翟朝陽,邱 娟,司洪章,楊新峰,劉立強,*

1 新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院,烏魯木齊 8300522 霍城縣林業(yè)局,伊犁 835200

自然界不同生態(tài)系統(tǒng)類型區(qū)的微地形,種類多樣,復雜多變。但是局部地形比其他立地因子穩(wěn)定、直觀,易于調查觀測,并且與植被生長高度相關,而且坡向、坡位、坡形等每一個局部地形因素都有綜合反映環(huán)境特征的作用。局部地形間的溫度、光照、水分等氣候環(huán)境因子隨任一地形因素的變化存在差異性,同時改變著環(huán)境間的物質能量交換,營造出多樣性的小生境,影響了土壤因子分布及其受干擾的頻率和強度[1- 3]。土壤本身受地形、氣候、地質等多因素影響,在不同地形下的土壤因子,是不均一、變化的時空連續(xù)體,垂直分布并不均勻,具有高度時空變異性[4- 6],同一時間、不同地點的土壤養(yǎng)分存在明顯的差異性和多樣性[7- 9],地形和土壤特征與肥力有高度相關性,是通過土壤影響地被植物的因子。土壤是植物生存地立地基礎與營養(yǎng)源泉,尤其是山地,地形和相應的土壤特征對植物分布與生長發(fā)育尤為重要。因此,探究地形與土壤空間變異的相關性[10- 12],明確植物生存的土壤因子特征[13- 15],揭示植物更新繁衍的基本立地條件,一直備受關注[16- 18]。從種子萌發(fā)到成苗,并實現(xiàn)定居,是植物種群更新死亡率最高的時期,也是其生活史中最脆弱的階段。種子落地后,所處土壤層的特征、養(yǎng)分和水分等因子直接決定了種子萌發(fā)、生根、出苗、成活和死亡的命運。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,不同微地形下的種子萌發(fā)層土壤與環(huán)境氣候因子的關系非常緊密,異質性顯著而多樣,研究其土壤特征和肥力,是全面研究植物生命史和更新環(huán)境條件的首要而關鍵階段,對全面研究影響植物自然繁殖與生存的因素有重要意義。

新疆野杏(ArmeniacavulgarisLam.)是世界栽培杏的原生起源種群[19],是新疆野果林的重要物種之一,在溫帶落葉果樹栽培中具有十分重要的地位。新疆伊犁州的天山野果林,是我國野杏分布最集中、面積最大的區(qū)域,分布范圍與數(shù)量僅次于野蘋果[19- 21]。20世紀70年代以來,由于因自然和人為因素對野果林的過度干擾,大面積野果林種性退化[22],種群面積逐年減少,遺傳多樣性與種質資源受到嚴重的負面影響。野杏作為野果林的主要建群種,其可持續(xù)的生存能力,對維持野果林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要意義。要實現(xiàn)野杏資源的可持續(xù)發(fā)展,首要應該做的就是摸清其實生更新的立地條件與限制因素,探究適宜野杏生存的環(huán)境條件。伊犁州的野杏主要分布于伊犁河北岸海拔950—1400 m的科古琴山南坡的低山帶[23- 25]。能在石質化的瘠薄土壤中生存,在海拔1500 m以下的陽坡及半陰坡均能生長[26],以較為干旱陽坡上數(shù)量較多[27],分布區(qū)的土壤類型比較豐富[28]。原生境野杏種子萌發(fā)后的根系主要分布在0—15 cm土層中,其各類土壤因子是決定野杏生存、定居的關鍵因素。而野果林多樣的微地形造成野杏種子萌發(fā)層土壤的空間異質性卻未見報道。為此,本研究對新疆伊犁霍城縣大西溝野果林內(nèi)不同地形下的土壤特征與養(yǎng)分分布進行觀測分析,旨在闡明不同坡向、坡位、坡度和坡形對野杏萌發(fā)層土壤特征和土壤養(yǎng)分的影響,為后續(xù)關于野杏實生更新的氣候和土壤水熱因素研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆伊犁州霍城縣大西溝,地處44°26′01.09″—44°26′17.12″N,80°46′27.49″—80°47′03.26″E。屬于溫帶大陸性氣候,年平均氣溫7℃,太陽輻射年總量5600—5800 MJ/m2,年日照時數(shù)3150 h,年均降水量約500 mm；隨著海拔高度增加,降水量遞增十分明顯[28- 29]。野杏主要分布在海拔900—1500 m的山坡上,不同坡向分布數(shù)量有明顯差異,東南坡、南坡和西南坡野杏分布數(shù)量較多,北坡和東北坡分布數(shù)量較少。樣地為落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng),喬木層優(yōu)勢野生果樹數(shù)量依次是野生櫻桃李(P.divaricata)、野杏(Armeniacavulgaris)、準噶爾山楂(Crataegussongorica) 和野蘋果(Malussieversii)等,灌木主要有忍冬(Lonicerajaponica)、小檗(Berberisthunbergii)、薔薇(Rosamultiflora)等,草本植物主要是禾本科(Gramineae)、唇形科(Labiatae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)、十字花科(Cruciferae)和大麻科(Cannabinacea)等。野生杏種群主要分布在以一道溝、二道溝、廟兒溝等的支溝內(nèi),分布區(qū)的土壤類型以黑鈣土為主,地表枯枝凋落物較多[29]。

