巴丹吉林沙漠周边地区土壤养分和粒度特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00108

巴丹吉林沙漠周边地区土壤养分和粒度特征

王蒙^,¹, 逯军峰^,², 付鹏¹, 董治宝³

1.许昌学院，河南许昌 461000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室，甘肃兰州 730000

3.陕西师范大学，陕西西安 710062

Characteristics of soil nutrients and grain size around Badain Jaran Desert

Wang Meng^,¹, Lu Junfeng^,², Fu Peng¹, Dong Zhibao³

1.Xuchang University，Xuchang 461000，Henan，China

2.Key Laboratory of Desert and Desertification，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

3.Shaanxi Normal University，Xi'an 710062，China

通讯作者: 逯军峰（E-mail： lujunfeng@lzb.ac.cn）

收稿日期: 2022-08-13 修回日期: 2022-09-09

基金资助:

国家自然科学基金项目. 41871008
河南省高等学校重点科研项目. 21B580006

Received: 2022-08-13 Revised: 2022-09-09

作者简介 About authors

王蒙（1988—），女，河南安阳人，博士，讲师，主要从事干旱区植被生态、土壤特征研究E-mail：lzwm88@126.com , E-mail：lzwm88@126.com

摘要

选取巴丹吉林沙漠周边8个典型地貌区域，开展不同深度土壤养分和粒度组成特征及空间异质性研究。结果表明：（1）巴丹吉林沙漠周边区域土壤养分和粒度空间异质性较强，整体上土壤贫瘠，全钾含量中等；电导率变异性最大，pH的变异性较弱，其他因子属于中等变异。土壤整体上细沙含量最高，0—20 cm层黏土和极粗沙含量的变异系数较高；20—40 cm层黏土、粉沙和极粗沙含量的变异性强。（2）0—20 cm层全氮、全磷、速效磷、速效钾含量和电导率区域差异显著；20—40 cm层全氮和速效钾含量的区域差异显著。0—20 cm层各粒级含量均有显著的区域差异；20—40 cm层极细沙、中沙和粗沙含量的区域差异显著。（3）0—20 cm和20—40 cm层以细沙为界限，小于细沙颗粒的物质与养分含量普遍表现为正相关关系，而大于细沙颗粒的物质与养分的关系普遍呈负相关关系。

关键词： 土壤养分 ; 土壤粒度 ; 区域差异 ; 巴丹吉林沙漠

Abstract

Through field investigation in the marginal zone of the Badain Jaran Desert， soil samples of 0-20 cm and 20-40 cm in 8 study areas were collected to analyze the characteristics of soil nutrients and grain size at different depths and regional differences in this paper. The results showed that：（1） The soil nutrients and grain size around Badain Jaran Desert show spatial variability. The soil is poor， and the content of TK is at a medium level. The CV of EC is the largest， and pH variability is weak， and other factors belong to medium variation level. The content of fine sand particles is the highest in the study area. In 0-20 cm layer， the CV of clay and very coarse sand is high. The CV of clay， silty sand and very coarse sand is strong in the 20-40 cm layer. （2） In 0-20 cm layer， there are significant regional differences in TN， TP， AP， AK， EC and all particle sizes. In the 20-40 cm layer， the regional differences of TP， AK and very fine sand， medium sand， coarse sand are significant. （3）In 0-20 cm and 20-40 cm layers， the matters smaller than fine sand particles are generally positively correlated with nutrient content， while the matters larger than fine sand particles are generally negatively correlated with nutrient content.

Keywords： soil nutrients ; soil grain size ; regional differences ; Badain Jaran Desert

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本文引用格式

王蒙, 逯军峰, 付鹏, 董治宝. 巴丹吉林沙漠周边地区土壤养分和粒度特征. 中国沙漠[J], 2022, 42(5): 232-244 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00108

Wang Meng, Lu Junfeng, Fu Peng, Dong Zhibao. Characteristics of soil nutrients and grain size around Badain Jaran Desert. Journal of Desert Research[J], 2022, 42(5): 232-244 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00108

0 引言

陆地生态系统中，土壤为植物提供了主要的营养物质，尤其是荒漠生态系统，土壤质量直接影响着植物组成和群落演替。受自然和人为因素的影响，土壤在空间上呈现差异性^［1-2］，国内外开展了大量有关土壤空间变异性的研究^［3-8］。土壤养分是土壤肥力的重要指标，是植物恢复和重建的主要限制因子^［9］。Manderscheid等^［5］对挪威成熟云杉林中土壤的水化学和离子通量做了时空差异分析，唐国勇等^［6］、Tang等^［7］分析了红壤丘陵景观土壤养分的空间变异性，左小安等^［8］研究了科尔沁沙地不同恢复阶段土壤有机碳和全氮的空间异质性，李小乐等^［10］研究了白音恩格尔自然保护区红砂灌丛沙堆下土壤养分的组成特征。

