朱成刚^1,, 李卫红^1,, 李大龙^1,2, 刘志明³, 富磊³
1. 中国科学院新疆生态与地理研究所,荒漠与绿洲生态国家重点实验室,乌鲁木齐 830011
2. 中国科学院大学,北京 100049
3. 新疆伊宁市水务局,伊宁市 835000;

Feature analysis of soil physicochemical properties and erodibility of the Yili Valley

ZHUChenggang^1,, LIWeihong^1,, LIDalong^1,2, LIUZhiming³, FULei³
1. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology,Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Sciences,Urumqi 830011,China
2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China
3. Water Affairs Bureau of Yining City,Yining 835000,China
通讯作者:李卫红,E-mail：liwh@ms.xjb.ac.cn
收稿日期:2015-12-10
修回日期:2016-06-19
网络出版日期:2016-07-25
版权声明:2016《资源科学》编辑部《资源科学》编辑部
基金资助:中国科学院“西部之光”一般项目（YB201302）国家科技支撑计划项目（ 2014BAC15B03）
作者简介:
-->作者简介：朱成刚,男,江苏铜山县人,博士,助理研究员,主要从事干旱区自然地理与生态恢复相关研究。E-mail：zhuchg.ms.xjb.ac.cn



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摘要
探讨河谷坡地的土壤特性及其可蚀性对保护土地资源、制定水土保持措施具有重要意义。基于伊犁河谷典型区域127个调查点表层土壤的实地调查与取样分析,利用EPIC模型公式计算土壤可蚀性,分析了不同土地利用方式下土壤理化性质及土壤可蚀性的特征、探讨了土壤可蚀性与其他土壤特征因子间的关系以及土壤各特征因子的空间变化与异质性。研究结果显示：新开垦坡地增加了表层土壤水分、改善了土壤结构与质地,有助于减小土壤可蚀性;土壤理化性质随着海拔升高、由西南向东北明显改善,土壤可蚀性降低,质地更好的土壤有助吸水、保水与植被生长,进而降低土壤可蚀性;各土壤特性,包括土壤可蚀性,空间异质性在小尺度上总体较小,空间分布自相关程度多中等到高等。

关键词：山前坡地;土地利用;土壤可蚀性;空间异质性;伊犁河谷
Abstract
The large scale exploitation of water and land resources in the Yili River Valley in recent decades is the background for this work. The exploitation has mainly been concentrated in the piedmont slope of the valley and this may have affected soil properties and erodibility. Research on soil properties and erodibility can help conduct better prospection of land resources,and develop effective soil and water conservation measures. We selected the piedmont slope of the valley as the research focus and conducted an investigation based on field surveys,sampling and experimental analysis. A typical area of piedmont slope with 400km² and 127 survey points was selected in order to obtain soil properties. Experience estimation formula of the EPIC model was used to get soil erodibility. This work analyzes the soil properties and soil erodibility under different land use patterns,tests the relationship between soil erodibility and each soil characteristic factor,and analyzes the spatial heterogeneity of soil properties and soil erodibility. We found that newly reclaimed fields increased soil water content,improved soil properties and structure,to some extent,and contributed to reducing soil erodibility. Soil N content and soil organic materials show an obvious decline in newly reclaimed fields than circumjacent uncultured areas. From southwest to northeast the soil becomes better with increasing altitude,such as lower soil bulk density,higher soil organic materials and N,and higher soil water content;soil erodibility is gradually declining. There is a close relationship between soil physicochemical properties and soil erodibility. The spatial heterogeneity of most soil properties,including soil erodibility,is low and at a relatively small scale. The degrees of autocorrelation of the spatial distribution of soil properties are middle to high.

