使該區(qū)土壤有機物含量呈現(xiàn)隨海拔高度增加先降低后升高的變化規(guī)律.

2.2土壤有機質(zhì)與可溶鹽含量相關(guān)分析

分析結(jié)果顯示，研究區(qū)范圍內(nèi)可溶鹽含量最大值為13.820 g/kg，最小值為0.290 g/kg，可溶鹽平均含量為3.569 g/kg.可溶鹽平均含量較大，部分采樣點土壤表層有鹽積層.不同采樣點受成土環(huán)境影響土壤可溶鹽含量差異顯著，最大值與最小值之間的極差為13.530 g/kg，方差為19.883，標(biāo)準(zhǔn)差為4.459.姚榮江等的研究表明,微地形和氣候條件是影響表層土壤鹽分空間分布的主要因素[12].土壤鹽分異質(zhì)性是引起土壤有機質(zhì)異質(zhì)性的重要因素.隨著地形高程的降低,土壤有機質(zhì)含量減少,土壤鹽化作用加強[13].通過土壤有機質(zhì)(y)與可溶鹽含量(x)變化的相關(guān)分析(如圖2)發(fā)現(xiàn)，兩者表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)(y=26.589e-0.334 88x，R2=0.530 04).Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.630，說明該研究區(qū)的土壤鹽分含量對有機質(zhì)積累影響較大.本研究區(qū)為干旱—半干旱氣候，降水變率大，干濕交替對土壤水鹽運動產(chǎn)生影響導(dǎo)致鹽分積累，進(jìn)而使得土壤可溶鹽含量偏高，土壤有輕微鹽積現(xiàn)象.土壤的鹽漬化影響到有機質(zhì)的積累，也是本研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量低于其他研究區(qū)的原因之一.可溶鹽含量越高，土壤有機質(zhì)含量越低.

圖2　有機質(zhì)與可溶鹽含量相關(guān)分析

2.3土壤有機質(zhì)含量與土壤pH值相關(guān)分析

分析結(jié)果顯示，研究區(qū)范圍內(nèi)土壤pH值最大為7.330，最小為6.550，平均值為6.874.最大值與最小值之間的極差為0.680，方差為0.047，標(biāo)準(zhǔn)差為0.216.這表明研究區(qū)范圍內(nèi)土壤pH值變化幅度不大.通過土壤有機質(zhì)(x)與pH值(y)變化的相關(guān)分析(如圖3)發(fā)現(xiàn)，兩者呈較為明顯的線性相關(guān)，Pearson檢驗的相關(guān)系數(shù)為-0.715.不同研究結(jié)果對土壤有機質(zhì)和pH值之間的關(guān)系存在較大分歧.戴萬宏等認(rèn)為土壤有機質(zhì)含量有隨pH值升高而降低的趨勢[14].孫慧蘭等對伊犁山地不同海拔高度有機碳分布的研究結(jié)果也證實了土壤有機碳含量與pH值之間表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)[15]，與本研究結(jié)果一致.綜合來看，東帕米爾高原的土壤接近中性，堿性土壤有利于有機質(zhì)的積累，酸性土壤不利于有機質(zhì)的積累.pH值的變化對土壤有機質(zhì)含量的影響比較明顯.

圖3　土壤有機質(zhì)含量與pH值相關(guān)分析

2.4土壤可溶鹽含量與土壤pH值相關(guān)分析

為了進(jìn)一步證實土壤有機質(zhì)含量與土壤可溶鹽含量及土壤pH值的相關(guān)性，進(jìn)一步對土壤可溶鹽含量(y)與土壤pH值(x)進(jìn)行相關(guān)分析，如圖4所示，兩者之間明顯呈線性相關(guān)(y=3.378 7x-22.327，R2=0.5502 8).Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗結(jié)果為0.945.本研究區(qū)土壤雖然可溶鹽含量相對較高，但pH值并不大，屬于鹽土范疇，說明土壤可溶鹽含量是pH值變化的主導(dǎo)因素，土壤溶液中的離子含量是土壤pH值形成的直接原因.這也證實了前文有機質(zhì)含量和土壤可溶鹽含量及pH值之間相關(guān)性的可信度.

