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user: 3. 结果与讨论 3.1. 土壤容重的基本统计特征 对5、8、10月份不同区域土壤容重进行描述性统计分析可知，土壤容重均表现为人工平原绿洲最大。在不同月份土壤平均容重由大到小表现为5月 > 10月 > 8月(图2)。8月各层土壤容重与五月相比下降明显；10月土壤容重与8月相比，0~5，5~10 cm土壤容重有明显增加，10 cm以下有所降低；10月土壤容重与5月相比，0~5 cm土壤容重稍微增加，10 cm以下土壤容重降低明显(表2)。在土壤垂直剖面上，5月和8月份不同区域土壤容重均表现出由表层至深层增加的趋势；10月份不同区域土壤容重均表现出由表层至深层降低的趋势。不同区域土壤容重的变异系数均表现出由浅层至深层增加的趋势。土壤容重变异系数大体在0.1~0.4之间，属于中等变异强度。对数据进行Komlogorow-Smirnow法进行正态检验(P > 0.05)，发现少部分土壤容重不属于正态分布，要进行数据转换才能进行地统计学分析(表3)。 图2. 土壤容重均值 Table 2 Changes of soil bulk density in Mahe River Basin in different month 区域 Area 土层(cm) Soil layer 8月~5月的增幅(%) The increase in August and May 10月~8月的增幅(%) The increase in October and August 10月~5月的增幅(%) The increase in October and May 山前绿洲 0~5 −16.88 25.35 4.19 5~10 −1.30 10.23 8.79 10~20 −12.82 −6.54 −18.52 20~40 −16.26 2.30 −14.33 40~60 −16.73 −5.00 −20.90 人工平原绿洲 0~5 −13.20 16.70 1.30 5~10 −9.37 6.45 −3.53 10~20 −17.32 −0.48 −17.71 20~40 −13.05 −3.00 −15.66 40~60 −13.30 −7.03 −19.40 绿洲与荒漠过渡带 0~5 −11.73 14.75 1.29 5~10 −12.27 12.11 −1.65 10~20 −17.49 −4.42 −21.13 20~40 −14.50 −4.32 −18.20 40~60 −0.96 0.30 −0.65 表2. 玛河流域不同月份土壤容重的变化 Table 3 Descriptive statistical characteristics of soil bulk densit 区域 Area 土层 (cm) Soil layer 最小值(g/cm 3 ) Min 最大值(g/cm 3 ) Max 标准差 Standard deviation 变异系数(%) Coefficient of variation k-s 月份(2019年) Month (2019) 山前绿洲 0~5 1.33 1.70 0.17 0.11 0.14 5 5~10 1.40 1.72 0.14 0.09 0.09 10~20 1.40 1.96 0.23 0.13 0.96 20~40 1.50 1.83 0.17 0.10 0.20 40~60 1.38 1.90 0.19 0.12 0.20 人工平原绿洲 0~5 1.28 1.91 0.19 0.12 0.20 5~10 1.34 2.04 0.24 0.15 0.20 10~20 1.34 2.18 0.25 0.14 0.14 20~40 1.59 2.14 0.18 0.10 0.13 40~60 1.17 2.16 0.26 0.14 0.03 绿洲与荒漠过渡带 0~5 1.40 1.83 0.17 0.10 0.20 5~10 1.46 1.89 0.19 0.11 0.16 10~20 1.30 2.07 0.28 0.16 0.20 20~40 1.20 