全 文 ：基于样带的滨海盐碱地土壤养分和盐分的空间变异*
王娜娜摇 齐摇 伟**摇 王摇 丹摇 秦天天摇 路摇 超
(山东农业大学资源与环境学院, 山东泰安 271018)
摘摇 要摇 在黄河三角洲北部刁口黄河故道盐碱地设置一条南北土壤样带,采用地统计学方法
分析土壤养分指标(有机质、全氮、有效磷、速效钾)和全盐含量的空间分布规律及其影响因
素.结果表明: 研究区土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和全盐含量的块金系数分别为 0. 38、
0. 40、0. 50、0. 32 和 0. 34,5 个土壤指标均具有中等的空间相关性;样带上土壤有机质和全氮
含量的分布趋势基本一致,土壤速效钾与全盐含量的分布具有很强的相关性,土壤有效磷含
量呈波动式的空间分布.综合土壤有机质和全盐含量,将样带土壤划分为盐大肥低型、盐大肥
高型、盐小肥高型 3 种类型.研究区各土壤指标的空间分布格局与成土母质、土地利用方式、
距海距离、道路阻隔等因素密切相关.
关键词摇 滨海盐碱地摇 地统计学摇 样带摇 土壤养分
文章编号摇 1001-9332(2012)06-1527-06摇 中图分类号摇 S156. 4+2摇 文献标识码摇 A
Spatial variability of soil nutrients and salinity in coastal saline鄄alkali land based on belt
transect method. WANG Na鄄na, QI Wei, WANG Dan, QIN Tian鄄tian, LU Chao (College of Re鄄
source and Environment, Shandong Agricultural University, Tai爷 an 271018, Shandong, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(6): 1527-1532.
Abstract: A north鄄south transect was established in the saline鄄alkali land of Yellow River old
course at Diaokou of northern Yellow River Delta, Shandong Province of East China to analyze the
spatial distribution characteristics of soil nutrients and salinity and related affecting factors by using
geostatistics method. In the study area, the nugget / still of soil organic matter, total nitrogen (TN),
available phosphorus (AP), and available potassium (AK) contents and soil salinity were 0. 38,
0. 40, 0. 50, 0. 32, and 0. 34, respectively, which demonstrated that these five parameters were
moderately spatial dependence. The soil organic matter and TN contents in this transect had a simi鄄
lar distribution pattern, soil AK content was highly correlated to soil salinity, while soil AP content
presented a fluctuated distribution. According to the comprehensive analysis of soil organic matter
content and salinity, this transect was classified into three types, i. e. , high salinity and low fertili鄄
ty, high salinity and high fertility, and low salinity and high fertility. The spatial distribution pat鄄
tern of the five soil parameters was closed related to the soil parental material, land use pattern,
distance to sea, and road block.
Key words: coastal saline鄄alkali land; geostatistics; belt transect; soil nutrient.
*山东省科技攻关项目(2009GG10009062)和山东省中青年科学家
科研奖励基金项目(2006BS08010)资助.
**通讯作者. E鄄mail: qiwei@ sdau. edu. cn
2011鄄09鄄29 收稿,2012鄄鄄接受.
摇 摇 明确土壤特性的空间分布对于理解区域土壤的
发生进程、揭示自然过程与格局的相互作用、建立合
理的管理模式具有重要意义[1-3] . 土壤特性的空间
结构是由多种因素(生物、化学、物理)相互作用的
结果[4-7],然而这些影响因素对于不同研究区域的
作用可能存在差异[8-11] .
在黄河冲积影响下,黄河三角洲地区形成了岗、
平、洼地相互交错的地形和地貌类型分布格局[12],
具有极高的生态价值,加之黄河三角洲陆地与淡水、
淡水与咸水、陆生与水生、天然与人工等多类生态系
统交错分布[13],为多层次推进该地区的保护、开发、
建设提供了广阔的空间. 黄河三角洲北部滨海区地
广人稀,自然环境受人为干扰较少,土地利用、生态
环境等异质性较大[14-15],其自然禀赋和条件决定了
对其开发应充分认同自然过程与格局,根据区域土
地、土壤、生态、经济环境的空间变异,对黄河三角洲
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 6 月摇 第 23 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2012,23(6): 1527-1532
地区高效生态模式空间配置进行定位、定时、定量的
管理与配置.样带研究是一种沿环境梯度取样,进行
生态学过程和格局分析的重要方法[16] .该方法可用
较少的时间和物力获取大量信息,已广泛运用于群
落交错带研究[17-18],样带研究与地理信息系统结合
在生态学研究中表现出了更大优势[19-20] .本研究通
过样带法采样,运用地统计学方法分析,黄河三角洲
北部土壤特性的空间变异特征及其影响因素,旨在
揭示该地区自然过程与格局的相互作用,为合理配
置和利用土地资源提供依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于山东省东营市利津县刁口乡
(37毅52忆—38毅9忆 N,118毅33忆—118毅55忆 E),为黄河三
角洲北端,面积 703郾 11 km2 . 该区属暖温带大陆性
季风气候,年均气温 11郾 7 ~ 12郾 6 益,年均日照时数
2590 ~ 2830 h,年无霜期 211 d,年均降水量 530 ~
630 mm,70%的降水分布在夏季,年均蒸发量 1962
mm.研究区地下水位小于 2 m,受海水盐分和蒸发
影响,地下水矿化度较高,为 10 ~ 20 mL·L-1,是典
型的滨海盐渍化区域[21-23] .
