遼東山地古石河冰緣地貌不同植被類型表層土壤特性

弋靈均, 張 華,2, 侯 榮, 熊丹陽, 何 紅, 劉玉國, 金 郁

(1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連 116029; 2.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心, 遼寧 大連 116029; 3.遼寧師范大學(xué) 分析測試中心, 遼寧 大連 116029)

遼東山地古石河冰緣地貌不同植被類型表層土壤特性

弋靈均1, 張 華1,2, 侯 榮1, 熊丹陽1, 何 紅1, 劉玉國1, 金 郁3

(1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連 116029; 2.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心, 遼寧 大連 116029; 3.遼寧師范大學(xué) 分析測試中心, 遼寧 大連 116029)

[目的] 對遼東山地古石河冰緣地貌不同植被類型下表層土壤特性進(jìn)行研究，為遼東山區(qū)冰緣地貌土壤生態(tài)環(huán)境的管理和保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。 [方法] 以老禿頂子古石河冰緣地貌發(fā)育的落葉闊葉林、針闊混交林、暗針葉林、灌草叢4種植被類型表層土壤為研究對象，采用野外定點(diǎn)取樣及實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方法，研究不同植被類型下的土壤特性。[結(jié)果] 土壤屬于酸性淋溶土，含有多種氧化物 ，各植被類型間土壤特性存在明顯差異，相對而言，灌草叢表土溫度較高，毛管孔隙所占比例大，保水蓄水能力較強(qiáng)；針闊混交林土壤比重小，疏松程度好，有機(jī)質(zhì)含量較高；暗針葉林土壤酸性較強(qiáng)；落葉闊葉林和針闊混交林土壤水分更有利于植物生長，枯落物現(xiàn)存量較多，涵養(yǎng)水源和保持水土功能較好。 [結(jié)論] 海拔高度對土壤特性影響顯著，枯落物現(xiàn)存量及養(yǎng)分儲量與土壤特性有明顯定量關(guān)系。保護(hù)區(qū)可通過改善土壤養(yǎng)分含量維持生境穩(wěn)定性。

冰緣地貌; 植被類型; 土壤特性; 變異系數(shù); 老禿頂子

文獻(xiàn)參數(shù)： 弋靈均, 張華, 侯榮, 等.遼東山地古石河冰緣地貌不同植被類型表層土壤特性[J].水土保持通報，2017,37(2)：7-16.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170210.001； Yi Lingjun, Zhang Hua, Hou Rong, et al. Surface Soil Characteristics of Different Vegetation Types of Ancient Block Stream-Periglacial Landform at Mountain Areas in Eastern Liaoning Province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：7-16.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170210.001

土壤是植被的基礎(chǔ),土壤為植被提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ),而植被的出現(xiàn)也影響著土壤的形成和發(fā)育[1-3]。不同植被類型影響著土壤特性,通過研究土壤特性的差異,對于了解森林與土壤之間的關(guān)系和森林植物群落的更新以及演替、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持方面有重要意義[4-9]。中國的冰緣地貌主要分布在東北大小興安嶺、長白山以及西部高山高原和東部一些較高山地[10-11]。遼東老禿頂子山作為遼寧第一峰是長白山系龍崗支脈的西南延伸地段,冰緣地貌形成于第四紀(jì)冰期的極盛期,其上廣泛分布有石海、石河和石流坡等古冰緣地貌。由于冰緣地貌礫石混亂無序搭接,基質(zhì)穩(wěn)定性極差,在風(fēng)力、流水、地震等外力作用下具有潛在的移動性,屬于山嘯、泥石流等重大地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段,生境極其脆弱[12]。同時這種苛刻的地質(zhì)條件,成土不同于尋常裸地,形成期十分漫長且土層厚度薄厚不等,分布不均,甚至局部出現(xiàn)土壤缺失,植被扎根不穩(wěn)定。動態(tài)的地貌發(fā)展和微薄的土壤支持,使冰緣地貌植物群落更新難、演替慢。因此充分利用土壤條件對植被生長的影響,改善土壤的理化性質(zhì),有效預(yù)防水土流失,固土保肥以提高植被的覆蓋狀況、豐富植被的種屬組合,是提高冰緣地貌穩(wěn)定的實(shí)際工作需要。目前,已有學(xué)者對遼東山地冰緣地貌的成因、類型以及環(huán)境效應(yīng)、植被分布和演替規(guī)律等方面進(jìn)行了初步調(diào)查研究[12-16],而對于遼東山地老禿頂子土壤生態(tài)學(xué)方面的研究主要在土壤水分入滲特征[17]、植物多樣性與土壤特性關(guān)系[18]方面,對冰緣地貌土壤特性的系統(tǒng)研究尚不多見。有鑒于冰緣地貌土壤環(huán)境對該特殊生境穩(wěn)定和整合的作用,本文以遼東中山山地老禿頂子為研究區(qū),基于樣地調(diào)查數(shù)據(jù),采用變異系數(shù)法分析各植被類型間土壤特征的差異變化,利用Pearson相關(guān)性分析方法定量分析土壤特征的影響因素,以期為遼東山區(qū)冰緣地貌土壤生態(tài)環(huán)境的管理和保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

