Spatial Variability of Soil Salt-alkali and Nutrients Content in the South Coast of Laizhou Bay
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摘要:
目的 探究萊州灣南岸土壤可溶性鹽含量、pH值和養分的空間分布特征，為我國北方濱海鹽漬土區脆弱生境生態保護與修復提供科學依據。 方法 以萊州灣南部海岸線以南30 km的區域為研究對象，基于3 km距離的網格化布點法采集313個樣點0～20、20～40、40～60 cm深度的土壤樣品，經室內測定結合地統計學原理與地理信息系統等方法，揭示不同土層可溶性鹽含量、pH值及表層土壤各養分指標的空間變異性特征。 結果 1）研究區域0～20、20～40、40～60 cm土層可溶性鹽含量分別介于0.19～8.44、0.14～9.86、0.18～10.61 g?kg?1之間，各土層平均土壤可溶性鹽含量分別為1.23±1.65、1.42±1.73、1.48±1.72 g?kg?1，鹽漬化等級以非鹽漬化土為主，鹽漬化類型以硫酸鹽?氯化物型及氯化物?硫酸鹽型為主，土壤含鹽量隨土層深度增加而增加。各土層可溶性鹽含量空間分布不均，0～20 cm土層土壤鹽分呈中等程度的空間自相關性，20～40 cm和40～60 cm土層鹽分空間自相關性較強。2）研究區域0～20、20～40、40～60 cm土層土壤pH值分別介于7.04～9.38、7.04～9.66、7.08～9.79之間，各土層平均土壤pH值分別為8.17±0.46、8.39±0.47和8.46±0.46，整體以非堿性等級為主；0～20 cm土層pH值呈中等程度的空間自相關特征，20～40 cm和40～60 cm土層pH值空間自相關性較強。3）研究區域表層土壤有機質、全磷和全鉀含量介于0.28～30.29、0.20～1.29、15.44～23.01 g?kg?1 之間，平均含量分別為9.70±6.50、0.59±0.21和19.21±1.31 g?kg?1；有效氮和速效鉀的含量介于1.33～66.72mg?kg?1和24.90～248.20 mg?kg?1 之間，平均含量分別為12.67±9.62mg?kg?1和94.64±45.60 mg?kg?1。土壤有機質和速效鉀含量呈由海到陸沿平行于海岸線的方向帶狀增加的分布趨勢，空間自相關性較強。有效氮、全磷、全鉀空間分布不均，呈中等程度的空間自相關特征。 結論 萊州灣南岸土壤鹽堿程度和養分含量總體呈較低水平且空間分布不均，各指標空間變異在不同程度上受到結構性因素與隨機性因素的共同影響，人為活動、土壤質地與植被生長狀況是萊州灣南岸土壤鹽堿與養分空間變異的主控因素。本研究可為我國陸地生態系統脆弱生境生態保護與精準修復、北方濱海鹽漬土科學管理與利用、邊際土地產能提升與固碳增匯等工作提供理論依據。 Abstract:Objective The spatial variability distribution characteristics of soil soluble salt content, pH and nutrients in the southern coast of Laizhou Bay were explored to provide scientific basis for ecological protection and restoration of vulnerable habitats in coastal saline soil areas in northern China. Method The area 30 km south of the southern coastline of Laizhou Bay were selected as the research object, 313 soil samples at depths of 0~20, 20~40, and 40~60 cm were collected by the grid sampling method at a distance of 3 km. The spatial variability characteristics of total soluble salt content, pH in different soil layers and surface soil nutrient indexes were revealed by laboratory experimental determination and analysis, combined with geostatistics and geographic information systems. Result 1) The soluble salt content of 0~20, 20~40 and 40~60 cm soil layers in the study area were between 0.19~8.44, 0.14~9.86 and 0.18~10.61 g?kg?1, respectively. The average soil soluble salt content of each soil layer were 1.23±1.65, 1.42±1.73 and 1.48±1.72 g?kg?1, respectively. The main salinization grade was non-salinization. The main salinization type were sulfate-chloride type and chloride-sulfate type. The soil salt content increased with the increase of soil depth. The spatial distribution of total soluble salt content in each layer was uneven. The spatial autocorrelation of soil salinity in 0~20 cm soil layer was moderate, and the spatial autocorrelation of soil salinity in 20~40 cm and 40~60 cm soil layers was strong. 2) The soil pH values of 0~20, 20~40 and 40~60 cm soil layers in the study area were between 7.04~9.38, 7.04~9.66 and 7.08~9.79, respectively. The average soil pH values of 0~20, 20~40 and 40~60 cm in the study area were 8.17±0.46, 8.39±0.47 and 8.46±0.46, respectively. The non-alkaline was the main grade. The pH value of 0~20 cm soil layer showed moderate spatial autocorrelation, and the pH value of 20~40 cm and 40~60 cm soil layers had strong spatial autocorrelation. 