Keywords：piedmont slope;land use;soil erodibility;spatial heterogeneity;Yili Valley

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朱成刚, 李卫红, 李大龙, 刘志明, 富磊. 伊犁河谷土壤理化性质及可蚀性特征分析[J]. , 2016, 38(7): 1212-1221 https://doi.org/10.18402/resci.2016.07.02
ZHU Chenggang, LI Weihong, LI Dalong, LIU Zhiming, FU Lei. Feature analysis of soil physicochemical properties and erodibility of the Yili Valley[J]. 资源科学, 2016, 38(7): 1212-1221 https://doi.org/10.18402/resci.2016.07.02

1 引言

土壤侵蚀是受到国内外****与各区域政府广泛关注的全球性生态环境问题之一^[1,2],土壤侵蚀的持续发生不仅使土壤质量不断下降,导致土地的退化^[3,4],而且还会造成生态系统服务功能下降、降低作物产量并影响粮食安全、危及饮用水安全甚至扰动碳库平衡等一系列生态环境问题^[5,6]。影响土壤侵蚀的因素很多,除了降雨、地形地貌、地表植被等外营力,土壤本身的抗蚀能力,即侵蚀内营力也对土壤侵蚀有很大影响^[7],而土壤抵抗侵蚀的能力很大程度上取决于自身的理化性质,包括土壤机械组成、结构、土壤湿度、土壤有机质含量等物理和化学性状^[8]。目前被国内外广泛使用的土壤可蚀性K值是衡量土壤自身抗侵蚀能力大小和利用通用土壤流失方程（Universal Soil-Loss Equation,USLE）与修正通用土壤流失方程（Revised Universal Soil-Loss Equation,RUSLE）定量估算土壤侵蚀的重要因子之一^[5,9,10],它反映土壤被冲蚀的难易程度,是评价土壤对侵蚀敏感性和进行土壤侵蚀预报的重要参数^[10,11]。土壤可蚀性同样在很大程度上依赖当地的土壤特性,包括化学、物理及矿物特性等^[12,13]。通过研究土壤理化性质及其可蚀性特征,分析土壤因子对土壤侵蚀的影响,对于了解区域土壤侵蚀现状与趋势,监测并构建侵蚀预测模型,服务区域水土保持工作具有重要意义。
新疆伊犁河谷位于中国的西部边陲,是中国面向中亚、通往欧洲重要的陆路通道和“丝绸之路经济带”的重要区域之一。区内水土资源丰富,农业生产组合条件好,是新疆主要的粮、油、糖、肉生产基地,在新疆国民经济中占有非常重要的地位^[14]。但同时,伊犁河谷也是新疆水土流失面积较为广泛的地区之一。因为区内山沟水系发育,河系密布,且各水系多具有流程短,流域面积小,比降大的特征,加之区内普遍覆盖着湿陷性黄土或第四纪沉积物,极易发生水土流失^[15]。目前在大规模水土资源开发背景下,伊犁河谷新垦土地多处在冲洪积扇扇缘部位和丘陵地貌的山前坡地低植被覆盖草场。水土资源的开发过程及放牧压力均有可能对这一区域土壤特征与可蚀性造成影响并加剧水土流失,因此,开展这一区域土壤可蚀性及土壤特征的分析研究是符合区域内水土保持强烈需求的。多年来,对于伊犁河谷的水土流失研究相对较为薄弱,特别是针对水土资源开发背景下的河谷山前坡地土壤及其可蚀性特征的研究较少,本项工作以此为切入点,选取伊宁市北山坡作为典型研究区,旨在通过对其土壤因子与土壤可蚀性特征进行研究,服务区内水土保持工作。

2 研究区概况

伊犁河谷地处欧亚大陆中心,新疆天山最西部,地理位置为42°15 'N-44°55 'N,80°5 'E-84°5 'E之间,面积约5.53万km²,该区地形复杂,天山西部多支山脉和纵横交错的河流将其分割为伊犁谷地、巩乃斯谷地、特克斯谷地、喀什河谷丘陵和昭苏盆地等5 个地域单元。整个区域地形上东、南、北三面高山环绕,地势东高西低,东窄西宽,呈喇叭型向西敞开,可以大量接受陆地西风带来的湿润水汽。全区地跨中温带大陆性气候和高山气候类型,年均降水量230~520mm ,年平均气温10.4 ℃。作为本项工作典型研究区的伊宁市北山坡位于伊宁市北约10~40km,面积约400km²,区域主要位于伊宁市和伊宁县境内,是伊犁河谷人口密度较大,人类活动对自然环境扰动最为频繁的区域。研究区内由北向南发育有多条河流,河流两岸临近人类居住区的山前坡地在近十年被广泛开发,同时山区内放牧超载严重,草场退化明显,是伊犁河谷重要的水土保持区（图1）。
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图1研究区位置与取样点分布示意
-->Figure 1The location of study area and the spatial distribution of sampling site
-->