遼東山地老禿頂子(124°41′13″—125°5′15″E,41°11′11″—41°21′34″N)位于遼寧省東部桓仁、新賓兩縣交界處,主峰海拔高1 367.3 m,相對高差867 m,其東、南、西、北4個坡面自山麓至峰頂均分布有比較明顯的植被垂直帶譜,屬典型的北溫帶中山山地森林生態(tài)系統(tǒng)[13-16],其四周群山起伏,冰緣地貌廣泛分布。區(qū)內(nèi)氣候類型屬于北溫帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候,年平均氣溫6.0 ℃,年無霜期139 d,年降雨量為651～1 315 mm,年平均相對濕度72%,地帶性植被為溫性落葉闊葉林,植物區(qū)系屬長白植物區(qū)系的西南邊緣,兼有華北植物區(qū)系的過渡性,生物多樣性豐富,原生植被群落較完整且垂直分布明顯,存有古化石孑遺植物紫杉、天女木蘭,世界獨(dú)有孑遺植物雙蕊蘭[19]。土壤類型主要以棕壤和暗棕壤為典型代表,該區(qū)成壤條件苛刻,多形成于混亂無序搭接的礫石間隙,由花崗巖殘積母質(zhì)發(fā)育而成,土壤厚度薄,結(jié)構(gòu)疏松,有機(jī)質(zhì)含量高,適宜多種植物的生長繁育[12]。境內(nèi)水系發(fā)達(dá),河流網(wǎng)布,石河多處有地下暗河流淌,石塊搭接形成的縫隙中夏季亦有結(jié)冰現(xiàn)象,導(dǎo)致該地貌土壤溫度較低,但土壤營養(yǎng)元素總量及成壤作用均以石河最優(yōu)[12-13]。

2 研究方法

2.1 研究樣地設(shè)置

研究樣地位于老禿頂子?xùn)|坡的場子溝石河冰緣地貌植被分布區(qū)。按不同植被類型共設(shè)置樣地10塊,分別為落葉闊葉林分布段內(nèi)3塊(樣地面積20 m×30 m,下同)、針闊混交林分布段內(nèi)3塊、暗針葉林分布段內(nèi)3塊、灌草叢分布段內(nèi)1塊(樣地面積10 m×10 m)。每塊樣地的基本信息(易測寶T2 GIS采集器及手持羅盤儀測定)詳見表1。

表1 研究樣地基本情況

2.2 樣品采集及土壤環(huán)境因子測試

在每塊樣地內(nèi)按X形選5個枯落物采集點(diǎn),按照未分解層、半分解層和全分解層測定枯落物厚度,然后采用樣方收獲法(1 m×1 m)分層采集枯落物并稱其鮮重(重復(fù)5次);收集每個樣地的枯落物(重復(fù)3次)。在枯落物采集點(diǎn),用英國WET便攜式土壤水分溫度電導(dǎo)率速測儀,測定表土層(0—5 cm)土壤水分、溫度和電導(dǎo)率(重復(fù)5次);用美國產(chǎn)ST-6101土壤緊實(shí)度儀測定土壤緊實(shí)度(重復(fù)5次)并記錄土層厚度;用100 cm3的環(huán)刀在土壤表層取原狀土(重復(fù)5次)并記錄其濕土重量;采集表層0—20 cm土樣[20]。

2.3 室內(nèi)測試分析

將表土層土樣,帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后過篩,枯落物烘干粉碎。土壤水分采用烘干法測定,比重采用比重瓶法測定;pH值采用上海三信儀表廠ExStik系列pH100防水型筆式pH計(jì)測定;土壤有機(jī)質(zhì)含量用沈陽市節(jié)能電爐廠生產(chǎn)的2.5-12型箱式電阻爐,采用灼燒法測定[21];取過2 mm篩的土樣約5 g,枯落物粉末約8 g,分別采用丹東北苑儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SM-1型振動研磨機(jī)研磨，BP-1型粉末壓樣機(jī)壓樣,再將壓樣送入日本Rigaku ZSX PrimusⅡ型全自動掃描型X射線熒光光譜儀,采用基本參數(shù)法測定土樣中化學(xué)元素含量。以上試驗(yàn)均在遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

土壤特性數(shù)據(jù)及其枯落物數(shù)據(jù)分析采用Excel軟件分析處理；不同植被類型間土壤特性的變異程度采用變異系數(shù)(coefficient of variation，Cv)來表征，一般認(rèn)為，Cv≤10%屬于弱變異性，10%≤Cv≤100%屬于中等變異性，Cv≥100%屬于強(qiáng)變異性，變異系數(shù)(%)=(測試因子標(biāo)準(zhǔn)差/測試因子平均值)×100[22]；老禿頂子古冰緣地貌土壤特性與海拔高度及枯落物間的Pearson相關(guān)系數(shù)采用SPSS 19.0分析完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被類型土壤物理性質(zhì)及分異特征