粒度分析是风沙地貌学研究的基本手段。土壤粒度组成与植被分布有密切的关系^［11-12］，这是因为土壤粒度组成影响了土壤养分状况^［13-19］，从而影响植物群落的生长与演替。刘钦普等^［16］通过研究华北黄泛平原的土壤粒度与土壤养分的关系，发现土壤养分主要贮存在小于0.01 mm的土壤颗粒中，含量随着大于0.01 mm的土壤颗粒的增多而降低；李海东等^［17］发现雅鲁藏布江山南宽谷区的土壤养分含量受黏粒和极细沙粒含量的影响较大，而中砂粒含量的增加则使土壤养分含量减少；董正武等^［20］对古尔班通古特沙漠西南源柽柳沙包的土壤粒度和养分相关关系进行研究，发现土壤粒度组成受土壤pH、全磷、有机质和电导率的影响。

巴丹吉林沙漠位于阿拉善高原中部，是中国的第二大流动沙漠，以独特的高大沙山-湖泊景观著称，引起了国内外学者的广泛关注^［21-23］。对巴丹吉林沙漠土壤特征研究集中在高大沙山、不同类型沙丘沉积物粒度特征方面^［24-27］，但有关大尺度养分异质性特征的研究较少。因此，在巴丹吉林沙漠边缘选择地貌类型不同的8个研究区域，基于野外调查和室内分析对不同深度的土壤养分和粒度的特征进行分析，为该区域土壤改良、退化植被恢复和重建提供基础数据。

1 研究区与研究方法

1.1　研究区概况

巴丹吉林沙漠位于东亚夏季风的边缘地区，属典型的大陆性气候^［21］，常年盛行西风和西北风，风力强劲，年均风速一般大于3.0 m·s^-1［28］，并且具有明显的季节变化；降水量稀少，从东南向西北呈递减趋势，东南区最大年降水量120 mm以上，西北区的额济纳旗年降水量较小，最小不足50 mm。

沙漠地区常年气候干旱，湿润指数多年平均值仅为0.0391，属于极干旱等级，夏季湿润指数最大，冬季最小。年平均气温8—11 ℃^［29］。研究区域分布如图1所示，共计8个，依次与阿拉善右旗、雅布赖山、塔木素、拐子湖、额济纳旗、古日乃苏木、河东里及内蒙古省道316相邻，样地个数、基本地理概况和植被种类特征等列于表1。

图1

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图1 研究区域地理位置

Fig.1 The geographic position of study areas

表1 8个研究区域地理概况

Table 1 Geographic overview of eight study areas

研究区域	样地个数	经纬度	海拔/m	地貌特征	植物种	植被盖度/%
1	6	39°34′52.37″—39°39′12.96″N、 101°28′39.69″—101°28′44.91″E	1 263—1 371	星状高大沙山，灌丛沙丘，地势平坦	白刺(Nitraria tangutorum)、碟果虫实(Corispermum patelliforme)、沙米(Agriophyllum squarrosum)	12—30
2	4	39°43′11.25″—39°43′51.34″N、 102°47′19.47″—102°48′01.88″E	1 551—1 572	新月形沙丘，丘间地	霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、沙蒿(Artemisia desertorum)、沙米(Agriophyllum squarrosum)	15—35
3	6	40°42′04.38″—40°42′35.24″N、 102°46′38.55″—102°53′34.76″E	1 457—1 469	被砾石覆盖，起伏较小	沙蒿(Artemisia desertorum)、沙竹(Psammochloa mongolica)、白刺(Nitraria tangutorum)、	5—30
4	3	41°20′02.89″—41°24′41.97″N、 102°18′59.78″—102°20′18.18″E	996—903	戈壁，地势平坦	泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)、红砂(Reaumuria soongorica)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、白刺(Nitraria tangutorum)	4—30
5	3	41°41′34.34″—41°52′52.96″N、 101°42′37.70″—101°45′34.22″E	895—911	灌丛沙丘，雅丹，星状沙丘，地形起伏较大	红砂(Reaumuria soongorica)、红柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、白刺(Nitraria tangutorum)	4—30
6	5	40°36′27.10″—40°39′03.40″N、 101°23′58.74″—101°30′33.21″E	1 072—1 047	新月形沙丘链，地形起伏较小	阿拉善沙拐枣(Calligonum alaschanicum)、麻黄(Ephedra sinica)、碟果虫实(Corispermum patelliforme)	9—35
7	3	40°17′08.29″—40°17′46.90″N、 99°52′26.04″—99°56′30.13″E	1 139—1 276	灌丛沙丘，新月形沙丘链，地形凹凸	白刺(Nitraria tangutorum)、阿拉善沙拐枣(Calligonum alaschanicum)、芦苇(Phragmites australis)	25—40
8	3	39°47′38.85″—39°49′10.80″N、 100°33′08.28″—100°34′14.20″E	1 276—1 281	纵向沙垄，起伏较小，有少量砾石	白刺(Nitraria tangutorum)、盐生草(Halogeton glomeratus)、红砂(Reaumuria soongorica)、猪毛菜(Salsola collina)	15—40

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1.2　研究方法

每个研究区域中分别设置100 m×100 m样地3—6个，在各样地内随机用直径3 cm的土钻分别钻取3个深度为0—20 cm和20—40 cm样品，用于土壤养分和粒度的测定，每个样地的数据是3个重复样品的平均值。

