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羌塘高原高寒湖盆区土壤属性分异特征研究——以查日那足山麓至湖滨地区为例

本站小编 Free考研考试/2021-12-29
王兆锋1,, 张镱锂1,2,, 刘林山1, 赵志龙1, 祁威1
1. 中国科学院地理科学与资源研究所,陆地表层格局与模拟重点实验室,北京 100101
2. 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心,北京 100101

Soil spatial characteristics in lake basin on Qiangtang Plateau： A case study from Charinazu piedmont to lakeside

WANGZhaofeng1,, ZHANGYili1,2,, LIULinshan1, ZHAOZhilong1, QIWei1
1.Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2.Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
通讯作者:通讯作者:张镱锂（1962- ）,男,吉林长岭人,研究员,主要从事生物地理与自然地理综合研究。E-mail：zhangyl@igsnrr.ac.cn
收稿日期:2017-04-21
修回日期:2017-09-5
网络出版日期:2017-11-20
版权声明:2017《地理研究》编辑部《地理研究》编辑部
基金资助:国家科技基础性工作专项重点项目（2012FY111400）中国科学院战略性先导科技专项（XDB03030500）国家科技支撑计划（2013BAC04B02）
作者简介:
-->作者简介：王兆锋（1976- ）,男,山东齐河人,副研究员,主要从事青藏高原土地利用变化的土壤环境效应及其分异特征研究。E-mail：wangzf@igsnrr.ac.cn



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摘要
分析典型资料匮乏的高寒区——羌塘高原中部查日那足山麓湖盆区8个点位0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm三个深度层次的22个土壤样品,分析改区域的土壤属性特征及其空间分异规律。研究发现：① 研究区土壤pH值平均为8.9;有机质、全磷、全钾等养分含量低;钙、镁含量高;钠、钾、铁等元素含量低。② 从湖滨到山麓,土壤中大于2 mm砾石含量呈逐渐降低的趋势,但细土物质平均粒径逐渐变大;土壤有机质、氮、钠、微量元素含量呈上升趋势,钙和镁呈下降趋势;其他指标波动较大。③ 土壤碳氮比稳定在5:1左右;钙、镁含量呈显著正相关,钙镁与其他指标呈显著负相关;钾、钠与除钙、镁外的其他金属元素含量呈显著的正相关关系。

关键词：土壤理化性状;高寒区;土壤形成;羌塘高原;青藏高原
Abstract
The Changtang Plateau is a typical alpine area in Asia, as well as one of the regions with fewer available data. Exploring soil properties and their data is very helpful to grasp the soil forming characteristics in cold environments. Twenty two soil samples, covering the three layers: 0-5 cm, 5-10 cm, 10-20 cm, from 8 sample points, were collected from Charinazu piedmont to the lakeside near Chabu village in Gerze County, Tibet Autonomous Region in the central area of Changtang plateau. The soil particle composition, pH, organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, alkali solution nitrogen, available phosphorus, available potassium, and soil calcium (Ca), magnesium (Mg), sodium (Na), iron (Fe), lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), copper (Cu), and zinc (Zn) were measured. Soil properties and their spatial characteristics were discussed. The results indicated: (1) the soil pH is 8.9; Compared to the national background values of frigid calcic soils, the soil organic matter, total phosphorus, total potassium and alkali solution nitrogen content are lower; Ca and Mg content are higher; and Na, K, Fe, Mn, Pb, Cd, Cr, Cu, and Zn contents are lower than the corresponding background values. (2) Spatial characteristics: the soil pH value was lower near the lakeside and piedmont, and it was higher in the middle section; From the lakeside to the foothills, the gravel (with more than 2 mm diameter) content showed a reducing trend, but the average particle size of fine soil (less than 2 mm) increased gradually; Soil organic matter, total nitrogen and alkali solution nitrogen content increased; Available potassium and available phosphorus decreased, but the total phosphorus content fluctuated greatly with no obvious trend. Soil Ca and Mg content showed a declining trend; Na increased slightly; Fe fluctuated; and Pb, Cd, Cr, Cu, Zn, and Mn content also increased slightly with large fluctuations. (3) Soil pH, total phosphorus, available phosphorus, available potassium, alkali solution nitrogen, and Cd had poor relationships to the values of other soil indicators. The correlation coefficient between soil organic matter and total nitrogen content was very high with a ratio of 5: 1, and they both had close correlations to most major and trace soil elements. There was a significantly positive correlation between soil Ca and Mg, and a significantly negative correlation to the values of other soil indicators. In addition, there was a significantly positive correlation between soil K, Na, and other metal element content except for Ca and Mg.

Keywords：soil property;alpine area;soil formation;Qiangtang Plateau;Tibetan Plateau

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王兆锋, 张镱锂, 刘林山, 赵志龙, 祁威. 羌塘高原高寒湖盆区土壤属性分异特征研究——以查日那足山麓至湖滨地区为例[J]. 地理研究, 2017, 36(11): 2088-2100 https://doi.org/10.11821/dlyj201711005
WANG Zhaofeng, ZHANG Yili, LIU Linshan, ZHAO Zhilong, QI Wei. Soil spatial characteristics in lake basin on Qiangtang Plateau： A case study from Charinazu piedmont to lakeside[J]. , 2017, 36(11): 2088-2100 https://doi.org/10.11821/dlyj201711005

