李圣文++王曉東++吳正方+杜海波++王雷+宗盛偉
摘 要:本文以長(zhǎng)白山北坡和西坡林線為研究區(qū),分別在北坡和西坡采集83個(gè)和51個(gè)土壤樣品,在室內(nèi)測(cè)量土壤有機(jī)質(zhì)和礫石含量,采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)和單個(gè)樣本T檢驗(yàn)分析北坡和西坡土壤有機(jī)質(zhì)和礫石含量的特點(diǎn)和差異程度,應(yīng)用相關(guān)分析方法認(rèn)識(shí)北坡和西坡有機(jī)質(zhì)和礫石含量的關(guān)系,分析土壤發(fā)育過(guò)程的差異性表現(xiàn)。結(jié)果表明林線生境不利于土壤有機(jī)質(zhì)的形成和積累,西坡土壤有機(jī)質(zhì)含量大于北坡,且空間差異程度也小于北坡。礫石含量高,土壤發(fā)育緩慢,北坡林線母質(zhì)對(duì)土壤發(fā)育過(guò)程控制較強(qiáng),而西坡相對(duì)較弱,兩坡其他成土因素影響程度存在很大差異。
關(guān)鍵詞:長(zhǎng)白山北坡和西坡林線;土壤有機(jī)質(zhì);礫石含量;數(shù)理統(tǒng)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào):F11919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20170133048
引言
從高山郁閉林到深入苔原帶喬木樹(shù)種之間的過(guò)渡帶是高山林線交錯(cuò)帶[1]。長(zhǎng)白山林線是林線研究生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的理想地段,土壤養(yǎng)分狀況在林線生態(tài)系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用引起人們的極大關(guān)注[2]。石培禮等認(rèn)為土壤基質(zhì)狀況對(duì)林線動(dòng)態(tài)有先行性的影響[3],鄧?yán)っ兜日J(rèn)為林線土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)岳樺種群動(dòng)態(tài)有著一定的控制作用[4],于大炮等在研究岳樺生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)時(shí)對(duì)土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生非常大的興趣,認(rèn)為林線形成機(jī)理影響因子中土壤起著積極作用[5]。這些研究都認(rèn)為土壤性質(zhì),尤其是有機(jī)質(zhì)的特征與林線動(dòng)態(tài)有著非常密切的關(guān)系。但在不同坡向上分析土壤狀況的對(duì)比關(guān)系,尤其是土壤有機(jī)質(zhì)的差異表現(xiàn)和成因研究極少。本文以長(zhǎng)白山北坡和西坡林線土壤有機(jī)質(zhì)含量與礫石含量關(guān)系全面分析有機(jī)質(zhì)的差異程度和土壤發(fā)育的不同狀況,探詢有機(jī)質(zhì)差異的原因,揭示土壤形成過(guò)程中成土因素的潛在影響。
1 資料與方法
1.1 研究區(qū)概況
在長(zhǎng)白山北坡海拔1900~2000m左右是岳樺林分布的上限,西坡林線在海拔1800~2250m左右,風(fēng)大寒冷,環(huán)境嚴(yán)酷,只有岳樺依靠較強(qiáng)的適應(yīng)能力成為林線喬木的主要樹(shù)種,在氣候變暖的趨勢(shì)下,兩坡林線變動(dòng)都很明顯,而土壤狀況對(duì)林線影響的方式復(fù)雜使這里成為研究林線土壤發(fā)育的理想地帶[6]。本研究選擇的林線北坡研究區(qū)范圍是N42°2′27~42°3′14″,E128°4′35″~128°6′13″,西坡研究區(qū)范圍是N41°5′93″~42°1′51″,E127° 58′6″~127° 59′45″,都是長(zhǎng)白山森林-苔原過(guò)渡帶最為典型的研究地段(圖 1)。
1.2 土壤樣品的采集與測(cè)定
