祁连山康乐自然保护区4种植被带土壤剖面理化性质变化特征

2022-07-02杨波

防护林科技 2022年4期

杨波

摘要在祁连山康乐自然保护区，采用野外采样与室内分析相结合的方法，对保护区4种植被带土壤剖面理化性质变化特征进行了研究。结果表明：4种植被带土壤剖面总孔隙度、水稳性团聚体和CEC变化顺序为山地森林草原带>亚高山灌丛带>高山荒漠草甸草原带>山地荒漠草原带，且随着土层垂直深度的加深而递减，容重和pH变化顺序为山地荒漠草原带>高山荒漠草甸草原带>亚高山灌丛带>山地森林草原带，且随着土层垂直深度的加深而递增。

关键词祁连山;康乐区;植被带;土壤理化性质

中图分类号：S714.2 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.002

Characteristics of Physicochemical Properties of Soil Profile Under Four Types Vegetation Zones in Qilian Mountain Kangle Nature Reserve

Yang Bo

（Sidalong Nature Reserve Station，Qilian Mountain National Nature Reserve Management Center，Zhangye 735108，Gansu）

AbstractIn Qilian Mountain Kangle Nature Reserve，physical and chemical characteristics of soil profile under four types vegetation zones were studied by field sampling and laboratory analysis. The results showed that the changed order of total porosity，water-stable aggregates and CEC of soil profile in four vegetation zones was as follows： mountain forest grassland> subalpine scrub desert meadow> alpine steppe zone> mountain desert steppe zone，and decreased progressively with the depth of the soil vertical depth. The order of density and pH was： mountain desert grassland desert meadow> alpine steppe zone> subalpine thickets> mountain forest steppe zone，and increased with the depth of the soil vertical depth.

Key wordsQilian Mountains;Kangle area;vegetation zone;physical and chemical properties

祁連山康乐自然保护区是重要的国家生态保护区[1]，随着旅游业的发展和超载放牧，土壤生态环境逐步退化[2-4]。因此，研究祁连山康乐自然保护区山地荒漠草原植被带、山地森林草原植被带、亚高山灌木植被带和高山荒漠草甸草原植被带土壤剖面理化性质变化特征，对保护祁连山生态环境具有重要的意义。有关祁连山不同植被、海拔和放牧对土壤理化性质变化特征的报道较多[5-15];而祁连山康乐自然保护区4种植被带土壤剖面理化性质变化特征目前未见报道。为了缓解祁连山康乐自然保护区生态环境退化的问题，本文对祁连山康乐林区4种植被带土壤剖面理化性质变化特征进行了研究，旨在为祁连山康乐林区生态环境保护提供技术支撑。

1 研究区概况

研究地点位于祁连山北麓中段康乐自然保护站（99°42′— 100°11′ E，38°41′—38° 59′ N），年日照时数2 200 h，≥10 ℃ 的积温1 630 ℃，平均气温 3.6 ℃，极端最低温-27.6 ℃，极端最高气温32.4 ℃，年均降水量 523 mm，年均蒸发量1 828 mm，无霜期124 d 。海拔2 300～3 800 m分布着山地荒漠草原植被带、山地森林草原植被带、亚高山灌木植被带和高山荒漠草甸草原植被带[16]。

2 研究方法

2.1 样品采集方法

2019年7月在祁连山北麓中段康乐自然保护站，选择典型的山地荒漠草原植被带、山地森林草原植被带、亚高山灌木植被带和高山荒漠草甸草原植被带阴坡为样品采集区。按照典型选样的方法[17]，分别在4个样品采集区内设置 50 m×50 m的样方，每个样方按对角线布置5个样点，从地表垂直向下挖掘土壤剖面，每个剖面点按照0～10、>10～20、>20～30和>30～40 cm间距自下而上逐层采集土样各3 kg，用4分法留1 kg土样风干过1 mm筛，室内测定化学性质。每个剖面点自下而上用环刀采集原状土测定容重和团聚体。样品采集区基本情况见表1。

2.2 测定项目及方法

土壤容重测定采用环刀法;总孔隙度测定采用计算法;>0.25 mm团聚体测定采用干筛法;pH测定采用酸度计法（水土比5∶1）;CEC（阳离子交换量）测定采用交换剂浸提—NH₄OAC-NH₄Cl法[18]。

