博士点小论文赵秀霞(干旱区地理)

1艾比湖地区冻融作用对梭梭林地土壤侵蚀性的影响研究摘要：本文以艾比湖地区两种典型的梭梭林地为例，采用野外采集土样和室内实验分析的方法，研究了冻融作用分别对梭梭林地土壤理化性质的影响。通过分析梭梭林地不同土层土壤理化性质变异性，试图揭示梭梭林地土壤在冻融作用下的理化性质差异规律。研究结果表明：冻融作用对梭梭林地的土壤侵蚀性具有一定影响。通过对梭梭林地中各土壤物理性质进行横向的相关性分析，得出梭梭林地，不同土壤物理性质之间的显著性水平。据此，进一步分析冻融作用对梭梭林地土壤抗侵蚀性质的影响机理，其结果为研究艾比湖地区荒漠化治理及生态环境保护提供基础资料和依据。关键词：艾比湖冻融作用梭梭林地物理性质1.引言：土壤的冻融作用是指因外界温度降低、升高而使含水土层出现结冰、融化现象的土壤水的相态变化作用[1]。冻融作用主要出现在高海拔、中高纬地区。我国西北地区是中国冻土的三个主要冻土分布区（东部、西北、青藏高原地区）之一，在我国,受冻融作用的面积约占国土陆地总面积的98%,其中多年冻土的面积约占22%。在典型地区，因受季节性的交替的影响而产生气温的突变，引发冻融循环，冻融过程可以分为四个时期：冻融期（11-12月）、冻结期（12-1月）、融冻期（1-2月）、生长季节（3-5月）。冻融作用改变改变了土壤水的空间分布，影响了土壤团聚体的结构及性质，对土壤的地球化学循环和土壤侵蚀有很重要的影响。梭梭（Haloxylonammodendron）林地是荒漠向林地的一种过渡带景观，是一种相对脆弱的干旱区生态系统，其生态群落结构单一，抗外界干扰性弱，近年来，随着人类对自然生态环境的不断改造，使得自然生态环境日趋恶化，荒漠梭梭林地面临着向沙漠化不断演化的趋势，因此，荒漠林地的治理迫在眉捷，不容忽视。梭梭群落作为荒漠林地的建群种，研究自然外营力对其生长的土壤环境的影响机制可以为后续荒漠化治理提供基础理论参考。本文选取梭梭林地土壤为研究对象，在冻融作用的不同时期时期进行土壤采样，室内样品分析，分析了在冻融作用下不同时期的土壤团聚体的理化性质指标的差异性及相关性分析，探讨了冻融作用对梭梭林地土壤侵蚀的影响机制。从而为艾比湖地区生态环境保护与2恢复建设提供理论参考考依据。1.研究区概况艾比湖(图1)地处中准葛尔盆地西南缘，湖区范围跨度为东经82°33--83°53′，北纬44°31′--45°09′，属温带大陆性气候，冬寒夏暖，气温年较差与日较差大，降水稀少且集中在夏季，昼夜温差大，年均温在-4~14.C之间,冬季严寒,有利于冻融,冬季气温低,以降雪为主,到初春（3-4月份）积雪消融,冻融侵蚀主要表现为冻胀和融沉作用.湖区处在阿拉山口大风口，是区域生态环境的敏感地带，其生态环境的恢复与保护直接关乎整个天山以北区域的生态环境建设工程。近年来，对该区域的冻融作用下土壤发生学的研究.要集中于对建群种种群梭梭林地的微生物量、微量元素和土壤有机质，而对冻融作用下梭梭林地的土壤侵蚀研究较少。因此，本文选取艾比湖地区典型梭梭群落为样地，对其进行了野外实地采样，室内指标筛选与测定，建立土壤侵蚀性与土壤理化性质指标间的函数模型，最后用地统计学软件SPSS21.0进行指标相关性分析，得出不同冻融时期土壤侵蚀性的。为艾比湖地区植物群落的保护、生态环境的改善、恢复提供基础参考依据。2.研究方法2.1样品采集及分析2013年3月14日至4月7日为该试验区早春积雪消融期。在融雪期间，分别于3月14日、3月20日、3月26日、4月1日和4月7日分5次在研究区梭梭林地进行土壤样品采集。在梭梭林地内随机选取3个10m×10m的均质样方，利用方格网法进行采样，在每个样点建立一个深40㎝的土壤剖面，分别取0～5，5～20，20～40㎝的土层样品，将每个样点内同深度的土壤样品混合成一份，装入无菌保鲜袋，经自然风干，研磨，过2㎜筛，待室内测定其土壤含水量、容重、pH值及电导率。