2.05 0.29 0.17 0.20 40~60 1.12 1.96 0.27 0.18 0.20 山前绿洲 0~5 1.06 1.55 0.18 0.14 0.20 8 5~10 1.29 1.93 0.24 0.16 0.03 10~20 1.28 1.71 0.17 0.11 0.20 20~40 0.82 1.83 0.38 0.26 0.20 40~60 1.00 1.59 0.23 0.17 人工平原绿洲 0~5 1.04 1.77 0.25 0.18 0.20 5~10 1.22 1.84 0.22 0.14 0.20 10~20 1.16 1.90 0.24 0.16 0.20 20~40 1.02 1.99 0.28 0.17 0.20 40~60 1.21 2.01 0.26 0.17 0.20 绿洲与荒漠过渡带 0~5 1.00 1.65 0.23 0.17 0.20 5~10 1.18 1.69 0.18 0.12 0.20 10~20 1.21 1.70 0.16 0.11 0.20 20~40 1.32 1.52 0.07 0.05 0.20 40~60 1.35 1.59 0.10 0.07 0.20 山前绿洲 0~5 1.30 1.84 0.20 0.13 0.20 10 5~10 1.11 1.88 0.27 0.17 0.20 10~20 1.03 1.63 0.21 0.15 0.20 20~40 1.11 1.69 0.21 0.14 0.20 40~60 1.03 1.58 0.20 0.15 0.20 人工平原绿洲 0~5 1.17 2.01 0.27 0.17 0.20 5~10 1.34 1.93 0.21 0.13 0.20 10~20 1.12 1.98 0.27 0.18 0.20 20~40 1.29 1.94 0.20 0.13 0.20 40~60 1.07 1.90 0.26 0.18 0.10 绿洲与荒漠过渡带 0~5 1.37 1.91 0.19 0.12 0.20 5~10 1.47 1.96 0.19 0.11 0.20 10~20 1.13 1.59 0.20 0.15 0.18 20~40 1.08 1.76 0.22 0.16 0.20 40~60 1.21 1.83 0.21 0.14 0.20 表3. 土壤容重描述性统计特征 3.2. 基于地统计学的土壤容重空间变异特征 利用地统计半方差理论对不同土层土壤容重的空间变异性进行分析，本研究的空间变异分析采用GS+9.0实现，采用不同的函数模型对土壤容重进行拟合，结果见表4，其中，C 0 为块金值；C 0 + C 1 为基台值；C 0 /(C 0 + C 1 )为块金系数，可以表明土壤性质空间相关性的程度，一般认为块金系数小于0.25时，说明空间变量具有强烈的空间自相关性；若块金系数在0.25~0.75之间时，变量具有中等程度空间自相关；若比值大于0.75，则表示该变量空间相关性弱，若等于1则变异性较为恒定 [ 38 ] [ 39 ]。5，8和10月份山前绿洲，人工平原绿洲和绿洲与荒漠过渡带的基台值均是较小的正值，说明存在着由采样误差、短距离的变异、随机和固有变异引起的各种正基底效应。不同月份的山前绿洲和绿洲与荒漠过渡带各土层土壤容重的C 0 /(C 0 + C 1 )大部分等于1，说明其变异性较为恒定；人工平原绿洲各层土壤容重的C 0 /(C 0 + C 1 )大部分小于0.25，说明其空间相关性极强，变异性主要受结构因素影响。变程存在较大差异，山前绿洲和绿洲与荒漠过渡带的土壤容重变程较为稳定，山前绿洲的土壤容重空间自相关距大部分为19，323 m。荒漠过渡带的土壤容重变程为32，535m；人工平原绿洲各层土壤容重空间自相关距存在较大差异，自相关距变化范围在1160~91，110 m。山前绿洲和绿洲与荒漠过渡带的土壤容重的半方差理论模型大都符合线性模型，拟合效果较好，人工平原绿洲各层土壤容重的最佳模型差异较大，且拟合效果较差。 