博士點(diǎn)小論文趙秀霞(干旱區(qū)地理)

1、14艾比湖地區(qū)凍融作用對梭梭林地土壤侵蝕性的影響研究摘要：本文以艾比湖地區(qū)兩種典型的梭梭林地為例，采用野外采集土樣和室內(nèi)實(shí)驗分析的方法，研究了凍融作用分別對梭梭林地土壤理化性質(zhì)的影響。通過分析梭梭林地不同土層土壤理化性質(zhì)變異性，試圖揭示梭梭林地土壤在凍融作用下的理化性質(zhì)差異規(guī)律。研究結(jié)果表明：凍融作用對梭梭林地的土壤侵蝕性具有一定影響。通過對梭梭林地中各土壤物理性質(zhì)進(jìn)行橫向的相關(guān)性分析，得出梭梭林地，不同土壤物理性質(zhì)之間的顯著性水平。據(jù)此，進(jìn)一步分析凍融作用對梭梭林地土壤抗侵蝕性質(zhì)的影響機(jī)理，其結(jié)果為研究艾比湖地區(qū)荒漠化治理及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)。關(guān)鍵詞：艾比湖 凍融作用 梭梭林地

2、物理性質(zhì) 1.引言： 土壤的凍融作用是指因外界溫度降低、升高而使含水土層出現(xiàn)結(jié)冰、融化現(xiàn)象的土壤水的相態(tài)變化作用1。凍融作用主要出現(xiàn)在高海拔、中高緯地區(qū)。我國西北地區(qū)是中國凍土的三個主要凍土分布區(qū)（東部、西北、青藏高原地區(qū)）之一，在我國,受凍融作用的面積約占國土陸地總面積的98% ,其中多年凍土的面積約占22%。在典型地區(qū)，因受季節(jié)性的交替的影響而產(chǎn)生氣溫的突變，引發(fā)凍融循環(huán)，凍融過程可以分為四個時期：凍融期（11-12月）、凍結(jié)期（12-1月）、融凍期（1-2月）、生長季節(jié)（3-5月）。凍融作用改變改變了土壤水的空間分布，影響了土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，對土壤的地球化學(xué)循環(huán)和土壤侵蝕有很重要的

3、影響。梭梭（Haloxylon ammodendron）林地是荒漠向林地的一種過渡帶景觀，是一種相對脆弱的干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)群落結(jié)構(gòu)單一，抗外界干擾性弱， 近年來，隨著人類對自然生態(tài)環(huán)境的不斷改造，使得自然生態(tài)環(huán)境日趨惡化，荒漠梭梭林地面臨著向沙漠化不斷演化的趨勢，因此，荒漠林地的治理迫在眉捷，不容忽視。梭梭群落作為荒漠林地的建群種，研究自然外營力對其生長的土壤環(huán)境的影響機(jī)制可以為后續(xù)荒漠化治理提供基礎(chǔ)理論參考。本文選取梭梭林地土壤為研究對象，在凍融作用的不同時期時期進(jìn)行土壤采樣，室內(nèi)樣品分析，分析了在凍融作用下不同時期的土壤團(tuán)聚體的理化性質(zhì)指標(biāo)的差異性及相關(guān)性分析，探討了凍融作用對梭梭林

4、地土壤侵蝕的影響機(jī)制。從而為艾比湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)建設(shè)提供理論參考考依據(jù)。1. 研究區(qū)概況艾比湖(圖1)地處中準(zhǔn)葛爾盆地西南緣，湖區(qū)范圍跨度為東經(jīng)82°33-83°53，北緯44°31-45°09，屬溫帶大陸性氣候，冬寒夏暖，氣溫年較差與日較差大，降水稀少且集中在夏季，晝夜溫差大，年均溫在-414.C之間, 冬季嚴(yán)寒,有利于凍融,冬季氣溫低,以降雪為主,到初春（3-4月份）積雪消融, 凍融侵蝕主要表現(xiàn)為凍脹和融沉作用. 湖區(qū)處在阿拉山口大風(fēng)口，是區(qū)域生態(tài)環(huán)境的敏感地帶，其生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與保護(hù)直接關(guān)乎整個天山以北區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程。近年來，對該區(qū)