1964 年黄河改道刁口河流路,1976 年后黄河尾
闾从垦利流路入海[24] . 研究区是 1964—1976 年间
黄河尾闾刁口河流路冲积形成,土壤成土年龄较短,
成土母质为冲积性黄土母质;土壤类型主要是氯化
物盐土和氯化物潮化盐土;土壤养分含量较低.研究
区地广人稀,人为干扰较少,耕作管理稍显粗放. 区
内生物资源丰富,自然植被多为草甸植被,主要有芦
苇 ( Phragmites communis)、柽柳 ( Tamarix ramosis鄄
sima)、白茅( Imperata cylindrica)等.
1郾 2摇 样带设置
将第二次全国土壤普查的土壤图矢量化,然后
将矢量化的土壤图和 2008 年东营 1 颐 1 万土地利用
现状图在同一地理坐标下严格配准,沿刁口河流路
设置一条从海岸线到内陆南北方向的样带(图 1),
样带跨越不同的土壤类型和土地利用类型,具有代
表性.在地理信息系统环境下,沿南北垂直方向每隔
250 m设置 1 个采样点,共 128 个采样点,样带总长
度 31郾 75 km.采用 GPS确定每个采样点的经纬度.
1郾 3摇 样品采集和分析
2009 年 5 月下旬,根据存储样点的经纬度进行
实地定位采样,在每个采样点东西两侧 5 m 范围内
各采集 0 ~ 30 cm深的土壤样品 3 个,均匀混合后四
图 1摇 研究区位置及样点分布
Fig. 1摇 Distribution of sample points and location of the study
area郾
玉:居民区 Residental area; 域:耕地 Corpland; 芋:园地 Orchard;
郁:林地 Woodland; 吁:工矿用地 Industrial area; 遇:未利用地Unused
land; 喻:水域 Waterbody; 峪:海滩 Beach; 御:盐田 Salt pan; 愈:苇
地 Reed; 欲:牧草地 Meadow郾
分法留取 500 g土样.在实验室将土样剔除杂质后,
室温下自然风干、碾碎,过 2 mm 筛,用于土壤理化
性质的测定.实验室化验分析采用国标常规农化样
品分析方法:采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质
(SOM),采用半微量开氏法测定全氮(TN)含量,采
用 NaHCO3浸提鄄钼锑抗吸光度法测定有效磷(AP)
含量,采用 NH4 AC浸提鄄火焰光度法测定速效钾
(AK)含量,采用电导法测定全盐含量[25] .
1郾 4摇 数据处理
采用 SPSS软件对数据进行描述性统计分析和
相关分析;采用 GS+软件进行半方差函数分析、函数
模型拟合和 Kriging空间插值[26] .
2摇 结果与分析
2郾 1摇 土壤养分和盐分的描述性统计特征
经单一样本 K鄄S 方法检验,研究区土壤的有机
质、全氮和有效磷含量均呈正态分布,速效钾和全盐
含量呈对数正态分布(表 1). 5 种土壤指标的变异
系数在 48% ~ 76% ,均属于中等变异强度. 土壤有
机质和全氮含量的平均值分别为 8郾 04 和 0郾 35
g·kg-1,按照全国第二次土壤普查的养分分级标
准,均属低等水平;有效磷含量的平均值为 14郾 91
mg·kg-1,属于中等水平;速效钾含量的平均值为
220郾 03 mg·kg-1,属于较高水平;全盐含量的平均
值为 5郾 80 g·kg-1,属于中度盐渍化.各土壤指标含
量最大值与最小值的差异明显,表明距海岸线不同
距离的土壤养分和盐分含量存在本底差异.
