景观格局变化是全球变化研究的热点，也是景观生态学和地理科学研究的重点^［1］。荒漠化和绿洲化作为干旱区最核心的地理生态过程，对干旱区景观格局的形成与演变影响重大。从国家生态安全格局来看，干旱区荒漠化防治具有全局性战略意义^［2］，然而，脆弱生态系统决定了干旱荒漠区抗干扰能力较低、自维持和自调控功能较弱，荒漠化防治面临着诸多难点，形势严峻^［3］。如何维持土壤-植被系统稳定，促进生态系统功能的提高，是干旱区荒漠化防治研究的重点^［4-5］。绿洲化是干旱区人与自然因素共同作用下荒漠向绿洲转变的过程^［6］，在维持干旱区生态环境协调发展目标的前提下，建立怎样的绿洲规模、现状和结构才能使绿洲的服务功能发挥最大效益^［4］，是绿洲化研究中亟待解决的问题。与此同时，在荒漠化和绿洲化过程共同影响下，荒漠-绿洲过渡带生态系统结构和过程也在持续变化，在干旱荒漠-绿洲区，绿洲和过渡带必须保持一定的比例才能和谐共存^［3］，过渡带的存在对荒漠向绿洲的侵入起着吸纳和缓冲的作用，对维系绿洲的生态安全和可持续发展也有着重要的意义。因此，研究荒漠、过渡带和绿洲不同景观格局的生态系统分异特征，对荒漠-绿洲生态系统稳定与可持续发展具有重要的指导意义。

土壤属性的异质性程度能很好地反映不同景观生态系统的演替，土壤属性的比较对干旱区土壤-植被系统的退化与恢复具有重要的指示作用^［7］。就土壤质地而言，土壤中粉粒含量的减少加剧了表层土壤的粗粒化程度，不但印证了土壤中不同粒径的颗粒损失状况，而且反映了土壤荒漠化的程度^［8］。土壤水分的变化不仅是干旱区景观格局变化的风向标，还在一定程度上影响着荒漠-绿洲区的水资源决策，是荒漠化和绿洲化过程管理的关键因子^［9］。而土壤养分作为重要的生态控制因子，更是对荒漠-绿洲土壤生境退化与恢复意义重大^［10］。因此，开展荒漠-绿洲不同景观格局土壤理化属性的分异特征研究，深入解析土壤属性间的相互关系和作用，对于揭示荒漠-绿洲生态系统稳定机理、控制区域生产与环境保护之间的平衡具有重要意义。基于此，本研究以石羊河流域典型荒漠-绿洲区为研究样带，通过定点采集土壤样品和开展室内测试分析，系统剖析荒漠、过渡带和绿洲3种景观土壤理化属性的空间分异规律及各因子间的相互关系，为荒漠-绿洲区制定合理的生态环境治理对策提供科学依据。

石羊河流域（36°29′—39°27′N，101°22′—104°16′E）地处黄土、青藏和蒙新三大高原的交会地带，位于甘肃省河西走廊东部、乌鞘岭以西、祁连山北麓，面积4.16×10⁴ km²。流域南部为祁连山地，中部为走廊平原，北部分布有低山丘峻，东、西两侧为广袤荒漠，生态功能区可划分为祁连山水源涵养功能区、走廊盆地绿洲功能区、北部荒漠-绿洲交互功能区和荒漠区^［11］。石羊河流域属于大陆性温带干旱气候，太阳辐射强、日照充足、温差大、降水少、蒸发强烈、空气干燥。年平均降水量由南部祁连山区的600 mm逐渐减少至民勤北部腾格里沙漠的50 mm左右，年平均蒸发量则由700 mm增加到2 600 mm左右，年年均气温5—8 ℃。