5、域的凍融作用下土壤發(fā)生學(xué)的研究.要集中于對建群種種群梭梭林地的微生物量、微量元素和土壤有機(jī)質(zhì)，而對凍融作用下梭梭林地的土壤侵蝕研究較少。因此，本文選取艾比湖地區(qū)典型梭梭群落為樣地，對其進(jìn)行了野外實(shí)地采樣，室內(nèi)指標(biāo)篩選與測定，建立土壤侵蝕性與土壤理化性質(zhì)指標(biāo)間的函數(shù)模型，最后用地統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS21.0進(jìn)行指標(biāo)相關(guān)性分析，得出不同凍融時期土壤侵蝕性的。為艾比湖地區(qū)植物群落的保護(hù)、生態(tài)環(huán)境的改善、恢復(fù)提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。2. 研究方法2.1樣品采集及分析 2013年3月14日至4月7日為該試驗區(qū)早春積雪消融期。在融雪期間，分別于3月14日、3月20日、3月26日、4月1日和4月7日分5次在研究區(qū)梭

6、梭林地進(jìn)行土壤樣品采集。在梭梭林地內(nèi)隨機(jī)選取3個10m×10m的均質(zhì)樣方，利用方格網(wǎng)法進(jìn)行采樣，在每個樣點(diǎn)建立一個深40的土壤剖面，分別取05，520，2040的土層樣品，將每個樣點(diǎn)內(nèi)同深度的土壤樣品混合成一份，裝入無菌保鮮袋，經(jīng)自然風(fēng)干，研磨，過2篩，待室內(nèi)測定其土壤含水量、容重、pH值及電導(dǎo)率。2.2實(shí)驗方法 土壤容重用環(huán)刀法測；土壤含水量采用烘干法測定；pH值采用電極臺面式pHISE測試儀測定；電導(dǎo)率采用5：1的水土比浸出液+電導(dǎo)儀進(jìn)行測定。2.3實(shí)驗數(shù)據(jù)分析與處理 實(shí)驗所得數(shù)據(jù)先用用Excel2003進(jìn)行不同凍融時期的樣品理化性質(zhì)差異的分析繪圖，然后用SPSS軟件進(jìn)行各物理性

7、質(zhì)相關(guān)性進(jìn)行分析。3.結(jié)果與分析3.1凍融作用對兩種林地土壤容重的影響 土壤容重（土壤假比重）是由土壤孔隙和土壤固體的數(shù)量來決定的4，凍融作用通過改變土壤水的相態(tài)，使得土壤空隙和團(tuán)聚體的體積、粘著性、吸水性發(fā)生定性的變化，最終影響土壤容重5。經(jīng)實(shí)驗測定所得數(shù)據(jù)，對兩種林地不同深度的土壤容重數(shù)據(jù)分析可知：1）兩種林地的淺、中、深層土壤（0-5cm）、（5-20cm）、(20-40cm)在凍融作用的不同時期土壤容重有所不同。2）兩種林地淺層（0-5cm）土壤的容重在凍融期（11-12月）達(dá)最低值，而后隨著凍融作用加強(qiáng)土壤容重也變大。梭梭、檉柳林地凍結(jié)期的土壤容重比凍融期的分別增加了21.53%、2

