宁夏中部干旱带天然草地土壤颗粒空间分布特征

宁夏中部干旱带天然草地土壤颗粒空间分布特征曹㊀媛１，２，孟㊀明１，２，王㊀磊１，２，杨新国１，２，曲文杰１，２

（１．宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏银川７５００２１；

２．宁夏大学西北土地退化与生态系统恢复省部共建国家重点实验室培育基地，宁夏银川７５００２１）

［关键词］土壤颗粒；空间变异；分布规律；宁夏中部干旱带

［摘㊀要］以宁夏中部干旱带（清水河以东）区域天然草地为对象，采用经典统计学和地质统计学相结合的方法，对研究区内３７个采样点不同土层（０ １０㊁１０ ３０ｃｍ）的７４个土壤样品的空间变异和分布规律进行研究，结果表明：研究区土壤砂粒含量随土层深度的增加而减少，变异性增大；各土层土壤颗粒多数具有强烈的空间相关性，主要是由结构性因素决定，随机性因素对其影响较小；研究区砂粒含量北部区域较大，由北部向南部呈递减趋势，黏粒含量在西南部最高，粉粒含量西北部和东南部较高，研究区土壤从南部向北部沙化程度逐步增强㊂

［中图分类号］Ｓ１５２．３㊀㊀［文献标识码］Ａ㊀㊀［文章编号］１０００－０９４１（２０２１）０２－００５６－０４

㊀㊀土壤颗粒反映了土壤的组成结构，与土壤的持水性㊁透水性㊁保蓄性等相关［１－３］，受成土母质类型㊁气候㊁地形㊁耕作㊁施肥㊁排灌等因素的影响［４－７］，在空间分布上呈现出特定的规律性和结构性［８－１０］㊂目前，很多学者对土壤颗粒的空间变异性进行了研究，但是多集中在样地尺度的土壤演变等方面，对区域尺度的土壤颗粒空间分布研究较少㊂宁夏中部干旱带是我国典型的干旱区，土地荒漠化严重，对其土壤颗粒空间分布规律进行研究，对于研究区的生态恢复具有一定的指导价值㊂本研究以宁夏中部干旱带（清水河以东）区域天然草地为对象，通过空间栅格取样，对０ １０㊁１０ ３０ｃｍ土层土壤颗粒含量进行经典统计学分析和地质统计学分析，以阐明研究区天然草地土壤颗粒的空间变异性和分布规律㊂

１㊀研究区域与方法

１．１㊀研究区概况

本研究以宁夏中部干旱带（清水河以东）区域天然草地为研究对象㊂宁夏中部干旱带（东径１０４ʎ１７ᶄ １０７ʎ３９ᶄ㊁北纬３６ʎ５４ᶄ ３８ʎ２３ᶄ）地处中国西北内陆干旱中心地区㊁宁夏回族自治区中部，东部与毛乌素沙漠相邻，南靠宁南黄土丘陵山区，西接腾格里沙漠，地形较为平缓，平均海拔在１１００ １６００ｍ之间㊂研究区属典型温带大陆性气候，日照充足，四季分明㊂土壤以灰钙土为主，包括风沙土㊁盐土㊁灰褐土㊁灰钙土等［１１－１２］㊂土地利用类型以草地㊁林地㊁耕地为主［１３］㊂

［基金项目］宁夏高等学校科学研究项目（ＮＧＹ２０１８０４１）１．２㊀采样及分析

１．２．１㊀空间取样方法与土壤样品采集

通过ＡｒｃＧＩＳ１０．３在研究区数字化图上确定采样点３７个（图１），采样点位置均用ＧＰＳ精确定位㊂对每个采样点的土壤分０ １０㊁１０ ３０ｃｍ两层进行采样，共采集土壤样品７４个㊂

图１㊀研究区采样点分布１．２．２㊀样品处理与分析

将野外采集的７４个塑封袋土壤样品带回实验室，在室内阴凉通风处自然风干，剔除样品中较大的石块㊁植物根系，将土壤样品过２ｍｍ筛后密封保存，避免样品之间接触污染㊂使用激光粒度仪测定土壤粒径，土壤颗粒分级采用美国制土壤颗粒组分分级标准，分为黏粒（＜０．００２ｍｍ）㊁粉粒（０．００２ ０．０５ｍｍ）㊁砂粒（０．０５ ２ｍｍ）３个等级㊂

１．２．３㊀数据处理

利用ＳＰＳＳ２０．０进行经典统计学分析，对不同土层

土壤黏粒㊁粉粒㊁砂粒含量进行描述性统计分析，并采用Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ－Ｓｍｉｒｎｏｖ（Ｋ－Ｓ）法进行样本正态性分布检验，显著性水平为０．０５㊂利用ＡｒｃＧＩＳ１０．３中的地统计模块（ＧｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌＡｎａｌｙｓｔ）对不同土层土壤颗粒空间分布进行趋势分析㊁半变异分析，获得最优半方差函数和特征值，最后进行Ｋｒｉｇｉｎｇ插值，获得各土层土壤颗粒的空间分布图㊂