石羊河流域荒漠-绿洲面积约2.40×10⁴ km^2［12］，其中，绿洲景观以耕地、人工林地、灌草地和居住用地为主；荒漠景观以流动沙地和裸地为主；过渡带一般从绿洲外围防护林开始至无植被的荒漠结束^［13］，景观以斑块状灌木林地、草地、流动沙地和裸地为主。荒漠-绿洲地带性土壤以灰棕漠土和灰棕漠土型沙土为主，非地带性土壤以风沙土为主，在地势低洼处分布有盐渍化沙土、盐化草甸土和沼泽土，在农耕区有绿洲灌淤土、盐化灌淤土和风沙灌淤土等。

2018年7月在石羊河流域荒漠-绿洲区进行土壤样品采集（图1），沿垂直石羊河河道方向由近及远选择绿洲、过渡带和荒漠3种地理景观，每种景观内间隔10 km设置3个采样区，每个采样区随机选择5个采样点，采集0—10、10—20、20—40、40—60、60—80、80—100、100—120、120—150 cm深度土壤样品。采样时先去除表层枯枝落叶，然后用土钻进行采样，剔除样品中明显的植物根段和枯落物等杂物后，将5个采样点相同土层土样混合作为一个样，其中一部分土样装入铝盒带回实验室，利用烘干法测定土壤含水量，其余样品装入采样袋带回实验室进行其他理化指标的测定。

土壤颗粒组成的分析采用湿筛加吸管法，参照美国制土壤颗粒分级标准，将其划分为黏粒（<0.002 mm）、粉粒（0.002—0.05 mm）和砂粒（0.05—2 mm）。土壤水分的测定采用称重法，盐分的测定采用滴定法，电导率的测定采用电导率仪（DDS-307A）法，pH值的测定采用酸度计（PHS-3C）法，有机碳的测定采用重铬酸钾容量法，全氮的测定采用流动注射分析仪（FIAstar 5000）法，全磷的测定采用钼锑抗比色法。

运用单因素方差分析对不同景观土壤理化属性进行差异显著性分析，运用最小显著极差法（LSD）进行多重比较，运用主坐标分析（PCoA）对土壤理化属性分异程度进行排序，运用相关分析研究土壤理化指标间的相互作用。数据分析和图表绘制分别在SPSS 21.0和Origin 8.0中进行，PCoA排序在R 4.1.0中进行。

荒漠和过渡带土壤粒径组成以砂粒为主（图2），平均含量分别达93.88%和78.90%，绿洲以砂粒和粉粒为主，平均含量分别达39.75%和41.13%。荒漠和过渡带土壤砂粒、粉粒和黏粒含量均没有显著差异，表明这两种景观的土壤质地差异很小。但绿洲与上述景观具有完全不同的土壤质地，表现为砂粒含量显著低于荒漠和过渡带景观、粉粒含量显著高于荒漠和过渡带景观。从荒漠、过渡带到绿洲，土壤粉粒和黏粒含量的平均值在不断增加，表明土壤质地的演变过程明显，土壤质地呈现逐渐好转的趋势。

从不同深度来看，荒漠景观不同深度土壤砂粒、粉粒和黏粒含量差异均不显著，各土层土壤粒径组成基本保持一致，土壤质地以砂质土为主。过渡带0—20 cm土层砂粒含量显著多于120—150 cm土层（P<0.05），粉粒和黏粒含量显著少于120—150 cm土层（P<0.05），粉粒和黏粒含量呈现出由表层向深层逐渐增加的趋势，表明过渡带土壤质地由表层至深层发生了转变，由砂质土逐渐转变为砂壤土，并在120—150 cm土层转变为砂质黏壤土。绿洲景观土壤砂粒含量由表层至深层呈现出先减少（0—100 cm土层）后增加（100—150 cm）的趋势，粉粒和黏粒含量则与之相反，表明绿洲景观在60—100 cm土层含有夹层，以粉质壤土为主，而其余土层则以壤土为主。

土壤含水量呈现出从荒漠、过渡带到绿洲逐渐增加的趋势（图3），但荒漠和过渡带之间差异并不显著。沿着土层深度增加，过渡带土壤含水量逐层递增，由表层0.39%的极度水分缺失状态增加至深层的6.22%，呈现出一定的深层储水能力。绿洲景观60—150 cm土层平均土壤含水量（18.48%）高于0—60 cm土层（12.09%），表明绿洲深层土壤具有较高的含水量。