2郾 2摇 土壤养分和盐分的空间结构
在GS+中对各土壤指标进行半方差模型拟合,
8251 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 研究区各土壤指标描述性统计特征值
Table 1摇 Statistical feature values of soil indexes in the study area (n=128)
指标
Index
均值
Mean
最小值
Minimum
最大值
Maximum
标准差
Standard
derivation
变异系数
Coefficient of
variance
(% )
峰度
Kurtosis
偏度
Skewness
分布类型
Distribution
type
有机质 SOM (g·kg-1) 8郾 04 1郾 65 17郾 82 3郾 90 48 -0郾 30 0郾 69 正态 Normal
全氮 TN (g·kg-1) 0郾 35 0郾 04 1郾 04 0郾 22 62 0郾 00 0郾 82 正态 Normal
有效磷 AP (mg·kg-1) 14郾 91 3郾 32 42郾 60 7郾 15 48 0郾 73 0郾 38 正态 Normal
速效钾 AK (mg·kg-1) 220郾 03 23郾 11 528郾 65 131郾 74 60 2郾 20 1郾 02 对数正态 Lognormal
全盐 Salinity (g·kg-1) 5郾 80 0郾 30 25郾 80 0郾 44 76 2郾 62 1郾 14 对数正态 Lognormal
就决定系数(R2)和残差平方和(RSS)而言,5 种土
壤指标的半方差函数拟合较好,说明 5 种指标均具
有明显的空间结构特征,其中,土壤有机质和全氮含
量可以采用球状模型进行拟合,有效磷、速效钾和全
盐均符合指数模型(表 2). 变程也称空间最大相关
距离,反映变量空间自相关范围的大小[27] . 研究区
土壤有机质、全氮和速效钾含量的变程基本一致,分
别是 6590、 6590 和 6330 m;有效磷含量的变程
(2220 m)明显小于其他指标;全盐含量的变程为
9000 m,空间自相关距离最大.
块金值(C0)表示由随机因素引起的变异;基台
值(C0+C)表示系统内总的变异;块金系数[C0 / (C0
+C)]表示由随机因素引起的空间变异占系统总变
异的比例,即空间变异程度. 当 C0 / (C0 +C) <0郾 25
时,说明系统具有强烈的空间相关性;0郾 25+C)<0郾 75 时,为中等的空间相关性;C0 / (C0 +C) >
0郾 75 时,为弱的空间相关性[ 28 ] .研究区 5 种土壤指
标的 C0 / (C0+C)值在 0郾 32 ~ 0郾 50,说明它们均具有
中等的空间相关性,其空间变异受结构性因素和随
机性因素的共同影响.其中,土壤有机质含量与全氮
含量的 C0 / (C0 +C)值、速效钾含量与全盐含量的
C0 / (C0+C)值比较接近,表明土壤有机质含量与全
氮含量的空间变异、速效钾含量与全盐含量的空间
变异存在相关性;土壤有效磷含量的 C0 / (C0 +C)值
相对较大,表明该指标受随机性因素的影响大于其
他指标.这与其空间相关距离较小的结论一致.
2郾 3摇 土壤养分和盐分的空间分布
土壤指标的正态或对数正态分布保证了 Krig鄄
ing插值的有效性[4] . 本文对土壤有机质、全氮、有
效磷、速效钾和全盐含量进行 Kriging 插值后绘制其
空间分布图(图 2). 土壤有机质是表征土壤质量的
代表性指标,在新生土壤和盐碱地上更具指示意义,
可以作为表征肥力水平和盐渍化治理的主要指标.
根据土壤有机质含量的分布趋势,可以把研究区土
壤有机质含量划分为 5 个区间:1)距海岸线小于 5
km的范围,土壤有机质含量在整个样带中最小;2)
距海岸线 5 ~ 14郾 5 km 的范围,有大量植被覆盖,土
壤中植被残留物较多,土壤有机质含量较高;3)距
海岸线 14郾 5 ~ 17郾 5 km 的范围为盐田区,土壤有机
质含量较低;4)距海岸线 17郾 5 ~ 25 km的范围,土地
利用类型以耕地和牧草地为主,人为施肥和动植物
残留物使土壤有机质含量相对较高;5)距海岸线 25
~ 31 km 的范围主要为棉花种植区,土壤有机质含
量较高.
土壤全氮含量的分布趋势存在 3 个明显的起
伏,与土壤有机质含量的空间分布特征基本一致.对
样带上土壤有机质和全氮含量进行相关分析发现,
全氮与有机质含量呈极显著正相关(P<0郾 01),相关
系数为 0郾 62.