3) The contents of organic matter, total phosphorus and total potassium in the surface soil of the study area were between 0.28~30.29, 0.20~1.29 and 15.44~23.01 g·kg?1, and the average contents were 9.70±6.50, 0.59±0.21 and 19.21±1.31 g·kg?1, respectively. The contents of available nitrogen and available potassium were between 1.33~66.72 and 24.90~248.20 mg·kg?1, and the average contents were 12.67±9.62 and 94.64±45.60 mg·kg?1, respectively. The content of soil organic matter and available potassium increased from sea to land along the direction parallel to the coastline, with strong spatial autocorrelation. The spatial distribution of available nitrogen, total phosphorus and total potassium was uneven, showing moderate spatial autocorrelation characteristics. Conclusion The soil salt-alkali and nutrients content in the southern coast of Laizhou Bay were generally low and the spatial distribution was uneven. The spatial variation of each index is affected by structural factors and random factors to varying degrees. Human activities, soil texture and vegetation growth were the main controlling factors of spatial variation of soil salt-alkali and nutrients in the southern coast of Laizhou Bay. This study can provide theoretical for the ecological protection and precise restoration of fragile habitats in China’s terrestrial ecosystem, the scientific management and utilization of coastal saline soil in the north of China, and the improvement of marginal land productivity and carbon sequestration. -
圖 1 萊州灣南岸采樣點位置示意圖
Figure 1. Map of sampling locations on the southern coast of Laizhou Bay
圖 2 鹽堿及養分指標與影響因子的RDA排序圖
注：TSS1、TSS2、TSS3、pH1、pH2、pH3：0～20、20～40、40～60 cm的土壤可溶性鹽含量和pH值。OM：有機質；AN：有效氮；TP：全磷；RAK：速效鉀；TK：全鉀。下同。圖中紅色箭頭在各軸上的投影長度代表影響因子對鹽堿及養分變異的解釋程度，箭頭之間的角度代表變量間的相關性，越接近90°相關性越小，越接近0°或180°對應正相關或負相關性越強。TSS1, TSS2, TSS3, pH1, pH2 pH3: soil total soluble salt content and pH value of 0~20, 20~40 and 40~60 cm. OM: organic matter. AN: available nitrogen. TP: total phosphorus. RAK: rapidly available potassium. TK: total potassium. The same below. The projection length of the red arrow on each axis represents the interpretation degree of the influence factors on the variation of salt, alkali and nutrients, and the angle between arrows represents the correlation between variables. The closer to 90°, the smaller the correlation is, and the closer to 0° or 180°, the stronger positive or negative correlation is.
Figure 2. RDA ordination diagram of saline-alkali and nutrient indexes and influencing factors
圖 3 土壤鹽堿與養分半變異函數圖
Figure 3. Semivariance function diagram of soil salt-alkali and nutrients indexes
圖 4 鹽堿與養分指標空間分布格局
Figure 4. Spatial distribution pattern of soil salt-alkali and nutrients
圖 5 各鹽堿與養分等級所占比例
注：Ⅰ：非鹽漬化/非堿性/極缺乏；Ⅱ：輕度鹽漬化/輕度堿性/很缺乏；Ⅲ：中度鹽漬化/中度堿性/缺乏；Ⅳ：重度鹽漬化/重度堿性/中等；Ⅴ：鹽土/堿土/豐富；Ⅵ：很豐富。Ⅰ: non-salinization/ non-alkaline/ extremely deficient; Ⅱ: slight salinization/ slight alkaline/ very deficient; Ⅲ: moderate salinization/ moderate alkaline/ deficient ; Ⅳ: severe salinization/ severe alkaline/ medium; Ⅴ: saline soil/ alkaline soil/ rich; Ⅵ:very rich.