1.2 采樣方法

2016年10月下旬,在新疆伊犁地區(qū)霍城縣大西溝內(nèi)封育的野果林,沿東北坡、東南坡和南坡3個坡向,在下坡、中坡和上坡3個坡位上有野杏生存的林地內(nèi)分別設置1個20 m×20 m的樣地[30],共設置9個樣地,在每個樣地內(nèi)按照品字形布設1 m×1 m小樣方3個,共布設27個樣方,用UniStrong G128BD GPS定位,測定記錄經(jīng)緯度、海拔、坡向、坡度等地形因子,每個地形因子測定3次,記錄平均值。在每個小樣方內(nèi),按照品字形采集3份0—15 cm的土樣,自封袋封裝,實驗室測定土壤因子。研究地點概況如表1所示。

1.3 土壤因子測定

將土樣帶回實驗室,風干、研磨、過篩備用。按照項目要求,土樣的測定方法均采用常規(guī)分析測定。土壤礫石含量采用過篩稱重法；土壤酸堿度采用電位法；土壤有機質采用重鉻酸鉀硫酸氧化-硫酸亞鐵滴定法；全氮采用硫酸消化-凱氏定氮法測定；全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法測定；全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法；水解性氮采用堿解-擴散法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨提取-火焰光度法[31]。各項指標均重復三次。

1.4 微地形劃分

根據(jù)研究區(qū)各微地形因子的具體特征,對各類微地形因子做如下分類[1]：

(1)坡位：下坡位(<1200 m)、中坡位(1200—1250 m)、上坡位(>1250 m)。

(2)坡度：緩坡(<10°)、緩中坡(10—15°)、中坡(15—25°)、陡坡(>25°)。

(3)坡向：陰坡(0—45°、315—360°),半陽坡(45—135°),陽坡(135—275°)、半陰坡(275—315°)。

(4)坡形：凹形坡(P<-0.5),直線坡(-0.5≤P≤0.5),凸形坡(P>0.5)(P為坡形計算方式)。

表1 研究地點概況

*:坡向的單位為°。正北為0°,正東為90°,正南為180°,正西為270°

1.5 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均基于SPSS 19.0軟件,采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)整理和Origin 7.5軟件繪圖,所有數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值,表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差(mean±SE)。

2 結果與分析

2.1 微地形下的野杏萌發(fā)層土壤基本特征

2.1.1土壤礫石含量

由表2可知不同坡向與不同坡位的野杏萌發(fā)層土壤礫石含量的差異性。不同坡向的土壤礫石含量是東南坡(36.78%)>南坡>東北坡,最大相差33.1倍,東南坡、南坡的礫石含量皆與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向的不同坡位上土壤礫石含量是上坡位(33.28%)>中坡位>下坡位,最大相差3.2倍,兩者存在顯著差異(P<0.05),中坡位與上坡位、下坡位無顯著差異。