3.1.1 土壤基本物理性質(zhì) 從測試結(jié)果(表2)可以看出,不同植被類型下表土層溫度平均值在19.47±0.50～22.4±2.48 ℃變動,其大小次序依次為:灌草叢>落葉闊葉林>針闊混交林>暗針葉林,其中暴露在山頂?shù)墓嗖輩脖硗翜囟茸罡?其余植被類型表土溫度隨海拔高度的升高而降低;土壤緊實(shí)度平均值在8.08±2.55～17.45±2.38 kg/cm2變動,其大小次序依次為:灌草叢>暗針葉林>落葉闊葉林>針闊混交林,其中灌草叢數(shù)值最大,是數(shù)值最小的針闊混交林的2.2倍;土壤比重平均值在2.44±0.18～2.63±0.03 g/cm3變動,其大小次序依次為:灌草叢>落葉闊葉林>暗針葉林>針闊混交林;土壤容重平均值在0.53±0.1～0.72±0.01 g/cm3變動,其大小次序依次為:灌草叢>暗針葉林>針闊混交林>落葉闊葉林;而總孔隙度的平均值在38.40±0.21%～43.66±1.60%變動,非毛管孔隙度的平均值在10.65±2.83～18.03±2.54%變動,次序恰好與容重次序相反依次為:灌草叢<暗針葉林<針闊混交林<落葉闊葉林。從4種植被類型的變異系數(shù)看,表土層溫度、土壤比重、土壤總孔隙度和土壤毛管孔隙的變異系數(shù)均小于10%,屬于弱變異性,而土壤緊實(shí)度、土壤容重和土壤非毛管孔隙的變異系數(shù)在14.45%～41.57%變動,屬于中等變異性,表明老禿頂子冰緣地貌森林群落表土層溫度及其土壤對水分的保蓄和移動能力都比較均一,而土壤緊實(shí)程度不均,土壤通氣、透水和保肥的能力都具有一定的空間變異。

表2 研究區(qū)不同植被類型土壤的基本物理性質(zhì)

注：A 落葉闊葉林，B 針闊混交林，C 暗針葉林，D 灌草叢。下同。

3.1.2 土壤水分特性 從測試結(jié)果(表3)可以看出,不同植被類型下土壤自然含水量平均值在16.70±2.50%～23.60±7.54%變動,其大小次序依次為:灌草叢>落葉闊葉林>針闊混交林>暗針葉林;土壤吸濕水含量平均值在5.34±0.84%～7.07±1.00%變動,其大小次序依次為:針闊混交林>落葉闊葉林>暗針葉林>灌草叢;土壤最大持水量平均值在534.12±8.73～810.79±88.18 g/kg變動,其大小次序依次為:落葉闊葉林>針闊混交林>暗針葉林>灌草叢,其中落葉闊葉林最大,隨海拔升高,最大持水量數(shù)值逐漸降低,灌草叢最小;土壤毛管持水量平均值在385.78±32.21～488.71±120.72 g/kg變動,其大小次序依次為:針闊混交林>落葉闊葉林>暗針葉林>灌草叢;田間持水量平均值在244.57±39.64～291.10±86.19 g/kg變動,其大小次序依次為:針闊混交林>暗針葉林>落葉闊葉林>灌草叢,其中針闊混交林的毛管持水量和田間持水量最大,灌草叢最小。

從4種植被類型的變異系數(shù)看,毛管持水量和田間持水量的變異系數(shù)均小于10%,屬于弱變異性,而自然含水量、吸濕水和最大持水量的變異系數(shù)在13.20%～17.93%變動,屬于中等變異性,表明老禿頂子冰緣地貌森林群落地表物質(zhì)組成較合理,但分布不均使土壤蓄水和調(diào)節(jié)水分的潛在能力存在一定的空間變異,但是各植被類型間差異不明顯。

表3 研究區(qū)不同植被類型土壤的水分特性

3.2 不同植被類型土壤化學(xué)性質(zhì)及分異特征

3.2.1 pH值、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì) 從測試結(jié)果(表4)可以看出,不同植被類型下土壤pH平均值在4.49±0.33～5.44±0.29變動,屬于酸性淋溶土,其大小次序依次為:落葉闊葉林>針闊混交林>灌草叢>暗針葉林;土壤電導(dǎo)率平均值在54.60±4.69～56.73±3.15 mS/m變動,其大小次序依次為:針闊混交林>灌草叢>暗針葉林>落葉闊葉林;土壤有機(jī)質(zhì)的平均值在17.77±1.68%～25.67±5.98%變動,其大小次序依次為:針闊混交林>落葉闊葉林>暗針葉林帶>灌草叢。

