蜀南竹海毛竹林土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性

高強(qiáng)偉，代　斌，羅承德,*，劉　麗，馬　丹，張翠翠

1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，林學(xué)院，成都　611130 2 廣西交通科學(xué)研究院，南寧　530000

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蜀南竹海毛竹林土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性

高強(qiáng)偉1,2，代斌1，羅承德1,*，劉麗1，馬丹1，張翠翠1

1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，林學(xué)院，成都611130 2 廣西交通科學(xué)研究院，南寧530000

摘要:土壤空間異質(zhì)性是土壤的重要綜合屬性，對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)與功能以及植被的空間格局有重要影響。以蜀南竹海核心區(qū)毛竹林土壤為研究對(duì)象，采用1∶10000地形圖為工作底圖，按公里網(wǎng)格布點(diǎn)，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析了土壤物理性質(zhì)的空間異質(zhì)性，旨在為研究區(qū)毛竹林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考。結(jié)果表明：除土壤最大持水量和最小持水量外，研究區(qū)土壤粘粒、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和毛管持水量等5個(gè)土壤物理性質(zhì)空間變異性明顯，其半變異函數(shù)用指數(shù)、高斯和球狀模型擬合，變程范圍在1252.3—11887.1 m，塊金值和基臺(tái)值比值范圍為0.03%—52.07%，表明各物理性質(zhì)有不同程度的空間自相關(guān)性；土壤持水特性有較大的塊金值，說明存在小尺度的空間異質(zhì)性；普通克里格插值及物理性質(zhì)空間分布圖表明，土壤物理性質(zhì)在空間分布上具有斑塊性，在不同土層深度的空間分布有一致性。人為干擾是影響研究區(qū)土壤物理性質(zhì)空間分布格局的一個(gè)主要原因。減少人為干擾，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，維護(hù)與提高毛竹林生產(chǎn)力。

關(guān)鍵詞：蜀南竹海；土壤物理性質(zhì)；空間異質(zhì)性；變異函數(shù)

土壤是地殼的風(fēng)化層在氣候、地形、時(shí)間、生物的共同作用下形成的非均質(zhì)和變化的時(shí)空連續(xù)體[1]，具有高度的空間變異性，即使在土壤類型和質(zhì)地相同的區(qū)域內(nèi)，同一時(shí)刻土壤特性(物理性質(zhì)、養(yǎng)分含量等)在空間上也有明顯差異，土壤的這種屬性被稱為土壤特性的空間變異性[2- 4]。土壤特性的空間變異是由土壤復(fù)雜的形成過程導(dǎo)致的，母質(zhì)和氣候在大尺度上決定了土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性，而在一個(gè)具體的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，土壤空間異質(zhì)性除了受母質(zhì)和氣候的影響外，地形和生物的影響起主導(dǎo)作用，尤其是在小尺度上，地上地下的生物相互作用是導(dǎo)致土壤空間異質(zhì)性的主要原因[5]。不同尺度上的土壤空間異質(zhì)性不但對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)與功能有重要的影響，而且對(duì)植被的空間格局也有重要的影響[6]。在過去20年間，大量有關(guān)“異質(zhì)性”、變異性”、“格局”和“尺度”方面的研究結(jié)果，迫使生態(tài)學(xué)家們放棄以往研究中所做的“理想化、均一、恒定的環(huán)境”假設(shè)[7]。探討特定尺度下的土壤空間異質(zhì)性，對(duì)了解土壤性質(zhì)的空間組成、空間構(gòu)型和空間關(guān)聯(lián)性，揭示空間格局對(duì)土壤生態(tài)過程的影響具有重要意義[8]。然而，由于土壤物理性質(zhì)本身的不均一性和空間變異性，以至環(huán)境和人為因素對(duì)土壤物理性質(zhì)影響的規(guī)律或變化趨勢(shì)，人們?nèi)圆皇鞘智宄9]。

蜀南竹海是我國(guó)唯一以大面積竹景為特色的國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，也是我國(guó)毛竹富集區(qū)之一。20 世紀(jì)80 年代末，蜀南竹海景區(qū)毛竹林成片死亡，是該區(qū)林地土壤退化的明顯標(biāo)志，是影響該區(qū)毛竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[10- 11]，恢復(fù)與提高毛竹林生產(chǎn)力已成為當(dāng)務(wù)之急。現(xiàn)有毛竹林土壤的研究，大多集中在土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)、滲透性能以及不同經(jīng)營(yíng)類型毛竹林土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)(含土壤呼吸)等方面[12- 16]，至于毛竹林土壤物理性質(zhì)的研究，側(cè)重于剖面的垂直分異或者不同林型條件下的變化，缺乏土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性的深入研究。本文以蜀南竹海毛竹林土壤為研究對(duì)象，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究其物理性質(zhì)空間異質(zhì)性，以期為維護(hù)與提高毛竹林生產(chǎn)力，增強(qiáng)生態(tài)服務(wù)功能提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。

