【研究意义】海岸带是陆地和海洋长期相互作用的过渡地带，其优越的地理位置和丰富的自然资源，使得该区域成为人口聚集和经济发展的核心区域[1-2]。海岸带生态系统在提供自然资源、维护生态安全、改善生态环境质量等方面发挥着重大作用[3-4]。然而，由于城市不断扩张，人类活动加剧，以及全球气候变化引发的极端天气频发，海岸带生态系统面临着生态环境脆弱、湿地和植被退化、土壤沙化等问题，亟需开展海岸带生态修复与重建工作[5]。土壤为植物提供生长发育的场所及所需的营养元素和水分[6]，结合区域土壤理化性质进行空间制图并研究其影响因素，对于合理利用土壤资源、修复和重建生态系统具有重大意义。【前人研究进展】前人对土壤理化性质空间分布的研究主要集中在我国干旱半干旱地区[7]，包括祁连山区、毛乌素沙地、黄土高原、内蒙古草原等地，土壤空间异质性主要受土地利用类型、土壤类型、海拔和气候等因素的影响[8-13]。目前对于海岸带地区的相关研究较少，且主要关注沿海防护林生物多样性与土壤理化性质的相互作用关系。例如，邢亮[14]对比分析了泥质海岸5种防护林的土壤密度、pH值、速效氮、速效磷等指标，得出刺槐（Robinia pseudoacacia）林对土壤属性影响较大；邢献予等[15]探讨了沙质海岸6种防护林土壤理化性质与草本植物多样性的关系，除体积含水量和pH值与多样性指数负相关外，其他土壤属性指标与其均呈正相关关系；刘富强[16]分析了沙质海岸3种沿海防护林的群落多样性和土壤理化性质，发现随着距海距离的增加，土壤理化性质表现出一定的规律性。【本研究切入点】昌黎黄金海岸国家级自然保护区是首批5个国家级海洋类型自然保护区之一，保护对象为海岸自然景观及近海生态系统，对保护海岸带生态环境和生物多样性具有重要意义[17-18]。前人对该保护区的研究多集中在海洋浮游动物、沿海防护林、生态系统服务评估等方面[19-22]，针对保护区土壤属性的空间异质性研究相对较少。然而，保护区内树种单一，防护功能下降，在开展适生树种筛选实验之前，首先应明晰植被、土壤等背景环境特征，精准实现适地适树。【拟解决的关键问题】本研究以昌黎黄金海岸国家级自然保护区为研究区域，选择土壤质地、容重、含水量3种物理性质指标，以及有机质、有效磷、碱解氮、速效钾、pH值和全盐量6种化学性质指标，利用空间插值法得到保护区土壤理化性质的空间格局。在此基础上，定量揭示距海岸线距离、土地利用类型、土壤类型对其空间分布格局的影响，初步提出适生树种选择建议，以期为保护区生态修复和海岸带生态系统可持续发展提供科学参考。
1材料与方法 1.1研究区概况昌黎黄金海岸国家级自然保护区（39°25′21″N~ 39°37′51″N、119°11′38″E~119°37′9″E）位于河北省秦皇岛市北戴河新区南部沿海（图 1），属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温10.2 ℃，全年最低气温出现在1月份、平均气温为-5.1 ℃，最高气温出现在7月份、平均气温为24.7 ℃。全年日照数2 808 h，年降水量747~772 mm，平均相对湿度约为50%[23]。保护区内土壤类型主要有滨海风沙土、潮土和滨海盐土（数据来源于地理资源所资源环境科学数据中心，https://www.resdc.cn/）。植物种类较丰富，主要包括自然植被类型和人工植被类型，分属63科304种[24]。保护区总面积为336.21 km2，本研究范围为保护区的陆域部分，共95.56 km2，包括2个核心区、1个缓冲区及4个实验区（图 1）。