8、3.4%；融凍期比凍結(jié)期分別增加了3.79%、3.9%；生長季比融凍期增加了1.21%、5.30%；每個時期的均增長率為8.84%、8.98%，由此可知，凍融作用對檉柳林地的土壤容重影響較梭梭林地大。3）檉柳林地的中、深層土層（5-20cm）、（20-40cm）土壤容重急劇減小。3.2凍融作用對兩種林地土壤pH值的影響 土壤 pH 值是表示土壤酸堿性程度的指標(biāo)6。土壤凍結(jié)和融化形成了特殊的水鹽運(yùn)動規(guī)律，使得土壤酸、堿性離子的運(yùn)動也發(fā)生變化。 通過對兩種林地野外調(diào)查、測得土壤pH值數(shù)據(jù)分析可知：梭梭林地土壤在凍融作用下，淺層(0-5cm)土壤的pH值在第一、二、三、四象限（凍融-凍結(jié)）（凍結(jié)-融

9、凍）（融凍-生長季）均值分別為7.92，8.26，8.49，8.73，呈弱堿性，堿性分別較前一階段增加了4.29%，2.78%，2.82%，這可能是因為隨著凍融作用加強(qiáng)，土壤水凍結(jié)加深，水分減少，鹽分相對增加，堿性礦物離子在土壤表層（5-20cm）聚集并與其他土壤鹽分反應(yīng)導(dǎo)致表層土壤隨著凍融作用加強(qiáng)逐漸呈現(xiàn)堿性，中層土壤（5-20cm）在前面表層土壤的基礎(chǔ)上，四個象限的均值分別為7.83、7.52、7.61、8.21，在凍融-凍結(jié)階段，土壤堿性有所降低，pH值變化了4.12%，而凍結(jié)到融凍階段，又有所恢復(fù)，pH值變化了1.96%，在最后階段，土壤堿性達(dá)8.21，較之前增加了7.88%，但中層土

10、壤pH值總體較淺層小，深層土壤（20-40cm）四個象限的均值分別為7.56，7.72，7.23,8.12凍融-凍結(jié)增加了2.11%、凍結(jié)-融凍降低了6.77%，融凍-生長季增加了12.3%,深層土壤pH值總體較中層小總體偏中性。檉柳林地的淺、中、深層土壤pH值在第一、二、三、四象限均值分別為7.93，7.81,8.03，8.21，土壤pH值隨著土層深度增加依次升高，堿性增強(qiáng)，但在凍融-凍結(jié)有所微降，說明凍融作用下檉柳林地土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定改變，含水量的波動使的土壤鹽分改變，土壤pH值增加，土壤堿性增強(qiáng)，在凍融作用的不同階段，檉柳林地土壤的pH增加百分比也有所不同，在凍融-凍結(jié)、凍結(jié)-融凍、融

11、凍-生長季土壤pH值分別增加了-3.07%，4.44%，4.00%。可見，凍結(jié)-融凍階段對檉柳林地的土壤影響較大。3.3凍融作用對兩種林地土壤含水率的影響 土壤含水率是影響林地SOC（土壤有機(jī)碳）含量動態(tài)變化的主要因素，是季節(jié)性凍融區(qū)土壤水分入滲特性的重要影響因素之一。凍融循環(huán)過程可適當(dāng)提高土壤的含水率，且隨著土壤深度的增加，含水率也相應(yīng)減少7，8。分析可得：梭梭林地淺層（0-5cm）土壤含水量在凍融-凍結(jié)-融凍期、分別升高了61.75%，15.97%，在融凍-生長季則降低了80.23%；中層和深層土壤在這兩個階段分別升高了16.27%，13.93%和23.70%，18.97%，在融凍-生長季

12、則降低了80.7%和70.33%。從這種變化表明了在凍融作用下梭梭林地土壤含水量在前兩個凍融時期呈持續(xù)上升，而在生長季驟降，這可能與生長季梭梭群落開始生長需水增多所致。檉柳林地的土壤含水量變化在生長季節(jié)達(dá)最低，且最低值較梭梭林地土壤含水量小3.48%，這表明了檉柳林地在生長季需水量較梭梭大，即梭梭較檉柳耐旱，同時在各凍融階段，檉柳林地的土壤含水量增幅較梭梭林地土壤大，這表明檉柳林地土壤含水量受凍融作用的影響較梭梭林地土壤明顯。3.4.凍融作用對兩種林地土壤電導(dǎo)率的影響 土壤電導(dǎo)率土壤電導(dǎo)率是研究精細(xì)農(nóng)業(yè)不可缺少的重要參數(shù)，它包含了反映土壤質(zhì)量和物理性質(zhì)的豐富信息，而測定土壤中的電導(dǎo)率可以直接反