2008年9月和2015年9月采用樣方調(diào)查法分別在長(zhǎng)白山北坡林線與西坡林線于最典型的地段分別設(shè)置4個(gè)樣地,在每一樣地內(nèi)水平方向上每間隔20~40m設(shè)置一樣帶,在每個(gè)樣帶內(nèi)按垂直方向自高而低從林線邊緣(樹(shù)島)連續(xù)取樣(樣方:10m×10m)直到坡底的郁閉林(郁閉度>0.2),在所有設(shè)置的樣方中北坡選擇83個(gè)樣方,西坡選擇51樣方進(jìn)行取土。在這些樣方內(nèi)采用對(duì)角線法選取5個(gè)樣點(diǎn),從各個(gè)土層取土壤樣品0.5kg,將5個(gè)樣點(diǎn)的土壤充分混合后取1kg做為1個(gè)土壤樣品。將采集后的土壤樣品封好帶回實(shí)驗(yàn)室,干燥通風(fēng)除雜后秤重,將礫石(粒徑>2mm)挑出測(cè)重,得到礫土比(礫石重量/土壤全重)。研磨剩余土壤樣品,全部通過(guò)1mm孔篩后取1/4樣品進(jìn)一步研磨,通過(guò)0.1mm孔篩后的樣品測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸法、全氮含量采用重鉻酸鉀-硫酸消化法、全磷采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定。
1.3 數(shù)據(jù)分析方法
利用常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法、單個(gè)樣本K-S檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)方法分別計(jì)算北坡和西坡土壤有機(jī)質(zhì)和礫石含量的不同和兩坡差異程度,分別計(jì)算北坡和西坡有機(jī)質(zhì)和礫石含量的相關(guān)系數(shù)以評(píng)判礫石含量對(duì)有機(jī)質(zhì)的影響,進(jìn)一步分析土壤發(fā)育過(guò)程的差異性表現(xiàn)。
2 結(jié)果與分析
2.1 北坡和西坡有機(jī)質(zhì)含量的對(duì)比
北坡和西坡土壤有機(jī)質(zhì)含量的常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明無(wú)論北坡還是西坡土壤養(yǎng)分的空間差異明顯(標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值大,變異系數(shù)>0.30,單個(gè)樣本K-S檢驗(yàn):P<0.01)(表1),在林線的不同位置上土壤的養(yǎng)分含量差異較大。從偏度(>0)與峰度(>0)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看只有在個(gè)別局部有利生境土壤有機(jī)質(zhì)含量大(表1),所以林線生境總體上不利于土壤有機(jī)質(zhì)的形成和積累。北坡和西坡有機(jī)質(zhì)含量獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)可以看出均值的雙尾顯著性概率小于0.1, 有顯著性差異。從均值大小的差異(西坡-北坡:36.8553g/kg)看西坡有機(jī)質(zhì)含量大于北坡,說(shuō)明西坡土壤發(fā)育程度相對(duì)北坡較好,從標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、偏度和峰度幾個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看西坡土壤發(fā)育的空間差異程度小于北坡,養(yǎng)分含量從整體上好于北坡。
2.2 北坡和西坡礫石含量的對(duì)比
從均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果看土壤礫石含量都較大(西坡:18.29%;北坡:9.68%),說(shuō)明林線土壤發(fā)育程度都較低,發(fā)育過(guò)程相對(duì)較慢,反映林線生境嚴(yán)酷。從標(biāo)準(zhǔn)差(西坡:12.12%;北坡:12.38%)和變異系數(shù)(西坡:0.66;北坡:1.28)看都較大,單個(gè)樣本K-S檢驗(yàn)(P<0.01)非均勻分布顯著說(shuō)明林線土壤發(fā)育的空間差異明顯,土壤發(fā)育程度空間分異大,從偏度(>0)與峰度(>0)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果只有在個(gè)別局部有利生境土壤發(fā)育較快(表3),礫石含量低,所以林線生境的不利使土壤發(fā)育過(guò)程總體上遲緩。