荒漠、过渡带和绿洲土壤全盐量没有显著差异，整个区域土壤平均含盐量为0.36 g·kg^-1，盐分含量较低。在10—20 cm土层，绿洲景观土壤浸提溶液电导率显著高于荒漠和过渡带，但在其他土层，电导率的差异并不显著。在深度上，荒漠景观20—40 cm土层有一个较为明显的盐分积累区，但与其他土层间并没有显著差异，不同土层间的电导率也没有显著差异。

荒漠景观土壤pH值略低于绿洲（平均值分别为7.88和8.01），但3种景观类型下pH值的差异均不显著。绿洲景观40—60 cm土层pH值显著高于表层0—10 cm（P=0.031）和深层100—150 cm（P=0.028），表明该层土壤比表层和深层土壤更偏碱性。

绿洲景观土壤有机碳、全氮和全磷含量均显著高于荒漠和过渡带（图4），其中有机碳含量平均高11.0倍和7.1倍，全氮含量平均高3.9倍和3.2倍，全磷含量平均高4.6倍和3.3倍。与荒漠相比，过渡带平均土壤有机碳、全氮和全磷含量稍高，但差异不显著。此外，荒漠和过渡带土壤平均C∶N值为2.77，平均C∶P值为0.13，均显著低于绿洲景观（6.29和0.31），而土壤N∶P值在不同景观类型中均没有显著差异。

从剖面来看，荒漠和过渡带土壤有机碳和全氮含量在不同土层上没有显著差异，绿洲景观土壤有机碳和全氮含量在0—40 cm土层呈现出逐层显著递减的趋势，在40—100 cm土层保持相对稳定的含量，在100—150 cm土层则又进一步减少。荒漠景观各土层间土壤全磷含量差异不大，过渡带土壤全磷含量呈现出波动递增的趋势，其中0—40 cm土层土壤全磷显著低于120—150 cm土层（P<0.01）。绿洲景观土壤全磷含量呈现出由表层向深层波动递减的趋势，但各层间差异不显著。此外，荒漠景观各土层间C∶N和C∶P差异均不显著，过渡带0—10 cm土层C∶N和C∶P均高于60—120 cm土层（P>0.05），其余各土层间差异同样不显著。绿洲景观0—20 cm土层C∶N高于100—150 cm土层（P>0.05），C∶P高于40—150 cm土层（P>0.05），其余各土层间C∶N和C∶P差异均不显著。

为了更直观地分析不同景观格局土壤理化性质的差异，对9个采样区8个深度的土壤样本进行了PCoA排序，图5A是基于土壤粒径组成的排序，图5B是基于土壤水分、盐分和pH值的排序，图5C是基于土壤有机碳、全氮、全磷含量及化学计量的排序。可以看出，沿着PCoA轴1的方向，3个排序图均能将不同景观的土壤样本聚集在相对独立的区域内，表明3类理化指标均是决定不同景观土壤理化特性的重要因素。在3个图中，荒漠和绿洲景观样本均极少出现重合，表明这两类景观具有截然不同的土壤理化特性。此外，过渡带景观土壤样本所在区域的面积均大于荒漠景观，并在一定程度上向绿洲景观延伸，表明过渡带景观土壤理化特性值的范围比荒漠景观大，具有显著的过渡性特征。图5A和图5C中，荒漠景观样本强烈聚集，表明所有样本的土壤质地和养分状况差异极小；相比而言，荒漠景观各个样本间的土壤水分、盐分和pH值差异较大（图5B），样本的分布较为分散，但与过渡带和绿洲景观相比，差异亦可忽略不计。过渡带景观样本间土壤养分差异较小，土壤质地、水分、盐分和pH值差异较大，而绿洲景观所有土壤理化指标均存在较大的样本间差异和垂直空间差异。