2.2实验方法土壤容重用环刀法测；土壤含水量采用烘干法测定；pH值采用电极台面式pH／ISE测试仪测定；电导率采用5：1的水土比浸出液+电导仪进行测定。2.3实验数据分析与处理实验所得数据先用用Excel2003进行不同冻融时期的样品理化3性质差异的分析绘图，然后用SPSS软件进行各物理性质相关性进行分析。3.结果与分析3.1冻融作用对两种林地土壤容重的影响土壤容重（土壤假比重）是由土壤孔隙和土壤固体的数量来决定的[4]，冻融作用通过改变土壤水的相态，使得土壤空隙和团聚体的体积、粘着性、吸水性发生定性的变化，最终影响土壤容重[5]。经实验测定所得数据，对两种林地不同深度的土壤容重数据分析可知：1）两种林地的浅、中、深层土壤（0-5cm）、（5-20cm）、(20-40cm)4在冻融作用的不同时期土壤容重有所不同。2）两种林地浅层（0-5cm）土壤的容重在冻融期（11-12月）达最低值，而后随着冻融作用加强土壤容重也变大。梭梭、柽柳林地冻结期的土壤容重比冻融期的分别增加了21.53%、23.4%；融冻期比冻结期分别增加了3.79%、3.9%；生长季比融冻期增加了1.21%、5.30%；每个时期的均增长率为8.84%、8.98%，由此可知，冻融作用对柽柳林地的土壤容重影响较梭梭林地大。3）柽柳林地的中、深层土层（5-20cm）、（20-40cm）土壤容重急剧减小。3.2冻融作用对两种林地土壤pH值的影响土壤pH值是表示土壤酸碱性程度的指标[6]。土壤冻结和融化形成了特殊的水盐运动规律，使得土壤酸、碱性离子的运动也发生变化。通过对两种林地野外调查、测得土壤pH值数据分析可知：梭梭林地土壤在冻融作用下，浅层(0-5cm)土壤的pH值在第一、二、三、四象限（冻融-冻结）（冻结-融冻）（融冻-生长季）均值分别为7.92，8.26，8.49，8.73，呈弱碱性，碱性分别较前一阶段增加了4.29%，2.78%，2.82%，这可能是因为随着冻融作用加强，土壤水冻结加深，5水分减少，盐分相对增加，碱性矿物离子在土壤表层（5-20cm）聚集并与其他土壤盐分反应导致表层土壤随着冻融作用加强逐渐呈现碱性，中层土壤（5-20cm）在前面表层土壤的基础上，四个象限的均值分别为7.83、7.52、7.61、8.21，在冻融-冻结阶段，土壤碱性有所降低，pH值变化了4.12%，而冻结到融冻阶段，又有所恢复，pH值变化了1.96%，在最后阶段，土壤碱性达8.21，较之前增加了7.88%，但中层土壤pH值总体较浅层小，深层土壤（20-40cm）四个象限的均值分别为7.56，7.72，7.23,8.12冻融-冻结增加了2.11%、冻结-融冻降低了6.77%，融冻-生长季增加了12.3%,深层土壤pH值总体较中层小总体偏中性。柽柳林地的浅、中、深层土壤pH值在第一、二、三、四象限均值分别为7.93，7.81,8.03，8.21，土壤pH值随着土层深度增加依次升高，碱性增强，但在冻融-冻结有所微降，说明冻融作用下柽柳林地土壤结构发生了一定改变，含水量的波动使的土壤盐分改变，土壤pH值增加，土壤碱性增强，在冻融作用的不同阶段，柽柳林地土壤的pH增加百分比也有所不同，在冻融-冻结、冻结-融冻、融冻-生长季土壤pH值分别增加了-3.07%，4.44%，4.00%。可见，冻结-融冻阶段对柽柳林地的土壤影响较大。3.3冻融作用对两种林地土壤含水率的影响土壤含水率是影响林地SOC（土壤有机碳）含量动态变化的主要因素，是季节性冻融区土壤水分入渗特性的重要影响因素之一。冻融循环过程可适当提高土壤的含水率，且随着土壤深度的增加，含水率也相应减少[7，8]。6分析可得：梭梭林地浅层（0-5cm）土壤含水量在冻融--冻结--融冻期、分别升高了61.75%，15.97%，在融冻--生长季则降低了80.23%；中层和深层土壤在这两个阶段分别升高了16.27%，13.93%和23.70%，18.97%，在融冻--生长季则降低了80.7%和70.33%。