圖1　樣點(diǎn)分布圖及研究區(qū)邊界　Fig.1　Scattergram of border of study area and sampling sites

1研究區(qū)概況

蜀南竹海風(fēng)景名勝區(qū)(26°33′17″—28°26′46″N，104°5′11″—105°4′54″E)位于四川省宜賓市長(zhǎng)寧、江安兩縣連接地帶，地處四川盆地南緣向云貴高原過渡的連天山余脈。景區(qū)地勢(shì)中部最高，東部次之，西部最低，海拔高程在260—1000 m之間。總面積達(dá)120 km2，核心景區(qū)42.228 km2。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年降水量1200—2000 mm，年平均氣溫14.5—18°C。景區(qū)內(nèi)主要的植物為竹類，覆蓋率大于87%，其中毛竹(Phyllostachysheterocyclacvpubescens)占91%，其他還有鳳尾竹、琴絲竹、方竹、慈竹、黃竹、水竹、黑竹、斑竹等，畝均立竹170根以上，該區(qū)毛竹林平均年齡為6a左右。出露巖層屬白堊系夾關(guān)組紫紅色厚層長(zhǎng)石砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖。土壤類型為山地黃壤和紫色土，質(zhì)地大多為砂壤，透水性能好，土壤pH約5。

2研究方法

2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以核心景區(qū)1∶10000地形圖為工作底圖，按照公里網(wǎng)格(1000m×1000m)設(shè)置34個(gè)樣點(diǎn)(圖1)。用GPS導(dǎo)航，到實(shí)地確定樣點(diǎn)位置。若圖上標(biāo)明的位置在野外無法到達(dá)，或?yàn)樗?、農(nóng)田等時(shí)，就近另選樣點(diǎn)，并在圖上標(biāo)明準(zhǔn)確位置，重新用GPS確定其經(jīng)緯度。在每一樣點(diǎn)附近挖3個(gè)臨時(shí)剖面，作為采樣點(diǎn)，記錄各采樣點(diǎn)坡向、海拔、土層厚度等(表1)。由于土壤的生物活性主要集中在表層幾cm—30 cm[17]，因此，每個(gè)采樣點(diǎn)按照0—20 cm、20—40 cm土層分別用環(huán)刀取樣，供分析土壤的水分物理性質(zhì)。同時(shí)另取50 g土樣放入鋁盒中，分析土壤水分含量，再取200 g土樣裝入塑料袋中，供土壤粘粒含量分析。

表1　樣點(diǎn)基本情況

2.2土壤物理性質(zhì)的選擇與測(cè)定方法

土壤物理性質(zhì)是衡量土壤肥力和林地環(huán)境質(zhì)量高低的重要參數(shù)。本文選取土壤粘粒、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量和最小持水量等7個(gè)因子，作為度量土壤物理性質(zhì)的參數(shù)。土壤水分含量采用“烘干法”測(cè)定，容重、毛管持水量和孔隙度采用“環(huán)刀法”測(cè)定，土壤粘粒含量采用“吸管法”測(cè)定[18]。每個(gè)樣點(diǎn)附近3個(gè)臨時(shí)剖面土壤物理性質(zhì)測(cè)定值取其均值，為該樣點(diǎn)土壤的物理性質(zhì)。

2.3數(shù)據(jù)處理2.3.1數(shù)據(jù)分析方法

(1)半變異函數(shù)

半變異函數(shù)(semivariograms)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中用以探索土壤空間變異性的最關(guān)鍵的函數(shù)，也稱為半方差函數(shù)，反映了土壤性質(zhì)在不同距離上觀察值之間的變化。半方差函數(shù)是一個(gè)連續(xù)的函數(shù)，描述了土壤性質(zhì)空間變異的連續(xù)性[19]。在一維條件下，當(dāng)空間點(diǎn)x在一維x軸上變化時(shí)，區(qū)域變量Z(x)在點(diǎn)x和(x+h)處的值Z(x)與Z(x+h)差的方差的一半，定義為區(qū)域化變量Z(x)在x軸方向上的變異函數(shù)，記為γ(h)，即