1.2.1　土壤养分的测定

土壤有机质（OM）含量的测定采用重铬酸钾法，采用的仪器是紫外可见分光光度计；全氮（TN）用全自动凯氏定氮仪测定，碱解氮（AN）用扩散吸收法测定；全磷（TP）用钼蓝比色法测定，速效磷（AP）用钼锑抗比色法测定，TP和AP的测定采用的仪器皆是紫外可见分光光度计；全钾（TK）采用氢氟酸-高氯酸消煮、火焰光度计测定，速效钾（AK）采用醋酸铵浸提、火焰光度计测定。土壤pH值使用pH计测定，电导率（EC）使用电导率计测定。

1.2.2　土壤粒度的测定

沉积物粒度实验在陕西师范大学激光粒度仪实验室完成，采用的是标准处理方法^［30］。测试仪器为英国Malvern公司生产的Mastersizer2000激光粒度仪，粒径测量范围为0.02—2 000 μm。

1.2.3　数据分析方法

统计特征值。本文利用经典统计学来描述土壤养分和粒度的空间分布情况与变异性。利用变异系数（CV/%）衡量各属性的空间变异程度：当CV≥100%时，变异性很强；当10%<CV<100%时，具有中等程度的变异性；当CV≤10%时，变异性弱。

多重比较。土壤养分和粒度的区域差异使用方差分析，然后以最小显著差数（least significant difference，LSD）进行多重比较，P<0.05为显著水平，并使用小写字母标注。

所有数据整理使用Excel和SPSS 19.0软件，画图工具使用Origin 9.0软件。

2 结果与分析

2.1　土壤养分特征

2.1.1　土壤养分的统计特征

8个研究区域土壤养分含量普遍较低，不同研究区域统计特征值差异较大。0—20 cm层，OM平均含量为0.08%—0.41%，TN、TP和TK相比，TK平均含量最高（10.11—13.36 g·kg^-1）；AK的平均含量（269.95—759.84 mg·kg^-1）高于AN（5.72—45.72 mg·kg^-1）和AP（1.59—12.58 mg·kg^-1）；pH值均呈碱性（8.96—9.75）；EC平均3.13—141.56 μS·cm^-1（表2）。20—40 cm层，土壤养分含量也存在较大差别，OM平均含量0.07%—0.32%，N、P、K含量特征与0—20 cm层一致，均表现为K平均含量较高；pH值相对稳定，为9.03—9.76；EC的差异较大（表3）。

表2 研究区域0—20 cm土壤养分的统计特征值

Table 2 Statistical eigenvalues of nutrients content in 0-20 cm soil layer of study areas

研究区域	统计参数	OM /%	TN /(g·kg^-1)	TP /(g·kg^-1)	TK /(g·kg^-1)	AN /(mg·kg^-1)	AP /(mg·kg^-1)	AK /(mg·kg^-1)	pH	EC /(μS·cm^-1)
1	最小值	0.14	0.08	0.30	12.50	6.70	1.08	259.95	8.26	3.38
	最大值	0.32	0.20	0.65	14.20	170.80	3.42	399.94	9.88	40.70
	平均值	0.21	0.17	0.41	13.36	49.67	2.39	323.28	9.29	16.13
	CV/%	33.49	28.66	31.34	5.09	129.22	40.61	17.89	8.00	117.07
2	最小值	0.15	0.04	0.13	7.84	6.70	0.67	319.94	8.16	1.06
	最大值	0.77	0.07	0.26	13.06	18.08	4.38	359.94	9.60	40.70
	平均值	0.33	0.05	0.20	10.11	11.22	1.91	337.44	9.13	11.96
	CV/%	90.61	29.01	30.67	21.47	43.16	87.73	5.06	7.17	160.40
3	最小值	0.01	0.05	0.33	8.69	10.05	2.32	269.95	8.37	1.12
	最大值	0.29	0.14	0.47	14.21	16.74	4.38	419.94	9.90	40.20
	平均值	0.08	0.07	0.40	11.89	13.38	3.42	344.95	9.33	9.49
	CV/%	126.13	42.65	13.92	16.17	20.98	23.41	17.08	6.38	159.75
4	最小值	0.18	0.05	0.33	10.18	3.43	1.50	209.96	9.19	3.67
	最大值	0.26	0.08	0.37	11.35	89.16	18.40	929.89	10.13	219.00
	平均值	0.23	0.07	0.35	10.62	37.72	12.58	539.91	9.75	141.56
	CV/%	17.55	16.82	5.46	5.94	120.26	76.33	67.36	5.06	84.57
5	最小值	0.24	0.06	0.33	9.74	12.34	1.91	299.94	8.71	23.00
	最大值	0.24	0.07	0.34	14.75	19.89	6.58	799.81	9.20	34.50
	平均值	0.24	0.07	0.34	12.24	16.12	4.24	549.87	8.96	28.75
	CV/%	0.38	7.78	0.57	28.91	33.11	77.82	64.28	3.87	28.28
6	最小值	0.18	0.04	0.24	10.01	1.37	0.12	169.98	8.99	1.02
	最大值	0.31	0.08	0.48	14.18	13.03	5.48	479.91	10.00	4.85
	平均值	0.23	0.06	0.39	12.54	6.86	2.49	307.94	9.70	3.13
	CV/%	21.76	29.13	25.72	13.12	60.42	99.88	36.55	4.23	48.18
7	最小值	0.27	0.06	0.41	10.17	20.57	2.87	529.88	8.94	14.14
	最大值	0.60	0.13	0.75	17.07	85.73	4.24	889.80	10.00	61.20
	平均值	0.41	0.08	0.54	13.15	45.72	3.65	759.84	9.56	32.08
	CV/%	41.77	45.75	34.41	26.99	76.61	19.32	26.28	5.79	79.31
8	最小值	0.28	0.05	0.37	9.00	3.43	1.50	229.95	9.45	4.68
	最大值	0.37	0.08	0.57	12.70	6.86	1.77	309.95	9.53	4.99
	平均值	0.34	0.06	0.48	11.13	5.72	1.59	269.95	9.48	4.82
	CV/%	16.30	20.72	20.82	17.16	34.63	9.98	14.82	0.49	3.24

