喻武， 任德智， 楊文姬， 宋珺， 喬鋒， 李晶

1. 西藏農(nóng)牧學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院， 西藏 林芝 860000； 2. 西藏農(nóng)牧學(xué)院 高寒水土保持研究中心， 西藏 林芝 860000；3. 成都市農(nóng)林科學(xué)院 林業(yè)研究所， 成都 611130； 4. 山合林(北京)水土保持技術(shù)有限公司， 北京 100038；5. 中國鐵路總公司發(fā)展和改革部， 北京 100844； 6. 水利部沙棘開發(fā)管理中心， 北京100038

土壤團(tuán)聚體是評價(jià)土壤侵蝕潛在發(fā)生危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)， 其穩(wěn)定性直接影響土壤表層的水、 土界面行為， 特別是與降雨入滲、 產(chǎn)流過程具有較為緊密的聯(lián)系[1]． 已有研究表明， 由于地形、 氣候、 植被以及外界干擾程度的不同， 土壤理化性質(zhì)具有一定的空間異質(zhì)性， 進(jìn)而使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、 抗蝕能力產(chǎn)生差異[2-3]． 為了減弱團(tuán)聚體直徑對土壤理化性質(zhì)的影響， 并對土壤團(tuán)聚體的特征進(jìn)行定量分析， Van Bavel[4]及Gardner[5]提出了平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)的概念， 從而提高團(tuán)聚體含量在土壤物理結(jié)構(gòu)和抗蝕性評價(jià)指標(biāo)體系中的影響權(quán)重[6]． 而Hessen等[7]利用質(zhì)量分布與平均粒徑間的關(guān)系計(jì)算出了土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)． 朱麗琴等[8]研究結(jié)果表明， 土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)受森林恢復(fù)的過程影響所需的時(shí)間較為漫長． 在森林恢復(fù)初期， 可通過加強(qiáng)人工撫育促進(jìn)團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定， 改善土壤結(jié)構(gòu)． 胡陽等[9]對典型巖溶山區(qū)植被恢復(fù)的土壤團(tuán)聚體研究表明， >0.25 mm粒級的團(tuán)聚體含量， 土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD明顯與地表植被覆蓋類型有明顯的關(guān)系． 姜敏等[10]對丹江口庫區(qū)不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分形特征研究表明， 人工林和自然林土壤穩(wěn)定性和抗蝕性更好． 因此， 關(guān)于不同植被群落及地形等因素影響下的土壤理化性質(zhì)及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)受到眾多學(xué)者的關(guān)注[11-12]．

米拉山海拔梯度差異極大， 自然環(huán)境呈明顯的垂直帶性規(guī)律， 生態(tài)環(huán)境極其脆弱， 季節(jié)性凍土發(fā)育， 土壤穩(wěn)定性受凍融作用、 植被覆蓋和侵蝕等方面的影響極為明顯． 在每年的雨季， 融水與降水疊加， 形成強(qiáng)烈的地表徑流， 極易產(chǎn)生水土流失， 也對局地位置的植被產(chǎn)生了較大的破壞[13]． 近年來， 伴隨著全球氣候變暖， 社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 研究區(qū)水土流失因素增多， 強(qiáng)度也有增大的趨勢． 這對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、 開發(fā)利用等帶來了極大的挑戰(zhàn)． 研究區(qū)雖然開展了一些土壤、 植物等方面的研究工作， 但多集中在資源的開發(fā)利用潛力方面[13-15]， 在揭示研究區(qū)環(huán)境垂直地帶性規(guī)律特征及其原因方面的研究還比較欠缺． 因此本研究以米拉山海拔4 200～5 000 m為研究區(qū)域， 探討不同海拔影響下土壤理化性質(zhì)差異、 團(tuán)聚體分布特征及穩(wěn)定性特征， 從而為藏東南類似米拉山的高寒區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)提供科學(xué)理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于米拉山東坡海拔4 200～5 000 m， 地理坐標(biāo)為92°19.607′-92°31.479′E， 29°50.131′-29°54.678′N， 海拔高差800 m(表1)， 屬高原溫帶季風(fēng)氣候區(qū)． 受印度洋暖濕氣流影響， 區(qū)域干濕季節(jié)分明． 每年5-10月為雨季， 天氣溫暖、 濕潤、 多雨； 11-次年4月為旱季， 天氣干燥、 晴朗， 晝夜溫差大． 根據(jù)工布江達(dá)水文站記錄， 研究區(qū)多年平均氣溫7.98 ℃， 最低氣溫-15.15 ℃， 最高氣溫29.07 ℃． 年氣溫較差44.22 ℃， 年降水量在550 mm左右[16]． 植被結(jié)構(gòu)較為簡單， 主要為草地及灌叢草地， 主要植物有高山嵩草(Kobresiapygmaea)、 羊茅(Festucaovina)、 高山柳(Salixcupularis)、 圓穗蓼(Polygonummacrophyllum)、 金露梅(Potentillafruticose)等草本及小灌木． 土壤類型多為高寒草甸土和山地黃棕壤．