Figure 5. The proportion of each level of soil salt-alkali and nutrients
表 1 影響因子說明及數據來源
Table 1. Description and data source of influence factors
影響因子
Influence factors數據說明
Description of influence factors數據來源
Data source of influence factors人工干擾強度
Artificial disturbance intensity (ADI)灘涂濕地、草地、鹽田、灌木地、林地，
耕地利用類型分別賦值1～5根據實地調查結果，按照不同土地利用方式對應的人工干擾強度進行排序并按等級賦值。 增強植被指數
Enhanced vegetation index (EVI)反應植被生長狀況，克服了歸一化植被
指數（normalized differential vegetation
index, NDVI）綠度過飽和受土壤
水分干擾大的缺點按點提取自Terra衛星Modis傳感器數據2021年10月份月度合成產品，數據來自美國宇航局土地進程分布式活動檔案中心網站（https://lpdaac.usgs.gov） ，空間分辨率為1 km。 細粒礦物組分
Fine mineral fraction (FMF)土壤機械組成中非砂粒（粉砂粒與粘粒
粒徑＜0.625 mm）所占比例按點提取自世界土壤數據庫（harmonized world soil database, HWSD）數據集（v1.2） ，數據來自聯合國糧農組織網站（https://www.fao.org） ，空間分辨率為1 km。 距海岸線距離
Distance to coastline (D)采樣點距離海岸線的距離 根據采樣點中心坐標與海岸線矢量數據，在ArcGIS 10.8.2軟件中采用最小鄰近法計算得出。 高程 Elevation (ELE) 采樣點所在區域地形特征 按點提取自ASTER數字高程模型（digital elevation model，DEM）數據，經ArcGIS 10.8.2軟件重分類處理，來源為美國宇航局阿拉斯加衛星設備處網站（https://search.asf.alaska.edu） ，空間分辨率為12.5 m。 坡度 Slope (SLP) 坡向 Aspect (ASP) 年平均氣溫
Annual mean temperature (AMT)2020年10月—2021年10月
全年平均氣溫按點提取自《中國1 km分辨率逐月平均氣溫數據集（1901-2021） 》 （彭守璋，2019）和《中國1 km分辨率逐月降水量數據集（1901-2021） 》 （彭守璋，2020） ，數據來源于“國家青藏高原科學數據中心” （http://data.tpdc.ac.cn） 。 年降水量
Yearly rainfall (YR)2020年10月—2021年10月
全年總降水量
下載: 導出CSV
表 2 濱海地區土壤鹽漬化與堿性等級劃分標準
Table 2. Classification standard of soil salinization and alkaline grade in coastal area
鹽漬化等級
Salinization grade土壤可溶性鹽
Total soluble salt/(g?kg?1)堿性等級
Alkaline gradepH值
pH value非鹽漬化 Non-salinization ＜1.0 非堿性 Non-alkaline ＜8.5 輕度鹽漬化 Slight salinization 1.0～2.0 輕度堿性 Slight alkaline 8.5～9.0 中度鹽漬化 Moderate salinization 2.0～4.0 中度堿性 Moderate alkaline 9.0～9.5 重度鹽漬化 Severe salinization 4.0～6.0 重度堿性 Severe alkaline 9.5～10 鹽土 Saline soil ≥6.0 堿土 Alkaline soil ≥10
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表 3 土壤養分含量分級標準
Table 3. Classification standard of soil nutrients content
指標
Index極缺乏
Extremely deficient很缺乏
Very deficient缺乏
Deficient中等
Medium豐富
Rich很豐富
Very rich有機質 Organic matter/(g?kg?1) ＜6 6～10 10～20 20～30 30～40 ≥40 有效氮 Available nitrogen/(mg?kg?1) ＜30 30～60 60～90 90～120 120～150 ≥150 全磷 Total phosphorus/(g?kg?1) ＜0.2 0.2～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～0.1 ≥1 速效鉀 Rapidly available potassium/(mg?kg?1) ＜30 30～50 50～100 100～150 150～200 ≥200 全鉀 Total potassium/(g?kg?1) ＜5 5～10 10～15 15～20 20～25 ≥25
下載: 導出CSV
表 4 土壤鹽堿與養分含量統計特征
Table 4. Statistical characteristics of soil salt-alkali and nutrients content
指標
Index采樣深度
Sampling
depth/cm最大值
Maximum最小值
