董智今，張呈春，展秀麗，張維福

寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，寧夏 銀川 750021

生物土壤結(jié)皮（Biological soil crusts，BSCs）是由藻類、苔蘚、地衣等生物通過與假根、分泌物和菌絲體膠結(jié)形成的復(fù)雜聚集體（李新榮等，2018；麻云霞等，2019）。生物土壤結(jié)皮的低需水性和對極端溫度的高耐受力，使其成為干旱區(qū)常見的地表覆蓋物（Bu et al.，2013；Xiao et al.，2020），研究顯示部分旱區(qū)生物土壤結(jié)皮的覆蓋度可達70%以上（Belnap，1995；龐景文等，2022）。生物土壤結(jié)皮具有改善土壤理化性質(zhì)（吉雪花等，2014），改變旱區(qū)生態(tài)水文過程（李新榮等，2009；張冠華等，2019），防風(fēng)固沙（王雪芹等，2004）等多種生態(tài)功能，在脆弱的旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用（李新榮等，2009；李亞紅等，2021；周曉兵等，2021；郭琦等，2022）。

生物土壤結(jié)皮能夠有效提升其下伏土壤的養(yǎng)分（Chamizo et al.，2012；楊巧云等，2019；張健等，2019；劉錚瑤等，2020；李云飛等，2020；郭琦等，2022），通過有效的固碳、固氮作用，其積累的養(yǎng)分已成為旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重要的能量輸入來源（吳楠等，2007；Li et al.，2012；Xiao et al.，2020）。由于生物土壤結(jié)皮類型（發(fā)育程度）不同，其對土壤養(yǎng)分的影響也有差異，Li et al.（2012）在騰格里沙漠的研究發(fā)現(xiàn)蘚類結(jié)皮的年固碳量遠高于藻類結(jié)皮；高麗倩等（2018）研究表明發(fā)育后期的蘚類結(jié)皮更能引起土壤化學(xué)計量的變化。

關(guān)于空間分布特征的研究，多集中于區(qū)域尺度下土壤養(yǎng)分的分布特征上，且針對不同土壤類型量化土壤養(yǎng)分的分布差異：楊靜涵等（2020）研究發(fā)現(xiàn)黃土高原溝壑區(qū)小流域土壤有機質(zhì)與全磷變異尺度小、空間自相關(guān)性弱，復(fù)雜程度高；展秀麗等（2021）在寧夏防沙治沙區(qū)發(fā)現(xiàn)土壤有機碳與全磷的空間分布有較高的相似性；郭琦等（2022）研究發(fā)現(xiàn)在毛烏素沙地生物結(jié)皮下伏土壤養(yǎng)分含量存在明顯的空間差異性。而有關(guān)生物土壤結(jié)皮發(fā)育以及其養(yǎng)分效應(yīng)的研究多集中在黃土高原、毛烏素沙地和騰格里沙漠等地塊小尺度上（Zhang et al.，2010；卜崇峰等，2014；李亞紅等，2021；楊貴森等，2022；張宇鵬等，2022），空間差異分析多集中在土壤剖面尺度上（Chamizo et al.，2012；楊巧云等，2019；樊瑾等，2021），缺少對沙地生物土壤結(jié)皮及下伏土壤養(yǎng)分空間分布特征的研究。因此，將區(qū)域尺度與剖面尺度結(jié)合，對探討生物土壤結(jié)皮的發(fā)育情況及其下伏土壤養(yǎng)分的空間特征研究將是有益的補充。