3 数据来源与研究方法

3.1 土壤理化性质数据来源与测定方法

本项工作所有的土壤特性数据均来自野外实地取样分析,土壤取样完成于2015年5月27日至6月9日,取样选取晴朗的工作日,用直径10cm的钢制土壤取样器采集每个土壤取样点表层20cm土壤混合样作为样品,取样同时测量取样点地形、植被盖度等因子,分别利用铝盒和环刀采集表层20cm的土壤供分析计算土壤含水量和土壤容重。依据人类活动扰动程度并参照地形地貌与植被群落特征等,遵循人类活动扰动频繁,地形地貌复杂程度高的区域取样密度大,而远离人类聚居区且地形地貌与植被群落特征单一的区域取样密度相对小的原则,共设置127个样点,样点间平均距离1~4km不等,样点空间上呈随机分布（图1）。
土壤被采集带回实验室后进行自然风干,经粉碎和过2mm筛后,分别进行土壤盐分、pH值、土壤养分和土壤粒径组成等物理、化学性质分析。其中土壤水溶性盐总量的测定采用“残渣烘干——质量法”与“电导法”（DDS-307电导率仪,上海雷磁仪器厂,中国）;碳酸根和碳酸氢根的测定采用“双指示剂中和法”;钙、镁离子的测定采用“EDTA络合滴定法”;氯离子的测定采用“AgNO₃滴定法”;钾、钠离子的测定采用“火焰光度法”（FP6410火焰光度计,上海精科仪器厂,中国）;硫酸根离子的测定采用“EDTA间接滴定法”;pH值采用“电位测定法”（pHS-2CpH测定仪,上海理达仪器厂）;土壤有机质的测定采用“重铬酸钾容量法—外加热法”（LWY84B型控温式铝体消煮炉,四平电子技术研究所,中国）;土壤全氮的测定采用“高氯酸–硫酸消化法”（LWY84B型控温式铝体消煮炉,四平电子技术研究所,中国;六联定氮蒸馏仪,中国科学院南京土壤研究所工厂,中国）;土壤粒径分析,取土样0.5g,加30%过氧化氢,在72℃下去除有机质,加盐酸去除碳酸盐,加超纯水稀释、静置,除上清液以除酸,反复静置除酸,直至pH为6.5~7.0,之后加入六偏磷酸钠（NaHMP）,超声30s后用激光粒度仪（Mastersizer 2000,Malvern Inc.,英国）测量土壤粒径体积百分比。
土壤有机碳含量通过土壤有机质含量与“Van Bemmelen因数”1.724计算所得：土壤有机碳含量SOC=土壤有机质含量SOM/1.724;土壤水分含量SWC通过铝盒烘干称重法计算获取,野外所取铝盒土壤样,现场称鲜重后带回实验室105°C下烘干24h,称取干重,通过公式计算获取：土壤水分含量SWC=（土壤鲜重-土壤干重）×100/（土壤干重-铝盒重）。

3.2 土壤可蚀性计算方法

土壤可蚀性因子K值采用EPIC模型中公式,利用土壤砂粒、粉粒与黏粒粒径组成含量和有机碳含量计算^[16]：
K=0.2+0.3exp0.0256SAN1-SIL100
SILCLA+SIL0.31.0-0.25CC+exp3.72-2.95C
1.0-0.7SN1SN1+exp-5.51+22.9SN1（1）
依据美制土壤粒径分级,式中SAN、SIL、CLA分别为土壤中砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量;C为有机碳含量;中间变量SN1=1-SAN/100;土壤可蚀因子K换算成国际制乘以0.1317^[17]。