表1 樣地基本狀況

1.2 樣品采集與處理

2017年9月， 從米拉山口向林芝方向， 在海拔4 200～5 000 m， 以200 m為一個(gè)海拔梯度， 選取典型樣地． 在每個(gè)樣地內(nèi)選取代表性位置(圖1)， 設(shè)立3個(gè)10 m×10 m小樣方， 對樣地植被、 灌草蓋度、 土壤類型、 坡度、 坡向等生境進(jìn)行調(diào)查． 以“S”法采集土壤， 采集 0～20 cm土層原狀土壤2 kg左右， 用大鋁盒裝好帶回實(shí)驗(yàn)室， 按照其紋路輕輕掰成大約直徑為1～2 cm的土塊晾曬風(fēng)干， 并仔細(xì)剔除其中枯枝、 樹根及礫石． 風(fēng)干后， 用于土壤團(tuán)聚體分析， 研磨過0.149 mm篩后用于有機(jī)質(zhì)的測定． 同時(shí)采集環(huán)刀(100 cm3)土樣用于容質(zhì)量、 孔隙指標(biāo)分析． 每樣方采樣重復(fù)3次， 原狀土樣和環(huán)刀土樣各45個(gè)．

圖1 樣地分布

1.3 物理指標(biāo)測定方法

土壤有機(jī)碳采用濃硫酸—重鉻酸鉀外加熱法測定[17]． 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用沙維諾夫法測定， 土壤容質(zhì)量、 孔隙度采用環(huán)刀法測定[17]．

1.4 指標(biāo)計(jì)算

團(tuán)聚體破壞率(%)=(>0.25 mm團(tuán)聚體分析值(干篩-濕篩)/>0.25 mm團(tuán)聚體干篩分析值)×100%．

(1)

式中：MWD為平均重量直徑；GMD為幾何平均直徑；Xi為任一粒徑范圍團(tuán)聚體平均直徑；Wi為任一粒徑范圍團(tuán)聚體質(zhì)量占土壤樣品質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)．

分形維數(shù)(Fractal Dimension，D)采用楊培嶺等[18]推導(dǎo)的公式計(jì)算：

(2)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010，SPSS 17.0及ArcGIS 10.2分別進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作． 不同數(shù)據(jù)組間差異顯著性比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan多重比較(p<0.05)． 相關(guān)性分析采用Pearson雙變量相關(guān)分析(p<0.05)．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化性質(zhì)

2.1.1 土壤容質(zhì)量與孔隙度

土壤容質(zhì)量是土壤的基本物理性質(zhì)， 反映了土壤質(zhì)地、 結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等綜合物理狀況[19]． 孔隙度的大小、 數(shù)量及分配是土壤物理性質(zhì)的基礎(chǔ)， 并對土壤水分和通氣透水性有直接影響， 是評價(jià)土壤結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)[20]． 由圖2a可知， 土壤容質(zhì)量變化范圍在0.49～0.75 g/cm3． 海拔4 600 m灌木林土壤容質(zhì)量最大， 海拔5 000 m草甸地最?。?土壤容質(zhì)量從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 4 600，4 200，4 400，4 800，5 000 m． 經(jīng)ANOVA分析， 海拔4 600 m與4 200 m間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于其余海拔． 而5 000，4 800，4 400 m海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 由圖2b可知， 土壤總孔隙度變化范圍在60.16%～73.70%． 以海拔4 600 m最小， 海拔5 000 m最大． 土壤總孔隙度從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 5 000，4 800，4 400，4 200，4 600 m． 與容質(zhì)量呈相反變化規(guī)律． ANOVA分析表明， 海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔．