圖4　可溶鹽含量與pH值相關(guān)分析

3　結(jié)論

3.1土壤有機質(zhì)含量垂直變化規(guī)律

東帕米爾高原受氣候垂直變化(氣溫和降水要素)的綜合影響，土壤有機質(zhì)含量隨海拔高度增加呈現(xiàn)有規(guī)則變化.在海拔3 000～3 600 m之間影響土壤有機質(zhì)含量的主要因素是降水.隨著海拔高度增加，降水量減少，有機質(zhì)含量隨海拔高度增加而遞減.海拔3 600～4 100 m之間影響土壤有機質(zhì)含量的主要因素是溫度，隨海拔高度增加溫度降低，微生物活動受到抑制，反而有利于有機質(zhì)的積累，有機質(zhì)含量隨海拔高度增加而增加.

3.2土壤可溶鹽含量對有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)含量與土壤可溶鹽含量呈較強的指數(shù)負(fù)相關(guān).土壤可溶鹽含量越高，有機質(zhì)含量會越低，反映出該區(qū)域特殊的自然環(huán)境：既是高寒環(huán)境，又是干旱—半干旱環(huán)境.土壤可溶鹽含量的變化說明該區(qū)土壤鹽漬化對土壤有機質(zhì)的含量影響明顯，含鹽量高說明土壤干濕變化強烈，不利于有機質(zhì)積累.

3.3土壤pH值對有機質(zhì)含量的影響

土壤pH值對土壤有機質(zhì)含量影響顯著，兩者呈較強的線性負(fù)相關(guān).pH值越大有機質(zhì)含量越低，酸性土壤有利于有機質(zhì)積累，堿性土壤存在鹽堿化因而不利于有機質(zhì)積累.土壤的鹽含量與pH 值之間的相關(guān)性也表現(xiàn)得非常明顯，兩者都對土壤有機質(zhì)積累與礦化有重要的意義.

[1]潘根興.地球表層系統(tǒng)土壤學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2000.

[2]Shimel D S.Terrestrial ecosystem and the carbon cycle[J].Global Change Biology,1995(1):77-91.

[3]Schlesinger W H.Evidence from chronosequence studies for a low carbon storage potential of soil[J].Nature,1990,348:232-234.

[4]李天杰,趙燁,張科利，等.土壤地理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2004:6-8.

[5]王瑞永,劉莎莎,王成章，等.不同海拔高度高寒草地土壤理化指標(biāo)分析[J].草地學(xué)報,2009,17(5):621-628.

[6]王長庭,龍瑞軍,王啟基，等.高寒草甸不同海拔梯度土壤有機質(zhì)氮磷的分布和生產(chǎn)力變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].草業(yè)學(xué)報,2005,14(4):15-20.

[7]阿米娜·艾力,常順利,張毓?jié)?，?天山云杉森林土壤有機碳沿海拔的分布規(guī)律及其影響因素[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(7):1626-1634.

[8]王丹,呂瑜良,徐麗，等.水分和溫度對若爾蓋濕地和草甸土壤碳礦化的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(20):6436-6443.

[9]馬維偉,王輝,王躍思，等.甘南尕海草甸濕地不同海拔高度土壤性狀研究[J].草地學(xué)報,2012，20(6):1044-1050.

[10]何志祥,朱凡.雪峰山不同海拔梯度土壤養(yǎng)分和微生物空間分布研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(31):73-78.

[11]王淑平,周廣勝,呂育財，等.中國東北樣帶(NECT)土壤碳、氮、磷的梯度分布及其與氣候因子的關(guān)系[J].植物生態(tài)學(xué)報,2002,26(5):513-517.

[12]姚榮江,楊勁松,姜龍，等.基于聚類分析的土壤鹽漬剖面特征及其空間分布研究[J].土壤學(xué)報,2008,45(1):56-65.

[13]杜改俊,李艷紅,張小萌，等.艾比湖濕地典型植物群落土壤養(yǎng)分和鹽分的空間異質(zhì)性[J].生態(tài)學(xué)報,2015,24(8):1302-1309.

[14]戴萬宏,黃耀,武麗，等.中國地帶性土壤有機質(zhì)含量與酸堿度的關(guān)系[M].土壤學(xué)報,2009,46(5):851-860.

[15]孫慧蘭,李衛(wèi)紅,楊余輝，等.伊犁山地不同海拔土壤有機碳的分布[J].地理科學(xué),2012,32(5):603-608.

(責(zé)任編輯穆剛)

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

喀什大學(xué)校內(nèi)課題(14)2515.

許善洋(1979—)，男，江蘇連云港人，助教，碩士，主要從事自然地理與環(huán)境變化方面的研究.

K903

A

1673-8004(2016)05-0084-04