【论文精选】呼伦贝尔沙地风沙土有机质和碳酸钙含量特征

土壤有机质是土壤固相物质组成之一，可有效促进团聚体的形成，提升土壤系统稳定性，进而抵抗土壤风蚀的发生和发展。土壤碳酸钙普遍存在于干旱、半干旱区的土壤中，其含量越高，土壤成块性和机械稳定性会大幅降低；但也有相关研究表明，对于砂质土壤而言，增加土壤碳酸钙含量可有效增强土壤团聚体的稳定性，增大颗粒起动风速，进而降低土壤风蚀可蚀性。土壤风蚀可蚀性是指在风力的作用下，土壤颗粒受剥蚀和搬运的敏感程度，其大小与土壤有机质的含量同样密切相关；因此，研究揭示土壤有机质和碳酸钙的含量特征可有助于深入理解土壤风蚀过程。

长期以来，风力侵蚀作用下土壤有机质的变化特征始终是干旱风沙区科学研究的热点问题，对于土地荒漠化过程中土壤有机质的演变规律已有较好认识，与之相比土壤碳酸钙的相关研究则较为薄弱。相关研究表明，土壤碳酸钙是岩石风化产物，但其含量更取决于有机质参与的生物矿化过程，同时，碳酸钙也可通过干扰土壤细菌群落结构的方式达到影响土壤有机碳的目的。也有学者认为，两者之间的相关性主要归因于碳酸钙对有机质的吸附和固定作用。

呼伦贝尔草原是世界著名的天然草场，也是我国北方荒漠化地区生态安全格局的重要组成部分。近年来，由于乱砍滥伐、过度放牧等不科学的人类经营活动，区域土壤普遍风蚀粗化，甚至为流沙所占据，沙地植被退化形势十分严峻，土地荒漠化现象日趋严重。鉴于此，笔者以呼伦贝尔沙地表层风沙土为对象，通过探究不同类型沙丘土壤有机质与碳酸钙的分布特征，解析沙丘固定过程中两者相关性及空间异质性的变化规律，以期进一步为沙区的生态修复治理工作提供理论依据。

呼伦贝尔沙地位于内蒙古自治区的呼伦贝尔市，由3条沙带组成，总面积达6817km²。沙地地势由东向西逐渐降低，南部高于北部，平均海拔为600~800m。沙地地处温带北部，昼夜温差大，日照丰富，年均气温为-5~2℃，年内气温变率大，≥10℃年积温2200~2400℃。年均降水量为359.4mm，降水多集中在7—8月，年均蒸发量为1148.5mm，年均日照时间为2558.6h。沙地盛行西北、西和西南风，年均风速为3.2~3.5m/s，最大风速可达20m/s，全年8级以上大风时间平均30d以上。沙地地带性土壤包括西部的淡栗钙土和普通栗钙土，中部的暗栗钙土以及东部的黑钙土，非地带性土壤以风沙土为主。土壤整体含沙量较高，在部分固定沙丘中发育着有机质含量较高的黑沙土。沙地主要造林树种包括樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、黄柳(Salix gordejevii)、云杉(Picea asperata)等。因气候比较干旱，地带性植被以丛生禾草和旱生小灌木为主，常见种有大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylia)和冷蒿(Artemisia frigida)等。

2017年7月，围绕呼伦贝尔沙地采集地表风沙土样品。为消除地形因素对土壤理化性质的影响，所选采样点皆分布于高度相近的沙丘顶部。使用GPS精确定位93个采样点，在每个采样点附近，随机布设3个1m×1m的样方，除去表层枯枝落叶层后，采集样方0~5cm表层土壤，充分混合后取3份装入自封袋中，每袋净质量3kg，共计采集土壤样品279例，采样期前后无风状况。记录采样点地表植被信息，按照不同的地表植被覆盖度，将样品划分为3种类型，其中：流动沙丘(植被覆盖度＜15%)33例、半固定沙丘(15%＜植被覆盖度＜40%)45例、固定沙丘(植被覆盖度＞40%)201例。研究区属典型草原区和森林草原区，因此所取土壤样品多属固定沙丘类型。风沙土样品带回实验室自然风干，过0.25mm土壤筛后，采用重铬酸钾稀释热法测定土壤有机质；将土壤样品经盐酸充分酸化后，通过钙离子浓度计测定土壤碳酸钙含量。

通过数据分析，得出以下结论：

1) 呼伦贝尔沙地表层风沙土有机质和碳酸钙的平均质量分数分别为31.05和2.73g/kg，其中，流动沙丘与半固定、固定沙丘有机质含量存在显著差异(P＜0.05)，与固定沙丘碳酸钙含量存在显著差异(P＜0.05)。在沙丘的固定过程中，随土壤风蚀强度不断减小，风沙土有机质和碳酸钙的平均含量呈不断增加趋势。

2) 呼伦贝尔沙地表层风沙土碳酸钙含量与有机质含量之间呈极显著幂函数正相关关系(R²=0.539，P＜0.01)，有机质在碳酸钙的形成过程中起重要作用。在沙丘的固定过程中，随碳酸钙含量不断增加，固定沙丘风沙土有机质含量的增长速率低于流动沙丘与半固定沙丘。

3) 随着沙丘的固定，呼伦贝尔沙地表层风沙土有机质和碳酸钙含量的空间异质性不断增强，同质范围呈整体增大趋势。增大沙丘地表植被覆盖度，减小土壤风蚀强度，有助于增强随机性因素对有机质含量空间变异的影响。土壤的结构性因素是引起呼伦贝尔沙地风沙土有机质与碳酸钙含量空间变异的主要原因。

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