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表3 研究区域20—40 cm土壤养分的统计特征值

Table 3 Statistical eigenvalues of nutrients content in 20-40 cm soil layer of study areas

研究区域	统计参数	OM /%	TN /(g·kg^-1)	TP /(g·kg^-1)	TK /(g·kg^-1)	AN /(mg·kg^-1)	AP /(mg·kg^-1)	AK /(mg·kg^-1)	pH	EC /(μS·cm^-1)
1	最小值	0.11	0.11	0.25	12.36	8.71	0.12	199.97	8.32	3.91
	最大值	0.42	0.19	0.65	17.46	28.13	3.15	389.94	9.89	40.60
	平均值	0.20	0.16	0.40	14.39	15.07	1.86	299.95	9.53	11.01
	CV/%	58.13	19.31	33.41	12.20	50.49	64.38	24.49	6.26	132.55
2	最小值	0.11	0.05	0.15	9.38	6.70	0.12	329.94	8.41	0.78
	最大值	0.33	0.07	0.21	13.90	154.04	1.08	349.95	9.47	40.30
	平均值	0.20	0.06	0.18	10.91	47.72	0.50	334.96	9.03	11.68
	CV/%	44.66	12.18	16.24	18.72	149.02	84.88	2.98	5.53	163.64
3	最小值	0.02	0.05	0.19	10.19	7.54	1.36	249.96	8.28	3.05
	最大值	0.15	0.15	0.42	13.51	13.40	4.38	379.91	9.92	40.20
	平均值	0.07	0.10	0.32	12.37	10.41	2.64	323.27	9.19	15.79
	CV/%	99.89	53.17	38.34	15.27	28.13	59.14	20.59	9.09	133.92
4	最小值	0.11	0.05	0.40	9.37	6.86	1.22	159.96	9.17	3.68
	最大值	0.31	0.13	0.59	11.55	27.44	33.51	639.87	10.22	214.00
	平均值	0.24	0.09	0.48	10.76	17.15	16.24	453.26	9.76	94.89
	CV/%	45.49	44.93	20.68	11.23	60.00	100.10	56.73	5.49	113.71
5	最小值	0.20	0.06	0.25	8.87	6.86	3.56	279.95	9.11	32.90
	最大值	0.26	0.11	0.35	15.37	6.86	6.03	779.85	9.28	121.20
	平均值	0.23	0.08	0.30	12.12	6.86	4.79	529.90	9.20	77.05
	CV/%	17.70	37.82	22.22	37.93	0.01	36.46	66.71	1.31	81.04
6	最小值	0.20	0.05	0.15	9.50	0.69	0.40	179.96	8.82	3.16
	最大值	0.25	0.08	0.48	15.23	6.86	7.40	409.90	10.12	4.61
	平均值	0.23	0.06	0.35	11.45	5.62	2.57	311.92	9.72	3.83
	CV/%	8.53	14.85	38.60	19.91	49.08	115.23	31.52	5.32	18.04
7	最小值	0.23	0.05	0.40	10.02	19.20	1.77	689.83	8.85	24.30
	最大值	0.35	0.11	0.42	14.38	89.15	12.35	869.80	10.12	43.70
	平均值	0.29	0.08	0.41	12.20	54.18	7.06	779.81	9.49	34.00
	CV/%	30.55	45.52	1.90	25.30	91.29	105.93	16.32	9.47	40.35
8	最小值	0.30	0.05	0.37	10.70	6.86	0.95	169.99	9.52	4.69
	最大值	0.35	0.09	0.53	11.04	6.86	1.09	229.95	9.53	5.46
	平均值	0.32	0.07	0.45	10.87	6.86	1.02	199.97	9.53	5.08
	CV/%	10.48	45.08	25.42	2.24	0.00	9.56	21.20	0.07	10.73