寧夏河?xùn)|沙地位于毛烏素沙地西南緣，一直是國家和寧夏荒漠化沙化防治工作的重點區(qū)域，近年來防沙治沙工作取得了重大效果。生物土壤結(jié)皮作為流動沙丘固定的標(biāo)志在該區(qū)域廣泛分布，在改善區(qū)域內(nèi)土壤養(yǎng)分狀況、減少水土流失以及防風(fēng)固沙等方面起到了重要的作用。以寧夏河?xùn)|沙地為研究區(qū)域，對藻類和蘚類生物土壤結(jié)皮及其下伏土壤有機碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量的空間分布特征展開研究，旨在說明區(qū)域尺度上寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮發(fā)育情況與養(yǎng)分的空間分布狀況，以期為研究旱區(qū)荒漠生態(tài)系統(tǒng)中生物土壤結(jié)皮的生態(tài)功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論借鑒。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏河?xùn)|沙地（35°14′19″－39°23′27″N，104°17′26″－107°39′70″E），地處毛烏素沙地西南緣，是寧夏沙漠化重點治理區(qū)域，研究面積共9 695.38 km2。地貌類型以固定沙丘、半固定沙丘為主，總地勢自東南向西北傾低，海拔在1 046－1 956 m 之間，東南部為山區(qū)，中部和北部多風(fēng)沙堆積。研究區(qū)屬于典型中溫帶干旱氣候區(qū)，年均溫7.8 ℃，年均降水量255.2－287.5 mm，年蒸發(fā)量2 100 mm。土壤類型主要為灰鈣土和風(fēng)沙土。植被以沙地植被和荒漠植被為主，代表性植物群落有檸條（Caraganakorshinskii）、油蒿（Artemisia desertorum）、芨芨草（Achnatherumsplendens）、花棒（Hedysarumscoparium）等。研究區(qū)藻類與蘚類結(jié)皮的優(yōu)勢種為具鞘微鞘藻（Microcoleus vaginatus）、真蘚（Bryumargenteum）（樊瑾等，2021）。

1.2 樣品采集與分析

于2022 年5－6 月生物土壤結(jié)皮生長季開展多次野外調(diào)查，如圖1 所示，在保證空間代表性和均勻性的前提下布設(shè)樣點，同時在實際采樣過程中考慮生物土壤結(jié)皮發(fā)育狀況與樣點可到達性等因素，選擇遠離人為干擾區(qū)域。劃定樣方范圍10 m×10 m（生物土壤結(jié)皮蓋度>80%），于樣方內(nèi)選擇黑色完整的藻類結(jié)皮樣地（圖1c，藻類結(jié)皮面積>95%），斑塊狀濕潤鮮綠色完整的蘚類結(jié)皮樣地（圖1d，蘚類結(jié)皮面積>85%），共計167 個（89 個藻類結(jié)皮覆蓋樣本以及78 個蘚類結(jié)皮覆蓋樣本）。

圖1 研究區(qū)與樣點位置Figure 1 Studied area and sampling site locations

使用手持GPS（G360-GIS16，通道，中國）獲取各樣點經(jīng)度、緯度及海拔信息并記錄生物土壤結(jié)皮的發(fā)育類型；使用游標(biāo)卡尺從多個方向測量結(jié)皮層厚度，共5 次重復(fù)；清除結(jié)皮層表面枯落物等雜質(zhì)后，在樣方內(nèi)選取3－5 個采樣點進行分層采樣（生物土壤結(jié)皮層，0－5 cm 和5－10 cm），共計501個樣品，同層樣品進行混合后裝袋帶回室內(nèi)備用。

采集樣品經(jīng)自然風(fēng)干、研磨、過篩，采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機碳（SOC）；采用半微量開氏法測定土壤全氮（TN）；采用硫酸、高氯酸酸溶-鉬銻抗比色法測定土壤全磷（TP）（鮑士旦，2000）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Office 2019 Excel 對數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計分析；使用IBM SPSS Statistics 24 對數(shù)據(jù)進行K-S（Kolmogorov-Smirnov）正態(tài)分布檢驗；使用GS+9.0進行地統(tǒng)計分析及半方差函數(shù)分析，根據(jù)分析結(jié)果擬合出研究指標(biāo)的空間變異最佳函數(shù)理論模型（孫英君等，2004），公式如下：

式中：

h——樣點間距；

γ(h)——某變異函數(shù)，是取樣范圍內(nèi)間距為h的所有樣點上數(shù)據(jù)（生物土壤結(jié)皮層厚度，藻類、蘚類結(jié)皮層及其下伏土層SOC、TN、TP 含量）的半方差；

N(h)——取樣間距對應(yīng)數(shù)據(jù)點的對數(shù)值；

Z(xi)和Z(xi+h)——在空間位置xi和xi+h處測得的數(shù)據(jù)。

將數(shù)據(jù)、最佳擬合模型和參數(shù)導(dǎo)入ArcGIS 10.8的Geostatistical Analyst 工具中，采用普通克里格法（Ordinary Kriging），進行交叉證實檢驗，繪制研究區(qū)空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)皮層厚度和土壤養(yǎng)分特征