Table 4 Parameters of theoretical variogram models for soil bulk densit 区域 Area 土层(cm) Soil layer (cm) 块金值 Nugget C 0 基台值 Sill C 0 + C C 0 /C 0 + C 变程(m) Range R 2 RSS 模型 Model 月份(2019年) Month (2019) 山前绿洲 0~5 0.003 0.003 1.00 19，323.00 0.685 3.371E−05 线性 5 5~10 0.004 0.004 1.00 19，323.00 0.596 2.229E−02 线性 10~20 0.004 0.004 1.00 19，323.00 0.806 2.166E−05 线性 20~40 0.000 0.007 0.00 1510.00 0.080 4.948E−05 球状 40~60 0.006 0.006 1.00 19，323.00 0.998 6.440E−05 线性 人工平原绿洲 0~5 0.004 0.004 1.00 33，724.05 0.356 3.750E−05 线性 5~10 0.003 0.026 0.13 71，100.00 0.156 1.554E−04 指数 10~20 0.000 0.004 0.00 7680.00 0.253 1.111E−05 高斯 20~40 0.002 0.002 1.00 33，724.05 0.039 6.747E−06 线性 40~60 0.000 0.006 0.01 11，080.00 0.005 1.690E−04 球状 绿洲与荒漠过渡带 0~5 0.005 0.005 1.00 32，535.03 0.243 1.858E−05 线性 5~10 0.000 0.005 0.00 8160.00 0.262 4.791E−05 高斯 10~20 0.000 0.009 0.00 7880.00 0.290 1.126E−04 高斯 20~40 0.008 0.008 1.00 32，535.03 0.167 3.802E−05 线性 40~60 0.005 0.005 1.00 32，535.03 0.860 6.735E−05 线性 山前绿洲 0~5 0.005 0.005 1.00 19，323.00 0.191 5.107E−06 线性 8 5~10 0.005 0.005 1.00 19，323.00 0.673 1.363E−04 线性 10~20 0.003 0.003 1.00 19，323.00 0.913 9.065E−06 线性 20~40 0.015 0.015 1.00 19，323.00 0.498 4.394E−04 线性 40~60 0.009 0.009 1.00 19，323.00 0.814 1.969E−04 线性 人工平原绿洲 0~5 0.007 0.411 0.02 71，100.00 0.185 3.000E−04 指数 5~10 0.000 0.008 0.04 8020.00 0.002 1.019E−05 球状 10~20 0.003 0.173 0.02 91，100.00 0.305 6.681E−04 高斯 20~40 0.000 0.009 0.00 14，470.00 0.070 1.708E−04 球状 40~60 0.003 0.036 0.07 71，100.00 0.297 1.473E−01 指数 绿洲与荒漠过渡带 0~5 0.000 0.020 0.00 25，780.00 0.966 5.026E−06 球状 5~10 0.005 0.005 1.00 32，535.03 0.253 9.561E−05 线性 10~20 0.004 0.004 1.00 32，535.03 0.674 3.219E−05 线性 20~40 0.001 0.001 1.00 32，535.03 0.577 4.738E−06 线性 40~60 0.001 0.006 0.18 91，100.00 0.192 4.132E−06 指数 山前绿洲 0~5 0.002 0.020 0.08 57，210.00 0.552 1.424E−06 高斯 10 5~10 