表2 不同坡向和坡位對野杏萌發(fā)層土壤基本特征的影響

算術平均值±標準誤差；同行不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

圖1表明了不同坡向的同坡位的野杏萌發(fā)層土壤礫石含量變化特征。不同坡向上坡位的土壤礫石含量變化規(guī)律與不同坡向規(guī)律一致,是東南坡(61.03%)>南坡>東北坡,最大相差58.5%,三者礫石含量之間存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向中坡位的土壤礫石含量為南坡(37%)>東南坡>東北坡,最大相差46.25倍,東南坡與南坡無顯著差異(P>0.05),但這兩者與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位的土壤礫石含量是南坡(17.33%)>東南坡>東北坡,最大相差17.3%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。

表3結果可知不同坡度與不同坡形的野杏萌發(fā)層的土壤礫石含量變化特征。不同坡度的土壤礫石含量值域為0.8%—34.08%,表現(xiàn)為陡坡>緩中坡>中坡>緩坡,分布性差異較大,陡坡礫石含量是緩坡的42.6倍,緩中坡、中坡和陡坡皆與緩坡存在顯著差異(P<0.05)；不同坡形的土壤礫石含量值域為48.1%—86.5%,表現(xiàn)為凸形坡>凹形坡>直線坡,直線坡和凹形坡的標準誤差較大,分別是33.34和25.71,而凸形坡為4.9,呈現(xiàn)凸形坡土壤礫石含量分布性差異顯著小于直線坡和凹形坡,且凸形坡與直線坡、凹形坡之間存在顯著差異(P<0.05)。

表3 不同坡度和坡形對野杏萌發(fā)層土壤基本特征的影響

算術平均值±標準誤差；同行不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.1.2土壤酸堿值

由表2可知不同坡向與不同坡位的野杏萌發(fā)層的土壤酸堿值變化特征。不同坡向上土壤酸堿值變化幅度是7.1—7.37,依次為南坡>東南坡>東北坡,東南坡、南坡皆與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位上,土壤酸堿值值域為7.2—7.3,上坡位=下坡位>中坡位,各坡位之間沒有顯著差異(P>0.05)。

由圖1可知不同坡向的同坡位的野杏萌發(fā)層的土壤酸堿值變化特征。不同坡向的上坡位土壤酸堿值變化范圍是7.1—7.5,東南坡>南坡>東北坡,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向的中坡位土壤酸堿值是6.9—7.4,南坡>東南坡>東北坡,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向的下坡位土壤酸堿值變化范圍是7.2—7.4,南坡>東北坡>東南坡,三者之間無顯著差異(P>0.05)。

由表3可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤酸堿值變化特征。在不同坡度,土壤酸堿值變化范圍是7.1—7.5,且隨著坡度變大而增加,是陡坡>中坡>緩中坡>緩坡,緩坡、中坡和陡坡皆與緩中坡存在顯著差異(P<0.05),其他不同坡度之間無顯著差異；在不同坡形,土壤酸堿值變化范圍是7.05—7.35,表現(xiàn)出直線坡>凹形坡>凸形坡,凸形坡、凹形坡皆與直線坡存在顯著差異(P<0.05)。

2.1.3土壤有機質含量

由表2可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤有機質含量變化特征。在不同坡向,土壤有機質含量隨著坡向角度的增加而減小,東北坡(113.67 g/kg)>東南坡>南坡,東北坡與南坡相差44.14%,但是無顯著差異(P>0.05),上述兩者與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤有機質含量為中坡位(112.33 g/kg)>下坡位>上坡位,中坡位與上坡位相差32.57%,三者之間均無顯著差異(P>0.05)。

由圖1可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤有機質含量變化特征。不同坡向的上坡位,土壤有機質含量是東北坡(135 g/kg)>南坡>東南坡,最大相差196.6%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向的中坡位、下坡位,土壤有機質含量都是東南坡>東北坡>南坡,中坡位不同坡向最大相差74.11%,下坡位最大相差41.02%,兩個坡位的不同坡向之間均存在顯著差異(P<0.05)土壤有機質在中坡位東南坡含量最大為148 g/kg,在上坡位-東南坡含量最小為45.6 g/kg,兩者相差224.45%。