由表1 可知，蘚類結(jié)皮厚度是藻類結(jié)皮的2.65倍，二者變異系數(shù)（CV）分別為31.7%和27.0%，均屬于中等程度變異。藻類結(jié)皮層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.46－28.8 g·kg?1，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.09－2.22 g·kg?1，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.18－0.65 g·kg?1，蘚類結(jié)皮層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.94－28.3 g·kg?1，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.11－2.88 g·kg?1，TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.22－0.58 g·kg?1。

表1 生物土壤結(jié)皮及下伏土壤SOC、TN、TP 和結(jié)皮層厚度的統(tǒng)計特征Table 1 Statistical characteristics of SOC, TN, TP and thickness of crusts in biological soil crusts

生物土壤結(jié)皮層的土壤養(yǎng)分與其下伏0－5、5－10 cm 土壤差異顯著（P<0.01），且與藻類結(jié)皮相比，蘚類結(jié)皮能夠更顯著提升土壤養(yǎng)分；蘚類結(jié)皮各土層SOC 均值顯著高于藻類結(jié)皮（P<0.01），藻類結(jié)皮SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了163%、337%，蘚類結(jié)皮SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了158%、354%；蘚類結(jié)皮層土壤TN 均值顯著高于藻類結(jié)皮（P<0.01），藻類結(jié)皮TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了203%、758%，蘚類結(jié)皮TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了305%、1050%；蘚類結(jié)皮層TP 均值顯著高于藻類結(jié)皮（P<0.01），藻類結(jié)皮TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了30.8%、36.00%，蘚類結(jié)皮TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其下伏土壤相比分別提高了19.4%、32.1%。

2.2 結(jié)皮層厚度和土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性

由表2 可知，生物土壤結(jié)皮及下伏土壤養(yǎng)分和結(jié)皮層厚度的最佳半方差擬合模型，其中藻類結(jié)皮下伏5－10 cm 土層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的塊金系數(shù)為20.3%，說明在區(qū)域尺度上具有強烈的空間自相關(guān)性；蘚類結(jié)皮及下伏土層SOC、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和藻類結(jié)皮層及下伏土層SOC、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)、0－5 cm 土層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的塊金系數(shù)在37.8%－71.4%之間，具有中等程度的空間相關(guān)性。藻類和蘚類結(jié)皮層SOC、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間相關(guān)范圍（變程）分別為22.4、19.7 km，42.7、134 km，7.14、26.7 km，TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間連續(xù)性比SOC 和TP更好，自相關(guān)范圍更大，生物土壤結(jié)皮層TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的自相關(guān)范圍最小，空間連續(xù)性相對較差；結(jié)皮下伏0－5、5－10 cm 土層TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的空間自相關(guān)距離較大（34.8－114 km），空間連續(xù)性較好。藻類結(jié)皮與蘚類結(jié)皮厚度相比，塊金系數(shù)更高，空間自相關(guān)距離更大（63.3 km）。

表2 生物土壤結(jié)皮及下伏土壤養(yǎng)分變異函數(shù)理論模型與相關(guān)系數(shù)Table 2 Theoretical models and correlation coefficients for nutrient variation functions in biological soil crusts

2.3 結(jié)皮層厚度和土壤養(yǎng)分的空間分布特征

2.3.1 生物土壤結(jié)皮層厚度空間分布

如圖2 所示，藻類與蘚類結(jié)皮層厚度空間分布的交叉檢驗回歸系數(shù)分別為0.98 和0.99，預(yù)測精度高。藻類結(jié)皮層厚度在空間上整體呈現(xiàn)條帶狀（圖2a），高值出現(xiàn)在西北部、中部和東南部，少數(shù)極高值呈斑點狀分布其中，低值出現(xiàn)在西部與東北部，分布范圍較小。蘚類結(jié)皮層厚度在空間上同樣呈條帶狀，（圖2b）南部數(shù)值低于北部，自東向西結(jié)皮層厚度呈現(xiàn)出低－高－低－高－低的帶狀分布特點，低值出現(xiàn)在南部與西部，且南部分布范圍較大。

圖2 寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮層厚度的空間分布Figure 2 Spatial distribution of the thickness of biological soil crusts in the sandy land in east of Yellow River in Ningxia

