锡林郭勒草原土壤速效氮空间变异分析

doi:10.11686/cyxb2020253

摘要/Abstract

摘要：

土壤速效氮（AN）的含量是反映土壤养分的重要指标之一，对于草原生态系统的稳定和植被群落发展具有重要作用。以锡林郭勒草原为研究区，通过野外采样、室内试验和数据处理，利用地理信息系统（GIS）平台结合地统计学方法对土壤AN的空间变化特征及分异规律进行了分析，结果显示：1）锡林郭勒草原土壤AN存在显著的空间分异规律。水平方向上，各土层深度AN含量均呈条带状分布并具有从东至西逐渐减少的趋势；垂直方向上，随着土层深度的增加土壤AN含量逐层递减，渐趋稳定。土壤AN总体含量属于中下等水平。各层土壤AN含量存在空间强相关性，其空间变异主要受结构性因素影响，且都具有中等程度变异。2）不同的草原类型AN含量有着相似的变化趋势。在0~30 cm土层内，垂直变化梯度均表现为草甸草原>典型草原>荒漠草原；在20~50 cm土层内，垂直变化梯度为典型草原>草甸草原>荒漠草原。3）各层土壤AN含量之间均具有极显著（P<0.01）相关性。土壤AN与速效钾无明显相关性，其与土壤有机质和速效磷有着极显著（P<0.01）正相关关系，与土壤pH则呈极显著（P<0.01）负相关。

关键词: 土壤速效氮, 空间变异, 垂直变化, 锡林郭勒草原

Abstract:

The content of soil available nitrogen （AN） is an important index of soil nutrient levels， and AN plays an important role in the stability of the grassland ecosystem and in plant community development. This research used field sampling， laboratory analyses and data processing， using a Geographic Information System platform combined with geostatistical methods， to determine AN spatial variation characteristic in Xilingol grassland and factors affecting it. There were 30 sampling sites across six administrative regions， with sampling to 50 cm depth in six soil depth bands： 0-5 cm， 5-10 cm， and thereafter in 10 cm increments. It was found that： 1） The soil AN level displayed significant spatial different law in Xilingol grassland. In the horizontal direction， the content of AN in each depth of soil layer was banded and tends to gradually decrease from east to west. Vertically through the soil horizons， the soil AN content decreased with depth and gradually stabilizes. The soil AN content was at the lower middle level. There was a strong spatial correlation between the AN content of each layer of soil， and its spatial variation was mainly affected by structural factors， and all moderate variability. 2） The soil AN content in different grassland types displayed a similar decreasing trend with soil depth. In the 0-30 cm soil horizon， the AN level ranked： meadow grassland>typical grassland>desert grassland. In the 20-50 cm soil horizon， the AN level ranked： typical grassland>meadow grassland>desert grassland. 3） There was a very significant correlation between AN content in all soil layers （P<0.01）. There was no obvious correlation between soil AN and available potassium， but soil AN had a very significant positive correlation with soil organic matter and available phosphorus （P<0.01）， and a very negative correlation with soil pH （P<0.01）.

Key words: soil AN, spatial variability, vertical change, Xilingol grassland

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图/表 7

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土层深度 Soil depth (cm)	最小值 Minimum (mg·kg^-1)	最大值 Maximum (mg·kg^-1)	平均值 Average (mg·kg^-1)	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation (%)	正态检验 Kolmogorov Smirnov （K-S）	分布类型 Distribution type
0~5	25.06	177.52	85.23	42.59	49.97	0.102	正态分布Normal distribution
5~10	28.14	156.52	82.88	40.66	49.06	0.004	对数正态Logarithmic distribution
10~20	27.86	131.88	77.54	35.53	45.82	0.051	正态分布Normal distribution
20~30	22.54	102.55	64.12	24.59	38.35	0.049	对数正态Logarithmic distribution
30~40	26.04	127.33	59.03	23.90	40.49	0.200	正态分布Normal distribution
40~50	16.66	92.40	50.80	19.84	39.06	0.200	正态分布Normal distribution
0~50	29.24	116.39	69.93	29.14	41.67	0.080	正态分布Normal distribution

土层深度 Soil depth (cm)	最小值 Minimum (mg·kg^-1)	最大值 Maximum (mg·kg^-1)	平均值 Average (mg·kg^-1)	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation (%)	正态检验 Kolmogorov Smirnov （K-S）	分布类型 Distribution type
0~5	25.06	177.52	85.23	42.59	49.97	0.102	正态分布Normal distribution
5~10	28.14	156.52	82.88	40.66	49.06	0.004	对数正态Logarithmic distribution
10~20	27.86	131.88	77.54	35.53	45.82	0.051	正态分布Normal distribution
20~30	22.54	102.55	64.12	24.59	38.35	0.049	对数正态Logarithmic distribution
30~40	26.04	127.33	59.03	23.90	40.49	0.200	正态分布Normal distribution
40~50	16.66	92.40	50.80	19.84	39.06	0.200	正态分布Normal distribution
0~50	29.24	116.39	69.93	29.14	41.67	0.080	正态分布Normal distribution

土层 Soil layers (cm)	拟合模型 Fit model	块金值 Nugget (C₀)	基台值 Sill (C₀+C)	块基比 Nugget/sill [C₀/(C₀+C)]	变程 Range (m)	拟合度 Fitness (R2)	残差 RSS
0~5	高斯模型Gaussian	0.0810	0.1585	5.11	7.0217	0.825	0.002383
5~10	高斯模型Gaussian	0.0300	1.2510	2.40	12.1261	0.947	0.007243
10~20	高斯模型Gaussian	0.0310	1.1900	2.60	12.6786	0.914	0.009257
20~30	高斯模型Gaussian	0.0240	0.8060	2.98	12.8691	0.873	0.006200
30~40	球面模型Spherical	0.0165	0.0836	19.74	8.0090	0.371	0.004166
40~50	指数模型Exponential	0.0243	0.1736	14.00	24.0270	0.343	0.007463
0~50	高斯模型Gaussian	0.0110	0.5210	2.11	12.0395	0.819	0.005025

土层 Soil layers (cm)	拟合模型 Fit model	块金值 Nugget (C₀)	基台值 Sill (C₀+C)	块基比 Nugget/sill [C₀/(C₀+C)]	变程 Range (m)	拟合度 Fitness (R2)	残差 RSS
0~5	高斯模型Gaussian	0.0810	0.1585	5.11	7.0217	0.825	0.002383
5~10	高斯模型Gaussian	0.0300	1.2510	2.40	12.1261	0.947	0.007243
10~20	高斯模型Gaussian	0.0310	1.1900	2.60	12.6786	0.914	0.009257
20~30	高斯模型Gaussian	0.0240	0.8060	2.98	12.8691	0.873	0.006200
30~40	球面模型Spherical	0.0165	0.0836	19.74	8.0090	0.371	0.004166
40~50	指数模型Exponential	0.0243	0.1736	14.00	24.0270	0.343	0.007463
0~50	高斯模型Gaussian	0.0110	0.5210	2.11	12.0395	0.819	0.005025

土层 Soil layers (cm)	草甸草原 Meadow grassland	典型草原 Typical grassland	荒漠草原 Desert grassland
0~20	10.02	9.60	-6.58
10~30	20.64	18.98	2.75
20~40	9.18	10.73	-1.96
30~50	14.72	14.97	10.00