由表3可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤有機含量變化質特征。在不同坡度,土壤有機質含量分布較均勻,表現(xiàn)為緩中坡(110 g/kg)>中坡>緩坡>陡坡,最大相差21.57%,不同坡度之間無顯著差異(P>0.05)。在不同坡形,土壤有機質含量表現(xiàn)為凸形坡(126 g/kg)>凹形坡>直線坡,最大相差50.17%,凹形坡、凸形坡皆與直線坡之間存在顯著差異(P<0.05)。

2.2 微地形下的野杏萌發(fā)層土壤養(yǎng)分特征

2.2.1全氮含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤全氮含量分布特征。在不同坡向,土壤全氮含量隨著坡向角度增加而減小,表現(xiàn)為東北坡(6.57 g/kg)>東南坡>南坡,最大相差48.3%,東北坡、東南坡皆與南坡之間存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤全氮含量變化是中坡位(6.27 g/kg)>下坡位>上坡位,最大相差25.9%,各個坡位之間無顯著差異(P>0.05)。

由圖2可知不同坡向的同坡位野杏萌發(fā)層土壤全氮含量分布特征。在不同坡向上坡位,土壤全氮含量是東北坡(7.64 g/kg)>南坡>東南坡,最大相差264.35%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡向中坡位,土壤全氮含量是東南坡(8.34 g/kg)>東北坡>南坡,最大相差77.44%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位的土壤全氮含量與中坡位變化規(guī)律一致,最大相差64.35%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。土壤全氮含量最大的是中坡位-東南坡為8.34 g/kg,最小值的是上坡位-東南坡為2.89 g/kg,兩者相差185.12%。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤全氮含量變化特征。在不同坡度,土壤全氮含量是緩中坡(6.87 g/kg)>中坡>緩坡>陡坡,最大相差29.13%,緩中坡、中坡、陡坡皆與緩坡存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡形,土壤全氮含量是凸形坡(7.22 g/kg)>凹形坡>直線坡,最大相差42.68%,直線坡與凸形坡存在顯著差異(P<0.05)。

2.2.2全磷含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤全磷含量變化特征。在不同坡向,土壤全磷含量是東南坡(1.17 g/kg)>南坡>東北坡,最大相差64.7%,東南坡、南坡皆與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤全磷含量是中坡位(1.08 g/kg)>下坡位>上坡位,最大相差17.4%,各個坡位之間無顯著差異(P>0.05)。

由圖2可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤全磷含量變化特征。不同坡向上坡位,土壤全磷含量是東南坡(1.04 g/kg)=南坡>東北坡,最大相差55.22%,東南坡、南坡皆于與東北坡之間存在顯著差異(P<0.05),這與全磷在不同坡向上規(guī)律一致；不同坡向中坡位,土壤全磷含量是東南坡(1.43 g/kg)>南坡>東北坡,最大相差104.28%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位全磷含量是南坡(1.12 g/kg)>東南坡>東北坡,最大相差47.36%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。土壤全磷含量最大的是中坡位-東南坡1.43 g/kg,最小的是上坡位-東北坡0.67 g/kg,兩者相差113.4%,上坡位-不同坡向的全磷含量均低于不同坡向其他坡位。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤全磷含量變化特征。在不同坡度,土壤全磷含量是陡坡(1.07 g/kg)>緩中坡>中坡>緩坡,最大值相差52.85%,各個坡度之間無顯著差異(P>0.05)；在不同坡形,土壤全磷含量是凹形坡(1.08 g/kg)>直線坡>凸形坡,最大相差44%,直線坡、凹形坡皆與凸形坡之間存在顯著差異(P<0.05)。

表4 不同坡向和坡位對野杏萌發(fā)層土壤養(yǎng)分的影響

算術平均值±標準誤差；同行不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.2.3全鉀含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤全鉀含量變化特征。在不同坡向,土壤全鉀含量是南坡(1.62%)>東北坡>東南坡,最大相差0.16%,土壤全鉀在不同坡向上分布較為均勻,東南坡與南坡之間存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤全鉀變化規(guī)律為上坡位(1.56%)>中坡位>下坡位,最大相差3.31%,各個坡位之間無顯著差異(P>0.05)。土壤全鉀在不同坡向和坡位上分布差異性較小。