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土壤养分含量的变异系数整体较高。0—20 cm和20—40 cm层的pH空间变异最小，平均值为9.4，土壤呈强碱性；其次是TK含量，变异系数为5.09%—28.91%（0—20 cm）和2.24%—37.93%（20—40 cm）；电导率变异系数最大，说明研究区域的土壤含盐量差异较大；其他养分因子大多呈现中等程度以上的空间变异性，土壤因子变异性总体表现为EC>AN>AP>OM>AK>TN>TP>TK>pH。

从土壤深度来看，各研究区域0—20 cm层和20—40 cm层土壤养分含量差异均未达到显著水平（表4）。

表4 0—20 cm层和20—40 cm层土壤养分的 t 检验

Table 4 The t-test of soil nutrients at 0-20 cm and 20-40 cm

土壤养分	OM	TN	TP	TK	AN	AP	AK	pH	EC
t检验P值	0.480	0.431	0.335	0.834	0.638	0.802	0.620	0.759	0.971

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2.1.2　土壤养分的区域差异

0—20 cm，TN、TP、AP、AK含量和EC在研究区域间具有显著差异性（图2）。TN表现为研究区域1显著高于其他区域；TP在研究区域7中含量最高，在区域2中最低；AP和EC的差异性一致，均表现为研究区域4显著高于其他区域；AK表现为研究区域7显著高于区域4和5，再显著高于其他区域。20—40 cm层，TN和AK含量在区域之间具有显著性差异，且区域间差异特征与0—20 cm层表现一致。

图2

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图2 研究区域土壤养分含量的区域差异

不同字母表示同一土层不同区域间差异显著，P<0.05

Fig.2 Regional differences of nutrients content of study areas

2.2　土壤粒度特征

2.2.1　土壤粒度的统计特征

8个研究区域具有不同的粒级级配分布特征。0—20 cm层，除了研究区域5和6之外，其他研究区域的土壤主要由极细沙、细沙和中沙组成（表5）。研究区域1中细沙和极细沙总含量高达72.44%，黏土含量（1.25%）最低；研究区域2的含量细沙（45.40%）>中沙（31.76%）>极细沙（15.59%）；研究区域3的粒级级配分布特征与研究区域2基本一致；研究区域4、7、8的粒级级配分布的含量关系为细沙>极细沙>中沙，3种粒径总含量均达80%以上；值得注意的是，研究区域5中粉沙含量最多（25.65%），其次为细沙，黏土含量仅次于细沙，占到了19.84%，含量最低的为极粗沙，说明了该区域的土壤较细；研究区域6与5正好相反，其粒级级配分布具有相反的变化趋势，中沙、细沙和粗沙含量均25%左右，极粗沙含量（12.05%）较高，黏土和粉沙的含量仅为0.33%和1.49%。

表5 研究区域0—20 cm土壤粒级级配的统计特征值

Table 5 Statistical eigenvalues of grain sizes in 0-20 cm soil layer of study areas

粒级	统计参数	研究区域
粒级	统计参数	1	2	3	4	5	6	7	8
黏土 <0.005 mm	最小值	0.00	0.00	0.00	0.00	0.48	0.00	0.00	0.97
	最大值	1.88	1.25	1.81	4.74	39.21	1.66	6.75	2.27
	平均值	1.25	0.31	0.67	2.01	19.84	0.33	3.48	1.51
	CV/%	52.34	200.00	124.99	121.71	138.02	223.61	97.01	44.81
粉沙 0.005—0.063 mm	最小值	0.62	0.12	0.01	2.16	2.84	0.01	0.71	2.13
	最大值	7.24	5.18	4.98	7.96	48.47	5.93	13.22	6.30
	平均值	4.28	1.66	2.18	4.79	25.65	1.49	8.82	4.07
	CV/%	51.08	144.07	83.28	61.4	125.79	169.13	79.71	51.49
极细沙 0.063—0.125 mm	最小值	20.51	11.83	3.98	20.86	3.68	6.41	17.12	21.61
	最大值	31.80	17.76	21.01	33.95	35.05	13.32	31.19	33.63
	平均值	27.82	15.59	12.42	29.42	19.37	8.87	24.11	27.64
	CV/%	18.44	17.52	58.89	25.21	114.52	30.57	29.17	21.74
细沙 0.125—0.25 mm	最小值	38.24	42.54	20.77	36.35	4.50	20.54	30.26	39.03
	最大值	56.39	47.26	50.63	49.60	43.86	32.08	54.89	41.86
	平均值	44.62	45.40	37.27	43.25	24.18	25.82	39.93	40.13
	CV/%	14.59	4.45	29.97	15.36	115.12	18.62	32.92	3.79
中沙 0.25—0.5 mm	最小值	10.05	27.21	24.40	10.06	3.59	20.29	12.16	8.37
	最大值	17.43	38.59	51.05	12.98	14.28	33.37	23.49	19.69
	平均值	13.51	31.76	35.19	11.31	8.94	27.01	17.01	14.19
	CV/%	22.92	15.41	27.25	13.26	84.56	17.78	34.34	39.96
粗沙 0.5—1 mm	最小值	0.31	2.18	0.63	0.00	0.55	15.41	0.53	5.21
	最大值	12.44	6.70	30.44	11.18	3.29	29.27	8.67	12.23
	平均值	5.12	4.29	11.09	3.73	1.92	24.43	5.13	8.11
	CV/%	82.13	46.11	97.59	173.20	100.99	23.5	81.31	45.25
极粗沙 >1 mm	最小值	0.41	0.00	0.00	0.00	0.00	6.57	0.52	3.99
	最大值	8.74	2.54	5.38	16.48	0.21	19.68	2.85	4.75
	平均值	3.40	0.98	1.18	5.49	0.10	12.05	1.52	4.36
	CV/%	86.88	124.91	177.37	173.20	141.42	44.24	78.61	8.74

