基于灰色關(guān)聯(lián)分析的祁連山寺大隆林區(qū)典型植被類型土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

蔣志成，蔣志仁，趙維俊，廖空太，馮金元

（1. 甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)中心，甘肅 張掖 734000；2. 甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)祁連自然保護(hù)站，甘肅 武威 733000；3. 甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，甘肅 張掖 734000；4. 甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)夏瑪自然保護(hù)站，甘肅 天祝 733000）

伴隨著全球氣候變化的影響和人類活動(dòng)對(duì)土地資源的不合理利用，導(dǎo)致了一系列土壤質(zhì)量退化的生態(tài)問題，諸如水土流失、肥力下降、次生鹽堿化、土壤污染等，嚴(yán)重影響了人類和其他生物的生存和發(fā)展［1］。土壤質(zhì)量作為土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合表征，也是土壤固有屬性的重要表述，其質(zhì)量的高低一定程度上直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的演替方向、生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力等環(huán)境質(zhì)量亦具有重要的影響［2］。對(duì)土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)很早就引起了國(guó)內(nèi)外生態(tài)學(xué)家們的廣泛關(guān)注［3-4］，其中對(duì)森林土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于客觀的掌握森林土壤質(zhì)量的現(xiàn)狀和可能的變化趨勢(shì)，從而采取可能的措施對(duì)森林土壤資源進(jìn)行管理和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)森林土壤資源的可持續(xù)利用，進(jìn)而有效的發(fā)揮森林的多種生態(tài)服務(wù)功能。同時(shí)研究還表明，由于森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜、林齡差異大、環(huán)境因子等不同因素的影響，即使是分布同一區(qū)域的不同森林植被類型土壤質(zhì)量也存在較大差異［5］。因此，通過對(duì)不同森林植被類型的土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，可及時(shí)為森林健康經(jīng)營(yíng)和管理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

目前對(duì)森林土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法有很多，如張垚等［6］采用最小數(shù)據(jù)集（MDS）和土壤質(zhì)量指數(shù)（SQI）對(duì)關(guān)帝山典型植被類型其土壤質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明影響土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因子是過氧化氫酶和全磷，而且不同植被類型土壤質(zhì)量差異顯著。陳佳等［7］人采用主成分分析方法對(duì)武夷山的6 種不同人工林土壤質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)采用磷酸酶、全氮、水解氮、速效鉀和全磷這幾個(gè)化學(xué)指標(biāo)能較好的表征該區(qū)域不同林型的土壤肥力。孫宇等［8］人用層次分析法對(duì)湖南福壽林場(chǎng)不同齡組的公益林土壤質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明土壤肥力最好的是中齡林，其次是近熟林，最差的是幼齡林。另外利用灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行森林土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)外開展了大量的研究，該方法主要通過關(guān)聯(lián)度的計(jì)算和關(guān)聯(lián)序的排序進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣比較，分析方法簡(jiǎn)便、直觀，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)客觀［9-10］。如林培松等［11］人用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)韓江流域分布的6種林分類型土壤肥力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明天然常綠闊葉林和針闊混交林土壤肥力較好，馬尾松林土壤肥力較差。

以往對(duì)祁連山不同植被類型土壤生態(tài)研究對(duì)集中在理化性質(zhì)［12］、生態(tài)水文［13］、化學(xué)計(jì)量學(xué)［14］等方面的研究，針對(duì)該區(qū)域的森林土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究報(bào)道較少。本研究以位于祁連山中段的寺大隆林區(qū)為試驗(yàn)區(qū)，選取該林區(qū)天澇池流域分布的祁連圓柏林、青海云杉林、灌木林和干草原等4種典型植被類型為研究對(duì)象，通過對(duì)不同植被類型的植被調(diào)查和土壤取樣測(cè)定，分析能反映土壤質(zhì)量的主要物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)在不同植被類型土壤剖面上的變化規(guī)律，并應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度法評(píng)價(jià)不同植被類型土壤質(zhì)量，以期有針對(duì)性的進(jìn)行不同植被類型土壤分類經(jīng)營(yíng)和管理，從而提升林地的生產(chǎn)力和實(shí)現(xiàn)土壤資源的可持續(xù)利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

由表1可知，試驗(yàn)區(qū)選擇位于黑河流域中上游地帶的甘肅省肅南縣寺大隆林區(qū)的天澇池流域，該流域地理位置為N 38°24'～38°26'，E 99°53'～100°56'、海拔2 600～4 400 m，年降水量為437 mm，年蒸發(fā)量為1 066 mm，年均相對(duì)濕度為59%，年均氣溫為1.2 ℃，是典型的山地森林氣候。受水熱條件的影響，流域植被類型和土壤類型具有明顯的地帶性分布，其植被類型主要有喬木優(yōu)勢(shì)樹種祁連圓柏（Sabina prze?walskii）林和青海云杉（Picea crassifolia）；灌木優(yōu)勢(shì)植物種金露梅（Potentilla fruticosa）、吉拉柳（Salix gilashanica）、高山繡線菊（Spiraea alpina）和鬼箭錦雞兒（Caragana jubata）；草本優(yōu)勢(shì)植物種垂穗披堿草（Elymus nutans）、苔草（Carex）、鵝絨委陵菜（Po?tentilla anserina）、珠芽蓼（Plantago asiatic）等。分布面積較大的植被類型主要是亞高山灌木林、青海云杉林、祁連圓柏林和干草原，不同植被類型下分布不同的土壤類型，土壤類型依次為高山草甸土、山地灰褐土、山地栗鈣土，還有分布高海拔的寒漠土［15］。