由圖2可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤全鉀含量變化特征。在不同坡向上坡位,土壤全鉀含量的變化與不同坡向變化規(guī)律一致,也是南坡(1.74%)>東北坡>東南坡,最大相差31.81%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。不同坡向的中坡位,土壤全鉀含量變化與上坡位變化規(guī)律一致,南坡含量最大,為1.68%,最大相差20.86%,南坡、東北坡、東南坡三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位,土壤全鉀含量是東南坡(1.67%)>南坡>東北坡,最大相差17.6%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤全鉀含量變化特征。在不同坡度,土壤全鉀變化是緩中坡(1.67%)>中坡>陡坡>緩坡,最大相差12.83%,各個坡度之間均無顯著差異(P>0.05)；在不同坡形,土壤全鉀含量是凸形坡(1.58%)>凹形坡>直線坡,最大相差8.21%,各個坡形之間均無顯著差異(P>0.05)。

2.2.4水解性氮含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤水解性氮分布特征。在不同坡向,土壤水解性氮含量隨著坡向角度增加而減小,表現(xiàn)為東北坡(533 mg/kg)>東南坡>南坡,最大相差165.61%,東南坡、南坡皆與東北坡之間存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,水解性氮含量是中坡位(347.33 mg/kg)>上坡位>下坡位,最大相差9.45%,各個坡位之間均無顯著差異(P>0.05)。

由圖2可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤水解性氮分布特征。在不同坡向上坡位,土壤水解性氮含量為東北坡(676 mg/kg)>南坡>東南坡,最大相差454.09%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向中坡位,水解性氮是東北坡(463 mg/kg)>東南坡>南坡,最大相差163.06%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位,水解性氮含量為東北坡(460 mg/kg)>東南坡>南坡,最大相差144.68%。三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤水解性氮分布特征。在不同坡度,土壤水解性氮含量是緩坡(463 mg/kg)>中坡>緩中坡>陡坡,最大相差65.35%,緩中坡、中坡、陡坡皆與緩坡之間均存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡形,土壤水解性氮含量是凸形坡(588 mg/kg)>凹形坡>直線坡,最大相差29.47%,直線坡、凹形坡皆與凸形坡之間均存在顯著差異(P<0.05)。

表5 不同坡度和坡形對野杏萌發(fā)層土壤養(yǎng)分的影響

算術平均值±標準誤差；同行不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.2.5有效磷含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤有效磷分布特征。在不同坡向,土壤有效磷含量為東北坡(64.83 mg/kg)>南坡>東南坡,最大相差25.08%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤有效磷含量為中坡位(59.97 mg/kg)>上坡位>下坡位,最大相差6.36%,不同坡位之間均勻無顯著差異。

由圖2可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤有效磷分布特征。不同坡向,上坡位、中坡位和下坡位的土壤有效磷含量均是東北坡>南坡>東南坡,不同坡向上坡位土壤有效磷含量最大相差57.52%,中坡位最大相差18.19%,下坡位最大相差5.29%,不同坡向同一坡位的土壤有效磷含量之間均存在顯著差異(P<0.05)。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤有效磷分布特征。在不同坡度,土壤有效磷含量為緩坡(65.6 mg/kg)>中坡>緩中坡>陡坡,最大相差19.79%,緩坡、中坡與緩中坡、陡坡之間存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡形,土壤效磷含量為凸形坡(64.9 mg/kg)>凹形坡>直線坡,凸形坡與直線坡相差21.6%,兩者存在顯著差異(P<0.05)。

2.2.6速效鉀含量

由表4可知不同坡向和不同坡位野杏萌發(fā)層的土壤速效鉀變化特征。在不同坡向,土壤速效鉀含量隨著坡向角度的增加而減小,為東北坡(419 mg/kg)>東南坡>南坡,最大相差45.14%,東南坡、南坡皆與東北坡存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡位,土壤速效鉀含量為上坡位(349.33 mg/kg)>中坡位>下坡位,最大相差1.74%,各個坡位之間均無顯著差異(P>0.05)。