图 1昌黎黄金海岸国家级自然保护区陆域部分位置及功能分区Fig. 1Location and functional zoning of part of land in Changli Gold Coast National Nature Reserve图选项1.2采样点设置及样品采集采用网格取样的方法设置采样点，在ArcGIS 10.8软件中，按照1 000 m×1000 m生成标准网格，去除水域和建设用地，经调整后最终确定57个采样点（图 1），并得到各采样点的经纬度坐标，通过GPS定位系统在野外确定采样点位置，记录周围土地利用类型（耕地、林地、草地、未利用地），并且通过文献调研，了解保护区过去的土地利用变化情况。土壤样品采集于2021年7—9月进行，采样范围为保护区陆域部分。在每个采样点，分别采取0~10 cm和10~20 cm表层土壤样品，分为环刀土样和扰动土样，扰动土样采集方法如下：在每个采样点3 m半径范围内随机选取8个土样，将8个土样混合为1个土样。每个土壤样品采集3个平行样。
1.3土壤理化性质测定及分级标准土壤物理性质指标中，采用Mastersizer 2000测定土壤质地，采用环刀法测定土壤容重和含水量。土壤化学性质指标中，采用电位法测定pH值，采用质量法测定全盐量，分别采用重铬酸钾外加热法、钼锑抗比色法、火焰光度计法、碱解扩散法[25]测定有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量。pH值和4种土壤养分含量分级参考全国第二次土壤普查分级标准[26]，土壤盐化分级标准参考王遵亲[27]的《中国盐渍土》（表 1），土壤质地分类采用美国制分类标准[28]。
表 1土壤养分、pH值及盐化分级标准[27]Table 1Grading standard of soil nutrient, pH value and salinity[27] 表选项1.4数据处理与分析采用ArcGIS 10.8软件中地统计分析模块的普通克里金插值法，绘制土壤理化性质空间分布图。土壤理化性质指标间及距海岸线距离因素与土壤理化性质之间的相关分析采用Pearson相关分析法。将土壤理化性质指标进行离差标准化处理后，数值范围统一到0~1，然后与不同土地利用类型和不同土壤类型分别进行单因素方差分析，探讨这两个因素对土壤理化性质的影响。Pearson相关分析与单因素方差分析在SPSS 26.0软件中完成。
2结果与分析 2.1土壤物理性质空间分布格局保护区土壤质地主要分为砂土、壤质砂土、砂质壤土和粉壤土4类。在垂直分布上，0~10 cm土层的土壤质地与10~20 cm土层无明显差别。砂土范围最广，占所有采样点的70% 左右，其余3种各占10% 左右。在水平方向上，沿海地区土壤质地主要以砂土为主，砂粒含量达到85%~100%；七里海实验区南部区域土壤质地主要以粉壤土为主；西部和南部耕地区域土壤质地分别为壤质砂土和砂质壤土。在水平方向上，土壤容重的均值表现为内陆低于沿海，以0~10 cm为例，陆域核心区和新开口实验区的土壤容重较高，平均值为1.55 g/m3；潟湖核心区和七里海实验区较低，平均值为1.45 g/m3。在垂直方向上，0~10 cm和10~20 cm土层的土壤容重平均值分别为1.51、1.57 g/m3，土壤容重随着土层深度增加而增加。保护区土壤容重0~10 cm土层均处于过紧实状态，10~20 cm土层均处于坚实状态。土壤含水量受土壤质地影响，在水平分布上表现为距海越远含水量越高，具有明显的空间分布异质性。七里海实验区和潟湖核心区土层偏湿，表层土壤含水量分别为24.2% 和18.6%；其他区域表层土壤含水量平均值均低于5%，属于重度干旱。在垂直方向上，2个深度土层的土壤含水量相差不大，平均值均为7.6%（图 2）。
图 2昌黎黄金海岸国家级自然保护区0~20 cm土壤物理性质空间分布Fig. 2Spatial distribution of physical properties of 0-20 cm soil in Changli Gold Coast National Nature Reserve图选项2.2土壤化学性质空间分布格局2.2.1 土壤养分空间分布由图 3可知，保护区土壤有机质含量整体处于养分分级标准的4~6级，平均值为7.32 mg/kg，呈由沿海向内陆递增的分布格局。垂直方向分布呈现0~10 cm土层的土壤有机质高于10~20 cm土层。0~10 cm土层以5级为主，占总面积的90% 以上，6级分布在陆域核心区。