1、生态环境学报 2023,32(4):668-677 http:/ Ecology and Environmental Sciences E-mail: 基金项目：宁夏重点研发计划项目（2021BEG02013）；宁夏领军人才项目（2021GKLRLX13）；宁夏回族自治区西部一流学科建设项目（NXYLXK2017B06）作者简介：潘昱伶（1996 年生），女，硕士研究生，研究方向为生态学。E-mail:*通讯作者：王磊，教授，主要从事为植被与生态遥感研究。E-mail:WL 收稿日期：2022-12-22 黄河宁夏段典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征 及其对微地形的响应 潘昱伶1,2,3，璩
2、向宁1,2,3，李琴1,2,3，王磊1,2,3*，王筱平4，谭鹏4，崔庚5，安雨5，佟守正5 1.宁夏大学生态环境学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏大学/西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021；3.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；4.宁夏黄河湿地生态系统国家定位观测研究站，宁夏 银川 750011；5.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130102 摘要：明确土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应，对于黄河滩涂湿地生态系统保护、修复与适应性管理具有重要意义。以黄河宁夏段典型滩涂湿地为研究对象
3、，根据微地形空间特征采集土壤剖面样品，对 pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质等指标进行地统计学分析，探究黄河典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应。结果表明，（1）黄河滩涂湿地土壤理化因子空间分布不均且丰缺程度存在一定的差异性，碱解氮、有效磷与全氮空间分布相似，分布状况垂直于黄河河道方向，随着距离的增加逐渐由低到高过渡，且它们之间呈极显著相关性（P0.01）。全钾含量较为丰富，1 级至 3 级水平高达 86.4%。（2）根据地统计学方法得出土壤理化因子除速效钾不存在空间自相关性外，其余因子 C0/(C0+C)均小于 25%，表现为强烈的空间自相关性，说明其变
4、异性主要受自然因子（微地形、水文、植被）的影响，没有过多随机因素（耕作、施肥等人为因素），为原生态区域。（3）微地形是土壤理化因子含量及其分布特征的重要影响因素，随着海拔高度的增高，全氮、碱解氮、有机质和速效钾等养分含量下降，土壤含水率降低且土壤粘粒减少，坡面曲率与碱解氮呈显著负相关（P0.05）。该研究揭示了微地形影响下的黄河滩涂湿地土壤养分分布的空间异质性特征，由于黄河冲刷和泥沙堆积作用，距河道近的地势较高，土壤养分较少。在河岸带滩涂湿地修复中，可构建不同微地形以达到小尺度滩涂湿地的保护、植被重建、生态修复和合理利用。关键词：滩涂湿地；土壤养分；微地形；地统计学；空间变异；克里金插值 DO
5、I:10.16258/ki.1674-5906.2023.04.004 中图分类号：S153;X144 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2023）04-0668-10 引用格式：潘昱伶,璩向宁,李琴,王磊,王筱平,谭鹏,崔庚,安雨,佟守正,2023.黄河宁夏段典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应J.生态环境学报,32(4):668-677.PAN Yuling,QU Xiangning,LI Qing,WANG Lei,WANG Xiaoping,TAN Peng,CUI Geng,AN Yu,TONG Shouzheng,2023.Spatial distri
6、bution characteristics of soil physicochemical factors and their response to microtopography in a typical beach wetland of the Yellow River in Ningxia J.Ecology and Environmental Sciences,32(4):668-677.河岸滩涂湿地是水陆生态系统间的过渡区域（Nilsson et al.，2002），具有独特的水文、植被、土壤特征（李伟等，2014），其在洪水调蓄、水质净化、气候调节、动植物保护等方面具有重要作用
7、（Richardson et al.，2015；Cheng et al.，2017）。土壤作为滩涂湿地生态系统的重要组成部分，不仅对植物的生长起着关键性的作用，直接影响着植被群落的组成、结构与生产力水平（纪昌品等，2018），而且与周围环境相互作用形成复杂的系统，提供各种关键的生态系统服务功能（Adhikari et al.，2016；Keesstra et al.，2016）。围绕黄河三角洲滩涂湿地的研究，发现土壤碱性影响有机质的含量，土壤碱性越大，有机质含量越低（马耀辉等，2022）；对于内陆湖泊湿地的研究，发现浅滩营养元素丰富，且土壤养分在不同土地类型中相关性差异较大（赵茜宇等，2023
8、）。分析内陆干旱区黄河沿岸滩涂湿地土壤理化因子分布特征及其影响因素，对河岸滩涂湿地植被恢复和合理利用具有重要意义。不同地形地貌能够影响湿地土壤理化因子和植被类型的分布，这对滩涂湿地生态系统的平衡和潘昱伶等：黄河宁夏段典型滩涂湿地土壤理化因子空间分布特征及其对微地形的响应 669 维护至关重要（缑倩倩等，2015）。土壤空间异质性主要是由结构因素（气候、土壤母质、地形、植被、土壤类型等）和随机因素（耕作、施肥、不同土地利用类型等）共同作用的结果（席丽等，2022）。近年来关于土壤养分空间分布特征研究较多，谢林峰等（2022）通过研究发现核桃林地土壤水解酶活性空间分布特征受人为扰动和地形结构因素的