1 引言

羌塘高原位于青藏高原西北部,平均海拔5000 m[1,2]。加之周边冈底斯山脉、念青唐古拉山脉、昆仑山脉、喀喇昆仑山脉等巨大山体对水汽的阻隔,羌塘高原成为亚洲典型的寒旱地区。年均气温0.9 ℃,年均降水量119 mm（1978-2007年狮泉河气象站均值）[3]。年平均干燥度指数116~2010,冷干、暖湿的季相分明[4]。作为一个独特的自然地域,羌塘高原有着特殊的现代自然地理过程,导致土壤呈现出水平地带性、垂直地带性和地域性三种不同的空间分布形式,反映出地带因素和非地带因素对成土过程的复合影响[1]。研究羌塘高原土壤特点及其空间分异规律,不仅可以改善羌塘地区土壤资料匮乏状况,也有助于理解高寒环境下土壤形成发育特征。
对于中国高寒地区及其土壤的认识,开始于19世纪下半叶,少数外国探险家、科学家在青藏高原开展了零星的调查。20世纪30-40年代,国内刘慎谔、徐近之、孙健初等科学家开始对青藏高原进行考察。当时考察的区域十分有限,资料也比较零散[5]。20世纪50年代以后,中国逐步开展了一些区域性或专题性的科学考察,包括羌塘北部的喀喇昆仑山—昆仑山地区考察[6],以及羌塘东部可可西里地区的考察[7]。在此期间,编辑出版了《西藏土壤元素背景值及其分布特征》[8]、《西藏自治区土壤资源》[9]、《西藏自治区土种志》[10]、《喀喇昆仑山—昆仑山地区土壤》[6]等关于西藏土壤的专门著作。这些考察积累了大量的数据资料,奠定了中国青藏高原土壤研究的基础。20世纪90年代以后,国家通过重大项目持续支持青藏高原的调查研究工作[2]。但由于羌塘高原地处青藏高原西北部,海拔高,气候寒冷,自然环境恶劣,对该区的科学研究较少,资料仍比较匮乏[11],针对羌塘具体土壤类型和小尺度土壤属性特征的研究更为匮乏。
地形起伏,湖盆广布是羌塘高原的典型地貌特征。羌塘湖泊面积达2.14万km2,约占中国湖泊总面积的1/4。区内低山丘陵纵横交织,形成了数以千计的网格状盆地。每个盆地均分布有一个或若干个湖泊[12]。改则县察布乡境内查日那足山南麓湖盆区,位于羌塘高原中部,四周为低山围绕形成相对独立的湖盆,区内地形平缓,是羌塘地区典型湖盆;而且该湖盆区面积相对较小,从湖滨至山麓地形一致性好,便于分析土壤属性的空间分异特征。本文以该区为研究区,探讨羌塘高原湖盆区土壤属性特征,研究结果将有益补充羌塘土壤资料,为认识高原土壤形成发育特征提供参考。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

调查区位于羌塘高原中部（图1）,地处改则县察布乡曾康村西南17 km处的查日那足山和曾康扎哥日山南麓,南部为达拉山,东部为杂阿茶柔都嘎山,西部为海拔低于4700 m的断续低山,将该区与查哈那泊湖盆区隔开。查日那足山山顶海拔约5000 m,相对高差近400 m;湖泊位于山体西南6 km处。采样区处于湖滨至查日那足山山麓之间,属山前凹形微坡,地面平均坡度为2.43°。
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图1研究区位置示意图
-->Fig. 1The location of study area
-->

调查区属高寒草原景观,植物主要有葶苈（Draba sp.）、赖草（Leymus sp.）、针茅（Stipa sp.）、苔草（Carex sp.）、蒿（Artemisia sp.）、棘豆（Oxytropis sp.）等。自湖滨至山麓植物物种逐步增加,植被盖度逐渐上升。湖滨地表略显干燥,但脚踏即泥泞下陷,陷深约1~2 cm,无植被生长。向山麓方向,土壤逐渐变干,地表结皮,石砾（直径8 mm左右）满布,脚踏结皮破碎,陷深约1 cm。随着植被着生,盖度增加,山麓调查点植被盖度达15%左右。
调查区土壤为寒钙土（也称高山草原土,莎嘎土）,发育于剥蚀残积体上[13],高寒干旱条件下腐殖质积累少而有一定的钙积现象。从取样点和山脚沟谷冲刷断面看,土壤钙主要累积在15~40 cm深处,但未形成明显钙积层。多数样点土表一般有1 cm厚的结皮,应属中国土壤系统分类中的简育寒性干旱土类型。据中国1:100万土壤图[14],青藏高原80%以上的寒钙土分布在羌塘高原,覆盖了羌塘40%以上的区域。

2.2 样品采集与分析测试

由湖边至山麓大致沿南北方向采集表层土壤样品（图1）,第一个采样点（编号061）位于湖边泥泞区边缘,从该点起向山麓,每隔250 m取一样点,连续采集6个样点后,样点间土壤性状与地表植被状况差异越来越小,于是扩大样点间距,第七样点（编号067）距第六样点（编号066）为750 m,第八样点（编号068）距第七样点为1000 m,第八样点位于山麓处。在每个点位用木铲采集0~5 cm,5~10 cm,10~20 cm三层土壤样品,但第二（编号062）和第三样点处（编号063）,10~20 cm层砾石较多,没有采集该层土样。共采集到22个土壤样品。
所有样品分别装入布质土样袋,带回实验室风干。用孔径为2 mm的尼龙筛剔除土壤中大于2 mm的砾石,并记录这些砾石的质量。细土物质（粒径小于2 mm）用于分析土壤颗粒组成、pH值、有机质、总氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾,以及钙（Ca）、镁（Mg）、钠（Na）、铁（Fe）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）等理化指标。各指标测试方法如表1所示。
Tab.1
表1
表1土壤理化指标分析方法
Tab.1The measure methods for soil property indicators
指标测定方法指标测定方法
粒度激光粒度分析仪碱解氮LY/T 1229-1999
pH值LY/T 1239-1999有效磷NY/T 148-1990
有机质NY/T85-1988,GB 9834-88速效钾NY/T 889-2004
全氮NY/T 53-1987Ca、Mg、NaNY/T 296-1995
全磷NY/T 88-1988,GB 9837-88Fe、MnLY/T 1256-1999
全钾NY/T 87-1988,GB 9836-88Pb、Cd、Cr、Cu、ZnGB/T17141-1997