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20—40 cm土壤粒级级配分布特征在不同区域之间依然具有较大差别，8个区域的粒级级配分布为近对称型且均以细沙为主，其中研究区域6细沙、中沙和粗沙所占比例较大，其他区域则是细沙、极细沙和中沙含量较高（表6）。

表6 研究区域20—40 cm土壤粒级级配的统计特征值

Table 6 Statistical eigenvalues of grain sizes in 20-40 cm soil layer of study areas

粒级	统计参数	研究区域
粒级	统计参数	1	2	3	4	5	6	7	8
黏土 <0.005 mm	最小值	0.00	0.00	0.44	0.00	0.81	0.00	0.00	1.16
	最大值	4.31	2.33	14.02	6.36	9.96	2.20	3.41	2.46
	平均值	1.64	0.58	5.81	3.11	5.39	0.44	1.71	1.81
	CV/%	87.64	200.00	124.49	102.18	120.05	223.61	141.42	50.73
粉沙 0.005—0.063 mm	最小值	2.47	0.00	1.66	1.86	0.37	0.00	0.59	2.40
	最大值	11.44	7.33	40.60	11.68	16.32	5.89	11.56	4.52
	平均值	5.49	2.54	16.25	7.86	8.35	1.75	6.08	3.46
	CV/%	68.41	128.85	130.65	66.90	135.10	135.19	127.64	43.35
极细沙 0.063—0.125 mm	最小值	19.60	9.59	15.69	18.14	11.08	5.57	22.73	11.57
	最大值	33.00	19.27	19.64	38.55	26.05	16.01	28.30	26.47
	平均值	26.88	15.16	17.14	30.27	18.57	10.64	25.52	19.02
	CV/%	22.15	28.64	12.68	35.47	57.01	42.92	15.45	55.40
细沙 0.125—0.25 mm	最小值	33.88	41.44	14.83	33.05	34.04	21.11	41.33	23.42
	最大值	49.86	48.07	47.14	41.85	55.74	40.58	54.15	40.03
	平均值	43.50	45.27	34.46	38.14	44.89	29.28	47.74	31.73
	CV/%	13.22	6.80	50.02	11.95	34.18	24.83	19.00	37.01
中沙 0.25—0.5 mm	最小值	9.47	27.76	10.16	6.59	16.94	20.26	15.63	13.43
	最大值	19.47	37.31	30.59	10.37	26.24	34.96	19.97	21.05
	平均值	13.80	31.95	21.78	8.43	21.59	27.18	17.80	17.24
	CV/%	32.75	12.39	48.22	22.47	30.47	22.03	17.27	31.24
粗沙 0.5—1 mm	最小值	1.84	2.37	0.75	0.00	0.08	7.72	1.00	7.95
	最大值	9.55	5.35	5.80	14.05	2.36	29.08	1.15	25.64
	平均值	5.57	4.05	3.46	4.68	1.22	20.52	1.07	16.80
	CV/%	60.75	33.13	73.54	173.21	132.02	40.07	9.90	74.46
极粗沙 >1 mm	最小值	0.22	0.00	0.00	0.00	0.00	2.82	0.00	5.15
	最大值	6.01	1.63	3.06	22.53	0.00	15.60	0.18	14.76
	平均值	3.12	0.44	1.11	7.51	0.00	10.18	0.09	9.95
	CV/%	69.20	178.71	153.75	173.21	0.00	50.56	141.42	68.41

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黏土和极粗沙的变异系数较高，在大多数研究区域中都具有强的空间变异性；研究区域1和8所有的粒级呈中等程度的空间变异性，其他研究区域不同粒级的变异程度有中等变异和强变异两种水平。

2.2.2　土壤粒度的区域差异

各研究区域不同深度土壤粒度差异性不同。0—20 cm层，各粒级在8个研究区域中均具有显著性差异，其中黏土和粉沙在各研究区域间的差异性一致，主要体现在研究区域5显著高于其他研究区域；极细沙的区域差异主要表现在研究区域4与5之间和研究区域5与6之间；细沙的区域差异主要是研究区域5和6的含量显著低于其他研究区域；中沙的区域差异性体现在研究区域2、3、6的中沙含量较高，显著高于其他区域；粗沙和极粗沙的区域差异性基本一致，均表现为研究区域6中的含量显著高于其他研究区域。20—40 cm层，极细沙、中