3.3 数据统计与处理

所得数据通过Excel2010进行处理,并应用SPSS 13.0软件通过相关分析（皮尔森相关,双尾检验）、方差分析检验各土壤因子与土壤可蚀性因子K的相关关系和数据间的差异显著性;用Sigmaplot 11.0软件对土壤可蚀性因子K与各土壤因子进行线性与非线性拟合,并绘制曲线图;通过Suffer 8.0软件对研究区土壤特性与土壤可蚀性的空间特征进行克里格插值并绘制等值线图;用地统计学软件Gs+对各土壤因子与土壤可蚀性因子空间异质性进行分析。

4 结果与分析

4.1 不同土地利用方式下的土壤理化性质与可蚀性

土壤的理化特性与土壤可蚀性对不同土地利用方式与不同土质响应不一,表现出一定的差异性（表1）。研究区新开垦的山前坡地土地利用类型主要为果林、葡萄园、旱田和生态林等,这些区域的表层土壤水分因为有人为的灌溉,显著大于无人类扰动的中低覆盖草地（P<0.05）,但是高覆盖草地表层土壤水分显著大于（P<0.05）除了葡萄园外其余已开垦土地。新开垦的果林、葡萄园、旱田和生态林表层土壤的土壤容重与未开垦的中低覆盖草地并无显著差异,只有高覆盖草地表层土壤的容重显著低于其他区域的土壤。土地利用方式的改变也在一定程度上影响山前坡地的土壤粒径组成,低覆盖草地表层土壤黏粒含量显著低于相同区域果林、葡萄园、旱田和生态林表层土壤,而未经扰动的中、高覆盖草地与已开垦的不同土地利用类型区土壤的质地与粒径组成没有明显差异。土壤有机碳含量在高中覆盖草地表层土壤中最高,而葡萄园地与旱田表层土壤中的有机碳含量最低。未开垦山前坡地（主要为高、中、低覆盖的草地）表层土壤中土壤氮含量均显著高于果林、葡萄园、旱田和生态林土壤,而土壤全盐与土壤pH值基本没有显著差异,只有高覆盖草地表层土壤的pH值显著低于其他区域土壤。土壤总体以碱性为主,pH值均大于8.0。土壤可蚀性因子K值总体平均在0.079左右,不同土地利用方式下表层土壤的可蚀性因子K差异多数并不显著,高覆盖草地与葡萄园中土壤可蚀性因子K最低,低覆盖草地K值最高,果林、旱田、生态林和中覆盖草地的K值相当,无明显差异。在未开垦的山前坡地草场,随着草地植被覆盖度的增加,表层土壤的水分、有机碳含量、氮含量均表现出增加趋势,而土壤容重、土壤pH值与土壤可蚀性因子K值则表现为减小趋势。
Table 1
表1
表1不同土地利用类型与土壤质地下土壤理化性质与可蚀性因子K
Table 1Soil properties and soil erodibility K under different land use type and different kinds soil