10~20 cm土层有机质以6级的分布面积最广，5级分布在七里海实验区。土壤有效磷含量在1~6级均有分布，平均值为7.23 mg/kg，空间上表现出内陆高于沿海、北部高于南部的特征。0~10 cm土层有效磷等级分布以3~5级为主，3级主要位于七里海实验区，5级和4级分布面积最广。10~20 cm土层有效磷含量以4级和5级为主，整体低于0~10 cm土层，有效磷含量随着土层的增加而降低。保护区土壤碱解氮含量平均值为12.28 mg/kg，0~10 cm略高于10~20 cm，等级分布状况简单，主要为6级。土壤速效钾含量在1~6级均有分布，整体含量较高，平均值为175.36 mg/kg。空间分布上，七里海实验区和陆域缓冲区土壤速效钾含量较高，陆域核心区和金沙湾实验区含量较低。在垂直分布上，随着土层深度的增加速效钾含量降低。0~10 cm土层速效钾含量多处于1级，面积占45% 左右。10~20 cm土层速效钾含量以1~3级为主。
图 3昌黎黄金海岸国家级自然保护区0~20 cm土壤养分空间分布Fig. 3Spatial distribution of nutrients of 0-20 cm soil in Changli Gold Coast National Nature Reserve图选项2.2.2 土壤pH值及全盐量空间分布保护区土壤pH值处于2~5级，从沿海到内陆逐渐增高，由酸性土过渡到碱性土，平均值为6.87。垂直方向上，0~10 cm与10~20 cm土层的土壤pH值相差不大，平均值分别为6.80和6.74。保护区中南部主要为酸性土，北部为中性土，西部七里海实验区为碱性土。该区土壤全盐量整体在1~5级均有分布，在水平方向上主要表现为距海越远全盐量越高，平均值为1.58 g/kg。金沙湾实验区、陆域核心区、新开口实验区及滦河口实验区土壤全盐量均低于1 g/kg，表现为非盐化；陆域缓冲区和潟湖核心区土壤全盐量分别为1.40、1.95 g/kg，主要表现为轻度盐化；七里海实验区全盐量为5.22 g/kg，主要表现为盐土。在垂直方向上，0~10 cm土层的土壤全盐量均值为1.62 g/kg，略高于10~20 cm土层（1.56 g/kg）（图 4）。
图 4昌黎黄金海岸国家级自然保护区0~20 cm土壤pH值及全盐量空间分布Fig. 4Spatial distribution of pH value and total salt quantity of 0-20 cm soil in Changli Gold Coast National Nature Reserve图选项2.3土壤理化性质各指标间相关性分析保护区内土壤理化性质各指标间具有显著的相关关系。其中土壤容重与含水量、有机质、有效磷、碱解氮及速效钾含量这5种指标呈显著负相关；土壤含水量与除容重外的6种指标间呈显著正相关。此外，土壤有机质、有效磷、碱解氮、速效钾含量这4种养分指标之间互为正相关关系，pH值与有效磷、速效钾含量及全盐量呈显著正相关。相关系数绝对值大于0.5的有土壤容重与有机质含量（R=-0.553）、含水量与有效磷含量（R=0.654）、含水量与pH值（R=0.574）、有机质与碱解氮含量（R=0.628）、pH值与全盐量（R=0.532）（表 2）。
表 2土壤理化性质指标间的相关性Table 2Correlation between soil physical and chemical property indexes 表选项2.4土壤理化性质空间分布的影响因素2.4.1 距海岸线距离因素选择距海岸线距离、土地利用类型、土壤类型3个影响因素进行分析。距海岸线距离以采样点与海岸线的距离来表示。距海岸线距离因素与土壤含水量、全盐量、pH、有效磷、有机质、速效钾及碱解氮含量间呈极显著正相关关系（图 5）。其中，距海岸线距离因素与含水量之间的相关系数最高、为0.724（P＜0.001），其次为全盐量（0.576，P＜0.001）。距海岸线距离因素与土壤容重之间无明显相关性。