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测试结果采用Excel 2010处理,用SPSS 13.0分析指标间的相关性,计算Pearson相关系数,进行双侧显著性检验。

3 结果分析

3.1 基本统计特征

为了便于与全国的土壤背景值、土壤普查等相关研究结果进行比较,本文分析0~10 cm深度土壤理化指标的基本统计特征。从表2来看,研究区土壤偏碱性,表层0~10 cm深度范围内土壤pH值为8.9,与中国寒钙土pH值背景值（8.6）[15]基本相当,明显高于西藏自治区土壤pH值均值（7.6）[15],更高于全国土壤pH值均值（6.7）[15]。干旱条件下,降水少,土壤淋溶作用弱,导致盐基累积,pH值高。结合寒钙土相关调查资料（表2）,发现从东南向西北,从巴木错西北[16]（图2中A点,pH值为7.9）,到当惹雍错附近的甲谷乡[10]（图2中B点,pH值为8.5）,到察布乡（图2中C点,pH值为8.9）,到美马错南岸[6]（图2中D点,pH值为9.4）,土壤pH值逐渐上升,与羌塘高原气候环境从东南向西北干旱程度逐步增强的规律[2,4]是一致的,反映出气候要素对土壤发育的影响。
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图2羌塘高原土壤调查相关样点位置及岩石化学类型示意图 注：历史调查点位根据相关资料描述确定,岩石化学类型源于《中国生态环境地球化学图集》[16]。
-->Fig. 2The soil investigation points and their Petrochemical types in Changtang Plateau
-->

Tab.2
表2
表2研究区土壤属性基本统计值及其相关资料的对比
Tab.2The comparison of soil properties between this results to related other data
数据来源中国土壤元素背景值调查第二次土壤普查西藏第一次土地资源调查喀喇昆仑山—昆仑山考察本文
范围/类型寒钙土西藏全国寒钙土寒钙土
骨干剖面①		寒钙土
典型剖面②		寒钙土
调查剖面③		平均值
层次/深度A层A层A层未分0~8 cm0~10 cm0~12 cm0~10 cm
>2 mm石砾(%)----47163224
pH值8.67.66.7-7.98.59.48.9
有机质(g/kg)16.946.231.030.721.513.112.64.9
全氮(g/kg)---2.11.50.80.70.5
全磷(g/kg)----0.30.70.70.3
全钾(g/kg)18.620.418.6-19.027.221.912.0
碱解氮(mg/kg)----98.050.0-12.6
有效磷(mg/kg)---4.32.37.7-69.7
速效钾(mg/kg)---170.6149.0218.0-190.4
Ca(g/kg)27.112.215.4-11.67.226.66*175.6
Mg(g/kg)7.37.07.8-5.9-12.17*33.9
Na(g/kg)12.012.210.2-12.3-9.16*6.9
Fe(g/kg)24.330.229.4-22.4-31.115.0
Mn(mg/kg)516.0625.0583.0-465.0-539.7228.8
Pb(mg/kg)25.029.126.0---31.912.8
Cd(mg/kg)0.1160.0810.097---0.0530.054
Cr(mg/kg)80.876.661.0---64.732.9
Cu(mg/kg)20.021.922.6---16.213.8
Zn(mg/kg)66.474.074.2---84.738.4

注：*根据土壤烧失量和灼烧土壤对应元素含量换算。为多砾砂质湖积高山草原土骨干剖面,位于班戈县德保乡巴木错西北2.5 km,坡度2°~3°,海拔4420 m,植被为针茅、早熟禾,为四季牧场[15];为中层壤质灰泥质高山草原土典型剖面,位于尼玛县甲谷乡加若西山坡,坡度16°左右,海拔4740 m。母质为石灰岩残坡积物。植被以针茅为主,伴有少量棘豆、矮火绒草,覆盖度30%左右[10];高山草原土剖面（KN-17）,位于改则县美马错南岸,海拔4946 m[6]。
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研究区土壤养分含量普遍较低,有机质平均含量仅4.9 g/kg,不到寒钙土背景值[15]的30%。研究区植被稀疏,且生长期短,累积到土壤中的有机物质较少;加之土壤粗骨性强,通透性好,植物残体易分解,导致土壤有机质含量较低。研究区土壤碱解氮含量为12.6 mg/kg,仅为第二次土壤普查中巴木错骨干剖面表层土壤碱解氮含量的13%。尽管全磷、全钾的含量也明显低于已有调查结果,但速效钾的含量与对应结果相当,有效磷甚至达到69.7 mg/kg,高出西藏第一次土地资源调查中尼玛县甲谷乡典型剖面8倍。这些有效磷很可能主要以无机磷酸盐的形式存在,其具体形态有待进一步深入分析。
在土壤Ca、Mg、Na、Fe等几个常量元素中,Ca、Mg明显偏高。Ca含量达到175.6 g/kg,为寒钙土背景值[15]的6.5倍。羌塘高原大部分地区为富硅、高铝的硅酸盐碎屑岩类,而研究区处于钙镁碳酸盐类型区[17]（图2）。高寒干旱条件下,岩石矿物的化学风化作用弱,游离盐基物质少,同时土壤中的渗滤水少,土壤淋溶轻微,物质迁移相对较弱,只有易溶性盐分被淋失,导致Ca、Mg主要以碳酸盐的形态聚积于土壤中[5,6]。这是研究区土壤Ca含量明显高于其他同类土壤Ca含量的主要原因。这也体现出了土壤母质对土壤理化性质的影响。土壤中Na与K性质相近,研究区土壤Na、K含量都低于对应的土壤背景值[15];Fe含量也低于相关分析结果。
羌塘高原土壤的Mn、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等微量元素,均低于全国土壤背景值（表2）,也低于寒钙土背景值[15]。Cd和Cu的含量与美马错南岸土壤剖面的分析结果接近。寒冷气候条件下,西藏土壤物理、生物风化作用微弱,元素在风化成土过程中释放、淋溶较少,西藏土壤中的多数元素背景值会高于中国土壤背景值[18]。在张晓平[18]研究报道的12个微量元素中,Ni、Cr、Mn、As、Zn、Pb、F等7个元素含量高于全国平均水平,同时也有Cu、Co、V、Hg、Se等元素低于全国平均水平。本文测试的Mn、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等微量元素均低于全国平均水平,可能主要与区域钙镁碳酸盐类的成土母岩性质有关。