(1)

式中，γ(h)是半方差函數(shù)，h為樣本間距又稱為步長(zhǎng)或位差(Lag)，N(h)表示的是間距為矢量h的所有觀測(cè)點(diǎn)對(duì)的數(shù)目。Z(xi)、Z(xi+h)表示Z(x)在xi和xi+h位置上的實(shí)測(cè)值。圖2為變異函數(shù)曲線示意圖。

圖2　球面模型半方差函數(shù)曲線示意圖Fig.2　Semivariogram of spherical model

圖中，C0稱為塊金值，它表示h很小時(shí)，兩點(diǎn)間取值的變化，反映了區(qū)域化變量Z(x)內(nèi)部隨機(jī)性的可能程度；a為變程，它的大小反映了研究對(duì)象中某一區(qū)域化變量的變化程度，也反映了影響范圍?；_(tái)值由拱高C和塊金值C0之和組成，反映某區(qū)域化變量在研究范圍內(nèi)變異的強(qiáng)度。通常使用塊金值與基臺(tái)值之比C0/(C0+C)或拱高與基臺(tái)值之比C/(C0+C)，反映隨機(jī)部分或自相關(guān)部分占總空間異質(zhì)性的大小。根據(jù)Cambardella等[20]研究結(jié)果，當(dāng)C0/(C0+C)<25%時(shí)，表示土壤物理性質(zhì)有很強(qiáng)的空間依賴程度，25%≤C0/(C0+C)≤75%時(shí)，表示土壤物理性質(zhì)有中等程度的空間依賴程度，C0/(C0+C)>75%時(shí)，相應(yīng)的土壤物理性質(zhì)被認(rèn)為有很弱的空間依賴。決定系數(shù)表示變異函數(shù)與模型擬合的程度，決定系數(shù)越大，模型擬合度越高[21]。

(2)空間插值方法(克立格，Kriging法)

空間插值是使用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以采樣間隔比較大的土壤質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)未采樣點(diǎn)進(jìn)行插值，從而得到面狀的數(shù)據(jù)，以便生成土壤質(zhì)量等級(jí)圖。由此可知，土壤質(zhì)量精確管理的一個(gè)重要基礎(chǔ)，是較理想的空間插值結(jié)果。用于插值分析的方法很多，克立格(Kriging)插值法是目前應(yīng)用比較廣泛的一種[22- 23]?？肆⒏癫逯祵?shí)際上是一個(gè)進(jìn)行局部估計(jì)的加權(quán)平均值，其表達(dá)式為

(2)

式中，Z(xo)是未采樣點(diǎn)xo處的內(nèi)插估測(cè)值，Z(Xi)表示的是xo附近的若干采樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)值。

2.3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算土壤物理性質(zhì)的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、偏度、峰度、W檢驗(yàn)等。應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)方法對(duì)土壤物理性質(zhì)進(jìn)行分析，建立變異函數(shù)理論模型，并通過塊金值、基臺(tái)值、變程、結(jié)構(gòu)比等參數(shù)，分析土壤物理性質(zhì)的空間變異規(guī)律，再運(yùn)用克立格空間局部插值估計(jì)法(Kriging)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同位置的觀測(cè)指標(biāo)進(jìn)行插值估計(jì)，揭示空間分布格局。

基本統(tǒng)計(jì)分析利用SPSS 17.0 完成，地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析用GS+ Version9完成，克立格空間局部插值估計(jì)用arcGIS9.3空間分析模塊中的普通克立格法(Ordinary Kriging)完成。

3結(jié)果與分析

3.1土壤物理性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析表明(表2)，研究區(qū)0—20 cm土壤粘粒、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量和最小持水量均大于20—40 cm土層，惟土壤容重正好相反。說明研究區(qū)土壤隨土層厚度增加，土壤粘粒、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、最大持水量和最小持水量減小，而土壤容重則隨土層加深而增大。按照反映離散程度變異系數(shù)(CV)的大小，變異系數(shù)可以粗略分級(jí)為弱變異CV<10%，中等變異10%≤CV≤100%，強(qiáng)變異CV>100%[24]。因此，從表1可知，0—20 cm和20—40 cm土壤變異系數(shù)變化范圍分別為15.17—40.87%和14.78—57.09%，均為中等程度的變異；并且0—20 cm土壤毛管持水量、最大持水量、最小持水量、毛管孔隙度、容重的變異均大于20—40 cm的變異，而土壤粘粒、非毛管孔隙度變異均小于20—40 cm的變異。這與土層越深，土壤石礫含量增多以及毛竹根系分布狀況等有很大關(guān)系。