由圖2可知不同坡向同坡位的野杏萌發(fā)層土壤速效鉀分布特征。不同坡向上坡位,土壤速效鉀含量為東北坡(569 mg/kg)>南坡>東南坡,最大相差318.38%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向中坡位,土壤速效鉀含量為東南坡(476 mg/kg)>南坡>東北坡,最大相差90.4%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)；不同坡向下坡位,土壤速效鉀含量隨著坡向角度的增加而減小,為東北坡(438 mg/kg)>東南坡>南坡,最大相差69.76%,三者之間均存在顯著差異(P<0.05)。

由表5可知不同坡度和不同坡形野杏萌發(fā)層的土壤速效鉀分布特征。在不同坡度,土壤速效鉀含量為中坡(413.5 mg/kg)>陡坡>緩中坡>緩坡,最大相差65.4%,四者之間均存在顯著差異(P<0.05)；在不同坡形,土壤速效鉀含量為凸形坡(369.5 mg/kg)>凹形坡>直線坡,最大相差34.11%,但各坡形之間無顯著差異(P>0.05)。

圖2 不同坡向的同坡位野杏萌發(fā)層土壤養(yǎng)分特征Fig.2 The characteristics of the germination layer soil nutrient in the same slope position of different slope aspect in A.vulgaris

3 討論

3.1 坡向對野杏萌發(fā)層土壤因子的影響

大西溝野果林不同坡向的野杏萌發(fā)層土壤特征和土壤養(yǎng)分存在顯著異質性。東北坡、東南坡的土壤礫石含量、酸堿值、有機質、全磷、水解性氮和速效鉀的含量皆與南坡之間存在顯著差異,土壤有機質、全氮、水解性氮和速效鉀含量表明東南坡與南坡土壤養(yǎng)分相對貧瘠；在云霧山,陰坡土壤有機碳、全氮、礦質氮、速效磷速效鉀和全磷含量大于陽坡[32],與本研究結果一致。不同坡向的土壤特征和養(yǎng)分的顯著異質性,主要是因為不同坡向的土壤所處環(huán)境因素差異性導致。坡向作為山地的重要地形因子,可影響到達地面的太陽輻射量,使不同坡向的氣溫、空氣濕度、土壤含水量存在差異,從而直接或間接影響土壤特征、土壤養(yǎng)分分布、微生物活躍度、腐殖質累積與分解等土壤因子,對生態(tài)系統(tǒng)中土壤綜合特征和養(yǎng)分的時空異質性有顯著作用[33]。坡向對林地土壤的酸堿度也有影響,東北坡野杏萌發(fā)層的土壤酸堿值相比東南坡和南坡含量較小,與九龍山研究結果較為一致[34]。產(chǎn)生這種結果的主要原因是東北坡光照相對較弱,融雪時間相對較晚,土壤濕度較高,較少的光照、較低的溫度和較高的土壤含水量,適于土壤微生物活動,導致土壤腐殖層的有機質在分解過程中產(chǎn)生的有機酸和單寧較多,從而使萌發(fā)層土壤酸堿值有所下降[34]。坡向對土壤特征和養(yǎng)分分布有顯著影響,是野杏萌發(fā)層土壤環(huán)境的主要因子。但是,坡向導致的異質性氣候因子的對土壤及其植被的作用也至關重要[35- 36]。這對探索微地形改造和植被恢復有重要意義[37]。

3.2 坡位對野杏萌發(fā)層土壤因子的影響

坡位,是局部地形的位置因素。在一定海拔范圍內(nèi),坡位梯度變化是直接影響生境的土壤特征屬性的關鍵因子。如不同坡位的土壤性質和坡面養(yǎng)分,在降雨侵蝕過程中的實現(xiàn)再分配,使不同坡度土壤剖面的養(yǎng)分分布存在顯著差異[38-40]。本研究地屬山地,在觀測的海拔范圍內(nèi),上、中、下坡位的野杏萌發(fā)層土壤特征和養(yǎng)分分布結果也證實了上述觀點。關于水曲柳林地[41]和馬尾松林下土壤和松櫟混交林[38,10]的也與本文的研究結果一致。同時,中坡位野杏萌發(fā)層土壤有機質、全氮、全磷和有效磷含量較高,可能是因為中坡位均為凹形坡,較其他坡位易于聚集水土所致。因此,不同坡位及其坡形共同影響了土壤特征。而土壤酸堿值、土壤有機質和部分土壤養(yǎng)分在不同坡位含量未達到顯著差異,表明研究區(qū)域的坡位對土壤養(yǎng)分制約作用較小,這或許是因為海拔和坡度削弱了坡位的生態(tài)效應所致。擴大各坡位間的海拔距離觀測影響程度,值得再作進一步研究。因為海拔變化包含了氣候和土壤等因子的多尺度變化,造成山地生境異質性的主導因子[42],對土壤理化性質有顯著影響[43]。