	土壤水分 SWC /%	土壤容重 γ /（g/cm3）	砂粒含量 SAN /%	粉粒含量 SIL /%	黏粒含量 CLA /%	有机碳含量 SOC /%	土壤氮含量 N /（g/kg）	土壤全盐 SS /（g/kg）	土壤 pH值	土壤可蚀性K /（t∙hm2∙h）/ （hm2∙MJ∙mm）
果林	5.81±2.49a	1.28±0.86a	34.52±11.18a	58.47±9.86a	7.01±1.91a	0.51±0.13a	0.57±0.12a	0.54±0.10a	8.22±0.06a	0.080±0.006a
葡萄园	9.35±3.72b	1.29±0.12a	26.85±5.18b	65.35±3.44b	7.79±2.19b	0.42±0.05b	0.56±0.09a	0.60±0.07a	8.19±0.08a	0.076±0.003b
旱田	5.11±1.59c	1.24±0.11a	31.51±3.54a	61.92±2.32a	6.56±1.42a	0.46±0.06b	0.53±0.13a	0.54±0.02a	8.15±0.06a	0.079±0.003a
生态林	5.60±1.77a	1.25±0.12a	33.32±11.14a	59.71±9.65a	6.96±1.97a	0.58±0.06c	0.53±0.11a	0.53±0.13a	8.21±0.17a	0.079±0.009a
低覆盖草场	4.43±2.44d	1.28±0.13a	35.62±8.47a	60.04±6.96a	4.34±2.67c	0.57±0.12c	0.66±0.25b	0.54±0.08a	8.22±0.17a	0.081±0.010a
中覆盖草场	4.85±1.91d	1.25±0.11a	31.49±9.01a	61.09±7.99a	7.26±1.47a	0.76±0.1d	0.85±0.36c	0.55±0.06a	8.16±0.13a	0.078±0.013a
高覆盖草场	6.25±3.09e	1.18±0.12b	33.29±12.01a	60.12±10.44a	6.59±2.04a	1.30±0.93e	1.39±0.87d	0.58±0.10a	8.07±0.26b	0.076±0.020b
砂质沙土	4.45±1.09a	1.40±0.18a	57.49±6.99a	37.78±6.51a	4.73±1.30a	0.61±0.10a	0.79±0.21a	0.51±0.14a	8.19±0.24a	0.105±0.020a
粉砂质沙土	5.08±2.51b	1.25±0.10b	30.93±7.19b	61.72±6.01b	7.28±1.84b	0.69±0.48b	0.77±0.46a	0.55±0.08b	8.18±0.15a	0.077±0.009b
平均	5.04±2.46	1.26±0.11	32.39±9.39	60.41±8.14	7.14±1.91	0.69±0.47	0.78±0.45	0.55±0.09	8.18±0.15	0.079±0.012

注：a,b,c,d,e表示该分类中同列数据差异显著。
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由调查数据可知,山前坡地表层土壤以沙土为主,黏粒含量多小于10%,土质按照砂粒含量可分为砂质沙土和粉砂质沙土。除了砂粒与粉粒含量的显著差异外,粉砂质沙土的黏粒含量也显著（P<0.05）高于砂质沙土。其他土壤理化性质中,粉砂质沙土的土壤水分、有机碳含量、土壤全盐均显著高于砂质沙土,而土壤容重与可蚀性则显著低于砂质沙土（表1）。

4.2 土壤理化性质与土壤可蚀性因子的关系

由数据统计与相关分析,研究区表层土壤的可蚀性因子K与调查点的高程、土壤水分、土壤中的细粒成分含量（粉粒与黏粒）、土壤有机碳与氮的含量呈极显著（P<0.01）的负相关关系,而与土壤容重、土壤中的砂粒含量以及土壤的pH值呈极显著（P<0.01）正相关关系（表2）。曲线拟合也同样显示了土壤可蚀性因子K与上述土壤特性间的密切关系（图2）,表层土壤可蚀性随土壤水分、土壤中细粒成分含量、有机碳和氮含量的增大而下降,随土壤容重、土壤砂粒含量和土壤pH值的增大而升高。研究区表层土壤的诸多特性与取样点的海拔高程关系密切,取样点的高程与土壤水分、粉粒含量、有机碳和氮含量极显著（P<0.01）正相关,而与土壤容重、砂粒含量、土壤pH值极显著（P<0.01）负相关。
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图2土壤理化特性因子与土壤可蚀性因子K间的拟合关系曲线
-->Figure 2The fit curves between soil properties and soil erodibility K
-->

Table 2
表2
表2土壤理化特征因子与土壤可蚀性K的相关关系
Table 2Tthe correlations between soil properties and soil erodibility K