**表示相关性极显著（P ＜ 0.01） **represents that the correlation is extremely significant (P ＜ 0.01)图 5距海岸线距离因素与土壤理化性质指标间的相关系数Fig. 5Correlation coefficient between the factor of distance from the coastline and soil physical and chemical property indexes图选项2.4.2 土地利用类型因素由于土地利用类型和土壤类型2个因素为定性数据，采用方差分析来研究它们对土壤理化性质的影响。土地利用类型包括耕地、林地、草地和未利用地4类。耕地的土壤容重均值为1.44 g/m3，显著低于林地、草地和未利用地（图 6）。耕地的土壤含水量、有效磷及速效钾含量均值分别为24%、21.28 mg/kg、294.37 mg/kg，均显著高于其他3种土地利用类型。土壤容重、含水量、有效磷和速效钾含量这4个指标在不同土地利用类型之间无显著差异。耕地的土壤有机质含量均值为13.37 g/kg，显著高于林地、草地和未利用地；未利用地有机质含量均值为1.73 g/kg，显著低于其他3种土地利用类型。耕地、林地的碱解氮含量均值分别为17.31、13.16 mg/kg，显著高于未利用地。耕地和草地的土壤pH值均值相同，为7.43，显著高于林地。不同土地利用类型之间的全盐量无显著差异。
2.4.3 土壤类型因素土壤类型主要包括滨海风沙土、潮土和滨海盐土3类。滨海风沙土的土壤容重平均值为1.57 g/m3，显著高于潮土和滨海盐土。滨海风沙土的土壤含水量均值为0.05、有机质含量均值为5.46 g/kg、pH均值为6.44，均显著低于潮土和滨海盐土（图 7）。滨海风沙土和潮土的土壤有效磷含量均值分别为5.93、6.65 mg/kg，显著低于滨海盐土。滨海风沙土的全盐量均值为0.95 g/kg，显著低于潮土。不同土壤类型之间的碱解氮及速效钾含量无显著差异。
柱上小写英文字母不同者表示不同土地利用类型间差异显著（P＜0.05） Different lowercase letters abvoe the columns represent significant difference among different land use types (P＜0.05)图 6不同土地利用类型间各土壤理化性质指标的比较Fig. 6Comparison of soil physical and chemical property indexes among different land use types图选项柱上小写英文字母不同者表示不同土壤类型间差异显著（P＜0.05） Different lowercase letters abvoe the columns represent significant difference among different soil types (P＜0.05)图 7距海岸线距离因素与土壤理化性质指标间的相关系数Fig. 7Comparison of soil physical and chemical property indexes among different soil types图选项3讨论昌黎黄金海岸国家级自然保护区土壤理化性质空间分布格局受距海岸线距离、土地利用类型、土壤类型影响。本研究中，距海越远，土壤含水量、全盐量、pH、有效磷、有机质、速效钾及碱解氮含量值越高，表明距海岸线距离因素对于海岸带土壤理化性质极为重要。保护区由海向陆方向依次为沙质海滩、沿岸沙堤、海积平原、潟湖平原、冲积洪积平原等，沙质海滩和沿岸沙堤植物稀少，随着不同结构的植物群落向内陆延伸，土壤孔隙度增加，土壤含水量随之提高，减弱了土壤蒸腾作用，在一定程度上抑制了土壤中碱金属等土壤盐分从土壤中的移出，使得土壤碱性呈现递增的趋势，这与日照海岸土壤酸碱性由沿海到内陆变化的趋势一致[29]。