3.3 坡度對野杏萌發(fā)層土壤因子的影響

野果林林地,其坡度變化對野杏萌發(fā)層土壤因子有顯著影響。在不同坡度的土壤礫石含量、酸堿值、全氮、水解性氮、有效磷和速效鉀含量差異性顯著,陡坡土層中土壤礫石、土壤酸堿值和全鉀含量最高,緩坡與緩中坡的土層較厚,土壤養(yǎng)分含量豐富。川中紫色丘區(qū)[1]土壤養(yǎng)分隨坡度變化亦呈現(xiàn)出這種空間分異特征。同時黃土丘陵區(qū)土壤有機質流失強度與坡度呈明顯的指數(shù)函數(shù)關系[44]、喀斯特峰叢洼地的土壤有機質和全氮含量隨地形坡度增加而減小[45]等研究結果,都表明坡度導致的水土流失量與土壤養(yǎng)分流失成正比。因為坡度不同,區(qū)域降雨入滲時間、表層土壤顆粒起動、侵蝕挾沙能力以及制約土壤持水量大小等都會受到影響,間接改變了土壤肥力特征,形成不同坡度下較為穩(wěn)定的土壤特征。野果林地坡度變化較大,相應的土壤特征會呈現(xiàn)多樣性,詳細研究坡度造成野果林土壤因子的異質性,可準確反映其植被更新生存的土壤特征,為更新恢復提供準確依據(jù)。

3.4 坡形對野杏萌發(fā)層土壤因子的影響

坡形可決定坡面徑流發(fā)生過程及程度,影響水土流失量[46- 47],造成土壤特征隨之發(fā)生變化。其變化規(guī)律和特征,因地形、土壤類型、降水量等的差異而有所不同。本研究中,不同坡形對野杏萌發(fā)層土壤特征和土壤養(yǎng)分分布有顯著影響,表明在相同土壤質地和降水量的條件下,因不同坡形下水土流失量的不同導致土壤因子有差異。不同坡形下,野杏萌發(fā)層土壤礫石、全鉀、水解性氮、有效磷和速效鉀含量變化呈現(xiàn)出凸形坡>凹形坡>直線坡的特征,而川中紫色丘區(qū)的土壤有機質和速效養(yǎng)分均表現(xiàn)為凹形坡和直線坡>凸形坡[1]；不同坡形下的野杏萌發(fā)層土壤特征和土壤養(yǎng)分(除全鉀和速效鉀)存在顯著差異,而黃土高原小流域的土壤有機質和速效養(yǎng)分含量與坡形的相關性不顯著[48]。不同地區(qū)研究結果的差異性,可能是因為各自的土壤質地、降水量導致水土流失量的不同所致。但地形復雜的山地森林生態(tài)系統(tǒng)中,養(yǎng)分易在海拔低的坡谷匯集[49]。

4 結論

大西溝野果林地形對野杏萌發(fā)層土壤特征和土壤養(yǎng)分分布有顯著影響。不同坡向、坡度和坡形對土壤特征與養(yǎng)分存在顯著性影響,而坡位則對其影響不顯著；陰坡的土壤養(yǎng)分整體上比陽坡肥沃；東北坡、中坡位、緩坡和凸形坡這一類型的生境土壤養(yǎng)分最肥沃,其土壤條件有利于野杏種子繁殖、生長。土壤因子的值域表明,野杏種子萌發(fā)生存的適宜土壤條件范圍較廣。但是,其相應的土壤水熱和空間水熱因子是否適宜野杏種子萌發(fā)更新,需要原生境播種和環(huán)境監(jiān)測結果來驗證。