图5D是基于所有理化指标的排序，可以看出，沿轴1的方向，不同景观类型土壤理化特性的差异主要表现在土壤粒径组成、水分及养分含量的差异上，其影响顺序依次为砂粒、粉粒、含水量、全磷、黏粒、碳氮比、全氮和有机碳。

荒漠景观土壤理化指标间没有显著相关性（表1）。过渡带景观土壤理化环境存在较强的自相关性，其中砂粒含量对土壤理化特性的影响最大，与过渡带缺水少肥、pH值较高有很大相关性，与此同时，黏粒含量和土壤含水量也对过渡带景观土壤理化特性有极大的影响。绿洲景观土壤理化指标间的相关性比过渡带弱，其中土壤颗粒组成对含水量、含盐量、全磷含量和N∶P的影响较大，而其他指标间的相互影响较小。

土壤颗粒组成可以反映历史时期土壤形成与沉积环境的演变^［14］。从不同景观类型土壤剖面颗粒组成的分布来看，砂质土在石羊河流域荒漠景观土壤剖面上的厚度最大，是其主要的土壤质地类型，结合以往研究可以发现，石羊河流域荒漠景观土壤主要由风沙土发育而来^［15］，且在漫长的演化过程中，受自然因素限制，土壤颗粒的迁移主要以风沙土的堆积和剥离为主^［16］，细颗粒土壤很难固定，土壤质地发生变化的可能性较小。与之相反，石羊河流域绿洲景观土壤主要受人类活动的影响，在整个土壤剖面上以质地较好的粉质壤土和壤土为主。在石羊河流域绿洲化过程中，天然荒漠逐渐转变为人工绿洲^［17］，由于盖度较高且相对均一的植被覆盖减弱了风蚀对土壤的干扰，植被根系通过穿透作用和根际效应既可以将土壤分割成细颗粒，又能将土粒和土壤中的有机质与腐殖质胶结形成团粒结构^［18］，因此，随着绿洲化年限的增加，绿洲景观土壤团聚体稳定性和粉粒、黏粒的含量显著增加，土壤较为松散的状况得以改变，土壤结构愈加密实，土壤质地得到显著改善^［6］。

相比而言，地处荒漠和绿洲交错区的过渡带土壤质地空间异质性较强，由表层的砂质土逐渐转变为深层的砂壤土和砂质黏壤土。石羊河流域荒漠-绿洲过渡带的耕地扩张、土地退化和生态修复过程交替出现，绿洲化和荒漠化交织在一起此消彼长^{［17，19-20］}，对过渡带土壤质地产生了深远的影响。绿洲化过程中浅层和深层土壤质地有所改善，细颗粒土壤得以固定，但荒漠化过程中表层土壤又再一次裸露，在强烈的风蚀作用下土壤结构逐层破坏，土质沙化日趋严重。目前，经过多年的生态修复治理工程，石羊河流域荒漠-绿洲过渡带逐渐形成了以梭梭和柽柳等木本旱生人工灌木林以及流动沙地、裸地为主的景观格局^{［12，15］}，其浅层土壤除了受到变程较短的地面环境过程（风蚀、降雨）的干扰之外，还受到植物根系活动的影响，而深层土壤在多年绿洲化和荒漠化过程影响的基础上，还进一步受到具有较长空间依赖距离的地下水波动的影响^［16］。因此，石羊河流域荒漠-绿洲过渡带土壤质地始终处于不断变化的过程中，空间异质性状况还有可能进一步加强。

土壤水分是荒漠-绿洲形成不同景观的主要影响因素。荒漠景观由于多种自然因素（如气候、水文和风沙移动等）的影响，土壤水分含量最低且空间异质性最弱，整体处于水分极度匮乏的状态。过渡带和绿洲景观土壤水分与土壤颗粒组成关系密切，表现为土壤粉粒和黏粒含量越多，土壤含水量越大，这与以往学者的研究结果一致^［21-22］，说明较多的土壤细颗粒可以显著增强土壤的持水性能。除此之外，绿洲景观土壤水分还受到人为灌溉及种植结构等因素的影响，在作物根系层始终保持着较高的土壤含水量。