3.2 土壤颗粒组成特征

从湖滨到山麓,土壤中粒径大于2 mm砾石含量大致呈逐渐降低的趋势（图3a）,尤其在5~10 cm的深度层次内该趋势更加明显。这主要受地表植被的影响,湖滨区地表无植被,表层细土物质受风蚀和地表流水冲刷作用的影响明显,地表砾石遍布。向山麓方向,植被呈增加的趋势,增加了细土物质的固定能力,从而降低了砾石占比。从不同深度层次上看,砾石含量随深度的增加而增加,这是高寒区土壤发育程度较低的体现,越向下层,岩石风化程度越低,颗粒越粗。
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图3土壤粒度分布图注：X10表示占总体积10%的颗粒的粒径小于该值;X16表示占总体积16%的颗粒的粒径小于该值;X50表示占总体积50%的颗粒的粒径小于该值;X84表示占总体积84%的颗粒的粒径小于该值;X90表示占总体积90%的颗粒的粒径小于该值;X99表示占总体积99%的颗粒的粒径小于该值。
-->Fig. 3Distribution lines of soil particles
-->

粒度分布是土壤不同粒径颗粒占颗粒总量的百分数,可以反映土壤颗粒组成状况。粒径体积百分含量累计值表示占总体积一定比例的颗粒粒径小于该值。从粒径体积百分含量累计值统计结果看（图3b~图3d）,粒径小于2 mm的细土物质中,占总体积99%的颗粒,其粒径在1 mm以下,只有山麓处样点10~20 cm土层约有10%（90%~99%）的粒径在0.4~1.3 mm之间。也就是说在粒径小于2 mm的细土物质中,粒径处于1~2 mm间的土壤颗粒较少。同时,粒径小于0.2 mm的颗粒也相对较少,不足50%,一半以上的土壤颗粒粒径在0.2~1 mm之间。
从不同层次看,湖滨到山麓0~5 cm层和10~20 cm层土壤粒径体积百分含量累计值波动较大,表明土壤颗粒粒径变化相对复杂。5~10 cm土层,除山麓点位外,其他各样点变化规律相对明显,从湖滨到山麓,土壤颗粒不断增大,符合坡面土壤颗粒组成的一般分布规律。高雪松等[19]对四川盆地西缘山地典型坡面土壤物理性质分析结果也表明,坡面上部土壤质地较粗,结构性差;下坡位土壤物理结构性能较好。与本文结果一致。
从土壤颗粒比表面积统计结果看（图4）,除第五样点（065）0~5 cm土层外,无论是质量比表面积,还是体积比表面积,大致都沿湖滨到山麓的方向呈降低趋势,表明土壤颗粒逐步增大。同时,在湖滨土壤平均粒径第三层>第一层>第二层;在山脚土壤粒径第二层≥第三层>第一层。也就是说,虽然从湖滨到山麓,各层土壤颗粒都呈逐步增大的趋势,但第二层趋势更为明显。这与5~10 cm土层粒径体积百分含量累计值变化趋势一致。
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图4土壤颗粒比表面积分布
-->Fig. 4Specific surface areas of soil particles
-->

3.3 土壤基本肥力特征

从测试结果（图5）看,研究区土壤的pH值在8.5以上,且随深度的增加有上升的趋势;在空间上,湖边和山麓样点土壤pH值稍低,湖边与山麓之间的样点pH值较高。
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图5土壤基本肥力指标
-->Fig. 5The soil fertility indicators value
-->

土壤有机质含量沿湖滨到山麓逐渐增加,与研究区植被生长状况具有较高的一致性,说明土壤有机质主要来源于植被;而且在分析的三个深度层次上,5~10 cm深度土壤有机含量最高,其次是0~5 cm土层,10~20 cm土层有机质含量最低。说明土壤有机质的累积主要发生在5~10 cm土层,主要来源于植物根系。表明在地表植被稀疏,多风少雨的条件下,植物凋落物对土壤有机质累积的作用弱于植物根系的作用。曹樱子等[20]对藏北高寒草原土壤有机质的研究,也得到了类似的结果。0~15 cm土壤有机碳含量与地下生物量存在显著正相关关系,而与地上生物量相关性不显著。
全氮与碱解氮的含量与有机质含量的分布较为相似,碳氮比稳定在5:1左右,处于较低的水平,低于王建林等[21]对青藏高原高寒草原区土壤碳氮比的插值结果。从不同层次上看,研究区5~10 cm土壤的碳氮比最高,10~20 cm土壤碳氮比最低。与全氮相比,土壤碱解氮从湖滨到山麓,虽然总体上也呈上升的态势,但变化幅度较大。
沿湖滨到山麓方向,土壤全钾含量略呈上升趋势,但波动幅度大。速效钾沿湖滨到山麓方向呈明显的下降趋势,且除湖滨样点外,其他各样点土壤速效钾在不同的深度土层间差异较小。土壤有效磷多维持在60~80 mg/kg,从湖滨到山麓略呈下降趋势。土壤全磷在0~5 cm层与10~20 cm层波动幅度较大;但5~10 cm层土壤全磷含量呈上升趋势,且与距离的相关性较好。