2.3.2 SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布

藻類結(jié)皮層與0－5、5－10 cm 土層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布的交叉驗證回歸系數(shù)分別為0.96、0.98、0.99，蘚類結(jié)皮則為0.95、0.96、0.98，預(yù)測精度高。由圖3 可知，藻類結(jié)皮層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3a）空間上呈現(xiàn)南低北高的特點，中部出現(xiàn)兩個高值區(qū)并以此為中心向四周遞減；藻類結(jié)皮下0－5 cm 土層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3b）呈條帶狀，高值區(qū)域出現(xiàn)在西北至東南的條狀區(qū)域內(nèi)；藻類結(jié)皮下5－10 cm 土層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3c）呈現(xiàn)出中間向四周遞減的規(guī)律。蘚類結(jié)皮層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3d）空間上同樣呈現(xiàn)南低北高的分布特點，高值區(qū)以斑塊狀分布在中部與北部地區(qū)；蘚類結(jié)皮下0－5 cm 土層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3e）呈條帶狀，高值區(qū)域出現(xiàn)在中部呈東南－西北走向；藻類結(jié)皮下5－10 cm 土層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖3f）呈現(xiàn)出中間向四周遞減的規(guī)律，存在一些極高值點狀分布其中。蘚類結(jié)皮較藻類結(jié)皮具有更高的SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)且其對下層SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響更顯著。

圖3 寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮及下伏土壤SOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布Figure 3 Spatial distribution of SOC content in biological soil crusts in the sandy land the east of Yellow River in Ningxia

2.3.3 TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布格局

藻類結(jié)皮層與0－5、5－10 cm 土層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布的交叉驗證回歸系數(shù)分別為0.97、0.92、0.96，蘚類結(jié)皮則為0.95、0.89、0.96，預(yù)測精度較高。由圖4 可知，藻類結(jié)皮與蘚類結(jié)皮及其下伏土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布格局相似：結(jié)皮層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖4a、d）空間上均呈現(xiàn)南高北低的條帶狀分布特點，高值區(qū)域大范圍集中分布在南部，西部和東北部出現(xiàn)低值區(qū)，與藻類結(jié)皮相比，蘚類結(jié)皮層TN 含量低值區(qū)域邊界更清晰，范圍更大；結(jié)皮層下伏0－5 cm 土層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖4b、e）同樣呈現(xiàn)出南高北低條帶狀分布特點，與結(jié)皮層相比，其極端值減少且低值區(qū)域邊界范圍擴大；結(jié)皮層下伏5－10 cm 土層TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖4c、f）呈現(xiàn)出東高西低條帶狀分布特征，低值區(qū)范圍更大，且增大范圍在藻類結(jié)皮覆蓋區(qū)域中更顯著。生物土壤結(jié)皮的存在顯著提升了寧夏河?xùn)|沙地表層土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但對底層土壤的影響較小，與藻類結(jié)皮相比，蘚類結(jié)皮對下層土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生的影響更顯著。

圖4 寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮及下伏土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布Figure 4 Spatial distribution of TN content in biological soil crusts in the sandy land the east of Yellow River in Ningxia

2.3.4 TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布格局

藻類結(jié)皮層與0－5、5－10 cm 土層TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布的交叉驗證回歸系數(shù)分別為0.96、0.99、0.99，蘚類結(jié)皮則為0.98、0.93、0.97，擬合精度高。由圖5 可知，藻類結(jié)皮與蘚類結(jié)皮及其下伏土壤TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布格局相似：藻類與蘚類結(jié)皮層TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖5a、d）空間上均呈現(xiàn)東高西低的條帶狀分布特點，高值區(qū)域大范圍集中分布在東部，低值區(qū)分布在西部和西北部；結(jié)皮層下伏0－5 cm 土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖5b、e）分布特征與結(jié)皮層相比，高值區(qū)域范圍擴大，集中在中部與東部，低值區(qū)域分布在西；結(jié)皮層下伏5－10 cm 土壤TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖5c、f）空間上呈現(xiàn)出中間向周圍降低的條帶狀分布特征，邊界清晰，高值區(qū)域范圍減小，低值區(qū)范圍擴大。生物土壤結(jié)皮的存在對下伏土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響較小，與蘚類結(jié)皮相比，藻類結(jié)皮對下層土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)產(chǎn)生的影響更顯著。

圖5 寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮及下伏土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間分布Figure 5 Spatial distribution of TP content in biological soil crusts in the sandy land the east of Yellow River in Ningxia

3 討論

3.1 生物土壤結(jié)皮對土壤養(yǎng)分的影響

從剖面尺度看，與表3（郭琦等，2022）對比可得，本研究中生物土壤結(jié)皮層SOC 和TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均屬于中或中上水平，而結(jié)皮層下伏0－5、5－10 cm 土層SOC、TN 和全土層TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均屬于低或極低水平，說明生物土壤結(jié)皮有效的提升了其養(yǎng)分，這與多數(shù)研究結(jié)果一致（何明珠等，2006；吉雪花等，2014；李從娟等，2014；郭琦等，2022；龐景文等，2022）。