從4種植被類型的變異系數(shù)看,土壤pH值、電導(dǎo)率的變異系數(shù)均小于10%,屬于弱變異性,而土壤有機(jī)質(zhì)含量的變異系數(shù)是15.67%,屬于中等變異性,表明老禿頂子冰緣地貌森林群落土壤溶液的活性酸度及電導(dǎo)率比較均一,而土壤枯枝落葉覆蓋不均,土壤有機(jī)質(zhì)含量具有一定的空間變異,但是各植被類型間差異不明顯。

表4 研究區(qū)不同植被類型土壤的基本化學(xué)性質(zhì)

3.2.2 氧化物含量 表5為老禿頂子冰緣地貌不同植被類型土壤氧化物含量測試結(jié)果。由表5可以看出,老禿頂子冰緣地貌森林群落內(nèi)的土壤中含有多種氧化物,從表中可以看出SiO2含量很高,在35.607±6.047%～48.223±2.928%變動,其中落葉闊葉林含量最低,隨海拔升高,含量逐漸增大;CO2和Al2O3含量也較高,分別在24.637±3.169%～34.627±9.431%和11.743±1.194%～13.780±0.613%變動,其中針闊混交林CO2含量明顯高于其他植被類型,但Al2O3含量卻最低;Fe2O3，K2O，CaO，N，MgO和Na2O的含量也較可觀,平均值在0.764±0.058%～4.305±0.193%變動,除N含量在針闊混交林最高外,其他氧化物含量在針闊混交林和暗針葉林均居中等水平;TiO2，P2O5，SO3，MnO的含量相對較多,平均值在0.082±0.005%～0.684±0.028%變動,除TiO2在暗針葉林最高外,P2O5，SO3，MnO含量在暗針葉林均居最低水平;其他氧化物含量很低,平均值都在0.071%以下。

從4種植被類型的變異系數(shù)看,土壤中N，MgO，Al2O3，Na2O和Fe2O3含量的變異系數(shù)為6.30%～9.56%,屬于弱變異性,而CO2，P2O5，SO3，K2O，CaO，SiO2和MnO氧化物含量的變異系數(shù)為11.96%～29.34%,屬于中等變異性,表明老禿頂子冰緣地貌森林群落表層土壤中N，MgO，Al2O3，Na2O和Fe2O3的含量比較均一,而CO2，P2O5，SO3，K2O，CaO，SiO2和MnO氧化物含量存在一定的空間變異性,但是各植被類型間差異不明顯。

3.3 不同植被類型枯落物特征

3.3.1 枯落物現(xiàn)存量 表6顯示了不同植被類型下枯落物現(xiàn)存量和枯落物厚度。其中,落葉闊葉林枯落物量平均值為25.71±13.73 t/hm2;針闊混交林枯落物平均值為15.33±6.40 t/hm2;暗針葉林枯落物平均值為9.61±3.34 t/hm2;灌草叢枯落物平均值為10.00±2.09 t/hm2;從總體看,枯落物現(xiàn)存量的大小次序依次為:落葉闊葉林>針闊混交林>灌草叢>暗針葉林。落葉闊葉林枯落物厚度平均值為7.13±1.47 cm;針闊混交林枯落物厚度平均值為6.97±1.25 cm;暗針葉林枯落物厚度平均值為6.07±1.02 cm;灌草叢枯落物厚度平均值為5.50±0.50 cm;從總體看,枯落物厚度的大小次序依次為:落葉闊葉林>針闊混交林>暗針葉林>灌草叢,其中落葉闊葉林最大,隨海拔升高,厚度逐漸降低,灌草叢最小。

表5 研究區(qū)不同植被類型土壤的氧化物含量

表6 研究區(qū)不同植被類型下枯落物現(xiàn)存量

3.3.2 枯落物養(yǎng)分儲量 表7為不同植被類型下枯落物主要營養(yǎng)元素含量的測定結(jié)果。從表中可以看出枯落物所含營養(yǎng)元素中C含量最高,在66.979±3.108%～77.640±3.826%變動,其中灌草叢C含量最低,其余植被類型C含量隨海拔升高而升高;N和Ca含量較高,平均值分別在7.585±0.661%～8.820±1.200%和4.229±0.943%～8.106±1.610%變動,其中落葉闊葉林N和Ca含量最高,暗針葉林N，Ca含量均明顯低于其他植被類型;Si，K和Fe的含量也較可觀,平均值分別在1.836±0.179%～2.544±1.050%，0.814±0.307%～1.641±0.344%和0.855±0.406%～1.486±0.254%變動,其中灌草叢K和Fe含量明顯高于其他植被類型,但Si含量卻最低;Mg，P，S，Mn的含量相對較少,平均值分別在0.276±0.093%～0.413±0.063%，0.258±0.078%～0.382±0.068%，0.402±0.134%～0.625±0.096%和0.173±0.123%～0.284±0.043%變動,其含量在灌草叢最均居最高水平,針闊混交林P，Mn含量居最低水平。