3.4 土壤常量元素含量特征

土壤Ca、Na、Mg、Fe等常量元素中（图6）,土壤Ca和Mg含量沿湖滨到山麓的方向呈明显的递减趋势,且不同深度层次间的差异不明显。尤其是5~10 cm层土壤Mg的含量与距湖边距离呈较好的幂函数关系（y=866974x-1.245）,决定系数R2达到0.896。土壤Ca下降趋势不如Mg明显,且波动较大。规律性相对较好的0~5 cm层,土壤Ca含量与距湖边距离大致呈一次线性函数关系（y=-0.0093x+203.63）,决定系数R2为0.669。各深度层次间Ca含量差异不明显,表明研究区0~30 cm深度范围内,土壤Ca没有明显的积累特征,体现了干旱区土壤形成发育特征[20]。
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图6土壤基本常量元素含量特征
-->Fig. 6The soil major elements contents
-->

土壤Na分布与全钾一致,从湖滨到山麓略有上升的趋势。不同深度层次间,没有一致性差异。土壤Fe波动幅度较大,尤其是0~5 cm和10~20 cm土层波动更为明显,三层土壤Fe含量无明显一致性差异,也没有体现出寒冷地区土壤所具有的冰冻—（表层）聚铁现象[6]。冰冻—（表层）聚铁过程主要是活动性强的游离Fe和活性Fe表层聚集,本实验测得的结果为土壤中Fe全量。因而未能体现出冰冻—（表层）聚铁现象。这也说明,土壤中活性Fe在全Fe中比例可能较低。

3.5 土壤微量元素含量特征

分析测试的土壤Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Mn等微量元素含量沿湖边到山麓的方向略有上升态势（图7）,但波动较大,趋势性不明显。从不同层次看,除10~20 cm土壤Cd含量多高于上下土层外,其他微量元素含量在不同层次间差异较为复杂,不具有一致的规律性。
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图7土壤主要微量元素含量特征
-->Fig. 7The soil trace elements content
-->

3.6 指标相关性

由于在地球化学过程中所受影响因素的相似性,土壤中不同元素表现出一定的相关性。探讨土壤化学元素的相互关系,有助于理解土壤元素来源[23]及形成发育特征[18]。从研究区土壤理化指标间相关性分析结果看（表3）,土壤pH值、全磷、有效磷、速效钾及Cd等指标与其他指标的相关性较差,土壤有机质与全氮含量相关性最高,而且它们和土壤常量与微量元素含量也存在较好的相关性。
Tab.3
表3
表3土壤理化指标间相关性
Tab.3The correlation between soil property indicators
pH有机质总氮全磷全钾碱解氮有效磷速效钾NaCaMgFeMnPbCdCrCuZn
pH
有机质0.097
总氮0.2720.879**
全磷-0.092-0.001-0.093
全钾0.1890.549**0.702**0.141
碱解氮0.1200.542**0.656**-0.0960.334
有效磷-0.006-0.082-0.3420.296-0.156-0.274
速效钾-0.049-0.249-0.2960.202-0.028-0.3990.154
Na-0.0090.2980.495**0.0690.815**0.165-0.144-0.151
Ca-0.188-0.349-0.530**-0.191-0.895**-0.1520.061-0.128-0.840**
Mg-0.394-0.468*-0.700**0.090-0.719**-0.604**0.2520.402-0.728**0.644**
Fe0.1900.4080.616**-0.0010.582**0.197-0.3060.2440.376-0.600**-0.214
Mn0.0890.543**0.653**0.2240.838**0.214-0.1180.0900.640**-0.837**-0.474*0.712**
Pb0.2010.569**0.704**0.2460.895**0.315-0.083-0.0120.780**-0.883**-0.681**0.632**0.878**
Cd0.0050.3090.391-0.296-0.0230.459*-0.423-0.426*-0.1240.346-0.213-0.011-0.159-0.119
Cr0.2740.534*0.660**0.3250.769**0.178-0.1600.1180.492-0.719-0.4230.750**0.851**0.771**0.026
Cu0.2170.749**0.861**0.3200.843**0.472*-0.200-0.1040.630-0.761-0.654**0.688**0.825**0.879**0.1080.880**
Zn0.2870.614**0.771**-0.0310.801**0.407-0.213-0.1400.660-0.725-0.705**0.653**0.670**0.823**0.1950.732**0.833**

注：**表示置信水平为99%,*表示置信水平为95%。
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Ca、Mg的化学性质相似,它们之间存在显著正相关关系,它们与其他指标多呈显著负相关关系;K与Na性质接近,它们与其他金属元素（Ca、Mg除外）含量多呈显著的正相关关系。可见过渡元素间相关系数较高,在不同类型土壤中也有相似的现象[24,25]。这些元素电子结构、电离势、电价、离子半径类似,在土壤表生地球化学上具有共同的性质[22]。
由于土壤金属元素相关性较好,其组成也就相对稳定。研究区土壤Ca、Mg含量比例多在5:1~7:1之间。K、Na、Fe含量比例约为17:10:22,Mn、Pb、Cr、Cu、Zn的比例为17:1:2:1:3。