		高程	土壤 水分	土壤 容重	砂粒 含量	粉粒 含量	黏粒 含量	有机碳 含量	土壤 氮含量	土壤 全盐	土壤 pH	土壤 可蚀性
高程	皮尔森相关系数	1.000	0.313**	-0.372**	-0.395**	0.407**	0.153	0.581**	0.612**	-0.029	-0.537**	-0.445**
	显著性检验（双尾）	-	0.000	0.000	0.000	0.000	0.087	0.000	0.000	0.745	0.000	0.000
土壤水分	皮尔森相关系数	0.313**	1.000	-0.116	-0.290**	0.294**	0.149	0.469**	0.493**	0.262**	-0.386**	-0.355**
	显著性检验（双尾）	0.000	-	0.195	0.001	0.001	0.094	0.000	0.000	0.003	0.000	0.000
土壤容重	皮尔森相关系数	-0.372**	-0.116	1.000	0.265**	-0.330**	0.122	-0.344**	-0.327**	-0.197*	0.093	0.389**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.195	-	0.003	0.000	0.173	0.000	0.000	0.027	0.297	0.000
砂粒含量	皮尔森相关系数	-0.395**	-0.290**	0.265**	1.000	-0.982**	-0.700**	-0.268**	-0.296**	-0.114	0.309**	0.816**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.001	0.003	-	0.000	0.000	0.002	0.001	0.200	0.000	0.000
粉粒含量	皮尔森相关系数	0.407**	0.294**	-0.330**	-0.982**	1.000	0.566**	0.291**	0.312**	0.118	-0.318**	-0.831**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.001	0.000	0.000	-	0.000	0.001	0.000	0.187	0.000	0.000
黏粒含量	皮尔森相关系数	0.153	0.149	0.122	-0.700**	0.566**	1.000	0.068	0.114	0.055	-0.167	-0.445**
	显著性检验（双尾）	0.087	0.094	0.173	0.000	0.000	-	0.450	0.202	0.537	0.060	0.000
有机碳含量	皮尔森相关系数	0.581**	0.469**	-0.344**	-0.268**	0.291**	0.068	1.000	0.974**	0.213*	-0.556**	-0.545**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.000	0.000	0.002	0.001	0.450	-	0.000	0.016	0.000	0.000
土壤氮含量	皮尔森相关系数	0.612**	0.493**	-0.327**	-0.296**	0.312**	0.114	0.974**	1.000	0.245**	-0.568**	-0.517**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.000	0.000	0.001	0.000	0.202	0.000	-	0.006	0.000	0.000
土壤全盐	皮尔森相关系数	-0.029	0.262**	-0.197*	-0.114	0.118	0.055	0.213*	0.245**	1.000	0.250**	-0.159
	显著性检验（双尾）	0.745	0.003	0.027	0.200	0.187	0.537	0.016	0.006	-	0.005	0.075
土壤pH	皮尔森相关系数	-0.537**	-0.386**	0.093	0.309**	-0.318**	-0.167	-0.556**	-0.568**	0.250**	1.000	0.346**
	显著性检验（双尾）	0.000	0.000	0.297	0.000	0.000	0.060	0.000	0.000	0.005	-	0.000
土壤可蚀性	皮尔森相关系数	-0.445**	-0.355**	0.389**	0.816**	-0.831**	-0.445**	-0.545**	-0.517**	-0.159	0.346**	1.000
	显著性检验（双尾）	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.000	0.075	0.000	-

注：*、**分别表示相关关系在0.05、0.01的水平上显著 （双尾）。
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4.3 土壤理化性质与土壤可蚀性因子的空间分布特征

通过空间插值并绘制各主要土壤因子与土壤可蚀性因子的空间分布等值线图可知,研究区土壤可蚀性因子总体上随着海拔高度的增加,由南向北、由西向东逐渐减小（图3a、图3b）。土壤砂粒含量与土壤pH值表现出相似的变化规律,由西南向东北方向逐渐减小（图3f、图3h）。土壤容重在研究区东西方向上变化并不明显,但在南北方向上表现出与土壤可蚀性一致的变化趋势,南部海拔较低的山前坡地土壤容重相对较大,而北部海拔相对较高的区域表层土壤相对较小（图3d）。土壤水分、土壤有机碳和氮含量在空间分布上表现出与可蚀性因子相反的变化趋势,在研究区南部低海拔区较低,在北部高海拔区较高（图3c、图3e、图3g）。
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图3研究区土壤特征因子与土壤可蚀性K值的空间变化
-->Figure 3The spatial variation characteristics of soil properties and soil erodibility K
-->