2.1.2 土壤有機(jī)質(zhì)

由圖2c可知， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔并無統(tǒng)一的變化規(guī)律， 總體以海拔4 400 m灌木林地最高(133.96 g/kg)， 其次為海拔5 000 m草地(121.94 g/kg)， 海拔4 600 m灌木林地最小(60.03 g/kg)． 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 4 400，5 000，4 200，4 800，4 600 m． ANOVA分析表明， 不同海拔間的灌草地土壤有機(jī)質(zhì)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 其中， 以海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔， 海拔4 400 m灌木林地及海拔5 000 m草地兩者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 800 m草灌林地及海拔4 200 m灌木林地， 而海拔4 800 m與海拔4 200 m差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

不同小寫字母表示不同海拔間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)， 下同．圖2 不同海拔土壤基本理化性質(zhì)分布特征

2.2 團(tuán)聚體特征

2.2.1 團(tuán)聚體數(shù)量分布特征

土壤團(tuán)聚體是組成土壤的基本單元， 能反映土壤眾多的理化性質(zhì)， 其粒徑分布特征更是反映了土壤對外力(風(fēng)力、 水力)侵蝕作用的敏感程度[21-22]． 干篩法試驗(yàn)得到的是機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體， 亦稱為非水穩(wěn)性團(tuán)聚體． 土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體通常是指>0.25 mm的土壤團(tuán)聚體， 是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)， 通常它在土壤中的比例越高， 土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就越大[23-24]． 由表2可知， 研究區(qū)土壤團(tuán)聚體以>0.25 mm為主， 達(dá)到90%以上． 可見， 尼洋河上游海拔4 200～5 000 m的草地、 灌叢0～20 cm土層中， 團(tuán)聚體均具有較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性． 穩(wěn)定性從高到低對應(yīng)的海拔依次為： 5 000，4 400，4 200，4 800，4 600 m． ANOVA分析表明， 海拔5 000 m及4 400 m均顯著大于海拔4 800，4 600，4 200 m． 對于不同粒徑級， 海拔4 400～5 000 m均以>10 mm粒徑團(tuán)聚體為主， 達(dá)到50%以上， 其余各粒徑級數(shù)量較小， 均未達(dá)到10%． 而海拔4 200 m處>10 mm粒徑團(tuán)聚體僅占到29.15%， 其余均分散分布于10～0.25 mm間．

表2 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征(干篩法) %

利用濕篩法試驗(yàn)得到的是水穩(wěn)性團(tuán)聚體． 已有研究表明， 比起非水穩(wěn)性團(tuán)聚體， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體對保持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有更為重要的貢獻(xiàn)[24-25]． 由表3可知， 除4 600 m海拔<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例較小， 為75.15%外， 其余海拔均達(dá)到80%以上， 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體比例從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 200，5 000，4 800，4 400，4 600 m． 總體上， 經(jīng)濕篩后， 研究區(qū)土壤均能保持較好的團(tuán)聚度． ANOVA分析表明， >0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例僅海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔， 其余海拔間無明顯差異． 對于不同粒徑級分布， >5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 400(50.75%)，4 800(49.37%)，5 000(48.05%)，4 600(40.77%)，4 200 m(28.26%)， 4 200 m顯著小于其他海拔． 海拔5 000，4 800，4 400 m 的2～1，1～0.5，0.5～0.25 mm 3個(gè)粒徑級所占比例均較小， 未達(dá)到10%． 海拔4 600 m和4 200 m的1～0.5 mm兩個(gè)粒徑級分別占到12.58%和17.22%， 顯著大于其他海拔． 總體上研究區(qū)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量隨粒徑的減小呈減小趨勢．