4 结论与讨论

本文分析了羌塘高原改则县察布乡查日那足山地区湖滨至山麓土壤属性特征。结果表明：研究区土壤偏碱性,0~10 cm深度范围内土壤pH值平均为8.9,与中国寒钙土pH值背景值相当;有机质平均含量仅4.9 g/kg,不到寒钙土背景值的30%;全磷、全钾和碱解氮含量也低于中国土壤元素背景值调查、西藏第一次土地资源调查、喀喇昆仑山—昆仑山考察等相关调查结果,但速效钾含量与上述调查对应结果相当,有效磷偏高。常量元素中,Ca、Mg偏高,Ca含量达到175.6 g/kg,为寒钙土背景值的6.5倍;Na、K、Fe、Mn、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等元素含量低于对应的土壤背景值。
从湖滨到山麓,土壤中大于2 mm砾石质量含量大致呈逐渐降低的趋势,且随深度的增加而增加。粒径小于2 mm的细土物质中,占体积90%以上的颗粒粒径在0.2~1 mm之间,且平均粒径沿湖滨到山麓的方向逐渐变大。土壤pH值随深度的增加而上升。土壤有机质含量沿湖滨到山麓逐渐增加,且中间层（5~10 cm）有机质含量大于上下层,表明有机质主要来源于植物根系,凋落物对有机质累积的作用较弱。研究区人为扰动少,土壤有机质更易受植被影响[26]。全氮与碱解氮的含量与有机质含量的分布相似,碳氮比稳定在5:1左右。速效钾沿湖滨到山麓方向呈明显的下降趋势,且在不同的深度土层间差异较小。土壤有效磷、全磷的含量波动幅度大,规律不明显。
土壤Ca和Mg含量沿湖滨到山麓的方向呈明显的递减趋势,且不同深度层次间的差异不明显,表明研究区土壤Ca没有明显的积累特征。土壤Na和Fe,及Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Mn等微量元素波动较大,趋势性不明显,且层间无一致性差异。
从土壤理化指标相关性来看,土壤pH值、全磷、有效磷、速效钾、碱解氮及Cd等指标与其他指标的相关性均较差。土壤有机质与全氮含量相关性最高,而且他们和土壤主量与微量元素含量也存在较好的相关性。Ca、Mg间存在显著正相关关系,与其他指标多呈显著负相关关系;K、Na与其他金属元素（Ca、Mg除外）含量多呈显著的正相关关系。金属元素间的比例相对稳定,土壤K、Na、Fe含量比例约为17:10:22,Mn、Pb、Cr、Cu、Zn的比率为17:1:2:1:3。Ca、Mg比率在5:1~7:1之间。
研究发现,从湖滨到山麓,土壤颗粒组成、肥力指标、常量及微量元素等属性特征大多表现出规律性变化。而且土壤pH值和气候条件、有机质含量与植被状况、化学元素含量与岩石化学类型等,都具有较好的一致性。说明高寒条件下,土壤形成发育程度浅,受成土因素影响明显。因此,有必要开展母质元素与土壤属性对应关系分析,以及气候条件与土壤属性的相关分析,有助于深入剖析羌塘高原土壤属性与形成环境的关联。
致谢：中国科学院地理科学与资源研究所黄荣金先生与申元村先生在论文的修改过程中,提出许多宝贵意见,特致谢忱！
The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献 原文顺序
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被引期刊影响因子