13、映出混合鹽的含量9。通過對兩種林地所測土壤電導(dǎo)率進(jìn)行分析可得如下結(jié)果：經(jīng)凍融作用后，兩種林地的土壤電導(dǎo)率在淺、中、深層土壤電導(dǎo)率都下降，其中檉柳林地淺、中、深層土壤（）分別降低了2.58%、3.56%、2.34%、在凍結(jié)前期，淺、中、深層土壤電導(dǎo)率處于相近，三者交匯，電導(dǎo)率達(dá)同一水平；梭梭林地土壤的電導(dǎo)率表現(xiàn)為深層土壤>中層土壤>淺層土壤，凍融期>凍結(jié)期>融凍期>生長季。3.5兩種林地土壤含水量、容重與電導(dǎo)率的相關(guān)分析3.5.1梭梭林地土壤物理性質(zhì)的自相關(guān)性分析梭梭林地土壤物理性質(zhì)osuolinditurangwulixingzhi1自相關(guān)person系數(shù)梭梭林地

14、土壤物理性質(zhì)土壤水分(soil moisture)電導(dǎo)率(electric rate)容重(volume weight)pH值(power hydrogen)土壤水分（soil moisture）1.998*.996*.201*電導(dǎo)率(electric conductance).998*11.000*.995*容重(volume weight).996*1.000*1.851epH值(power hydrogen).201*.995*.851e1e注：e表示P0.05水平上相關(guān)性顯著；*表示P0.01水平上相關(guān)性顯著。 梭梭林地土壤物理性質(zhì)自相關(guān)分析可得：土壤水分與土壤電導(dǎo)率、土壤容重相關(guān)性較

15、高，進(jìn)一步對土壤電導(dǎo)率形成影響，這可能是由于土壤水分的增加導(dǎo)致土壤地化元素運(yùn)移加快，土壤離子之間的流通性加快，土壤導(dǎo)體性加強(qiáng)，電導(dǎo)率隨之變化。梭梭林地土壤pH值由于土壤水分增加土壤被稀釋或濃縮，因此，土壤pH值下降或升高10。而電導(dǎo)率與土壤pH值之間的相關(guān)度在P0.01水平上達(dá)0.201*，其相關(guān)度高出土壤水分與電導(dǎo)率、土壤容重的在P0.05水平上的0.998*和0.996*.，充分說明梭梭林地在凍融作用下土壤水分的凍結(jié)和融化會直接導(dǎo)致林地土壤的電導(dǎo)率、容重及土壤pH值的變化，且這種相關(guān)程度依次為土壤pH值>土壤電導(dǎo)率>土壤容重。 3.5.2檉柳林地土壤物理性質(zhì)的自相關(guān)性分析檉柳林

16、地土壤物理性質(zhì)自相關(guān)person系數(shù)檉柳林地土壤物理性質(zhì)pH值(power of hydrogen)土壤水分(soil moisture)容重(volume weight)電導(dǎo)率(electric conductance rate)pH值(power of hydrogen)1.990*.981*.977*土壤水分(soil moisture).990*1.999*.998*容重(volume weight).981*.999*1 .999*電導(dǎo)率(electric conductance rate).977*.998*.999*1 注：*表示P0.05水平上相關(guān)性顯著；*表示P0.01水平上