Table 3
表3
表3研究区土壤特性与土壤可蚀性空间异质性特征
Table 3The spatial heterogeneity characteristics of soil properties and soil erodibility K

分析项目	拟合模型	块金值Co	基台值Co+C	变程A	Co/C+Co	分维数D	决定系数R2
土壤可蚀性K	线性模型	7E-04	19E-04	0.210	0.368	1.810	0.844
土壤含水量SWC	指数模型	3.400	7.900	0.250	0.430	1.910	0.918
土壤容重γ	线性模型	0.009	0.014	0.210	0.643	1.920	0.622
土壤有机碳SOC	球状模型	0.020	0.320	0.260	0.067	1.670	0.947
土壤氮N	高斯模型	0.045	0.260	0.310	0.173	1.664	0.952
土壤全盐SS	线性模型	0.005	0.008	0.190	0.625	1.917	0.593
土壤Ph值	高斯模型	0.010	0.034	0.160	0.294	1.803	0.956
土壤砂粒含量SAN	线性模型	32.270	103.170	0.210	0.313	1.840	0.930

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地统计结果显示（表3）,各土壤特性以及土壤可蚀性空间变程普遍小于取样间距,各要素在空间分布上是随机的,自相关程度总体相对较低。相比较而言,土壤氮含量的空间异质性尺度较大,而土壤水分、土壤容重与土壤全盐在相对较小的空间尺度上变异显著。总体上土壤含水量的块金效应最为明显,其空间异质性程度主要表现在0.2km左右的尺度上,由随机因素引起的空间异质性占到总空间异质性43%,空间分布上具有中等自相关性。土壤可蚀性因子K值总体空间异质性不高,其空间异质性表现在相对较大的空间尺度上,空间分布同样具有中等自相关性,相似的空间分布特征还有土壤pH值与土壤砂粒含量;土壤容重与土壤全盐含量空间分布上总体受随机因素的控制相对较大;土壤有机碳与土壤氮的空间分布自相关性较高。

5 结论与讨论

5.1 结论

土地利用方式的改变在一定程度上影响着研究区土壤理化性质与土壤可蚀性,同样位于山前坡地低覆盖草场区域的已开垦土地,表层土壤水分条件更好,土壤中黏粒含量更高,土壤可蚀性有降低趋势,但是土壤中氮及有机碳含量却低于同区域未开垦土地;随着海拔升高,表层土壤水分含量、土壤有机碳与土壤氮含量增加,土壤容重、土壤盐碱程度与土壤砂粒含量降低,土壤质地变好,可蚀性降低;在相对较小的尺度上,研究区土壤各性质特征并未见显著的空间异质性,土壤可蚀性的空间异质性同样也表现在相对较大的尺度上。