表2　毛竹林土壤物理性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)特征

3.2土壤物理性質(zhì)的空間變異性

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)中的變異系數(shù)僅僅從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度描述了這些土壤物理性質(zhì)的變化程度，但不能反映這些物理性質(zhì)的空間分布格局與空間異質(zhì)性尺度。表3 是土壤物理性質(zhì)變異函數(shù)的理論模型及有關(guān)參數(shù)。從表3可以看出，物理性質(zhì)空間變異尺度即變程為404.9—11887.1 m。其中，0—20 cm土壤粘粒的變程最大(11887.1 m)，0—20 cm土壤最小持水量的變程最小(404.9 m)；0—20 cm土壤粘粒、非毛管孔隙的空間變異尺度大于20—40 cm土層，而毛管孔隙度、容重、毛管持水量、最大持水量和最小持水量的空間變異尺度小于20—40 cm土層。因?yàn)閮蓚€(gè)土層土壤最大持水量(636.0、710.7 m)和最小持水量(404.9、534.1 m)的變程小于采樣間距1000 m，所以不符合內(nèi)插條件，難于進(jìn)行空間插值計(jì)算，而其他物性質(zhì)變程均大于采樣間距1000 m，符合內(nèi)插條件要求，可以進(jìn)行空間插值計(jì)算。

表3　毛竹林土壤物理性質(zhì)的變異函數(shù)理論模型及有關(guān)參數(shù)

從表3還可以看出，0—20 cm土壤物理性質(zhì)的基臺(tái)值(C+C0)均大于20—40 cm土層，說明0—20 cm土壤物理性質(zhì)總的空間變異程度大于20—40 cm土層。另一方面，0—20 cm非毛管孔隙度和20—40 cm毛管孔隙度的C0/(C0+C)較大，在25—75%之間，屬于中等程度的空間依賴程度，而兩個(gè)土層的其他物理性質(zhì)均小于25%，屬于很強(qiáng)的空間依賴程度，特別是兩個(gè)土層的土壤容重和20—40 cm土壤粘粒空間自相關(guān)性較大(基底效應(yīng)小于1%)。說明研究區(qū)雖然人為等隨機(jī)干擾較嚴(yán)重，但大多數(shù)土壤物理性質(zhì)穩(wěn)定性較強(qiáng)，具有較好的空間結(jié)構(gòu)性。

3.3土壤物理性質(zhì)的空間分布格局

根據(jù)以上分析結(jié)果可知，研究區(qū)土壤粘粒、容重、毛管持水量、非毛管孔隙度和毛管孔隙度等5個(gè)物理性質(zhì)符合空間內(nèi)插條件，于是按照其變異函數(shù)模型進(jìn)行克里格插值，分別繪制0—20cm和20—40 cm空間分布圖(圖3,圖4)

圖3　毛竹林土壤0—20 cm土壤物理性質(zhì)空間分布格局Fig.3　Spatial distribution of soil physical factors in the 0—20 cm on bamboo forest

圖4　毛竹林土壤20—40 cm土壤物理因子空間分布格局Fig.4　Spatial distribution of soil physical factors in the 20—40 cm on bamboo forest

從圖3、圖4看出，土壤粘粒含量在0—20 cm土層分布格局較20—40 cm明顯，并且由東南角粘粒較少的斑塊呈放射狀向東北和西北遞增，并在東北角和西北角達(dá)到最大值。圖3、圖4中，土壤容重較小的斑塊都出現(xiàn)在中部地區(qū)，而在北角容重都偏大。其中，0—20 cm土壤容重空間分布呈相互交替的不規(guī)則點(diǎn)狀， 20—40 cm土壤容重空間分布格局較0—20 cm明顯，斑塊之間過渡明顯，但兩個(gè)土層土壤容重均在東北角和西北角較大。圖3-c、圖4-c表明，兩個(gè)土層土壤毛管持水量空間分布格局較為相似，呈較大的長(zhǎng)塊狀貫穿于南北之間并向東北角延伸，較小的分布在西北角，這與研究區(qū)地勢(shì)中部高，b東西部較低的變化相似，并與趙超[25]在不同海拔毛竹林土壤特征的研究結(jié)果相一致。由圖3、圖4可看出，兩個(gè)土層土壤非毛管孔隙度空間分布格局均較明顯，兩個(gè)土層之間也較相似。非毛管孔隙度較小的兩個(gè)斑塊鑲嵌在較大的基質(zhì)上，斑塊之間有明顯的過渡現(xiàn)象。但不同土層之間也有一定的差異，0—20cm土層非毛管孔隙斑塊組成更大，過渡現(xiàn)象更明顯，非毛管孔隙度較少的分布在中南和中西部，這與0—20cm土壤容重分布格局正好相反。說明它們之間存在直接或間接制約作用。圖3、圖4所示，兩個(gè)土層土壤毛管孔隙度空間分布不明顯。 其中，0—20 cm土壤毛管孔隙度最大的斑塊分布在北部和南部，最小的分布在西部；20—40 cm土壤毛管孔隙度較大的斑塊分布在中部，整體上由中部向東西兩個(gè)方向遞減。