沙和粗沙含量在多个研究区域间均达到了显著差

异，且区域间差异特征与0—20 cm层表现基本一致（图3）。

图3

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图3 研究区域土壤粒度含量的区域差异

不同字母表示同一土层不同区域间差异显著，P<0.05

Fig.3 Regional differences of grain sizes of study areas

2.3　土壤养分与粒度相关关系

0—20 cm层，黏土、粉沙和极细沙含量分别与AK、TK、AN含量和EC呈极显著或者显著的正相关，细沙、粗沙含量分别与AK、EC均表现为显著的负相关。20—40 cm层，黏土含量与TK、AP含量及EC显著正相关，粉沙含量和AK含量显著正相关，极细沙含量与TN、TK、AK含量呈显著的正相关，中沙含量与TP含量呈极显著负相关，粗沙含量、极粗沙含量与AK含量也均呈显著负相关（表7）。

表7 研究区域土壤粒度与养分的相关分析

Table 7 The correlation coefficients between soil grain sizes and nutrients in the study areas

土层	土壤养分	Clay	S	VFS	FS	MS	CS	VCS
0—20 cm	OM	0.103	0.189	0.218	0.035	-0.279	-0.166	-0.060
	TN	-0.019	0.025	0.266	0.121	-0.204	-0.129	-0.129
	TP	0.036	0.125	0.149	-0.120	-0.141	0.021	-0.024
	TK	0.335	0.385*	-0.215	-0.426*	-0.035	0.171	0.021
	AN	0.048	0.090	0.375*	0.155	-0.284	-0.250	-0.227
	AP	0.218	0.235	0.267	0.105	-0.313	-0.306	-0.216
	AK	0.526**	0.596**	0.103	-0.167	-0.308	-0.318	-0.311
	pH	-0.150	-0.091	0.183	-0.025	-0.188	0.118	0.242
	EC	0.091	0.119	0.384*	0.219	-0.284	-0.354*	-0.303
20—40 cm	OM	-0.067	-0.135	0.129	-0.063	-0.104	0.166	0.053
	TN	0.005	-0.013	0.410*	0.298	-0.329	-0.250	-0.230
	TP	0.195	0.228	0.407*	-0.242	-0.548**	0.041	0.150
	TK	0.483*	0.480*	0.149	-0.093	-0.192	-0.250	-0.333
	AN	-0.105	-0.071	0.178	0.258	0.005	-0.220	-0.225
	AP	0.395*	0.297	0.420*	0.024	-0.353	-0.320	-0.286
	AK	0.303	0.206	0.264	0.235	-0.084	-0.442*	-0.458*
	pH	0.113	0.073	0.155	-0.206	-0.336	0.168	0.214
	EC	0.418*	0.247	0.354	0.104	-0.244	-0.380	-0.343

Clay，黏土；S，粉沙；VFS，极细沙；FS，细沙；MS，中沙；CS，粗沙；VCS，极粗沙。**表示在 0.01 水平（双侧）上显著相关，*表示在 0.05 水平（双侧）上显著相关。

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3 讨论

3.1　土壤养分的空间变异性特征

生态系统中土壤的空间变异性是普遍存在的现象^［31-33］，土壤养分是决定植物群落生长与演替的关键因子。本研究中，巴丹吉林沙漠周边8个研究区域土壤OM、TN和TP的含量水平较低，土壤0—20 cm和20—40 cm层的OM含量均不到0.5%。根据全国第二次土壤普查养分分级系统^［34］，巴丹吉林沙漠周边区域土壤贫瘠；但是TK含量处于中等水平，主要是因为研究区域位于沙漠边缘，人为因素影响较少，因此，自然情况下，土壤钾素全部由母质风化而来，说明了土壤风化程度直接影响了土壤钾素含量^［35］。

8个研究区域间0—20 cm层TN、TP、AP、AK含量和EC差异显著，20—40 cm层只有TN和AK含量差异显著，且TN和AK含量在两个深度的区域差异性表现一致。研究区域4中TP和EC含量显著较高，该区域邻近拐子湖，拐子湖地区位于巴丹吉林沙漠的北端，自然环境非常恶劣，干旱少雨，年平均8级大风近百天^［36］，近年来月平均风速普遍高于额济纳旗气象站^［37］。在这种情况下，土壤得不到雨水充分淋洗，致使盐分在土壤表层聚集，导致电导率显著高于其他区域。除了电导率之外，TP、AP在土壤表层也具有富集作用，而20—40 cm层的含量在区域间无显著的差异。

刘志鹏^［38］发现，黄土高原地区0—20 cm层TN和TP含量显著高于20—40 cm层，主要因为其研究区域表层有土壤累积的枯落物和人为的肥料；而本研究区域植被盖度较低、受人为因素干扰较少，因此各研究区域上，土壤养分含量在0—20 cm层和20—40 cm层差异并未达到显著水平（P>0.05）。但是在区域尺度上，0—20 cm层具有显著差异的土壤养分因子多于20—40 cm层，说明0—20 cm层的土壤受其他环境因子影响较大，这与其他学者的研究结论一致^［39-40］，尤其在干旱区个体尺度或种群尺度上，灌丛下的“肥岛效应”是影响土壤空间变异性的主要因子^{［2，40-41］}，这种效应对土壤表层（0—10 cm）的影响更显著。