表3 水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征(濕篩法) %

2.2.2 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性分析

團(tuán)聚體破壞率(PAD)是破碎的濕篩團(tuán)聚體比率， 反映了團(tuán)聚體在以水力為主的外營力影響下保持穩(wěn)定的能力， 其數(shù)值越小， 土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[26-27]． 由圖3a可知， 不同海拔土壤PAD存在一定差異， 從最小10.73%到最大17.41%， 增加了62.26%， 但總體上PAD都維持在較低水平內(nèi)． 其中， 海拔4 600 mPAD最高， 顯著大于海拔4 200 m， 其余海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．PAD從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 600(17.41%)，4 400(13.54%)，5 000(13.48%)，4 800(11.42%)，4 200 m(10.73%)． 比較環(huán)境概況可知， 植被是土壤團(tuán)聚體保持穩(wěn)定的重要原因．

平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)這兩項(xiàng)指標(biāo)能綜合反映土壤團(tuán)聚體大小分布． 已有研究表明[28]，MWD及GMD值越大， 表示土壤團(tuán)聚度越高， 團(tuán)聚體穩(wěn)定性就越好． 由圖3b，3c可知， 對于機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD， 5個(gè)海拔變化范圍在3.38～4.19 mm， 以海拔5 000 m最大， 比最小的海拔4 200 m高出23.96%，MWD從大到小對應(yīng)海拔依次為： 5 000(4.19 mm)，4 800(4.03 mm)=4 400(4.03 mm)，4 600(3.98 mm)，4 200 m(3.38 mm)． ANOVA分析表明， 海拔5 000，4 800，4 400，4 600 m互相之間差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 200 m．GMD值從大到小對應(yīng)海拔依次為： 5 000(3.05 mm)，4 400(2.89 mm)，4 800(2.74 mm)，4 600(2.66 mm)，4 200 m(2.13 mm)． ANOVA分析表明， 海拔5 000，4 800，4 400，4 600 m互相之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 200 m． 據(jù)上分析， 不同海拔下的植被群落， 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD及GMD以高海拔(5 000，4 800 m)的草地最好， 海拔4 600 m和海拔4 400 m灌叢次之， 海拔4 200 m灌叢最?。?/p>

圖3 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征

在濕篩條件下，MWD及GMD均小于干篩條件的數(shù)值， 這是因?yàn)闈窈Y法所測得團(tuán)聚體數(shù)量要遠(yuǎn)小于干篩法所測得團(tuán)聚體數(shù)量[29]．MWD，GMD變化范圍分別為1.63～1.90，0.95～1.22 mm． 兩種指標(biāo)均以海拔4 800 m最大， 分別為1.90，1.22 mm． 海拔4 400 m次之， 為1.87，1.20 mm． 海拔4 600 m最小， 僅為1.63，0.95 mm． 兩個(gè)指標(biāo)大小規(guī)律表現(xiàn)一致， 從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 800(1.90，1.22 mm)，4 400(1.87，1.20 mm)，5 000(1.85，1.18 mm)，4 200(1.87，1.20 mm)，4 600(1.63，0.95 mm)． ANOVA分析表明，MWD，GMD在海拔5 000，4 800，4 400 m差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 600 m和海拔4 200 m．MWD以海拔4 200 m灌叢顯著小于海拔4 800 m草地． 由此可知， 較高海拔(5 000，4 800 m)的草地團(tuán)聚體水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)要優(yōu)于中低海拔(4 400，4 200 m)灌叢地．

2.3 團(tuán)聚體分形維數(shù)

團(tuán)聚體粒徑分布的分形維數(shù)(D)越小， 則土壤的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性越好[6]． 由表4可知， 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體D干篩為2.43～2.53， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體D濕篩為2.54～2.65． 回歸分析所得R2均在0.87以上． 其中，D干篩以海拔4 600 m最大， 海拔5 000 m最?。瓺濕篩以海拔4 600 m最大， 海拔4 200 m最?。?兩種不同條件下的D值從大到小對應(yīng)海拔依次為： 干篩4 600，4 800，4 400，4 200，5 000 m； 濕篩4 600，4 400，4 800=5 000，4 200 m． 兩種條件下的D在海拔5 000～4 600 m逐漸增大， 即從草地過渡到灌木林地，D增大． ANOVA分析表明， 對于D干篩， 海拔4 400 m與其余4個(gè)海拔差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 海拔5 000，4 200 m均顯著小于海拔4 800，4 600 m． 對于D濕篩， 除海拔4 600 m與海拔4 200 m差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 其余差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