２㊀结果与分析

２．１㊀土壤颗粒组成描述性统计

利用ＳＰＳＳ２０．０软件，采用经典统计学方法对不同土层土壤颗粒含量进行描述性统计分析，计算其统计特征和概率分布，结果见表１㊂由表１可知，０ １０㊁１０ ３０ｃｍ土层土壤黏粒平均含量分别为３４．５８％㊁４１．４２％，粉粒平均含量分别为３１．３４％㊁２８．３５％，砂粒平均含量分别为３４．０８％㊁３０．２３％，各土层不同粒级土壤颗粒平均含量均为黏粒最多，砂粒其次，粉粒最少；０ １０ｃｍ土层土壤黏粒含量明显小于１０ ３０ｃｍ土层，砂粒含量大于１０ ３０ｃｍ土层，即随土层深度增加土壤砂粒含量减少㊂

采用Ｋ－Ｓ法对不同土层土壤颗粒含量数据进行概率分布检验（表１）可知，其Ｋ－Ｓ检验Ｐ值均大于０．０５，因此均符合正态分布㊂

变异系数是概率分布离散程度的一个归一化量度，其定义为标准差与平均值之比㊂按照土壤学中一般对变异系数值的评价，当Ｃｖ＜１０％时为弱变异性，１０％ɤＣｖɤ１００％时为中等变异性，Ｃｖ＞１００％时为强变异性㊂由表１可知，不同土层土壤颗粒含量变异系数分布在１６％ ６１％之间，因此各土层土壤颗粒组成均呈现中等变异性；随土层深度增加，土壤黏粒含量的变异系数减小，粉粒和砂粒含量的变异系数增大；０ １０ｃｍ土层土壤黏粒含量的变异系数大于粉粒和砂粒㊂

表１㊀土壤颗粒含量描述性统计特征

土层粒级最小值／

％最大值／％平均值／％标准差／％方差偏度峰度变异系数／

％Ｐ值０ １０黏粒０．９２７１．９９３４．５８１９．２０３６８．６５０．０４－０．７４５５０．９９粉粒２２．００４３．３４３１．３４４．９７２４．６９０．５００．４０１６０．９８

砂粒６．０１７１．６４３４．０８１７．９７３２２．８８０．１７－０．８５５３０．９９１０ ３０黏粒０．６４７６．３０４１．４２１９．９３３９７．２０－０．５８－０．２２４８０．８７粉粒１３．９４３．７２２８．３５６．４５４１．６２－０．５００．８９２３０．２９

砂粒３．７７７１．２７３０．２３１８．５５３４３．９５０．６７－０．２４６１０．７６２．２㊀土壤颗粒组成空间分布趋势分析

利用ＡｒｃＧＩＳ１０．３中趋势分析（ＴｒｅｎｄＡｎａｌｙｓｅｓ）模

块，获得各土层土壤颗粒趋势分析图，见图２㊁３㊁４㊂图

中Ｘ轴表示东西方向，Ｙ轴表示南北方向，Ｚ轴表示各

采样点的测量值，投影在ＹＺ平面的曲线表示在南北

方向的趋势效应变化，投影在ＸＺ平面的曲线表示在东西方向的趋势效应变化㊂由图２㊁３㊁４可知，土壤黏

图２㊀土壤黏粒组成趋势分析

图３㊀土壤粉粒组成趋势分析

图４㊀土壤砂粒组成趋势分析

粒在东西方向西高东低，南北方向南高北低；土壤粉粒在东西方向０ １０ｃｍ土层东部略高于西部，１０ ３０ｃｍ土层则显示出相反的趋势，西部略高于东部，在南北方向呈拱形，中部高而两端较低，北部略高于南部；土壤砂粒在东西方向东高西低，南北方向北高南低㊂因此，土壤黏粒㊁粉粒㊁砂粒含量均需要用二次曲面拟合㊂

２．３㊀土壤颗粒组成空间变异分析

利用ＡｒｃＧＩＳ１０．３中地统计模块对各土层土壤颗粒含量数据进行半变异函数分析，获得黏粒㊁粉粒㊁砂粒含量的最优半方差函数及变程㊁块金值㊁基台值等参数，结果见表２㊂由表２可知，各土层土壤黏粒含量和砂粒含量空间分布均符合高斯模型，土壤粉粒含量空间分布满足球状模型㊂按照区域化变量空间相关程度的分级标准，Ｃ０／（Ｃ０＋Ｃ）值越大说明受随机性因素影响越大㊂当Ｃ０／（Ｃ０＋Ｃ）＜２５％时，表明结构性因素对