表7 研究區(qū)不同植被類型下枯落物主要營養(yǎng)元素含量

3.4 影響因素分析

3.4.1 地形因素 從表8中可以看出,不同植被類型下的土壤基本理化特征與地形因子關(guān)系緊密。由于不同高度上有不同的氣候土壤條件,海拔高度不同,土壤發(fā)育的條件亦有別[23]。其中,土壤緊實(shí)度與海拔高度呈極顯著正相關(guān),土壤pH值與海拔高度呈極顯著負(fù)相關(guān),土壤容重與海拔高度呈顯著正相關(guān),土壤溫度、土壤總孔隙度與海拔高度呈顯著負(fù)相關(guān)。從表中還可以看出,坡度對土壤理化性質(zhì)無顯著影響,坡向?qū)ν寥览砘再|(zhì)有一定的影響,僅土壤緊實(shí)度與坡向之間存在顯著正相關(guān)性,其他指標(biāo)與坡向則沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。

表8 地形因子與樣地基本理化特征的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān); **表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。下同。

3.4.2 枯落物現(xiàn)存量 從表9中可以看出，不同植被類型下表層土壤基本理化特性與枯落物現(xiàn)存量之間有一定關(guān)系。其中，土壤總孔隙度與枯落物量呈顯著正相關(guān)，土壤自然含水量與枯落物量呈顯著正相關(guān)，土壤pH值與枯落物量呈顯著正相關(guān)；土壤緊實(shí)度與枯落物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤比重與枯落物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤有機(jī)質(zhì)含量與枯落物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)。

表9 土壤基本理化特性與枯落物現(xiàn)存量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

從表10中可以看出，不同植被類型下表層土壤氧化物含量與枯落物現(xiàn)存量之間也有一定關(guān)系。其中，土壤中MgO含量與枯落物量呈極顯著正相關(guān)，土壤中SiO2含量與枯落物量呈顯著負(fù)相關(guān)，與枯落物厚度呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤中CO2含量與枯落物厚度呈顯著正相關(guān)，土壤中MnO含量與枯落物厚度呈顯著正相關(guān)。

3.4.3 枯落物養(yǎng)分儲量 從表11中可以看出，不同植被類型下表層土壤基本理化特性與枯落物養(yǎng)分儲量之間關(guān)系緊密。其中，土壤溫度與枯落物中Rb含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中Mg，Na，Al，Ni，Cu，Zn含量呈顯著正相關(guān)，與枯落物中C含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤緊實(shí)度與枯落物中P、Cl含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中S， K，Na，Al，Ti含量呈顯著正相關(guān)；土壤容重與枯落物中Al，Ti，Rb含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中K，Na含量呈顯著正相關(guān)，與枯落物中N含量呈顯著負(fù)相關(guān)； 土壤總孔隙度與枯落物中Ca含量呈顯著正相關(guān)；土壤毛管孔隙度與枯落物中Fe含量呈顯著正相關(guān)；土壤自然含水量與枯落物中Mg含量呈顯著正相關(guān)，與C含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤吸濕水含量與枯落物中N含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中Ca含量呈顯著正相關(guān)；土壤最大持水量與枯落物中N含量呈顯著正相關(guān)，與 K，Al，Ti，Rb含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤毛管持水量與枯落物中Rb含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤非毛管持水量與枯落物中K含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤pH值與枯落物中Ca含量呈極顯著正相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)含量與枯落物中N含量呈顯著正相關(guān)。

表10 土壤氧化物含量與枯落物現(xiàn)存量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

表11 土壤基本理化特性與枯落物養(yǎng)分儲量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

從表12中可以看出，不同植被類型下表層土壤氧化物含量與枯落物養(yǎng)分儲量之間關(guān)系較緊密。其中，土壤中CO2含量與枯落物中N含量呈顯著正相關(guān)；土壤中N含量與枯落物中Ca，Sr含量呈顯著正相關(guān)；土壤中P2O5含量與枯落物中Mg，Cu，Sr含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中Ca，Ba含量呈顯著正相關(guān)，與枯落物中C含量呈顯著負(fù)相關(guān)；土壤中SO3含量與枯落物中Sr含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中Mg，Ca含量呈顯著正相關(guān)；土壤中K2O含量與枯落物中P，Ti，Rb含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中K，Na，Al，Cl含量呈顯著正相關(guān)；土壤中CaO含量與枯落物中Ca含量呈極顯著正相關(guān)與枯落物中N，Sr含量呈顯著正相關(guān)；土壤中MgO含量與枯落物中Ca含量呈極顯著正相關(guān)；土壤中SiO2含量與枯落物中N，Ca含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤中Cl含量與枯落物中C含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與枯落物中Ca含量呈顯著正相關(guān)；土壤中Na2O含量與枯落物中Na，Cr含量呈顯著正相關(guān)；土壤中MnO含量與枯落物中N，Mg，Ca，Cu，Ba含量呈顯著正相關(guān)；土壤中CuO含量與枯落物中Rb含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中C含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與枯落物中Na，Al，Cl，Ti，Cr，Cu，Ba含量呈顯著正相關(guān)；土壤中NiO含量與枯落物中Cr含量呈顯著正相關(guān)；土壤中ZnO含量與枯落物中Si含量呈極顯著正相關(guān)，與枯落物中Ca含量呈顯著正相關(guān)。

