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      西藏米拉山土壤團(tuán)聚體垂直地帶性特征

      2022-07-08 01:00:08喻武任德智楊文姬宋珺喬鋒李晶
      關(guān)鍵詞:水穩(wěn)性土壤結(jié)構(gòu)海拔

      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.

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