17、相關(guān)性顯著。凍融作用前后，檉柳林地的土壤物理性質(zhì)發(fā)生了相應(yīng)的變化，土壤水分、電導(dǎo)率、容重、pH值各物理性質(zhì)之間也有較大的關(guān)聯(lián)性，通過對凍融作用前后檉柳土壤實(shí)驗所得數(shù)據(jù)分析可得：檉柳林地土壤水分與土壤容重相關(guān)性最大，在P0.01水平上顯著相關(guān)系數(shù)達(dá)0.999，這表明了凍融作用對檉柳林地土壤水分、容重的影響最為明顯，且二者同時成正比變化。此外，檉柳林地土壤電導(dǎo)率、土壤pH值也與土壤水分呈正比例相關(guān)變化，相關(guān)系數(shù)分別在P0.01水平上達(dá)0.998、0.990，僅次于土壤容重的相關(guān)系數(shù)。土壤容重與電導(dǎo)率、pH值的相關(guān)性系數(shù)依次在P0.01水平上達(dá)0.999、在0.05上0.981.這表明了凍融作用下檉

18、柳林地土壤容重與電導(dǎo)率的相關(guān)性較土壤pH值大。4.討論與結(jié)論4.1凍融作用對兩種典型林地土壤物理性質(zhì)影響比較 凍融循環(huán)作用后兩種林地的土壤顆粒之間的原有結(jié)構(gòu)被破壞，從而形成新的土壤結(jié)構(gòu)，土壤團(tuán)聚體會發(fā)生分裂或團(tuán)聚，團(tuán)粒粒徑向均一性趨勢發(fā)展，并且在不同的內(nèi)部及外部條件下，土壤團(tuán)聚體會產(chǎn)生不同的構(gòu)造11。梭梭林地的土壤含水量隨著土層深度的增加而逐漸減小，在同一深度條件下，凍結(jié)土樣的含水率都比消融土樣的含水率高這充分說明了梭梭林地在凍融作用下，土壤的原有結(jié)構(gòu)受到了破壞，土壤結(jié)構(gòu)趨向均質(zhì)化12。檉柳林地的土壤含水量在生長季驟降，且降幅大于梭梭林地，這可能是因為檉柳林地在生長季需水量較梭梭林地大所導(dǎo)致的

19、，從另一個方面也說明了梭梭作為荒漠綠洲過渡帶的建群物種，其耐旱性較檉柳物種更大13。4.2兩種林地物理性質(zhì)相關(guān)性討論 兩種典型荒漠林地在凍融作用下的土壤物理性質(zhì)發(fā)生了相應(yīng)的變化，通過實(shí)驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，梭梭林地土壤在凍融作用下土壤水分與土壤容重、電導(dǎo)率的影響較檉柳林地土壤更為顯著，這表明凍融作用對梭梭林地土壤的圖壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、水鹽分運(yùn)移要更加突出14，且梭梭林地對凍融作用較敏感，在凍融前后梭梭林地土壤隨著深度后土壤含水率要高于凍結(jié)消融前，電導(dǎo)率隨之較凍結(jié)有所增加，這表明了凍融前后梭梭林地土壤水分與土壤電導(dǎo)率之間相關(guān)性在同一土壤深度條件下呈負(fù)相關(guān)；而檉柳林地在凍融前的電導(dǎo)率明顯高于凍結(jié)后，水分含量在凍結(jié)前高于凍結(jié)后，在同一土壤深度條件下，檉柳林地的土壤電導(dǎo)率、pH值、容重與土壤水分呈正相關(guān)?？傊?，季節(jié)性凍融作用對兩種荒漠林地土壤的含水率、pH值、電導(dǎo)率都有影響，尤其是對含水率的影響較大。由土壤含水量到土壤電導(dǎo)率、土壤pH值之間的相關(guān)性分析可得；梭梭林地在凍融作用下土壤的個物理性質(zhì)之間關(guān)聯(lián)性更為不顯著，而檉柳林地土壤各物理性質(zhì)之間關(guān)聯(lián)性程度較為顯著。參考文獻(xiàn)：1. 楚新正,馬曉飛,融雪期兩種典型荒漠林地土壤酶活性研究J.2. 楊與廣,喬鵬,天山北坡融雪期土壤濕度特征及其影響因子.干 旱區(qū)研