土壤有效磷含量除在距海岸线 3 ~ 6 km处达到
表 2摇 研究区各土壤指标的半方差函数模型及其参数
Table 2摇 Parameters fitted by semi variogram models for soil indexes in the study area
指标
Index
理论模型
Theroy model
块金值
Nugget
(C0)
基台值
Still
(C0 +C)
块金系数
Nugget / Still
[C0 / (C0 +C)]
变程
Range
(m)
决定系数
R2
残差
RSS
有机质 SOM 玉 5郾 49 14郾 32 0郾 38 6590 0郾 97 2郾 34
全氮 TN 玉 0郾 02 0郾 05 0郾 40 6590 0郾 98 1郾 23E鄄05
有效磷 AP 域 26郾 92 53郾 85 0郾 50 2220 0郾 74 0郾 07
速效钾 AK 域 0郾 12 0郾 37 0郾 32 6330 0郾 96 1郾 33E鄄03
全盐 Salinity 域 0郾 28 0郾 83 0郾 34 9000 0郾 91 7郾 11E鄄03
玉:球状模型 Spherical model; 域:指数模型 Exponential model郾
92516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王娜娜等: 基于样带的滨海盐碱地土壤养分和盐分的空间变异摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 研究区土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和全盐含量
的分布
Fig. 2摇 Distribution map of soil organic matter, total N, availa鄄
ble P, available K and salinity in the study area郾
a)海滩 Beach; b)苇地和灌木林交错分布 Staggered distribution of
reed and shrub; c)盐田 Salt pan; d)苇地 Reed; e)灌木林 Shrub; f)
耕地 Corpland; g)牧草地 Meadow; h)苇地和耕地交替分布 Staggered
distribution of corpland and reed郾 下同 The same below郾
25 mg·kg-1外,其他区段的含量在 15 mg·kg-1上下
波动.与土壤有机质和全氮含量的分布相比,土壤有
效磷含量的波动比较平缓,且其波动周期较小.这与
其变程较小、C0 / (C0+C)值较大的结论一致,表明土
壤有效磷含量受土地利用方式和人为耕作管理等随
机因素的影响较大.
研究区土壤速效钾含量总体较高.速效钾含量
的分布存在 2 个明显的波峰,一是在滩涂地带,一是
在盐田与苇地的交接带. 距海岸线 14郾 5 km 以内的
北部地区,土壤速效钾含量较高;研究区南部的土壤
速效钾含量较低,原因是南部盐碱地治理中进行人
工引水洗盐,土壤中的氯化钾随水流失. 此外,与农
业利用消耗部分钾素也有密切关系.
摇 摇 土壤全盐含量总体较高. 距离海岸线 18 km 的
范围内,全盐含量大都在 6 g·kg-1以上,属于重度
盐渍化土壤,部分地段高达 10 g·kg-1,属于盐土.
这主要与地下水埋深较浅、矿化度较高,水分蒸发后
盐分存留在土壤中有关. 距海岸线 14郾 5 km 处的盐
分含量降幅较大,随着距离海岸线越来越远,土壤中
盐分含量基本呈逐渐降低趋势(图 2). 土壤全盐含
量的空间分布与土壤速效钾含量的分布基本一致,
两者呈极显著相关,相关系数为 0郾 45.
研究区土壤中磷和钾含量较丰富,制约该地区
土地利用的主要因素是土壤中的有机质和盐分含
量.该区土壤有机质含量与全盐含量呈极显著负相
关关系(P<0郾 01),相关系数为-0郾 15.从图 3 可以看
出,土壤有机质含量较高地段的盐分含量较低,而盐
分较高地段的有机质含量较低,这与盐碱地治理中
积累的“碱大吃肥,肥大吃碱冶经验一致,表明在盐
碱地治理中降低盐分含量和提高土壤有机质含量具
有重要作用.
根据土壤有机质和盐分含量的空间分布特点,
可将样带划分为 5 个区段:玉段,土壤有机质含量较
低,盐分含量较高;域段,土壤有机质含量水平较高,
盐分含量极高;芋段,土壤有机质含量较低,盐分含
量相对较高;郁段,土壤有机质和盐分含量均相对较
高;吁段,土壤有机质含量较高,盐分含量很低,基本
没有出现盐渍化现象(图 3).根据各区段的特点,将
其进一步划分成 3 种类型:盐大肥低型(玉段和芋
段)、盐大肥高型(域段和郁段)、盐小肥高型(吁
段).盐大肥低型建议进行水产养殖和保护生态;盐
大肥高型可以考虑采取一定排碱措施(如挖沟排
图 3摇 研究区土壤有机质和盐分含量的分布
Fig. 3 摇 Comprehensive distribution of soil organic matter and
salinity contents in the study area郾
玉 ~吁: 区段 Region郾
0351 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
碱、生物排碱等)降低盐分含量,种植耐盐植物或保
持半自然状态;盐小肥高型可以直接种植耐盐农作
物,在农业开发利用中要合理施肥和灌溉,提高土壤
肥力.