5.2 讨论

土地利用方式的改变可能是引起水土流失并加剧土壤侵蚀的一个主要诱因^[18],研究表明土地利用方式通过影响土壤理化性质从而影响土壤可蚀性与最终的土壤侵蚀过程^[19-21]。本项工作也同样发现伊犁河谷坡地不同土地利用形式下土壤理化性质的差异,其中,比较明显的是土壤水分、土壤有机碳与氮的含量以及土壤中黏粒含量等。伊犁河谷的山前坡地经人工开垦后,表层土壤水分显著较未扰动的中、低覆盖草场高,这是人为灌溉与地表人工植被提高植被盖度后的作用结果。开垦土地表层土壤与低盖度天然草场相比,土壤黏粒含量明显升高。开垦加速了土壤熟化,更多的黏粒有利于土壤吸附水分与保水、持水,这也是新开垦区表层土壤水分含量相对较高的一个原因,结论与曹鹤等相同^[22]。
研究区新开垦土地主要位于山前坡地南部海拔相对较低且距离人类聚居区较近的低覆盖春秋草场,合理的开发将有助于提高这一区域的植被盖度,改善表层土壤的理化性质,进而改善表层土壤的可蚀性。这一点从不同土地利用形式下土壤可蚀性因子K的数据统计中得到证实。虽然总体差异未达到显著水平,但是已开垦的山前坡地表层土壤可蚀性较周边相同区域未开垦的低覆盖草场有明显降低的趋势。需要注意的是,开垦后的表层土壤中有机碳与氮含量较未开垦草地均有不同程度的降低,尤其是较中高覆盖草场表层土壤低,这可能是土地利用方式改变过程中翻耕等扰动以及单位面积生物量大幅增加所需养分增加的结果,一些研究也证明了土地利用变化对浅层土壤有机碳的显著影响^[23,24]。
土壤作为被侵蚀的对象,主要通过抵抗侵蚀动力对它的分散、搬运及其它机制来影响侵蚀,这就决定了土壤理化性质在影响土壤可蚀性方面的重要作用^[12,13]。对伊犁河谷山前坡地表层土壤各土壤特性与土壤可蚀性关系研究表明,随着海拔高程增加,土壤水分和土壤有机碳、氮含量增加,土壤容重减小,土壤可蚀性表现出明显的减小趋势。西北干旱区地表径流主要以超渗产流为主,适当的土壤水分增加有利于降水过程中表层土壤水分入渗和植被的落种定植与生长,较高的植被覆盖有助于地表径流的拦蓄与入渗,并进一步增加土壤水分。这些都有利于降低土壤可蚀性并减少土壤侵蚀。
土壤容重和土壤孔隙度反映土壤蓄水和通气性能,相对更大孔隙度的土壤能够有效地调节土壤中水、肥、气、热环境,因而土壤结构越好,也越有利于水分的保持与渗透^[25,26];而土壤有机碳与氮含量的增加也是有利于土壤团粒结构的形成与水分吸附、入渗的,这些都有利于降低土壤可蚀性,也可以很好地解释本项工作中发现的土壤可蚀性与土壤容重极显著正相关、与土壤有机碳和氮含量极显著负相关的关系。本研究中土壤可蚀性及诸多土壤特性随海拔而变化的规律在中国南方丘陵区的研究中也同样存在^[27]。研究结果显示,海拔高程的改变带来光热条件与气候的改变,高海拔处相对较高的降水、较低的气温与蒸散发,使得植被条件更好,而更好地植被又带来更多的表层土壤有机碳与相对更好的土壤结构,较低的气温同时降低了养分的分解与水分的蒸散发,植被对地表径流的拦蓄和根系对土壤的固持,以上土壤特性的变化有助于研究区高海拔区域表层土壤保持相对更低的土壤可蚀性。
土壤的空间异质性是地理、地形地貌、气候及人类活动扰动多因素复杂相互作用的结果,土壤特性的空间变化很大程度上影响着土壤对侵蚀的敏感性^[28,29]。本工作中并未发现伊犁河谷山前坡地表层土壤特性在小尺度上十分显著的空间异质性,各土壤特性在相对较大尺度上的空间分布更主要的是受到随机因素控制。土壤可蚀性整体的空间异质性也不大,空间分布在相对较大尺度上也主要受随机因素控制。土壤水分的块金效应相对明显,并可能成为一个主导因素影响着其他土壤因子。而在小尺度范围空间异质性相对较小的土壤可蚀性,在一定程度上是有利于对这一区域山前坡地进行统一连片规划与水土保持的。
致谢：感谢中国科学院地理科学与资源研究所的张红旗老师对本文的写作和修改给予的帮助,感谢编辑部的老师对本文的修改完善提供的宝贵建议和指导。
The authors have declared that no competing interests exist.

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