从这种变化表明了在冻融作用下梭梭林地土壤含水量在前两个冻融时期呈持续上升，而在生长季骤降，这可能与生长季梭梭群落开始生长需水增多所致。柽柳林地的土壤含水量变化在生长季节达最低，且最低值较梭梭林地土壤含水量小3.48%，这表明了柽柳林地在生长季需水量较梭梭大，即梭梭较柽柳耐旱，同时在各冻融阶段，柽柳林地的土壤含水量增幅较梭梭林地土壤大，这表明柽柳林地土壤含水量受冻融作用的影响较梭梭林地土壤明显。3.4.冻融作用对两种林地土壤电导率的影响土壤电导率土壤电导率是研究精细农业不可缺少的重要参数，它包含了反映土壤质量和物理性质的丰富信息，而测定土壤中的电导率可以直接反映出混合盐的含量[9]。7通过对两种林地所测土壤电导率进行分析可得如下结果：经冻融作用后，两种林地的土壤电导率在浅、中、深层土壤电导率都下降，其中柽柳林地浅、中、深层土壤（）分别降低了2.58%、3.56%、2.34%、在冻结前期，浅、中、深层土壤电导率处于相近，三者交汇，电导率达同一水平；梭梭林地土壤的电导率表现为深层土壤中层土壤浅层土壤，冻融期冻结期融冻期生长季。3.5两种林地土壤含水量、容重与电导率的相关分析3.5.1梭梭林地土壤物理性质的自相关性分析8注：e表示P＜0.05水平上相关性显著；**表示P＜0.01水平上相关性显著。梭梭林地土壤物理性质自相关分析可得：土壤水分与土壤电导率、土壤容重相关性较高，进一步对土壤电导率形成影响，这可能是由于土壤水分的增加导致土壤地化元素运移加快，土壤离子之间的流通性加快，土壤导体性加强，电导率随之变化。梭梭林地土壤pH值由于土壤水分增加土壤被稀释或浓缩，因此，土壤pH值下降或升高[10]。而电导率与土壤pH值之间的相关度在P＜0.01水平上达0.201**，梭梭林地土壤物理性质osuolinditurangwulixingzhi1自相关person系数梭梭林地土壤物理性质土壤水分(soilmoisture)电导率(electricrate)容重(volumeweight)pH值(powerhydrogen)土壤水分（soilmoisture）1.998*.996*.201*电导率(electricconductance).998*11.000**.995**容重(volumeweight).996*1.000**1.851epH值(powerhydrogen).201*.995**.851e1e9其相关度高出土壤水分与电导率、土壤容重的在P＜0.05水平上的0.998*和0.996*.，充分说明梭梭林地在冻融作用下土壤水分的冻结和融化会直接导致林地土壤的电导率、容重及土壤pH值的变化，且这种相关程度依次为土壤pH值土壤电导率土壤容重。3.5.2柽柳林地土壤物理性质的自相关性分析注：*表示P＜0.05水平上相关性显著；**表示P＜0.01水平上相关性显著。冻融作用前后，柽柳林地的土壤物理性质发生了相应的变化，土壤水分、电导率、容重、pH值各物理性质之间也有较大的关联性，柽柳林地土壤物理性质自相关person系数柽柳林地土壤物理性质pH值(powerofhydrogen)土壤水分(soilmoisture)容重(volumeweight)电导率(electricconductancerate)pH值(powerofhydrogen)1.990**.981*.977**土壤水分(soilmoisture).990**1.999**.998**容重(volumeweight).981*.999**1.999**电导率(electricconductancerate).977**.998**.999**110通过对冻融作用前后柽柳土壤实验所得数据分析可得：柽柳林地土壤水分与土壤容重相关性最大，在P＜0.01水平上显著相关系数达0.999，这表明了冻融作用对柽柳林地土壤水分、容重的影响最为明显，且二者同时成正比变化。此外，柽柳林地土壤电导率、土壤pH值也与土壤水分呈正比例相关变化，相关系数分别在P＜0.01水平上达0.998、0.990