温带草原风蚀作用下土壤粒径分布时空变异特征：基于七年景观尺度的动态解析

本研究针对风蚀对土壤粒径分布(PSD)动态变化(PSDD)的影响机制这一科学空白，通过2014-2021年对锡林郭勒草原表层土壤的重复采样，首次在景观尺度揭示了PSD的时空变异规律。研究发现0-1 cm土层黏粒含量显著增加4.76%，风蚀减弱与土地利用管理是主要驱动因素，为干旱区土壤质量评估和生态恢复提供了重要理论依据。

　　

在广袤的温带草原上，土壤如同大地的皮肤，其颗粒组成决定着养分循环和生态功能。传统观点认为土壤粒径分布(PSD)是相对稳定的属性，但越来越多的证据表明，在风蚀等地表过程作用下，PSD会呈现动态变化(PSDD)。这种变化如同无声的变革，悄然重塑着草原土壤的质量格局。然而，当前研究多聚焦于水蚀的影响，对风蚀这一更具分选效应的过程关注不足；且现有成果多限于田间小尺度或国家大尺度，难以捕捉景观尺度上多种环境因子的协同作用。正是这些认知空白，促使中国的研究团队在锡林郭勒草原展开了一项长达七年的追踪研究。

国家自然科学基金等项目支持的研究团队采用时空重复采样策略，对19.84 km²的典型草原景观进行系统调查。通过采集0-1 cm（表层）和1-6 cm（亚表层）土样，结合地统计学分析和环境因子建模，首次在景观尺度解析了PSDD的时空格局。关键技术包括：1）2014-2021年相同位点的重复采样设计；2）基于GIS的空间异质性分析；3）半方差函数计算空间自相关参数；4）多元统计分析环境驱动因子。

研究结果

描述性统计特征
数据显示研究区土壤属典型砂壤土，与当地栗钙土(Kastanozem)特性一致。七年间表层黏粒含量增幅达4.76%，而砂粒减少3.65%，这种"细粒化"趋势在植被恢复区尤为显著。

空间变异评估
半方差分析揭示PSD空间自相关性中等（块金值/基台值0.25-0.75），但2014-2021年间空间异质性降低。西部草原区黏粒增加量比山区高18%，迎风坡砂粒减少量是背风坡的2.3倍，显示地形对风蚀分选的调控作用。

环境因子影响
风蚀减弱是黏粒增加的关键驱动（解释度41%），而土地利用强度降低使植被恢复区黏粒提升0.8-1.2%。值得注意的是，耕作区黏粒增幅仅为自然草原的60%，表明人为干扰会延缓土壤质地改良。

讨论与结论
这项发表在《Soil and Tillage Research》的研究颠覆了PSD静态稳定的传统认知，证实风蚀主导的PSDD可在七年内显著改变土壤质地。研究发现：1）风蚀减弱通过减少细颗粒流失促进黏粒积累；2）地形通过改变风场加剧空间分异，迎风坡质地粗化率达背风坡的2倍；3）退耕还草政策使植被恢复区黏粒增速提升30%。这些发现为干旱区土壤修复提供了新视角——通过控制风蚀和优化土地利用，可加速土壤质量改善。该成果不仅完善了风蚀-土壤互作理论，更为全球半干旱区制定基于自然的解决方案(NbS)提供了科学依据。