北坡和西坡土壤礫石含量獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)可以看出均值的雙尾顯著性概率遠(yuǎn)小于0.01, 有高度顯著性差異。從兩坡均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比看西坡土壤礫石含量高于北坡,而從標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)看北坡大于西坡說(shuō)明土壤發(fā)育在空間上北坡的差異應(yīng)該更大,但是從偏度和峰度看西坡土壤發(fā)育的空間差異程度又小于北坡,這些不同的統(tǒng)計(jì)結(jié)果似乎相互矛盾,但是這也說(shuō)明兩坡土壤形成的過(guò)程顯然是非常復(fù)雜的,從發(fā)育時(shí)間看西坡應(yīng)該小于北坡(均值西坡大),而養(yǎng)分含量卻高,說(shuō)明土壤形成的其他成土因素好于北坡。受制于發(fā)育時(shí)間整體較晚,使土壤礫石含量總體上空間差異不如北坡差異大。但是在極少數(shù)個(gè)別地點(diǎn)其他成土因素非常適合土壤發(fā)育,使土壤的礫石含量迅速下降,形成偏度和峰度大于北坡的現(xiàn)象,但是這僅限于少數(shù)幾個(gè)非常適宜的地點(diǎn)。
2.3 北坡和西坡礫石含量對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的影響
從相關(guān)分析結(jié)果看北坡相關(guān)系數(shù)為顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù):-0.22,P<0.05)說(shuō)明土壤發(fā)育受到礫石含量的影響明顯,礫石含量越高,土壤有機(jī)質(zhì)含量越低,母質(zhì)對(duì)土壤發(fā)育過(guò)程控制較強(qiáng),土壤是林線動(dòng)態(tài)的影響因素,而西坡則相反出現(xiàn)正相關(guān)(相關(guān)系數(shù):0.17),說(shuō)明西坡對(duì)土壤發(fā)育的控制較弱,但是沒(méi)有達(dá)到顯著,說(shuō)明還是具有一定的影響。
以上分析說(shuō)明西坡雖然土壤發(fā)育時(shí)間相對(duì)晚于北坡,但是其他成土因素對(duì)土壤發(fā)育的影響更大,特別在個(gè)別點(diǎn)上表現(xiàn)尤其明顯,從成土因素看可能是氣候變暖影響的結(jié)果,但是由于微地形和植被的空間差異只在極個(gè)別有利的點(diǎn)土壤發(fā)育狀況突然變好,這可能與西坡極個(gè)別地點(diǎn)林線岳樺種群擴(kuò)張態(tài)勢(shì)明顯,而整體推移不如北坡大有關(guān)[7],而關(guān)于林線的空間移動(dòng)與土壤狀況的關(guān)系需要進(jìn)一步分析,以評(píng)判土壤養(yǎng)分差異對(duì)不同坡向林線動(dòng)態(tài)的差異性作用方式。
3 結(jié)論
北坡和西坡林線土壤養(yǎng)分的空間差異明顯,只有在個(gè)別局部有利生境土壤有機(jī)質(zhì)含量大,所以林線生境總體上不利于土壤有機(jī)質(zhì)的形成和積累。西坡土壤發(fā)育程度相對(duì)北坡較好,且空間差異程度小于北坡。
林線土壤發(fā)育程度都較低,發(fā)育過(guò)程相對(duì)較慢,空間差異明顯,西坡只在極少數(shù)個(gè)別地點(diǎn)土壤的礫石含量低,但是總體上礫石含量西坡大于北坡。
土壤發(fā)育受到礫石含量的影響明顯,北坡林線母制對(duì)土壤發(fā)育過(guò)程控制較強(qiáng),而西坡相對(duì)較弱,說(shuō)明兩坡其他成土因素影響程度存在很大差異。
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