2郾 4摇 土壤养分和盐分的影响因素
土壤养分和盐分含量的空间分布格局受多方面
因素的影响,主要包括成土母质和成土时间、距海距
离及地势、道路、土地利用方式和人为管理等.
土壤中各养分指标的含量和空间分布与成土母
质和成土时间有一定关系. 该区土壤中钾素含量丰
富,主要是其继承了冲积性黄土母质的特点;土壤中
磷素容易固定,不易淋洗,使土壤中磷素含量较丰
富;成土时间较短,土壤熟化程度较低,因此有机质
和全氮含量较低,南部较北部土壤熟化程度高,南部
有机质和全氮含量相对较高.
各土壤指标的分布与距海距离、地势有关.靠近
海岸之处的地势较低,地下水位较高,使土壤速效钾
和全盐含量较高;随着距离海岸线越来越远,地势略
有提高,全盐和速效钾含量呈现逐渐降低的趋势.
各土壤指标的分布与主要道路的分布有关.在
距海岸线 14郾 5 km处,有一条东西方向的公路穿过.
该道路高于地面约 1 m,公路两侧景观类型存在明
显差异:公路南侧地势较高,以耕地、园地为主;公路
北侧以滩涂、苇地和废弃农田为主,生态环境基本保
持自然状态和半自然状态.由于该道路的影响,道路
南北两段土壤各指标含量存在差异. 道路北侧的全
盐和速效钾含量明显高于南侧.另外,由于道路的阻
隔,在道路南侧形成积水,经蒸发盐分存留在土壤
中,使距海岸线 14郾 5 ~ 18 km范围的盐分含量较高;
道路也阻隔了潮水,使大的风暴潮难以通过,减弱了
对南部土壤的冲刷,导致道路南部的土壤有机质和
全氮含量相对较高.
研究区各土壤指标的分布与土地利用方式和人
为管理措施有关. 土地利用方式为耕地、苇地、灌木
林地的地段有大量植被覆盖,土壤中植被残留物较
多,加上人为施肥管理等措施,使该地区的土壤有机
质和全氮含量较高. 在距离海岸线 14郾 5 km 以外的
区域,土壤速效钾含量较低,主要与农业利用消耗和
盐碱地治理损失部分钾素有关. 随着距海岸线距离
的增加,土壤盐分含量逐渐降低.
3摇 结摇 摇 论
利用样带法采样并结合地统计学对土壤养分和
盐分进行分析,既节省时间和物力,又可获取大量土
壤特性的空间变异规律、体现区域特点,对指导研究
区土地利用具有重要意义. 刁口黄河故道盐碱地土
壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和全盐含量的变异
系数在 48% ~ 76% ,均属于中等变异强度,各指标
含量的变化幅度均较大,说明在沿海不同距离处,各
项土壤指标存在明显差异. 土壤有机质、全氮、有效
磷、速效钾和全盐含量的空间相关距离分别为
6590、6590、2220、6330 和 9000 m,各指标的块金系
数在 0郾 32 ~ 0郾 50,反映了样带上各土壤指标的空间
变异是由结构因素和随机因素共同作用所致,但影
响各指标产生变异的因素各异.
从研究区各土壤指标的总体趋势来看,土壤有
机质和全氮含量的分布基本一致,均有 3 个明显的
起伏;土壤有效磷含量空间分布的波动频繁,与变程
较小、块金系数较大的结论一致;土壤速效钾和全盐
含量的分布具有很大的相关性. 根据样带上土壤有
机质和盐分含量的综合分析,可将该样带划分为 5
个区段、3 种类型,即盐大肥低型、盐大肥高型、盐小
肥高型,可根据不同类型特点,因地制宜,合理开发
利用.
各土壤指标的空间分布格局是由成土母质和成
土时间、地势、道路、土地利用方式和人为耕作管理
等多方面因素综合作用的结果. 在今后的开发利用
中,应充分考虑各方面因素,按照高效与生态相统
一、发展和保护相一致、人与自然相和谐的原则,结
合自然资源的组合特点,认同自然格局与过程,在空
间和时间上实施分类和有序开发,实现土地综合开
发与生态环境协调发展.
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作者简介摇 王娜娜,女,1986 年生,硕士研究生.主要从事土
壤质量评价与土地利用研究. E鄄mail: wnn0527@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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