0.001 0.001 1.00 19，323.00 0.799 2.665E−06 线性 10~20 0.002 0.002 1.00 19，323.00 0.744 1.262E−05 线性 20~40 0.005 0.005 1.00 19，323.00 0.906 2.073E−05 线性 40~60 0.000 0.006 0.00 6330.00 0.887 4.928E−07 高斯 人工平原绿洲 0~5 0.000 0.011 0.00 7290.00 0.195 1.179E−04 高斯 5~10 0.000 0.007 0.05 8530.00 0.002 5.086E−05 球状 10~20 0.000 0.011 0.00 1160.00 0.000 2.285E−04 指数 20~40 0.001 0.008 0.16 13，080.00 0.048 6.190E−05 球状 40~60 0.013 0.013 1.00 28，035.97 0.451 1.268E−04 线性 绿洲与荒漠过渡带 0~5 0.008 0.008 1.00 32，535.03 0.558 2.651E−04 线性 5~10 0.006 0.006 1.00 32，535.03 0.630 8.004E−05 线性 10~20 0.000 0.008 0.00 10，090.00 0.129 4.418E−04 球状 20~40 0.018 0.018 1.00 32，535.03 0.992 3.181E−04 线性 40~60 0.000 0.011 0.00 6920.00 0.364 7.683E−05 高斯 表4. 土壤容重变异半方差特征参数 3.3. 土壤容重的空间分布格局 为直观反映玛纳斯河绿洲–荒漠滴灌棉田土壤容重的时空变化特征，基于半方差函数，通过Kriging插值方法将土壤容重绘制成图，共分成6级来反映土壤容重的空间分布。由图3可以看出，5，8和10月份土壤容重在空间上均呈现出人工平原绿洲较大，绿洲与荒漠过渡带和山前绿洲较小的分布格局。土壤容重较大的主要呈条带状分布于人工平原绿洲地区，从局部来看，部分地区会出现土壤容重偏大或者偏小的值，这可能与人类的扰动有关。通过普通克里金法插值分析，5月土壤容重最小值为1.34 g/cm 3 ，最大值为2.01 g/cm 3 ；8月土壤容重最小值为1.17 g/cm 3 ，最大值为1.83 g/cm 3 ；10月土壤容重最小值为1.11 g/cm 3 ，最大值为1.92 g/cm 3 。5，8和10月份土壤容重始终以1.50~1.80 g/cm 3 范围所占比重最大。 图3. 土壤容重空间分布格局 3.4. 土壤容重的影响因素 3.4.1. 环境因子的影响 土壤容重受成土母质、气候、生物扰动等综合作用，特别是土壤有机碳含量、黏粒和砂粒体积的影响显著 [ 10 ]。玛纳斯河流域的山前绿洲，人工平原绿洲和绿洲与荒漠过渡带的土壤分布具有明显的水平地带性，从土壤类型上看，山前绿洲以灰漠土为主，人工平原绿洲以盐化和碱化灰漠土为主，绿洲与荒漠过渡带以风沙土为主；从土壤质地来看，山前绿洲以粉质壤土为主 [ 44 ]，人工平原绿洲土壤粘粒较高，绿洲与荒漠过渡带土壤粘粒较少。玛河流域棉田土壤有机质含量空间分布不均匀，含量低。由南至北大致呈降低趋势，山前绿洲土壤有机质含量最高，人工平原绿洲最小 [ 45 ] [ 46 ]。土壤有机质与土壤容重存在明显的负相关关系 [ 13 ] [ 47 ]。土壤质地和土壤有机质含量的水平地带性分布导致了土壤容重呈现人工平原绿洲最大，山前绿洲和绿洲与荒漠过渡带偏小的空间分布格局。 3.4.2. 人为活动的干扰 人为活动对棉田土壤容重的影响不可忽视，在灌溉、施肥、耕作等作用下棉田土壤灌耕熟化和潮化，形成灌耕土、潮土等，自然土壤演变为农业土壤。在山前绿洲形成了白板土，人工平原绿洲和绿洲与荒漠过渡带形成了潮土，灌淤土等 [ 48 ] [ 49 ]，在绿洲与荒漠过渡带的沼泽土十分黏重，从60年代大面积开展拉沙改黏措施后，从根本上改变了土壤条件 [ 35 ]。