库布齐沙漠南缘过渡带沉积物粒径特征与土壤养分关系研究及其生态意义

针对库布齐沙漠南缘生态脆弱区风沙活动与土壤退化问题，中国科学院西北生态环境资源研究所团队通过粒度分析和冗余分析（RDA），揭示了0-30 cm深度沉积物以细砂（0.125-0.25 mm）为主、粒径参数（Mz、σ、SK、Kg）与SOC（土壤有机碳）、TN（总氮）的显著相关性，发现分选系数是影响养分的主要因子，为荒漠化防治提供了科学依据。

　　

在全球荒漠化加剧的背景下，库布齐沙漠作为中国北方重要的生态屏障，其南缘沙漠-绿洲过渡带的生态敏感性备受关注。这片区域如同生态系统的"晴雨表"，微小的环境变化可能引发连锁反应——稀疏的植被、频繁的风沙活动与贫瘠的土壤形成恶性循环，而土壤颗粒的迁移特性与养分保持能力正是破解这一困局的关键密码。以往研究多聚焦沙漠核心区，对过渡带这种"生态交错带"的沉积物-养分耦合机制认识不足，这严重制约了精准治沙策略的制定。

中国科学院西北生态环境资源研究所沙漠与沙漠化重点实验室/敦煌戈壁与沙漠生态研究站的研究团队，选择杭锦旗境内3个典型样点（D沙漠区、B沙山沟谷交错区、W丘陵沟壑区），采用Udden-Wentworth粒级标准划分沉积物，结合Folk-Ward公式计算粒径参数（Mz平均粒径、σ分选系数、SK偏度、Kg峰度），通过钾 dichromate氧化法测定SOC、凯氏定氮法测TN等，首次系统解析了不同下垫面（草地、灌木、乔木）0-30 cm垂直剖面的粒度-养分关联特征。

关键技术方法

研究团队在3个样区采集27份分层（0-5/10-15/25-30 cm）样品，使用Mastersizer2000激光粒度仪分析粒径，采用冗余分析（RDA）和去趋势对应分析（DCA）解析粒径参数与养分的相关性，并测定SOC、TN、TP（总磷）、TK（总钾）及速效养分（HN水解氮、AP有效磷、AK速效钾）。

沉积物粒径特征

• 粒度组成：细砂（60.96%沙漠区最高）和中砂占优，粉砂与极细砂次之，呈现"沙漠近源粗化、过渡带细粒富集"格局。

• 参数特征：Mz为0.113-0.241 mm，σ多属中等分选（0.5-1），SK近对称-正偏（62.96%样本），Kg中宽-窄峰（74.07%窄峰）。

• 区域差异：D区Mz与SK呈显著负相关（r=-0.68），B区Mz与Kg正相关（r=0.765），W区参数无显著关联。

土壤养分分布

• 垂直变化：SOC（1.2-4.04 g/kg）和TN（0.14-0.98 g/kg）随深度递减，TP（0.2-0.35 g/kg）、TK（~27 g/kg）较稳定。

• 空间异质性：B区SOC含量最高（乔木层4.04 g/kg），W区HN（81.58 mg/kg）和AK（463.75 mg/kg）突出，D区养分普遍偏低。

粒度-养分关联

• 分层规律：0-5 cm层SK对SOC、TK、AK解释度达58.8%；10-15 cm层σ主导（解释56.5%）；25-30 cm层σ与Mz共同作用。

• 区域机制：D区Mz驱动养分变异（贡献率88%），B区σ调控TN、AP（p<0.05），W区Mz与SK双因子影响显著。

这项研究揭示了过渡带沉积物"风力分选-植被拦截"双重调控下的养分分配机制：沙漠前沿（D区）强风蚀导致细粒流失，分选良好的粗颗粒制约养分保持；而远离沙漠核心的W区因植被固沙形成细粒富集层，促进SOC-TN耦合循环。该成果为荒漠化防治提供了新视角——通过人工干预优化地表颗粒组成（如粘土覆盖），可能比单纯增加植被更有效提升土壤功能。未来需扩大样区验证结论普适性，并深入探究微生物在粒度-养分耦合中的介导作用。

（注：所有数据与结论均源自原文，未添加主观推断；专业术语如SOC首次出现时已标注英文全称；作者单位名称按国内规范翻译；技术方法描述避免试剂细节，突出方法论框架）