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青藏高原因强烈隆升，导致大气环流发生变化，形成了高原区域性环流。受此影响，从喀喇昆仑山最干旱的中段北翼的河尾滩、阿克赛钦一带向东延伸至中昆仑山南翼的黑石北湖、羊湖、白戈壁和昂歌库勒，及其以东的干旱区域，远离青藏高原两条水汽输送路径，气候寒冷干旱，成为亚洲的寒旱核心区域。据已有资料，寒旱核心区海拔在4700～5200m间，最暖月均温3～6℃，年降水量约为20～40mm。　　本文在大量野外工作的基础上，基于改则及日土县境内19套土壤温度监测站点及3台自动气象站点1cm、10cm及20cm深度处土壤温度数据，分析了不同深度处土壤温度的季节变化和日变化;利...
[Qi Wei.The physical geographic characteristics and core area range of Changtang Plateau.
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本文利用羌塘自然保护区周边6个气象站1978～2007年30年数据，利用气候统计方法， 分析了温度、积温、降水的趋势变化。结果表明：该地区年平均温度、年平均最高温度、年平均最低温度都呈上升趋势，且上升幅度远远大于全球、全国平均水 平；≥0℃积温、≥5℃积温呈增加趋势，初日提前，终日推迟，持续日数增加；降水的区域特征明显，自东向西呈递减趋势。年降水量呈上升趋势。
[Li Lin, Yang Xiumei, Zhaxi Yangzong, et al.Analysis on the climatic characteristics of the Qiangtang Nature Reserve in Tibet in recent 30 years.
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. 资源科学, 2008, 30(12): 1852-1859.Magsci [本文引用: 2]摘要
藏北的羌塘高原作为青藏高原的主体和核心，是对全球变化反应最敏感的区域之一。本文通过统计藏北高原仅有的8个气象站50年来温度、降水等资料，计算分析了<i>PER、RDI</i>，运用植被-气候综合模型计算分析了<i>NPP</i>的变化量，探讨了藏北气候空间格局和随时间变化的规律。结果表明：藏北东部由南向北地势升高，温度和降水呈减少趋势，温度可能是限制藏北东部生产力的主要因子；藏北地区由东向西，降水量迅速减少，<i>PER</i>和<i>RDI</i>增加，气候渐趋干旱；其它气象因子变化复杂，与地形和植被等多种因素有关。1955年～2004年整个藏北地区温度增加趋势明显，平均增温幅度为1.4℃；降水量东部、中部增加75～115mm，西部无明显变化；>0℃日数增加11～20天；<i>PER</i>和<i>RDI</i>西部增加，中部、东部无明显变化；1980年以来，水汽压普遍增加，云量和风速均呈减少趋势。藏北地区升温主要发生在秋、冬季，增温幅度分别为1.6℃、1.8℃，春、夏季温度增幅为1.25℃、0.8℃。降水增加以春、夏、秋季为主，春夏秋冬增量分别为22mm、20mm、20mm、6.5mm。气候变化复杂，<i>NPP</i>整体上呈增加趋势，但空间格局上有差异，20世纪80年代以来，东部<i>NPP</i>增加，西部<i>NPP</i>减少，气候因素仍然是藏北西部草地退化的直接威胁。
[Wang Jingsheng, Zhang Xianzhou, Zhao Yuping, et al.Spatio-temporal pattern of climate changes in northern Tibet's Qiangtang Plateau.
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中国戈壁广泛分布于北方的干旱与极干旱区域,直至目前尚未系统地开展戈壁分区研究。本文在综合分析戈壁特征与形成发生机制关系后认为,我国戈壁的最主要特征是地表砾质覆盖;表层具孔状漆漠结皮,其下具棕红色紧实层及石膏层;植物覆盖度极低,生长旱生极旱生灌木—半灌木。戈壁形成发生的区域仅限于干燥度4以上的干旱、极干旱区域。根据戈壁特征及发生条件的区域分异,选取干温指标、区域地质地貌建造指标、地表物质成因形态指标,将中国戈壁分布区划分为温性干旱极干旱戈壁区、暖性干旱极干旱戈壁区和青藏高原北部亚寒干旱极干旱戈壁区3个一级区（区）,其下按区域地质地貌建造特征划分出9个二级区（地区）,再按戈壁地表物质成因与形态差异划分出19个三级区（亚地区）。还可根据土壤和植被的地域分异进一步划分出若干个四级区（小区）。
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中国戈壁广泛分布于北方的干旱与极干旱区域,直至目前尚未系统地开展戈壁分区研究。本文在综合分析戈壁特征与形成发生机制关系后认为,我国戈壁的最主要特征是地表砾质覆盖;表层具孔状漆漠结皮,其下具棕红色紧实层及石膏层;植物覆盖度极低,生长旱生极旱生灌木—半灌木。戈壁形成发生的区域仅限于干燥度4以上的干旱、极干旱区域。根据戈壁特征及发生条件的区域分异,选取干温指标、区域地质地貌建造指标、地表物质成因形态指标,将中国戈壁分布区划分为温性干旱极干旱戈壁区、暖性干旱极干旱戈壁区和青藏高原北部亚寒干旱极干旱戈壁区3个一级区（区）,其下按区域地质地貌建造特征划分出9个二级区（地区）,再按戈壁地表物质成因与形态差异划分出19个三级区（亚地区）。还可根据土壤和植被的地域分异进一步划分出若干个四级区（小区）。
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通过对西藏表层土壤中205个样品的分析,得到西藏土壤中13种元素的环境背景值.西藏土壤中多数元素环境背景值高于全国平均水平.13个元素中只有V服从于正态分布,其它12个元素服从或接近服从于对数正态分布.
[Zhang Xiaoping.Research on the environmental background values of soils in Xizang.
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通过对西藏表层土壤中205个样品的分析,得到西藏土壤中13种元素的环境背景值.西藏土壤中多数元素环境背景值高于全国平均水平.13个元素中只有V服从于正态分布,其它12个元素服从或接近服从于对数正态分布.
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This paper discussed the soil physical properties and nutrient characteristics under different utilization styles and slope position in western hilly land of Sichuan Basin. The results showed that among three landscape positions (upper slope, middle slope, lower slope), the lower slope had better soil physical properties than upper and middle slope. Simultaneously, reforested land improved soil physical properties more obviously compared to farmland and waste land. Soil nutrient properties showed: Under various soil utilizations, the content of soil organic matter, nitrogen and cation exchange capacity was highest in reforested land, and it had notable difference compared to farmland and waste land. The correlation analysis indicated that the content differences of soil organic matter, total nitrogen and alkai-hydrolyzable nitrogen were significantly positively correlative. The content of soil nutrient was higher in lower slope compared to upper and middle slope. But only the content of CEC was the best significant difference among three slope positions, the content of CEC was positively correlative with the content of soil clay. The results showed that soil physical properties and nutrient properties largely depended on the land utilization and landscape on slope.
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沿藏北高寒草原冈底斯山-申扎-双湖样带（30°25′N至33°6′N）,在37个样点采集土壤和植物样品,分析藏北高寒草原土壤有机碳含量及其影响因素。结果表明：藏北高寒草原土壤0~15、15~30和0~30 cm有机碳含量分别为2.27、2.17和4.44 kg.m-2。土壤有机碳含量沿样带呈随着纬度的增加而减少的趋势。藏北高寒草原土壤质地总体偏粗,不同质地土壤之间有机碳含量大小关系为砂土〈壤质砂土〈粉壤土〈砂质壤土〈壤土。不同深度土壤有机碳含量与土壤颗粒含量相关性存在显著差异,0~15 cm土壤有机碳与粉粒、黏粒含量呈显著性正相关,与砂粒含量呈显著性负相关,而15~30 cm土壤有机碳含量与土壤颗粒组成相关性不显著。0~15 cm土壤有机碳含量与草地盖度、地下生物量和总生物量呈显著或极显著正相关,与优势种高度呈极显著负相关;15~30 cm土壤有机碳含量与优势种高度呈显著负相关。
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利用67个样点数据,研究了青藏高原高寒草原生态系统土壤碳氮比的分布特征.结果表明:(1)在水平方向上,土壤碳氮比呈现出西北高、东南低的总体态势和斑块状交错分布的格局,碳氮比的高值区主要集中在藏北高原腹地和喜马拉雅山北麓湖盆区,不同草地型和不同自然地带土壤碳氮比差异显著;(2)土壤剖面自上而下,不同草地型碳氮比可分为低-高-低型、由高到低型、由低到高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5个类型.表土层(0-20 cm)与底土层(30-40 cm)土壤碳氮比差异显著;(3)土壤碳氮比与与最冷月均气温、年均蒸发量、年均相对湿度和土壤全氮含量呈极显著正相关关系,而与年均日照时数、年均气温、速效钾含量呈极显著负相关关系,这些环境因素对土壤碳氮比影响从大到小的顺序是年均相对湿度 > 年均日照时数 > 最冷月均气温 > 年均气温 > 年均蒸发量 > 土壤全氮含量 > 土壤速效钾含量.
[Wang Jianlin, Zhong Zhiming, Wang Zhonghong, et al.Soil C /N distribution characteristics of alpine steppe ecosystem in Qinhai-Tibetan Plateau.
Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(22): 6678-6691.]https://doi.org/10.11686/cyxb20140202URLMagsci [本文引用: 1]摘要
利用67个样点数据,研究了青藏高原高寒草原生态系统土壤碳氮比的分布特征.结果表明:(1)在水平方向上,土壤碳氮比呈现出西北高、东南低的总体态势和斑块状交错分布的格局,碳氮比的高值区主要集中在藏北高原腹地和喜马拉雅山北麓湖盆区,不同草地型和不同自然地带土壤碳氮比差异显著;(2)土壤剖面自上而下,不同草地型碳氮比可分为低-高-低型、由高到低型、由低到高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5个类型.表土层(0-20 cm)与底土层(30-40 cm)土壤碳氮比差异显著;(3)土壤碳氮比与与最冷月均气温、年均蒸发量、年均相对湿度和土壤全氮含量呈极显著正相关关系,而与年均日照时数、年均气温、速效钾含量呈极显著负相关关系,这些环境因素对土壤碳氮比影响从大到小的顺序是年均相对湿度 > 年均日照时数 > 最冷月均气温 > 年均气温 > 年均蒸发量 > 土壤全氮含量 > 土壤速效钾含量.
[22]黄荣金, 王兆锋. 干旱土. 见: 龚子同. 中国土壤地理. 北京: 科学出版社, 2014. [本文引用: 1]