表12 土壤氧化物含量與枯落物養(yǎng)分儲量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

4 討論與結(jié)論

4.1 不同植被類型與土壤物理特性的關(guān)系

土壤溫度對植物的生長發(fā)育和土壤的形成有著重要影響，土壤中各種生物化學(xué)過程都受土壤溫度的影響[23]；對于土壤來說，其熱量的主要來源為太陽輻射能，到達(dá)地面的有效太陽輻射能的數(shù)量決定土壤吸收的熱量；相對而言，灌草叢表土層溫度高，暗針葉林表土層溫度低，這可能是由于林內(nèi)有林冠和枯枝落葉層的存在，白天阻擋土壤對太陽輻射的吸收，而灌草叢暴露在山頂，沒有林冠的阻擋，使得表層土壤吸收太陽輻射增多，加快了地表水分蒸發(fā)，使地面熱容量減少，地表溫度增高。土壤緊實(shí)度對林下植物根系的發(fā)育和分布及土壤水分狀況等具有重要影響[23]；相對而言，灌草叢土壤較緊實(shí)，針闊混交林土壤疏松程度較好，這可能是因?yàn)楣嗖輩参挥谏襟w頂部，其風(fēng)蝕作用較強(qiáng)導(dǎo)致土壤較緊實(shí)，而針闊混交林地表枯落物分解快，腐殖質(zhì)含量較多導(dǎo)致土壤較疏松。土壤比重主要決定于土壤礦物組成、礦物與有機(jī)質(zhì)的相對含量，通常與有機(jī)質(zhì)含量成反比關(guān)系[23]；相對而言，針闊混交林地表土壤比重較小，這可能是因?yàn)獒橀熁旖涣值乇淼蚵湮锓纸饪?，含有較多腐殖質(zhì)，比重小于其它礦物，導(dǎo)致地表土壤比重較小。土壤容重表明了土壤的通氣性與疏松程度，容重值的大小與土壤質(zhì)地、孔隙結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量等密切相關(guān)，反映土壤涵蓄水分以及供應(yīng)林木生長所需水分的能力，一般情況下，表層土壤質(zhì)地比較疏松，容重相對較小[23]；研究結(jié)果表明，4種植被類型下的表層土壤容重值均小于1，土壤質(zhì)地比較疏松，相對而言，落葉闊葉林土壤容重值較小，灌草叢土壤容重值較大，這可能是由于不同植被類型下的枯落物組成、現(xiàn)存量的多少及分解狀況和土壤中地下根系的生長發(fā)育等存在差異造成的[23]。土壤孔隙狀況直接影響植物根系穿插的難易程度和土壤的通氣透水性能，對土壤中水、肥、氣、熱和生物活性等有不同的調(diào)節(jié)功能；在土壤環(huán)境中，毛管孔隙度決定著土壤的持水性，毛管孔隙度愈大，土壤持水能力愈強(qiáng)；非毛管孔隙度決定著土壤的通氣透水性，非毛管孔隙度愈大，土壤透氣性愈好，有利于降水的下滲，降水產(chǎn)生的地表徑流就愈小[23]；相對而言，灌草叢土壤毛管孔隙所占比例較大，其保水蓄水能力較強(qiáng)；落葉闊葉林土壤非毛管孔隙所占比例較大，在滲透性和通氣度等方面較好；又由于不同植被類型下土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量的不同，使土壤的蓄水能力、滲透性、通氣度、疏松程度等物理特性方面在不同植被類型下存在差異。