9、共同影响。地形对于土壤养分空间分布的影响主要集中在地形起伏较大的山地、林地区域（杨再梅等，2021；张婧等，2021），而内陆干旱区的河流滩涂湿地的生态问题逐渐得到重视，关于微地形对滩涂湿地土壤养分分布影响的规律还需进一步深入研究（赵晖等，2018）。因此，对于揭示微地形影响下的内陆干旱河流滩涂湿地土壤理化性质分布特征十分必要。土壤性质在空间尺度上具有明显空间变异性，目前对于这种变异的分析方法主要有经典统计学和地统计学两种，白军红等（2001）证实了地统计学方法在湿地土壤养分空间异质性研究中具有较强的操作性和准确性。鉴于此，利用地统计学方法，在分析黄河宁夏段沿岸典型滩涂微地形特征的基础上，研究
10、土壤理化性质的空间异质性特征及其对微地形的响应，以期为小尺度黄河滩涂湿地的保护、植被重建、生态修复提供理论依据，为推动宁夏黄河流域生态保护和高质量发展提供支撑。1 材料与方法 1.1 研究区概况 所选取的典型滩涂湿地（图 1）位于黄河上游宁夏 回 族 自 治 区 黄 沙 古 渡 国 家 级 湿 地 公 园 内（383316N，1063136E），面积为12.1 hm2。采样区主要分布在河道附近，地下水位较浅，地下水资源丰富。研究区具有自然植被群落结构特征，属中温带大陆性气候，年平均降水量200 mm 左右，蒸发量1600 mm 以上，春暖快、夏热短、干旱少雨等气候。植被类型比较单一，主要乔木有
11、旱柳（Salix matsudana）；灌木有柽柳（Tamarix chinensis）；主要草本有芦苇（Phragmites australis），小香蒲（Typha minima），假尾拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）等。1.2 研究方法 1.2.1 样地布设与样品采集 在前期实地调查的基础上，于 2022 年 56 月选取未受干扰的自然滩涂湿地群落植被区域。由于研究区为无人干扰区域，土壤养分时间变化较小（张雪等，2022），因此只考虑土壤养分空间变化。通过 GCS 中国大地坐标系 2000 作为基准海平面坐标系，利用 RTK 高度计测量研究区内每隔
12、10 m 的地表高程（图 1）（谢旭等，2021）。根据不同微高程共设置 22 个样地（由于采样时需要考虑到地表微高程、地表明水及植被密集程度，因此在原有网格的基础上，对取样点进行微调），同时布设 1 m1 m 的植物样方，记录样方内的植被数据，GPS 记录坐标点，并用土钻采集滩涂湿地具有代表性土壤样品共 111 个，采样深度为 100 cm（010、1020、2040、4060、6080、80100 cm），每层取 3个重复，将同一层土壤样品完全混匀为 1 份，按四分法取 1 kg 土样入袋，个别样地由于地下水位不足100 cm，故以地下水出水为准。1.2.2 样品处理 土壤样品运回实验室后
13、避光自然风干，去除砾石、枯枝等杂质后，过 2 mm 土壤筛，分析指标有pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、全盐和土壤粒径。在实验室对所采集的样品进行化验分析，酸碱度采用 pH 计法（水土质量比为 1:1）；全氮含量采用凯氏定氮法（NY/T 1121.242012）；全磷含量采用氢氧化钠熔融法（马弗炉、分光光度计 GB/T 98371988）；全钾含量采用氢氧化钠熔融法（马弗炉、火焰光度计 GB/T 98361988）；碱解氮含量采用碱解扩散法（DB51/T 19752014）；酸性土壤有效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提法；中碱性土壤有效磷含量采用碳酸氢钠浸提法-分光光度法测定（
14、NYT 1121.72014）；速效 图 1 研究区地理位置与样地分布图 Figure 1 Geographical location of the study area and the sample sites 670 生态环境学报 第32卷第4期（2023年4月）钾含量测定采用 1 molL1乙酸铵浸提-火焰光度法（NY/T 8892004）；有机质含量采用重铬酸钾-硫酸外加热法（NY/T 1121.62006）；全盐含量采用去离子水浸提电导法测定（LY/T 12511999），土壤粒径采用激光粒度仪（Mastersizer 2000，Malvern，Worcestershire，UK）测
15、定。1.3 数据处理 利用 Excel、IBM SPSS Statistics 27 进行描述性分析，分析前对数据进行 Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验，判断其是否满足正态分布，对于不符合正态分布的数据，采用对数转换或 Box-Cox 数据变换使其符合或近似符合正态分布；采用 Origin 2021 绘制 Pearson 相关分析热图；利用 ArcGIS 10.7 软件中的“地统计”模块对土壤养分进行普通 Kriging 插值和图形绘制，并在“3D Analyst 工具”下基于 DEM数据提取坡度、坡面曲率指数，结合研究区实地植被调查，通过目视解译进行植被群落绘制，并采用软件
16、 GS+9.0 分析、构建最优半方差函数理论模型及其参数，半方差函数计算公式如下：()11()=()(+)()(+)2()N haijiaiajajar hZ xZ xhZxZxhN h=（1）式中：r(h)半方差函数；h样本间距；N(h)间距为 h 的区域化变量 Zi(x)和 Zj(x)的样点对数；Z(xi)和 Z(xi+h)随机变量在空间位置 xi和xi+h 上的取值。半变异函数参数中块金值和基台值的比值(C0/(C0+C)为块金效应，反映系统变量的空间相关程度。当 C0/(C0+C)75%时，表明变量的空间相关性较弱（赵军等，2004）。此外采用 Canoco 5.0 软件，以土壤物理性质及微地形相关环境因子作为解释变量，土壤养分作为响应变量进行冗余分析（RDA）。2 结果与分析 2.1 土壤养分基本特征 土壤养分基本特征统计（表 1）分析显示，有机质含量在 3.2517.7 gkg1之间，变异系数最大，为 51.6%；碱解氮含量在 9.4857.9 mgkg1之间，变异系数为 47.4%；全氮含量在 0.20.99 gkg1之间，变异系数为 44.3%。各土壤养分的变异系数均在