表4 團(tuán)聚體分形維數(shù)D %

2.4 團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素

為探明研究區(qū)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素， 對各指標(biāo)進(jìn)行 Pearson相關(guān)性分析， 由表5可知， 干篩條件>0.25 mm團(tuán)聚體與MWD干篩，MWD濕篩，GWD干篩，GMD濕篩和總孔隙度呈顯著性正相關(guān)(p<0.05)， 與D干篩極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)， 與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與容質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)． 濕篩條件>0.25 mm團(tuán)聚體與PAD，D濕篩呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)， 與MWD濕篩，GMD濕篩和總孔隙度呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)．PAD與MWD濕篩，GMD濕篩和總孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)， 與D濕篩呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與容質(zhì)量呈正相關(guān)(p>0.05)， 與有機(jī)質(zhì)呈負(fù)相關(guān)(p>0.05)． 濕篩條件下的MWD，GMD與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)， 與總孔隙度呈極顯著正相關(guān)， 與土壤容質(zhì)量顯著呈負(fù)相關(guān)(p<0.05)． 而干篩條件下MWD與容質(zhì)量相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)． 分形維數(shù)D與有機(jī)質(zhì)、 總孔隙度呈負(fù)相關(guān)， 與土壤容質(zhì)量呈正相關(guān)． 但僅D干篩與有機(jī)質(zhì)相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)． 由此可知， 團(tuán)聚體各項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)在不同程度上受到土壤基本理化性質(zhì)的影響． 一方面， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加能夠增強(qiáng)土壤肥力， 促進(jìn)團(tuán)聚體中孔隙度的增加， 為土壤微生物及物質(zhì)的生存轉(zhuǎn)換提供空間， 進(jìn)一步促進(jìn)植被生長， 從而使土壤變得疏松多孔， 土壤容質(zhì)量減?。?土壤容質(zhì)量越小， 孔隙度越大， 持水性能越強(qiáng)， 土壤結(jié)構(gòu)越好． 另一方面， 有機(jī)質(zhì)作為土壤團(tuán)聚體形成的膠結(jié)物質(zhì)， 能夠膠結(jié)較小的團(tuán)聚體， 促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成， 增加大團(tuán)聚體數(shù)量， 改善土壤結(jié)構(gòu)[28]．

表5 指標(biāo)相關(guān)性分析

為進(jìn)一步探明團(tuán)聚體穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)間的關(guān)系， 采用多元逐步回歸分析的方法進(jìn)行論證． 由表6可知，MWD干篩受到海拔影響最大， 即研究區(qū)隨著海拔增高，MWD干篩增大．GMD干篩主要受到土壤容質(zhì)量影響最大， 其回歸系數(shù)為負(fù)值， 說明土壤容質(zhì)量一定程度能夠反映土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性． 分形維數(shù)主要受到>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體影響．MWD濕篩，GMD濕篩及D濕篩均主要受到>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體與容質(zhì)量影響． 而PAD則主要受到>0.25 mm團(tuán)聚體比例影響， 由回歸方程可知， 風(fēng)干團(tuán)聚體中， 水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例越高， 則PAD越小， 土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定．