3.2　土壤粒度的空间变异性特征

土壤粒度组成是土壤一个稳定的自然属性，粒级组合状况与土壤的母质有密切关系^［42］。研究区域1、2、3、4、7、8在0—20 cm层均以极细沙、细沙和中沙为主，而研究区域5以黏土、粉沙、细沙为主，研究区域6以细沙、中沙和粗沙为主，变异系数表明黏土和极粗沙的变异系数较高。20—40 cm层，研究区域的粒级级配均以细沙为主，黏土、粉沙和极粗沙在大多区域中都具有强的空间变异性。

8个研究区域0—20 cm层中7种粒径沙物质区域上均有显著差异，远超20—40 cm层，且两个深度的区域差异性表现一致。这与土壤养分因子的空间变异性特征结论相似，说明自然情况下，土壤粒度受母质影响最大，且其他环境因子对土壤粒度的影响也主要表现在土壤表层。

对各区域在0—20 cm层的粒级级配组成特征进行进一步分析，8个研究区域共分为4类（图4），研究区域1、4、7、8为一类，以细沙和极细沙为主，其次是中沙；研究区域2、3则是以细沙和中沙为主，其次是极细沙；研究区域5和6却表现出两种比较相反的组成特征。根据研究区域的地理分布，研究区域1、7、8位于巴丹吉林沙漠的西南部，属于沙漠与合黎山-北大山之间的山前冲积扇；研究区域2和3位于巴丹吉林沙漠的东南部，邻近雅布赖山，这些区域均属于洪积砂砾戈壁，地表沉积物以第四纪冲、洪积物为主，因此具有相对一致的粒级特征；研究区域5位于最北端，因地表广泛分布雅丹地貌，粉沙和黏土含量比重较大，这与察尔汗盐湖区雅丹地貌沉积物的组成特征类似^［30］；研究区域6位于巴丹吉林沙漠的西北部，细沙、中沙和粗沙的含量最大，平均沙粒粒径大于其他区域，符合巴丹吉林沙漠应该存在自西北向东南沙粒粒径逐渐变细趋势的认识^［43］，但是整体上看，本研究并未完全呈现出此规律，主要原因是研究区域位于巴丹吉林沙漠的边缘地带，除了物源和风况对沙漠表面沙粒的分选作用外，局部的地形起伏、植被覆盖也会改变沙粒的组成变化。

图4

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图4 研究区域0—20 cm土壤粒级级配的组成特征

Fig.4 Composition characteristics of grain sizes in 0-20 cm soil layer of study areas

巴丹吉林沙漠周边地区的粒级级配具有空间差异，总体来说以细沙含量最高，0—20 cm层和20—40 cm层的平均含量分别为37.57%和39.38%。对比巴丹吉林沙漠流动沙丘的沙物质组成^［25］，本研究区域的沙物质细沙含量偏低，极细沙含量较高，同巴丹吉林沙漠的灌丛沙丘的粒度组成^［25］相比，本研究区域的沙物质较粗。可见，本研究区域的粒级级配介于流动沙丘和灌丛沙丘之间，这可能与研究区域所在位置有关。此外，研究区域1和2的物种多样性具有随着样地向沙漠外缘的延伸而递增的特点^［44］。植被对粒度的影响主要表现为植被对地表沙粒的“遮蔽”和对运移沙粒的“捕获固定”，在植被的遮蔽作用下，表层土壤的细沙粒物质得以保存，使土壤的粒度组成细化^［45］。

3.3　土壤养分与粒度相关关系

0—20 cm层和20—40 cm层，以细沙为界限，小于细沙的各粒级与养分含量普遍表现为正相关关系，而大于细沙的各粒级与养分的关系呈负相关关系，这与前人的研究结论一致^［15-18］。主要是因为土壤粒径决定了土壤的吸附能力，细颗粒越多，吸附能力越强^［46-47］。因此，在研究区植被退化典型区域可以通过土壤改良增加土壤细颗粒组分，来增加土壤养分含量，从而为植被的恢复与建设提供良好的基础。

4 结论

巴丹吉林沙漠周边区域土壤养分和粒度组成空间异质性较强。整体来看土壤比较贫瘠，TK含量中等；EC变异性最大，pH的变异性弱，其他因子属于中等变异。土壤粒度组成以细沙含量最高，0—20 cm层黏土和极粗沙的变异系数较高；20—40 cm层黏土、粉沙和极粗沙的变异性强。

土壤养分含量和粒度在0—20 cm层和20—40 cm层均表现不同的区域差异。0—20 cm层，TN、TP、AP、AK和EC有显著的区域差异；20—40 cm层，TN和AK的区域差异具有显著性。0—20 cm层，7种粒径沙物质均有显著的区域差异；20—40 cm层，极细沙、中沙和粗沙的区域差异具有显著性。两者均表明，0—20 cm层具有区域差异的因子远多于20—40 cm层。

0—20 cm和20—40 cm层，以细沙为界限，小于细沙的各粒级与养分含量普遍表现为正相关关系，而大于细沙的各粒级与养分的关系普遍呈负相关关系。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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Gallardo

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