Minimum平均值
Mean標準差
Standard
deviation變異系數
Coefficient of
variation/%分布類型
Distribution
type土壤可溶性鹽
Total soluble salt/(g?kg?1)0～20 8.44 0.19 1.23 1.65 134.47 LN 20～40 9.86 0.14 1.42 1.73 121.39 LN 40～60 10.61 0.18 1.48 1.72 116.49 LN pH值 pH value 0～20 9.38 7.04 8.17 0.46 5.63 N 20～40 9.66 7.04 8.39 0.47 5.52 N 40～60 9.79 7.08 8.46 0.46 5.44 N 有機質 Organic matter/(g?kg?1) 0～20 30.29 0.28 9.70 6.50 67.00 LN 有效氮 Available nitrogen/(mg?kg?1) 0～20 66.72 1.33 12.67 9.62 75.96 LN 全磷 Total phosphorus/(g?kg?1) 0～20 1.29 0.20 0.58 0.21 35.22 LN 速效鉀 Rapidly available potassium/(mg?kg?1) 0～20 248.20 24.90 94.64 45.60 48.19 LN 全鉀 Total potassium/(g?kg?1) 0～20 23.01 15.44 19.21 1.31 6.83 LN 注：LN：對數正態分布 Lognormal distribution；N：正態分布 Normal distribution。
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表 5 鹽堿及養分指標與影響因子的RDA排序計算結果
Table 5. RDA ordination calculation results of saline-alkali and nutrient indexes and influencing factors
RDA排序軸 RDA sort axis 第1軸 Axis 1 第2軸 Axis 2 第3軸 Axis 3 第4軸 Axis 4 特征值 Eigenvalues 0.2372 0.1445 0.0596 0.0335 累計解釋變量 Explained variation cumulative/% 23.72 38.17 44.13 47.48 非典型相關 Pseudo-canonical correlation 0.8697 0.7655 0.7296 0.6037 累計解釋擬合變量 Cumulative variation/% 47.41 76.28 88.18 94.88
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表 6 表層土壤鹽堿與養分影響因子的蒙特卡洛置換檢驗結果
Table 6. Monte Carlo permutation test result of influence factors to soil salt-alkali and nutrients indexes
影響因子
Influence factors解釋率
Explains/%貢獻率
Contribution/%置換效應大小
Size of permutation effect
(Pseudo-F)統計顯著性
Statistic significance (P)鈉離子 Na+ 16.0 32.0 39.2 0.002 距海岸線距離 Distance to coastline 9.4 18.9 26.0 0.002 碳酸氫根離子 ${\rm{HCO}}_3^-$ 5.4 10.8 15.9 0.002 硝酸根離子 ${\rm{NO} }_3^- $ 3.7 7.3 11.4 0.002 細粒礦物組分 Fine mineral fraction 3.0 6.0 9.8 0.002 鈣離子 Ca2+ 3.0 6.1 10.3 0.002 鎂離子 Mg2+ 2.9 5.7 10.2 0.002 人工干擾強度 Artificial disturbance intensity 1.8 3.6 6.5 0.002 碳酸根離子 ${\rm{CO} }_3^{2-}$ 1.9 3.7 7.0 0.002 氯離子 Cl? 0.9 1.7 3.2 0.024 增強植被指數 Enhanced vegetation index 0.4 0.8 1.6 0.142 高程 Elevation 0.4 0.8 1.6 0.130 年降水量 Yearly rainfall 0.3 0.5 1.0 0.396 硫酸根離子 ${\rm{SO} }_4^{2-}$ 0.3 0.5 1.0 0.338 坡向 Aspect 0.2 0.5 0.9 0.434 土壤容重 Soil bulk density 0.2 0.4 0.8 0.524 年平均氣溫 Annual mean temperature 0.1 0.3 0.6 0.778 坡度 Slope ＜0.1 0.2 0.3 0.980
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表 7 土壤鹽堿與養分指標半變異函數模型參數
Table 7. Semivariance function model parameters of soil salt-alkali and nutrients indexes
指標
Index模型
Model塊金值
Nugget基臺值
Sill塊金值/基臺值
Nugget/Sill/%變程
Range/kmR2 殘差平方和