表6 不同篩分條件下團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)的回歸方程

3 討論

青藏高原東南部山地海拔垂直變化大， 土壤物理結(jié)構(gòu)地帶性差異明顯[30]． 通過對不同海拔間土壤基本理化性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)， 海拔對研究區(qū)容質(zhì)量、 總孔隙度、 有機(jī)質(zhì)和團(tuán)聚體具有顯著影響(p<0.05)． 海拔4 800～5 000 m的山頂高山草甸土， 地表植被多為茂密的草本植物， 根系密集， 土壤疏松， 且由于溫度低， 有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)換慢， 含量高， 不利于大團(tuán)聚體形成， 受外力作用， 土壤容易破碎，PAD值較高． 受全球氣候變暖的影響， 山頂冰川逐年融化， 形成融水徑流． 融水徑流運(yùn)移至海拔4 600 m處附近時(shí)， 逐步具備侵蝕能力， 帶走坡面細(xì)小土壤顆粒． 再加上強(qiáng)烈的凍土垂直分選作用使山體趨于石質(zhì)化， 坡面景觀變得更加破碎． 因此， 4 600 m處地表土層薄， 植被覆蓋差， 山體石礫化， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低， 土體結(jié)構(gòu)變差，PAD值大． 因此， 區(qū)域土壤穩(wěn)定性變差， 山體石質(zhì)化， 土壤侵蝕加劇將是該區(qū)域相當(dāng)長一段時(shí)間面臨的生態(tài)環(huán)境問題． 這與陳山等[29]研究的有機(jī)質(zhì)能夠增強(qiáng)土壤顆粒膠結(jié)能力， 顯著降低PAD值結(jié)論有較大差異． 本研究結(jié)果表明，PAD與受環(huán)境因素影響形成的>0.25 mm團(tuán)聚體比例關(guān)系更為密切． 干、 濕篩兩種條件下D值在海拔5 000～4 600 m逐漸增大， 即高海拔土壤理化性質(zhì)較優(yōu)， 土壤結(jié)構(gòu)良好，D值較?。?但海拔4 600～4 200 m灌叢分形維數(shù)減小， 這主要是因?yàn)殡S著海拔的降低， 平均氣溫逐漸升高， 氣候環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)好， 物種豐富度逐漸增大， 植被根系逐漸發(fā)達(dá)， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加， 土壤結(jié)構(gòu)逐漸改善． 相關(guān)分析表明， 兩種不同的海拔梯度條件下D值與海拔相關(guān)程度均較弱， 而與>0.25 mm團(tuán)聚體、 有機(jī)質(zhì)、 孔隙度呈負(fù)相關(guān)， 與PAD、 容質(zhì)量呈正相關(guān)． 這與大多數(shù)研究結(jié)果一致[23， 31-33]． 即有機(jī)質(zhì)能夠增大土壤孔隙， 促進(jìn)大團(tuán)聚體形成， 增強(qiáng)土壤穩(wěn)定性， 降低PAD， 從而降低D值． 同時(shí)也說明， 不同海拔梯度水熱條件不同， 進(jìn)而使植被及土壤產(chǎn)生差異． 對于高原山地地貌而言， 自然環(huán)境的地帶性特征深刻影響著土壤的理化結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)致不同海拔帶土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的異同[29]． 可見， 海拔梯度變化是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主要因素．

4 結(jié)論

研究區(qū)不同海拔土壤基本理化性質(zhì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 土壤容質(zhì)量為0.49～0.75 g/cm3， 總孔隙度為60.16%～73.70%． 土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.03～133.96 g/kg． 總體上， 海拔5 000，4 800 m草地土壤理化性質(zhì)優(yōu)于海拔4 200～4 600 m的灌木林地．

研究區(qū)土壤團(tuán)聚體均以>0.25 mm團(tuán)聚體為主． 其中>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量達(dá)到90%以上， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體在75%以上． 較高海拔草地， 灌木林地對土壤結(jié)構(gòu)改良作用弱， 但隨海拔降低， 灌木林地土壤結(jié)構(gòu)有所好轉(zhuǎn)．PAD值范圍為： 10.73%～17.41%， 總體偏低， 各海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 海拔對MWD，GMD兩指標(biāo)影響顯著， 總體上機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體均表現(xiàn)為海拔5 000，4 800 m草地優(yōu)于灌木林地．D干篩為2.43～2.53， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體D濕篩為2.54～2.65． 干、 濕篩兩種條件下的D值， 隨海拔增加呈先大后小變化規(guī)律．

通過多元逐步回歸分析方法， 建立了團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)，MWD，GMD和PAD在干、 濕篩條件下與土壤容質(zhì)量、 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和海拔等因子的線性方程， 具體為： 干篩，Y1=0.629+0.001X4，Y2=4.171-2.340X1，Y3=4.546-2.225X2； 濕篩，Y1-1=1.035+1.531X3-0.764X1，Y2-1=-0.370+2.317X3-0.594X1，Y3=3.919-1.228X3-0.213X1； 團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率：Y4=0.161-1.080X3+0.907X2． 分析結(jié)果表明， 團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)最直接的影響因素主要為土壤容質(zhì)量和大團(tuán)聚體含量． 海拔通過綜合影響其他物理指標(biāo)影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性．