2.3 数据处理BE1FEC4D-3F78-488F-BF11-328AC6895654

采用Excel 2003和SPSS统计软件进行数据统计分析[19]。

3 结果与分析

3.1 容重变化特征

由表2可知，4种植被带土壤剖面0～40 cm土层容重均值变化顺序为：山地森林草原植被带<亞高山灌木植被带<高山荒漠草甸草原植被带<山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带0～40 cm土层容重与亚高山灌木植被带比较，降低7.84%（P<0.05），与高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，分别降低9.62%和13.76%（P<0.01）。究其原因是不同植被带生境条件、枯落物积累量和植物根系分布等因素的影响，导致其容重存在一定差异。4种植被带剖面0～40 cm土层容重均随着土层垂直深度的加深而增大。山地森林草原植被带>30～40 cm土层与>20～30 cm、>10～20 cm和0～10 cm土层比较，容重增大21.88%、39.29%和51.94（P<0.01）;亚高山灌木植被带>30～40 cm与>20～30 cm、>10～20 cm和0～10 cm土层比较，容重增大11.93%、34.07%和45.24（P<0.01）;高山荒漠草甸草原植被带>30～40 cm土层与>20～30 cm、>10～20 cm和0～10 cm土层比较，容重增大11.61%、37.36%和42.05（P<0.01）;山地荒漠草原植被带>30～40 cm土层与>20～30 cm土层比较，容重增大4.59%（P>0.05），与>10～20 cm土层比较，容重增大6.54%（P<0.05），与0～10 cm土层比较，容重增大8.57%（P<0.01）。究其原因是随着土层垂直深度的加深，土壤有机质含量减少，土壤紧实，导致容重增大。

3.2 总孔隙度变化特征

由表2可知，4种植被带土壤剖面0～40 cm土层总孔隙度均值变化顺序为：山地森林草原植被带>亚高山灌木植被带>高山荒漠草甸草原植被带>山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带0～40 cm土层总孔隙度均值与亚高山灌木植被带比较，增加4.91%（P>0.05），与高山荒漠草甸草原植被带比较，增加6.20%（P<0.05），与山地荒漠草原植被带比较，增加9.61%（P<0.01）。这种变化规律与不同植被带覆盖度、有机碳含量和枯落物积累量有关。4种植被带土壤剖面不同层次总孔隙度由大到小依次为0～10 cm、>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm。山地森林草原植被带0～10 cm土层总孔隙度为70.94%，与>10～20 cm土层比较，增加3.87%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加11.24%和27.02%（P<0.01）;亚高山灌木植被带0～10 cm土层总孔隙度为68.30%，与>10～20 cm土层比较，增加4.02%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加16.02%和26.58%（P<0.01）;高山荒漠草甸草原植被带0～10 cm土层总孔隙度为66.79%，与>10～20 cm土层比较，增加1.72%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加15.67%和26.42%（P<0.01）;山地荒漠草原植被带0～10 cm土层总孔隙度为60.38%，与>10～20 cm和>20～30 cm土层比较，分别增加1.28%和2.56%（P>0.05），与>30～40 cm土层比较，增加5.97%（P<0.01）。究其原因是0～10 cm土层植被根系多、有机碳含量高、枯落物积累量大，导致土壤疏松，因而增大了孔隙度。

3.3 水稳性团聚体变化特征

由表2可知，4种植被带土壤剖面0～40 cm土层水稳性团聚体均值变化顺序为：山地森林草原植被带>亚高山灌木植被带>高山荒漠草甸草原植被带>山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带剖面0～40 cm土层水稳性团聚体均值为33.69%，与亚高山灌木植被带、高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，增加11.22%、22.15%和35.41%（P<0.01），这种变化规律与不同植被带有机碳含量有关。4种植被带土壤剖面不同层次水稳性团聚体由大到小依次为0～10 cm、>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm。山地森林草原植被带0～10 cm土层水稳性团聚体为39.53%，与>10～20 cm土层比较，增加6.32%（P<0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加29.39%和43.85%（P<0.01）;亚高山灌木植被带0～10 cm土层水稳性团聚体为36.25%，与>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加9.92%、34.06%和45.76%（P<0.01）;高山荒漠草甸草原植被带0～10 cm土层水稳性团聚体为33.39%，与>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加11.26%、38.66%和46.26%（P<0.01）;山地荒漠草原植被带0～10 cm土层水稳性团聚体为30.61%，与>10～20 cm层比较，增加8.70%（P<0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加37.82%和65.10%（P<0.01）。究其原因是0～10 cm土层生物量大，这些生物量的枯落物在土壤中合成土壤腐殖质，促进了水稳性团聚体的形成。BE1FEC4D-3F78-488F-BF11-328AC6895654