土壤的自然含水量反映當(dāng)時可供植物吸收利用的土壤水分，土壤孔隙和結(jié)構(gòu)特征、植被覆蓋和天氣情況對其數(shù)值大小有一定影響[21]；相對而言，暗針葉林土壤自然含水量較小，這可能與暗針葉林下表層土壤較疏松，水分散發(fā)快有一定的關(guān)系。土壤吸濕水指的是土壤顆粒在分子引力作用下吸持的土壤空氣中的氣態(tài)水，土顆粒吸附空氣中的水分子在其表面，土壤愈黏，比表面積愈大，土壤吸濕能力就愈強(qiáng)[23]，相對而言，針闊混交林土壤吸濕能力較強(qiáng)。對植被生態(tài)系統(tǒng)而言，土壤毛管孔隙度的大小說明植被吸持水分用于維持自身生長發(fā)育的能力，毛管孔隙中吸持的水量稱為毛管持水量；土壤非毛管孔隙度的大小說明植被滯留水分發(fā)揮消減洪水和涵養(yǎng)水源的能力，非毛管孔隙中暫時貯存的水量稱為非毛管持水量[23]；從水土保持的角度來說，毛管持水與非毛管持水都具有減少地表徑流以及防止土壤侵蝕的功能；而從水源涵養(yǎng)的角度來說，只有非毛管持水的水分才具有通過徑流補(bǔ)充給江河和地下水的功能[23]；土壤最大持水量為土壤涵蓄潛力的最大值，反映土壤儲存和調(diào)節(jié)水分的潛在能力，數(shù)值為毛管持水量與非毛管持水量兩者之和；因此，土壤只有在良好的結(jié)構(gòu)、毛管孔隙和非毛管孔隙所占比例都高的條件下，才能更有效地防止降水流失，保持和滲透降水，從而充分發(fā)揮水土保持功能；相對而言，土壤毛管持水量、非毛管持水量在落葉闊葉林和針闊混交林的數(shù)值較大，在暗針葉林和灌草叢數(shù)值相對較小，說明落葉闊葉林和針闊混交林土壤吸收的水分更有利于植物根系吸收，對維持其上植物生長發(fā)育的能力較強(qiáng)，能更好的發(fā)揮水源涵養(yǎng)和水土保持功能。

4.2 不同植被類型與化學(xué)特性的關(guān)系

土壤的酸堿度是影響土壤肥力和植物生長的一個重要化學(xué)因素，它對植物生長、微生物活動、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化以及土壤肥力有很大影響，土壤過酸或過堿都不利于植物的正常生長，同時腐殖質(zhì)層厚度及微生物量也影響著土壤的酸堿度，枯落物分解的有機(jī)酸多少與腐殖質(zhì)層厚度有關(guān)，而微生物常常被作為土壤酸化的主要因素，微生物活動可產(chǎn)生一種酸性較強(qiáng)的有機(jī)酸，還有報道證實(shí)，植物落葉浸出液的pH值隨植物種類不同而異，所以不同植被類型下枯落物影響土壤的pH值[23]；該研究區(qū)屬于酸性淋溶土，相對而言，暗針葉林下土壤酸性較強(qiáng)，產(chǎn)生的原因可能是暗針葉林下土壤微生物的活動較劇烈，枯落物分解有機(jī)酸數(shù)量過多，降低土壤pH值作用較明顯。由于枯落物是土壤有機(jī)質(zhì)主要來源，土壤有機(jī)質(zhì)含量與不同植被類型下地表的枯枝落葉積累量有很大關(guān)系[23]；地表的枯枝落葉積累量較大，通過植物根系分泌物的分解，釋放養(yǎng)分并歸還于土壤的有機(jī)質(zhì)含量也就較高，不同植被類型下有機(jī)質(zhì)含量受到地表凋落物厚度、組成成分以及部分動物、微生物殘體差異的影響[23]，相對而言，針闊混交林下土壤有機(jī)質(zhì)的含量較大，可能是因?yàn)樵撝脖活愋拖峦寥婪e累的枯枝落葉厚度較大，在當(dāng)?shù)厮疅釛l件下腐爛分解較容易，產(chǎn)生的土壤腐殖質(zhì)較多。土壤礦物類型、溫度、土壤水分狀況、土壤酸堿度等因素對于土壤養(yǎng)分含量都有著重要的影響；盡管自然狀態(tài)下礦物質(zhì)的風(fēng)化是土壤養(yǎng)分庫的主要來源，但由于不同植被類型的組成樹種不同，枯落物量及其養(yǎng)分組成、積累方式和分解速率的差異、土壤微生物作用不同等，導(dǎo)致不同植被類型下土壤礦化速度不同，土壤養(yǎng)分含量存在差異；其次，在土壤形成過程中母質(zhì)所攜帶的養(yǎng)分有所不同，不同的植被類型的根系對土壤中養(yǎng)分選擇性的吸收也有差異，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量存在差異；還有些元素容易淋失，在不同的植被類型下受降雨分配的影響，遭到淋溶的強(qiáng)度不同，土壤養(yǎng)分含量存在差異[9,23]。

4.3 地形因素及枯落物特征對土壤特性的影響

地形因子中，不同的海拔高度、坡度、坡向都在不同程度上會造成水熱等條件組合的差異，從而對土壤發(fā)育產(chǎn)生影響。研究結(jié)果表明，土壤緊實(shí)度、土壤容重值隨海拔高度升高而升高，土壤pH值、土壤溫度、土壤總孔隙度值隨海拔高度升高而降低，海拔高度對其有顯著的影響；不同坡度、坡向的山坡，因?yàn)樘柾渡浣嵌鹊牟煌渌@得的太陽輻射強(qiáng)度及日照時數(shù)也有所不同，氣溫、土溫及其他生態(tài)因子也隨著發(fā)生變化[24]。但由于研究樣地均取自東坡場子溝，因此在坡度、坡向上并無明顯差異，坡度、坡向等地形因子對土壤特性也無顯著影響。