RSSTSS1 指數模型 Exponential model 5.220 10.450 49.95 11.43 0.656 3.57 TSS2 指數模型 Exponential model 0.960 10.310 9.31 4.80 0.403 3.51 TSS3 指數模型 Exponential model 0.880 14.370 6.12 6.93 0.699 7.71 pH1 球面模型 Spherical model 0.107 0.214 50.00 14.22 0.910 8.141E-04 pH2 指數模型 Exponential model 0.033 0.230 14.35 6.63 0.690 1.367E-03 pH3 指數模型 Exponential model 0.027 0.217 12.44 6.33 0.820 6.141E-04 OM 球面模型 Spherical model 0.206 1.371 15.03 32.08 0.991 0.0168 AN 球面模型 Spherical model 0.336 0.770 43.64 32.33 0.949 0.0141 TP 指數模型 Exponential model 0.051 0.133 38.35 28.56 0.972 1.540E-04 RAK 指數模型 Exponential model 0.042 0.271 15.50 3.99 0.444 8.671E-03 TK 球面模型 Spherical model 0.008 0.016 49.68 8.95 0.477 2.124E-05 注：塊金值：空間小尺度隨機變異；基臺值：數據的總變異；塊金值/基臺值：隨機變異占總變異的比例，當該比值小于25%時空間數據具有較強的空間自相關性，在25%～75%之間時表現為中等空間自相關性，比值大于75%表現為弱空間相關性（ Cambardella et al., 1994 ）；變程：數據空間相關性的距離范圍。Nugget: Random variation of small scale spatial; Sill: Total variation of data; Nugget/Sill : The proportion of random variation in the total variation, when the ratio was less than 25%, the spatial data had strong spatial autocorrelation, when the ratio was between 25% and 75%, it shown moderate spatial autocorrelation, when the ratio was more than 75% and showing weak spatial correlation (Cambardella et al., 1994 ). Range: Distance of spatial correlation of data.
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屌“啊……慢点…肏<p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"></delect></p> <p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"></delect></p> <p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"><listing id="3zz5p"></listing></delect></p> <p id="3zz5p"></p> <output id="3zz5p"></output> <video id="3zz5p"></video> <video id="3zz5p"><output id="3zz5p"><font id="3zz5p"></font></output></video> <p id="3zz5p"></p> <p id="3zz5p"></p> <output id="3zz5p"></output> <video id="3zz5p"></video> <video id="3zz5p"><output id="3zz5p"><font id="3zz5p"></font></output></video> <noframes id="3zz5p"><p id="3zz5p"></p> <p id="3zz5p"></p> <video id="3zz5p"><p id="3zz5p"></p></video> <video id="3zz5p"></video> <video id="3zz5p"><p id="3zz5p"></p></video> <noframes id="3zz5p"><p id="3zz5p"></p> <p id="3zz5p"></p> <p id="3zz5p"></p> <p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"><listing id="3zz5p"></listing></delect></p> <p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"></delect></p> <video id="3zz5p"><p id="3zz5p"><delect id="3zz5p"></delect></p></video> <p id="3zz5p"></p> <delect id="3zz5p"></delect> -
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