表3 全國土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)表Table 3 National soil nutrient content classification standard table g·kg?1

生物土壤結(jié)皮是干旱生態(tài)系統(tǒng)重要的氮源（Belnap，2002）和碳源（Belnap，2003），且生物土壤結(jié)皮的固碳和固氮量會因結(jié)皮類型（發(fā)育程度）不同而存在差異（高麗倩等，2018），生物土壤結(jié)皮的厚度對土壤養(yǎng)分分布具有顯著影響（崔燕等，2017；楊巧云等，2019）。本研究發(fā)現(xiàn)與藻類結(jié)皮相比，蘚類結(jié)皮具有更高的SOC 與TN 含量，這是因為：第一，生長出毛尖、莖葉微結(jié)構(gòu)的蘚類結(jié)皮表層更粗糙，能夠攔截更多細(xì)粒物質(zhì)使養(yǎng)分得以富集；第二，雖有研究證明以藍藻為主的結(jié)皮較蘚類結(jié)皮具有更高的固氮作用（Barger et al.，2016），但隨著生物土壤結(jié)皮的演替與發(fā)育，死亡的藻體成為土壤有機物，為固氮微生物提供新碳源（張元明等，2010），且蘚類結(jié)皮層厚度顯著大于藻類結(jié)皮（P<0.01）代表著更高的發(fā)育階段與更長發(fā)育時間，前期氮的不斷積累，使得后期蘚類結(jié)皮全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高；第三，已有研究表明，水分是影響生物土壤結(jié)皮固氮的首要因素，相較于藻類結(jié)皮，蘚類結(jié)皮對水分再分配影響更顯著，而其生長形態(tài)較藻類結(jié)皮能夠阻礙入滲（董智今等，2022）截留更多水分（張元明等，2010；李亞紅等，2021），濕潤的蘚類結(jié)皮使得更多的氮素被固定下來，如圖6 所示，蘚類結(jié)皮與土壤養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)大于藻類結(jié)皮，說明蘚類結(jié)皮對于下伏土壤養(yǎng)分的影響大于藻類結(jié)皮，具有更高的生態(tài)功能。

圖6 生物土壤結(jié)皮層厚度與各層土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析Figure 6 Correlation analysis of biological soil crusts thickness and soil nutrient content

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，藻類與蘚類結(jié)皮對下伏土壤TP 的影響要小于對SOC 和TN 的影響，是因為磷在土壤中的移動性弱（郭琦等，2022），如圖6所示，3 層土壤TP 含量均與自身相關(guān)性呈極顯著正相關(guān)，并且土壤TP 含量主要受氣候與成土母質(zhì)的影響，這與閆德仁等（2018）在庫布齊沙漠和高麗倩等（2018）在黃土丘陵區(qū)的研究結(jié)果一致。

3.2 生物土壤結(jié)皮及其下伏土壤養(yǎng)分和結(jié)皮層厚度的空間分布特征

變異系數(shù)（CV）在區(qū)域尺度下能夠?qū)臻g變異程度進行定性分析（謝正豐等，2022），本研究發(fā)現(xiàn)，SOC、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)和結(jié)皮層厚度存在中等程度的空間變異，這與吉雪花等（2014）的研究結(jié)果一致，生物土壤結(jié)皮及下伏土壤養(yǎng)分含量由于受土壤、地形、植被、人類活動等因素的影響而存在一定程度的空間變異，其中藻類結(jié)皮土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的塊金值（C0<0.01），藻類結(jié)皮土壤TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有較強的空間結(jié)構(gòu)性。