土壤條件不同會導(dǎo)致植物器官生長狀態(tài)和衰老過程存在差異，由此會導(dǎo)致枯落物特性的變化；枯落物在不斷的積累與分解過程中，土壤結(jié)構(gòu)得到改善，能減輕雨水對表層土壤的沖擊，土壤理化特性受到影響。土壤是植物的肥力庫，植物通過根系從土壤中吸收營養(yǎng)元素，又通過枯枝落葉把這部分養(yǎng)分返還于土壤，植被枯枝落葉也是土壤的營養(yǎng)庫，枯落物有大量有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，可增加土壤肥力[23]。研究結(jié)果表明，老禿頂子不同植被類型下土壤特性可以間接影響枯落物的現(xiàn)存量、有機(jī)物質(zhì)分解和養(yǎng)分釋放；同時枯落物在不斷的積累與分解過程中，能影響土壤酸堿性質(zhì)，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤滲水和蓄水能力，對土壤肥力產(chǎn)生影響。

4.4 對老禿頂子保護(hù)區(qū)的啟示

該研究區(qū)的突出特點(diǎn)是穩(wěn)定性差，在風(fēng)力、流水、地震等外力作用下具有潛在的移動性，屬于泥石流等重大地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段，生境極其脆弱。主要靠礫石間隙少量土壤的膠結(jié)作用及其上發(fā)育的植被來維持。因此，人類的經(jīng)營活動要適度，應(yīng)采用人工恢復(fù)與植被重建，通過改善林分內(nèi)的水分和光照，并增加物種的多樣性來進(jìn)行撫育改造，改善凋落物的組成及性質(zhì)，促使其快速分解，使得土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加，來改善土壤養(yǎng)分并恢復(fù)地力，禁止亂砍亂伐，減少水土流失現(xiàn)象的發(fā)生。

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Surface Soil Characteristics of Different Vegetation Types of Ancient Block Stream-Periglacial Landform at Mountain Areas in Eastern Liaoning Province

YI Lingjun1, ZHANG Hua1,2, HOU Rong1, XIONG Danyang1, HE Hong1, LIU Yuguo1, JIN Yu3

(1.SchoolofUrbanandEnvironmentalScience,LiaoningNormalUniversity,Dalian,Liaoning116029,China; 2.CenterforStudiesofMarineEconomyandSustainableDevelopment,LiaoningNormalUniversity,Dalian,Liaoning116029,China; 3.AnalyticalInstrumentationCenter,LiaoningNormalUniversity,Dalian,Liaoning116029,China)

[Objective] The surface soil characteristics of different vegetation types of ancient block stream-periglacial landform at mountain areas in Eastern Liaoning Province were studied to provide basic data and scientific basis for the management and protection of soil ecological environment of the periglacial landforms. [Methods] Quantitative characteristics of soil environment under different vegetation types in the periglacial area of Laotudingzi Mt., including broadleaved deciduous forest, mixed broadleaf-conifer forest, dark coniferous forest and shrub-grassland were studied by means of field survey and laboratory analysis. [Results] In the periglacial area, the investigated soils all belong to acid leached soil， containing a variety of oxides. Significant differences in soil properties among different vegetation types existed: in comparison, meadow thicket soil surface temperature is higher, the proportion of capillary pores is larger, and the water storage capacity is stronger. Theropencedrymion soil specific gravity is smaller, loose degree is better, soil organic matter content is higher. Dark coniferous forest soil acidity is stronger. There are more litters in deciduous broad-leaved forest and theropencedrymion, soil moisture conducive to plant growth, water conservation and soil and water conservation function is better. [Conclusion] Altitude had significant effects on soil properties, and there was a clear quantitative relationship between soil properties, and litter stock and nutrient reserves. The preservation of that area can maintain the habitat stability of soil nutrition.

periglacial landform; vegetation types; soil characteristics; coefficient of variation; Laotudingzi Mt.

2016-09-20

2016-10-22

國家自然科學(xué)資助項(xiàng)目“遼東山地老禿頂子冰緣地貌植物群落穩(wěn)定性研究”(41271064)

弋靈均(1992—),女(蒙古族),遼寧省朝陽市人，碩士研究生,研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)。E-mail:yi1992@126.com。

張華(1965—),女(漢族),山東省東明縣人，博士,教授,主要從事植物地理和恢復(fù)生態(tài)研究。E-mail:zhanghua0323@sina.com。

A

1000-288X(2017)02-0007-10

S151.9