人为活动对年土壤容重的年内变化和垂直分布影响十分显著，8月土壤容重的陡降是因为随着肥料和水分的施入，有效提高了土壤的有机质和团聚体，加之棉花根系生长增加了水分与空气在土壤中的通道，提高了土壤孔隙度，从而降低土壤容重。到了10月份，水肥的滴灌在八月末已经停止，地膜也有所损坏，土壤蒸发增强，表层土壤含水量锐减和有机质被持续消耗导致表层土壤容重增加。在垂直分布上，表层土壤受人为耕种的影响而变得疏松，且变化较深层土壤剧烈。人工平原绿洲的大部分面积是在1949年以后大力开发扩展的，开发之前大部分为盐碱土 [ 35 ]。人工平原绿洲土壤开垦之后，人为作用强烈，年年耕种，缺乏培肥措施，只用不养，导致土壤中有机质不断被矿质化，耕层水稳定的团粒结构受到一定程度的破坏，土壤变紧实，致使土壤容重增加变大。 3.5. 讨论 玛纳斯河流域棉田土壤容重整体较大，土壤较为紧实，这是新疆盐碱土的特征。土壤容重受土壤类型，土壤质地，海拔，有机质，土地利用方式等因素的影响(表5)，玛纳斯河流域作为中国第四大灌区，棉田土壤容重主要受土壤质地、土壤有机质含量和人为耕种的影响。 在水平方向上，土壤容重在空间分布上一般呈现出条带状和斑块状格局，在垂直方向上，土壤容重一般随土壤深度增加而增加。在流域尺度上，土壤容重一般呈现出下游 > 中游 > 上游的趋势，这主要受河流沉积时土壤分级以及植被的影响。然而玛纳斯河绿洲–荒漠滴灌棉田土壤容重呈现人工平原绿洲较大，山前绿洲和绿洲与荒漠过渡带较小的特征，这一研究结果与曹国栋等人的研究结果相差较大 [ 24 ]。这是因为样地选择不同，曹国栋等人的样地选择是原生盐碱土地，本研究的样地均为膜下棉田，棉田的种植对原生土壤的改变作用十分强大 [ 50 ]，人为的耕种活动对玛纳斯河流域的土壤改变显著。玛纳斯河绿洲–荒漠滴灌棉田位于玛纳斯河中下游地区，这部分土壤既受地带性的影响又受非地带性因素的影响，在垂直剖面上，玛河流域棉田土壤容重呈现着土层的深度的增加而增加的趋势，这可能是随着土壤深度的增加，有机质含量减少，团聚体结构较少，根系和土居生物的稀少以及上层土壤的压实密切相关。这与其他研究者的研究结果类似 [ 6 ] [ 11 ]。 Table 5 Study on soil bulk density in different regions of Chin 研究区 (Research area) 容重特征 (Bulk density feature) 主要土壤类型 (Soil type) 影响因素 (Influencing factors) 文献 (Literature) 西北干旱区 1.38 g/cm 3 ，呈条带状和斑块状空间分布格局 灌淤土、盐土 土地利用类型 西北干旱区县域农田表层土壤容重空间变异性特征 中国南方喀斯特地区 1.28 g/cm 3 石灰土 有机质、土壤粒度、土壤深度 中国南方喀斯特地区石灰土容重传递函数模型及影响因素研究 鹤庆盆地 1.25 g/cm 3 ，空间格局上表现为东中部高，南北低 水稻土、石灰、红壤土 土壤类型、质地和土地利用方式 西南岩溶盆地土壤干容重协同克里格分析 藏东南地区 1.337 g/cm 3 ，阳坡高于阴坡、表层低于底层 棕壤、暗棕壤 坡向，植被 藏东南典型小流域土壤饱和导水率和土壤容重空间分布 黄河三角洲 1.42 g/cm 3 ，空间分布表现为条带状和斑块状格局 滨海潮盐土 土壤质地、含黏层 黄河三角洲地区土壤容重空间变异性分析 黄土高原 1.31 g/cm 3 ，随土壤深度增加而增加 塿土，黄绵土，风沙土 有机碳含量、土壤粒度、土地利用 黄土高原南北样带不同土层土壤容重变异分析与模拟 朱溪流域 1.24 g/cm 3 ，随海拔和坡度增大而降低 红壤 地形、土地利用 朱溪流域土壤容重空间分异与地形和土地利用的关系 漓江流域 1.2 g/cm 3 ，下游 > 中游 > 上游 红壤、水稻土 土地利用类型 漓江流域表层土壤水分物理性质空间异质性 黑河流域 1.46 g/cm 3 ，下游 > 中游 > 上游 栗钙土，灰漠土 植被，土壤粒度 黑河流域土壤理化性质分布特征 玛纳斯河流域 1.76 g/cm 3 ，干三角洲 > 扇缘带 > 冲积平原区 灰漠土 土壤粒度 玛纳斯河流域不同地貌和植被类型下土壤物理性质研究 表5. 国内不同地区土壤容重研究