保护区耕地主要集中于距海相对较远的七里海实验区，受海风影响相对较小，长期的翻耕、施肥等农事活动改变了土壤属性，使得土壤疏松，容重较低，有机质、氮、磷、钾等养分含量相对较高。保护区森林始建于1960年代的团林林场，经过60余年的建设、抚育及改造，形成了较为成熟的沿海防护林体系[30]。除水域外，林地和草地占比高达83.3%，呈镶嵌分布格局。由于造林过程中较少使用肥料，土壤有机质和碱解氮主要来源于地表枯落物等植物残体的分解，因此林地和草地土壤有机质、碱解氮含量低于耕地，但是高于几乎无植被覆盖的未利用地。未利用地主要位于陆域核心区沿海沙丘，过去为翡翠岛景区（2018年关闭），植被较少导致土壤养分贫瘠，这与刘富强[16]的研究结果相一致。土壤类型也是影响土壤理化性质空间分布的主要因素，主要与土壤质地有关。滨海风沙土的土壤质地为砂土，潮土为粉壤土和壤质砂土，滨海盐土为砂质壤土。砂土含沙量大、颗粒粗糙、不易黏结、保肥持水能力弱，因此相比粉壤土和砂质壤土其土壤容重值更大，含水量也更少，这与谢佳[31]的研究结果相一致。将土地利用类型和土壤质地2个因素相结合发现，土壤质地为粉壤土和砂质壤土的耕地，其土壤含水量和土壤养分含量最高；其次为壤质砂土的林地。同为砂土的质地，林地的土壤含水量和土壤养分含量高于草地和未利用地。综上，多种影响因素对于土壤理化性质的分布格局具有相互耦合的复杂作用关系，进行树种筛选时也应考虑到多种因素的相互作用。
通过空间制图能够直观展示出保护区土壤理化性质分布和土壤养分丰缺状况，可以为保护区适生树种的选择提出建议。本研究中，整个保护区土壤养分含量均较低，且越靠近海边土壤含水量越低，距海越远盐分含量越高，因此应在耐贫瘠的树种中，分别考虑抗旱能力较强及耐盐碱的树种。七里海实验区西部是整个保护区中盐分含量最高的地区，盐分等级表现以1级盐土为主，且土壤pH值表现为1级碱性，符合盐碱土定义标准。该地区植物生长的主要限制因子为盐分，树种选择应以耐盐碱植物为主，可选择的树种有刺槐、柽柳（Tamarix chinensis）和草本植物碱蓬（Suaeda glauca），这与韦菁[32]筛选出的适合种植于盐度大于6 g/kg以上盐土地区的树种相一致。七里海实验区东部为中度盐化区，陆域缓冲区南部为轻度盐化区，树种的选择同样以耐盐碱为主。陆域缓冲区、陆域核心区南部和金沙湾实验区土壤质地主要为砂土，不利于水分和养分的保持，土壤含水量及养分含量较低，而且还需要考虑海潮风的影响，对于该地区的植物种植应选择耐旱、抗风的良种壮苗，如刺槐、黑松（Pinus thunbergii）、柽柳、紫穗槐（Amorpha fruticosa）等，有利于提高树种成活率和保证造林质量。
此外，降水、温度等气候条件的季节性变化及植物的生长周期等可能对土壤属性产生显著影响。本研究为了保证研究结果的典型性和代表性，选择于7—9月植物生长旺盛期进行采样和调查。在后续研究中，应充分考虑不同季节对土壤理化性质的影响，使研究结果更具参考价值。
4结论昌黎黄金海岸国家级自然保护区土壤理化性质水平分异明显，距海越远，除容重外的其他指标含量越高；土壤质地以砂土为主、占70% 左右，砂粒含量达到85%~100%；除速效钾以外，其他养分指标均偏低，主要为4~6级；土壤pH值均值为6.87，主要为4~5级，以偏酸和中性土为主；全盐量均值为1.58 g/kg，七里海实验区西部为盐土（全盐量为5.22 g/kg），其他地区以非盐化和轻度盐化为主。土壤理化性质各指标间呈显著相关性，分布格局受距海岸线距离、土地利用类型、土壤类型等因素的影响。其中距海岸线距离因素所起作用较大；土地利用类型与土壤类型、土壤质地相互耦合，共同影响土壤的持水能力和养分供应。在土壤理化性质分布格局空间制图的基础上，可以为保护区适生树种的选择提出建议。七里海实验区西部树种选择应以耐盐碱植物为主，其他区域应选择耐旱、抗风的良种壮苗，有利于提高树种成活率和保证造林质量。
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