本研究中藻類與蘚類結(jié)皮SOC、TN、TP 的空間異質(zhì)性各不相同。首先，藻類結(jié)皮SOC 呈現(xiàn)中等程度空間自相關(guān)性（塊金系數(shù)52.3%），隨機因素對其影響削弱了結(jié)構(gòu)性因素的影響；藻類結(jié)皮下5－10 cm 土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)強烈空間自相關(guān)（塊金系數(shù)20.3%），分布均勻；蘚類結(jié)皮和藻類結(jié)皮SOC、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（塊金系數(shù)44%、50%、45.5%和50%、40%、71.4%）呈現(xiàn)中等程度空間自相關(guān)，主要由氣候、地形、土壤母質(zhì)、結(jié)皮層厚度等結(jié)構(gòu)性因素影響；其次，SOC、TN、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)塊金系數(shù)呈現(xiàn)：TP (59.7%)>SOC (49.4%)>TN(44.3%)，說明土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性均為中等水平，但TP 比SOC、TN 具有更高的空間自相關(guān)性，其變異由隨機因素主導(dǎo)，這可能是因為生物土壤結(jié)皮對C、N、P 等3 種元素的富集能力不同，與SOC相比，土壤TN 的積累需要長期過程，且對水分要求高，而磷屬于難溶性元素，遷移轉(zhuǎn)化速率緩慢，這與李亞紅等（2021）的研究結(jié)論一致。最后，從剖面尺度可以看出，結(jié)皮層的空間變異程度更高，且更易受隨機因素影響，這與Chen et al.（2018）在騰格里沙漠的研究一致。

本研究中結(jié)皮層土壤養(yǎng)分的空間分布格局均呈現(xiàn)出條帶狀分布，SOC 中部和北部高、南部低，TN 中南部高西北部低，TP 中東部高西北部低，整體呈現(xiàn)生物土壤結(jié)皮層養(yǎng)分由東南向西北降低的趨勢；下伏土層SOC、TN、TP 在空間分布上有一定重合，生物土壤結(jié)皮下伏0－10 cm 土壤SOC 和TP 呈中部高四周低的分布特征，TN 呈東南部高四周低的分布特征，SOC、TN、TP 空間結(jié)構(gòu)更明顯，邊界更清晰，0－5、5－10 cm 土層SOC 與TP 形成了典型的“肥島”，而TN 則形成了典型的“水島”，這與研究區(qū)的地形、降水、土壤母質(zhì)等因素關(guān)系密切（楊巧云等，2019；閆德仁等，2019；謝正豐等，2022）。

本研究還發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)TN 的空間分布與SOC 和TP 的空間分布特征不一致，但是與藻類結(jié)皮層厚度的空間分布有較高相似性。分析原因可能是因為：研究區(qū)內(nèi)藻類結(jié)皮發(fā)育更好，分布面積大且集中連片，藍藻更強的固氮能力使得TN 與藻類結(jié)皮空間分布呈現(xiàn)出相似性，這與張元明等（2010）研究結(jié)果一致；采樣時受地形因素的影響，缺少南部山區(qū)的數(shù)據(jù)，使得研究區(qū)TN 在插值分析時出現(xiàn)南部高中部低的分布特征。

4 結(jié)論

（1）生物土壤結(jié)皮與其下伏0－5、5－10 cm 土層SOC、TN、TP 的變異系數(shù)中等；與SOC 和TP相比，生物土壤結(jié)皮對下伏土壤TP 的影響更顯著，蘚類結(jié)皮對SOC 和TN 的影響更顯著，藻類結(jié)皮則對TP 的影響更顯著。

（2）區(qū)域尺度下和剖面尺度下，生物土壤結(jié)皮及下伏土壤養(yǎng)分的空間分布特征均差異顯著；藻類結(jié)皮下伏5－10 cm 土壤TN 質(zhì)量分?jǐn)?shù)空間自相關(guān)性強烈；SOC 和TN 空間變異由結(jié)構(gòu)因素主導(dǎo)，TP空間變異由隨機因素主導(dǎo)。

（3）在區(qū)域尺度上，結(jié)皮層厚度空間分布特征差異顯著，結(jié)皮層土壤SOC 中部和北部高南部低，TN 中南部高西北部低，TP 中東部高西北部低，均呈條帶狀分布，0－5、5－10 cm 土層SOC 和TP 呈中部高四周低的分布特征，TN 呈南部、東部高，西部、中部低的分布特征。

本研究明確了區(qū)域尺度和剖面尺度下，結(jié)皮層及下伏0－5、5－10 cm 土壤養(yǎng)分空間的分布特征，為研究生物土壤結(jié)皮的生態(tài)功能提供重要數(shù)據(jù)參考，對于干旱區(qū)荒漠化防治與修復(fù)具有重要意義。未來還需要深入探討寧夏河?xùn)|沙地生物土壤結(jié)皮下土壤養(yǎng)分空間分布的影響因素，進一步完善生物土壤結(jié)皮在區(qū)域尺度上的空間變異研究。