3.4土壤物理性質(zhì)變異函數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

從表4可看出，土壤毛管孔隙的空間變異與毛管持水量、非毛管孔隙度的空間變異有密切關(guān)系，并且達(dá)到極顯著水平；土壤容重與粘粒的空間變異有密切關(guān)系，并且在20—40 cm土層達(dá)到極顯著水平；20—40 cm土壤容重與非毛管孔隙的空間變異有密切關(guān)系。說明隨著土層厚度增加，各物理性質(zhì)之間的相互作用越突出。這主要是因?yàn)樯顚油寥朗艿酵饨绺蓴_影響較少，土壤性質(zhì)之間的相互作用占主導(dǎo)作用。

表4　毛竹林土壤物理性質(zhì)變異函數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)

*顯著相關(guān)，α(0.05)=0.602； **極顯著相關(guān)，α(0.01)=0.735

4討論與結(jié)論

近年來，對(duì)土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性的研究逐漸受到重視，但由于不同的生態(tài)系統(tǒng)和不同的采樣尺度，所得土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性的研究結(jié)果有很大的差異。李巖[26]等人在闊葉紅松林林隙土壤物理性質(zhì)微環(huán)境(采樣間距為2—22.6 m)異質(zhì)性研究中發(fā)現(xiàn)，土壤毛管持水量的變程在0—20 cm為4.39 m，空間依賴程度為15.10%；20—40 cm變程為1.83 m，空間依賴程度為21.90%。Iqbal等[27]研究了農(nóng)田土壤物理性質(zhì)的空間異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)表層土壤容重的變程為106m，空間依賴程度為29%。與本研究相比，李巖和Iqbal等的采樣尺度和最小間隔距離均小于本研究(1000m)，因此得出的變程也小于本研究，而孫玉冰等[28]的研究尺度(研究樣地為1141km2，最小采樣間隔為8 km)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本研究尺度，所得變程(容重變程11.90 km)也遠(yuǎn)大于本研究。這是因?yàn)樵诓煌某叨壬希绊懲寥牢锢硇再|(zhì)空間分布格局的因素和生態(tài)過程不同，即微小尺度上土壤微生物活動(dòng)為主要影響因素；在cm到m的尺度上，土壤動(dòng)物的活動(dòng)為主要影響因素；而在更大尺度上，地形、土壤母質(zhì)、植被等對(duì)土壤物理性質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)影響較大[29]。因此，土壤物理性質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)特征隨采樣間距大小的變化而變化，在特定采樣尺度下便顯示相應(yīng)的變化規(guī)律。

在本研究中，土壤粘粒、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量等5個(gè)物理性質(zhì)的變程為1252.3—11887.1m，均大于1000m，因此采用公里網(wǎng)格布點(diǎn)是合理的。土壤最大持水量和最小持水量的空間變異尺度較小(404.9—710.7 m)。這是因?yàn)橥寥雷畲蟪炙渴墉h(huán)境因子影響較大，特別是坡向、坡度、地貌、海拔和土層厚度等因子影響[30]，土壤最小持水量與土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量以及土地經(jīng)營(yíng)狀況有關(guān)，不同土壤的最小持水量不同，即使是同一種土壤，由于經(jīng)營(yíng)方式不同，最小持水量亦不同[31]。因此，在以后類似土壤水分物理性質(zhì)研究中，采用公里網(wǎng)格布點(diǎn)不能較好反映他們的空間分布結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)縮小采樣間距，不能超過500 m，以300—400 m為宜。這是因?yàn)槿绻蓸娱g距過大，難于精確反映土壤物理性質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)性，而采樣間距過小，則造成人力、物力的浪費(fèi)。土壤調(diào)查與研究中，布點(diǎn)抽樣是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究土壤物理性質(zhì)的空間異質(zhì)性，如何在保證精度的前提下確定適宜的采樣間距，需要進(jìn)一步的研究。