[Huang Rongjin, Wang Zhaofeng.Aridosols. In: Gong Zitong. Pedogeography of China. Beijing: Science Press, 2014.] [本文引用: 1]
[23]刘玉梅, 张建国, 吉云松, 等. 阿里表层土壤元素相关分析
. 安徽农业科学, 2015, 43(19): 70-73. [本文引用: 1]

[Liu Yumei, Zhang Jianguo, Gu Yunsong, et al.Correlation analysis of elements in soil samples from Ngari.
Journal of Anhui Agriculture Science, 2015, 43(19): 70-73.] [本文引用: 1]
[24]夏增禄, 李森照, 罗金发. 喀喇昆仑山—西昆仑山地区土壤元素的自然含盆特征
. 应用生态学报, 1992, 3(1): 28-35.Magsci [本文引用: 1]摘要
本文对喀喇昆仑山-西昆仑山地区土壤中23种元素的自然含量进行了论证。用对比和区域分异系数的方法,讨论了本区土壤元素在世界、我国和区域内的异同和分异特征。通过相关分析和主成份分析,揭示了土壤元素的共生组合关系和表现在土壤类型上的聚类特征,进一步说明了元素在本区土壤中的相关性和分异特征。
[Xia Zenglu, Li Senzhao, Luo Jinfa.Characteristics of natural contents of soil elements in KaraKoram and West-Kunlun Mountains of Qinghai-Tibet Plateau.
Chinese Journal of Applied Ecology, 1992, 3(1): 28-35.]Magsci [本文引用: 1]摘要
本文对喀喇昆仑山-西昆仑山地区土壤中23种元素的自然含量进行了论证。用对比和区域分异系数的方法,讨论了本区土壤元素在世界、我国和区域内的异同和分异特征。通过相关分析和主成份分析,揭示了土壤元素的共生组合关系和表现在土壤类型上的聚类特征,进一步说明了元素在本区土壤中的相关性和分异特征。
[25]夏增禄, 穆从如, 李森照, 等. 中国若干土壤类型剖面中元素的自然含量特征及其相互关系
. 中国科学: 化学, 1985, 15(7): 658-667. [本文引用: 1]

[Xia Zenglu, Mu Congru, Li Senzhao, et al.The elements natural characteristics of soil profile and their relationship.
Scientia Sinica: Chimica, 1985, 15(7): 658-667.] [本文引用: 1]
[26]范建容, 宫奎方, 唐家良, 等. 土地利用方式对西藏东部河谷山地土壤肥力性质的影响
. 地理研究, 2010, 29(8): 1528-1536.https://doi.org/10.11821/yj2010080018URL [本文引用: 1]摘要
通过现场调查取样和室内理化分析,研究了西藏东部主要河谷地区不同土地利用方式下土壤肥力性 质及其随土地利用方式变化的机制。结果表明：不同土地利用方式下土壤理化性质有明显的差异,耕地和裸地土壤砂粒含量高于其他利用方式,本区域土壤砂质特征 明显;受有机质积累影响,乔木林地、灌丛地土壤具有相对较高N素养分;受施肥等因素影响,农耕地土壤具有相对较高P、K养分;在所有利用方式中,裸地土壤 尽管具有相对较高的粉粒含量,但所有养分指标均最低,显著低于林地土壤。总之,对于西藏脆弱生境而言,耕作使得有机质更易于消耗。由于有机质与植被之间存 在明显互相促进的作用,因此维持土壤有机质平衡对于恢复植被、保护青藏高原东缘生态屏障具有重要的意义。
[Fan Jianrong, Gong Kuifang, Tang Jialiang, et al.Effect of land use on soil properties in river valleys of eastern Tibet.
Geographical Research, 2010, 29(8): 1528-1536.]https://doi.org/10.11821/yj2010080018URL [本文引用: 1]摘要
通过现场调查取样和室内理化分析,研究了西藏东部主要河谷地区不同土地利用方式下土壤肥力性 质及其随土地利用方式变化的机制。结果表明：不同土地利用方式下土壤理化性质有明显的差异,耕地和裸地土壤砂粒含量高于其他利用方式,本区域土壤砂质特征 明显;受有机质积累影响,乔木林地、灌丛地土壤具有相对较高N素养分;受施肥等因素影响,农耕地土壤具有相对较高P、K养分;在所有利用方式中,裸地土壤 尽管具有相对较高的粉粒含量,但所有养分指标均最低,显著低于林地土壤。总之,对于西藏脆弱生境而言,耕作使得有机质更易于消耗。由于有机质与植被之间存 在明显互相促进的作用,因此维持土壤有机质平衡对于恢复植被、保护青藏高原东缘生态屏障具有重要的意义。
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