3.4 CEC变化特征

由表2可知，4种植被带土壤剖面0～40 cm土层CEC均值变化顺序为：山地森林草原植被带>亚高山灌木植被带>高山荒漠草甸草原植被带>山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带0～40 cm土层CEC均值24.04 cmol·kg^-1，与亚高山灌木植被带、高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，分别增加10.23%、25.47%和66.60%（P<0.01）。同一土层植被带不同，其CEC也具有差异性，0～10 cm土层CEC变化顺序为：山地森林草原植被带>亚高山灌木植被带>高山荒漠草甸草原植被带>山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带0～10 cm土层CEC为27.07 cmol·kg^-1，与亚高山灌木植被带、高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，分别增加14.70%、24.52%和64.76%。4种植被带土壤剖面不同层次CEC由大到小依次为0～10 cm、>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm，山地森林草原植被带0～10 cm土层CEC为27.07 cmol·kg^-1，与>10～20 cm土层比较，增加8.37%（P<0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加15.83%和30.40%（P<0.01）;亚高山灌木植被带0～10 cm土层CEC为23.60 cmol·kg^-1，与>10～20 cm比较，增加1.81%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加9.05%和25.47%（P<0.01）;高山荒漠草甸草原植被带0～10 cm土层CEC为21.74 cmol·kg^-1，与>10～20 cm比较，增加3.18%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加21.18%和36.82%（P<0.01）;山地荒漠草原植被带0～10 cm土层CEC为16.43 cmol·kg^-1，与>10～20 cm层比较，增加3.27%（P<0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别增加21.88%和38.30%（P<0.01）。究其原因是0～10 cm土层有机碳含量高，有机碳是有机胶体，有机胶体吸附能力强，因而提高了土壤阳离子交换量。

3.5 pH值变化特征

由表2可知，4种植被带土壤剖面0～40 cm土层pH均值变化顺序为：山地森林草原植被带<亚高山灌木植被带<高山荒漠草甸草原植被带<山地荒漠草原植被带。山地森林草原植被带0～40 cm土层pH均值为6.95，与亚高山灌木植被带比较，降低4.66%（P>0.05），与高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，分别降低5.44%和6.59%（P<0.05）。同一土层植被带不同，pH也不尽相同，0～10 cm土层pH变化顺序为：山地森林草原植被带<亚高山灌木植被带<高山荒漠草甸草原植被带<山地荒漠草原植被带;山地森林草原植被带0～10 cm土层pH为6.71，与亚高山灌木植被带、高山荒漠草甸草原植被带和山地荒漠草原植被带比较，pH降低分别7.45%、7.70%和9.20%。4种植被带土壤剖面不同层次pH由小到大依次为0～10 cm、>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm。山地森林草原植被带0～10 cm土层pH为6.71，与>10～20 cm土层比较，降低0.59%（P>0.05），与>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，降低5.36%和7.19%（P<0.05）;亚高山灌木植被带0～10 cm土层pH为7.25，与>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别降低0.28%、0.55%和1.09%（P>0.05）;高山荒漠草甸草原植被带0～10 cm土层pH为7.27，与>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别降低1.10%、1.36%和1.89%（P>0.05）;山地荒漠草原植被帶0～10 cm土层pH为7.39，与>10～20 cm、>20～30 cm和>30～40 cm土层比较，分别降低0.54%、1.21%和1.34%（P>0.05）。究其原因是0～10 cm土层有机碳含量高，有机碳被微生物分解后产生的有机酸，因而降低了pH。

4 结论

4种植被带0～40 cm土层容重随着土层垂直深度的加深而递增。总孔隙度和水稳性团聚体随着土层垂直深度的加深而递减，究其原因：一是山地森林草原带土层有机碳含量高，使土壤疏松，容重降低，孔隙度增大;二是山地森林草原带枯落物积累量大，这些枯落物在土壤中合成腐殖质促进了水稳性团聚体的形成[20]。4种植被带土壤剖面CEC由大到小的变化顺序依次为：山地森林草原带>亚高山灌丛带>高山荒漠草甸草原带>山地荒漠草原带，究其原因是，山地森林草原带枯落物积累量多，这些枯落物在土壤微生物的作用下合成了腐殖质，腐殖质带负电荷吸附了土壤中的阳离子[21]，因而增大了土壤的CEC。4种植被带0～40 cm土层pH随着土层垂直深度的增加pH在递增，究其原因是山地森林草原带枯落物积累量多，这些枯落物在分解过程中产生的有机酸，降低了pH。4种植被带0～40 cm土层团聚体和CEC随土层深度增加而降低，而容重和pH随土层深度增加而增大。BE1FEC4D-3F78-488F-BF11-328AC6895654

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