土壤物理性質(zhì)空間變異與許多因素有關(guān)，是母質(zhì)、地形、氣候等結(jié)構(gòu)性因素和土壤生物、人為干擾等隨機(jī)因素共同作用的結(jié)果。研究區(qū)土壤的物理性質(zhì)，除土壤容重外，其數(shù)值隨土層厚度增加而減小，土壤物理性質(zhì)的變異系數(shù)，總體上也是0—20cm土層大于20—40cm土層，但不同土層的土壤物理性質(zhì)都存在空間自相關(guān)性；另外，從土壤物理性質(zhì)的空間分布格局可以看出，研究區(qū)中部土壤的物理性能優(yōu)于東部和西部。這一方面與研究區(qū)地勢(shì)中部較高，東、西部較低有關(guān)(與趙超等人的研究結(jié)果一致)，另一方面與風(fēng)景區(qū)活動(dòng)中心在東、西部，游客滿載，加上近年來工程建設(shè)，頻繁的采竹、挖筍等人為干擾有關(guān)。

森林對(duì)土壤一些性質(zhì)的影響，首先表現(xiàn)在土壤物理性質(zhì)的改變上。這是因?yàn)榱帜局寥罆r(shí)，首先在土壤表層發(fā)展強(qiáng)大的根系，給通氣和透水創(chuàng)造良好條件，改變持水量，改善土壤的結(jié)構(gòu)等土壤水分物理性質(zhì)[32]。因此，研究區(qū)一要科學(xué)管理，盡量減少人為干擾，二要優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，改善土壤物理性質(zhì)，增強(qiáng)土壤的生物自肥作用，維護(hù)與提高毛竹林生產(chǎn)力。

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Spatial heterogeneity of soil physical properties inPhyllostachysheterocyclacvpubescensforest, South Sichuan Bamboo Sea

GAO Qiangwei1,2, DAI Bin1, LUO Chengde1,*,LIU Li1, MA Dan1, Zhang Cuicui1

1ForestryofCollege,SichuanAgriculturalUniersity,Chengdu611130,china2GuangxiTransportationResearchInstitute,Nanning530000,china

Abstract：Soil spatial heterogeneity is an important property of soil integration and has significant effects on the spatial patterns related to the structure, function, and vegetation of soil. The object of the study reported in this paper was the soil in a Phyllostachys heterocycla cv. Pubescens forest, a core scenic spot within the South Sichuan Bamboo Sea. According to geo-statistical methods, a topographic map at a scale of 1∶10000 was used to set the intersections of 1 km-square mesh points as observation points. At each observation point, the spatial heterogeneity of soil physical factors was analyzed, with the aim of supplying the basic data and theoretical reference for the sustainable management of the bamboo forest in the study area. The results showed that except for the maximum and the minimum water holding capacity of the soil, the five physical factors measured (soil clay particles, bulk density, non-capillary porosity, capillary porosity, and capillary water holding capacity) in the study area exhibited obvious spatial heterogeneity. Indexes, along with Gaussian and Spherical models, were used to fit the semi-variant function of the measured parameters. The major range of these indexes was between 1252.3 and 11887.1 m. The ratio of Nugget and Still, ranging from 0.03% to 52.07%, suggested that the physical factors had different levels of spatial autocorrelation. The soil water retention had a higher Nugget ratio, explaining a small-scale spatial heterogeneity existing in it. The Ordinary Kriging, and the spatial distribution map of physical properties showed that the soil physical properties had a plaque-type spatial distribution. Among the different layers, the spatial distribution was consistent. Human disturbance was the major factor affecting the space distribution pattern of the soil physical properties. To maintain and improve the productivity of the bamboo forest, human disturbance must be reduced and the stand structure optimized.

Key Words:South Sichuan Bamboo Sea; soil physical property; spatial heterogeneity; variation function

基金項(xiàng)目:四川省科技支撐項(xiàng)目(2012ZZ0037)

收稿日期:2014- 10- 06;

修訂日期:2015- 04- 15

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: Lcdya@163.com

DOI:10.5846/stxb201410061961

高強(qiáng)偉，代斌，羅承德，劉麗，馬丹，張翠翠.蜀南竹海毛竹林土壤物理性質(zhì)空間異質(zhì)性.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(8):2255- 2263.

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