不同景观土壤养分的空间异质性差异较大且成因各不相同。荒漠景观土壤养分匮乏主要与植被覆盖率极低和风蚀导致的有机质分解和氮磷流失有关^［23］。过渡带景观土壤养分与土壤质地和水分状况有关，在细颗粒含量越高、土壤水分状况越好的土壤中，土壤有机碳、氮和磷的含量越高；不仅如此，土壤细颗粒还通过增加土壤持水性能间接维持较高的土壤养分状况。在绿洲景观中，土壤养分的空间异质性显著强于土壤颗粒组成，表明其较少受到土壤颗粒组成的影响，这主要是因为绿洲人工施肥等农耕措施显著改变了土壤的养分结构，使耕作层始终保持相对较高的土壤养分含量。

C∶N∶P是评价土壤养分组成的重要指标，也是确定土壤碳、氮、磷平衡特征的重要参数。石羊河流域荒漠景观土壤C∶N在不同深度上稳定在2.59左右，远低于Tian等^［24］报道的中国土壤平均C∶N水平（11.90），可见荒漠土壤碳氮循环较弱，土壤有机质形成极为不易。过渡带和绿洲景观土壤C∶N呈现出一定的空间异质性，且不同景观间的差异较大，这主要与各土层土壤碳和氮元素来源的差异性有关^［25］，不同的土壤演变过程、植被覆盖类型及人为施肥等因素，均对不同景观的土壤碳氮循环产生较大影响^［26-27］。与荒漠景观土壤C∶P持续稳定的状态不同，过渡带和绿洲景观土壤C∶P由浅层至深层呈现出相反的变化趋势，这主要与两种景观不同的土壤全磷分布状况有关。在过渡带景观中，土壤磷主要来源于母质，是较难移动的元素^［28］，因此土壤全磷含量主要取决于母质的含磷量。此外，过渡带深层土壤较高的pH值对土壤P元素的积累也有一定的促进作用。而在绿洲景观中，人为的磷肥施用是其浅层具有较高P元素的主要原因。

荒漠、过渡带和绿洲3种景观各自独立又相互关联影响。荒漠景观土壤属性相对单一，受外界干扰最小，空间分异程度最低。过渡带景观比邻绿洲景观受到一定程度人类活动的影响，其土壤属性的分异程度介于荒漠和绿洲景观之间，具有典型的过渡性特征。而对绿洲景观而言，由于人类活动干扰剧烈，土壤属性的分异程度也最高。此外，由于过渡带同时受到荒漠化和绿洲化两种陆表过程的影响，物质和能量的交换频繁且复杂，因此，过渡带景观土壤理化属性的演变是一个十分漫长的过程，具有典型的强自相关特征。

从荒漠、过渡带到绿洲景观，细颗粒土壤逐渐增加，土壤质地显著改善。此外，荒漠和绿洲景观具有较小的土壤质地剖面异质性，而过渡带景观土壤质地沿深度逐渐壤土化，更有利于木本旱生灌木的生长。

从荒漠、过渡带到绿洲景观，土壤持水性能显著提高，且从表层至深层，过渡带和绿洲景观土壤储水能力显著增强。

荒漠和过渡带景观土壤有机碳、全氮、全磷含量及C∶N和C∶P的值显著低于绿洲景观，其中，荒漠景观各指标均没有显著空间异质性，过渡带景观土壤全磷含量从表层至深层缓慢增加，C∶N和C∶P的值波动减小；绿洲景观土壤养分从表层至深层递减，但N∶P的值与荒漠和过渡带景观没有显著差异。

荒漠景观土壤质地和养分指标的样本间差异极小，但土壤水分、盐分和pH值差异较大。过渡带景观土壤养分的样本间差异较小，其他理化指标差异较大。绿洲景观所有土壤理化指标均存在较大的样本间差异和垂直空间差异。此外，过渡带景观土壤理化属性的自相关程度最高，且土壤质地是引起其他土壤理化属性分异的主要原因。