1.2 試驗(yàn)樣地的設(shè)置及調(diào)查和取樣

2021 年7 月份，在甘肅省肅南縣寺大隆林區(qū)的天澇池流域選擇分布面積較大且具有代表性祁連圓柏林、青海云杉林、灌木林和干草原為研究對(duì)象，選擇典型立地條件均建立3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，各樣地概況見表1，其中喬木林的標(biāo)準(zhǔn)樣地面積大小為20 m×20 m，灌木林的標(biāo)準(zhǔn)樣地面積大小為5 m×5 m，干草原標(biāo)準(zhǔn)樣地面積大小為1 m×1 m。調(diào)查各標(biāo)準(zhǔn)樣地的優(yōu)勢(shì)植物種的種類和數(shù)量，喬木和灌木的樹高、胸徑（灌木是地徑）、郁閉度，草本的高度和蓋度，同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)樣地的海拔、經(jīng)緯度、坡度、坡向等微地形信息。

表1 不同植被類型試驗(yàn)樣地概況Table 1 Overview of the test site for different afforestation modes

1.3 土壤樣品采集與處理

為避免降雨事件或采樣時(shí)間對(duì)不同植被類型土壤理化性質(zhì)差異的影響，本研究利用同一天的時(shí)間同步采集了不同植被類型的土壤樣品。在不同植被類型內(nèi)設(shè)置的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)順坡向按“品”字型挖掘3 個(gè)土壤剖面，剖面的深度均為60 cm，記錄剖面的顏色、緊實(shí)度、結(jié)構(gòu)、新生體、質(zhì)地、根系含量等剖面信息特征。然后采用機(jī)械劃分的方法對(duì)土壤剖面進(jìn)行層次劃分，依次劃分為0～10、10～20、20～40、40～60 cm，用體積100 cm3的環(huán)刀沿著剖面自下而上進(jìn)行不同土層的原狀土采集，每個(gè)層次均取3 個(gè)重復(fù)，用于測(cè)定土壤容重和質(zhì)量含水量。待用環(huán)刀采集土壤原樣后，用小刀亦自下而上取不同土層的土壤混合樣，按“四分法”取約1 kg 土樣裝入自封袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)風(fēng)干，取風(fēng)干好的土樣用木棒碾碎，并使其全部通過孔徑1 mm 的土壤篩，用于土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。

1.4 土壤樣品測(cè)定方法

土壤容重和質(zhì)量含水量采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤質(zhì)地采用比重法測(cè)定（質(zhì)量百分比），這些物理指標(biāo)的具體測(cè)定方法依據(jù)《森林土壤分析方法》［16］。土壤有機(jī)碳采用K2Cr2O7氧化-高溫外加熱法測(cè)定，土壤水解氮采用NaoH 堿解-擴(kuò)散法測(cè)定，土壤速效磷采用NaHCO?提取-鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤速效鉀采用CH3COONH4浸提-原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定，土壤電導(dǎo)率采用水土5∶1浸提-電極法測(cè)定，土壤陽(yáng)離子交換量采用CH3COONa 浸提-火焰光度法測(cè)定，這些化學(xué)指標(biāo)的具體測(cè)定方法依據(jù)《森林土壤分析方法》［16］和《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［17］，土壤物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)的每個(gè)測(cè)定值均進(jìn)行3次測(cè)定，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用Excel 2016 和SPSS 12.0 進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析和新復(fù)極差法比較不同植被類型同一土層和同一植被類型不同土層土壤理化指標(biāo)的差異顯著性（P<0.05）。將土壤作為被選對(duì)象，土壤容重、質(zhì)量含水量、總孔隙度、砂粒、粉粒、黏粒和有機(jī)碳、水解氮、速效磷、速效鉀、電導(dǎo)率、陽(yáng)離子交換量作為土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)因子，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)不同植被類型土壤理化指標(biāo)的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析及關(guān)聯(lián)排序，通過加權(quán)關(guān)聯(lián)度大小的比較，對(duì)不同植被類型的土壤質(zhì)量狀況進(jìn)行排序，其過程包括計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，具體詳見顏權(quán)等［18］的分析方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型土壤剖面物理性質(zhì)

通過對(duì)不同植被類型土壤剖面物理性質(zhì)的分析可知（表2），不同植被同一土層和同一植被不同土層的容重、質(zhì)量含水量、總孔隙度、砂粒、粉粒和粘粒含量大小變化規(guī)律各不相同。在不同植被同一土層中，土壤容重大小表現(xiàn)為干草原在0～10 cm 顯著大于其他3種植被（P<0.05），其他土層均表現(xiàn)為祁連圓柏林和干草原顯著大于青海云杉林和灌木林（P<0.05），祁連圓柏林和干草原之間及青海云杉林和灌木林之間均無顯著性差異；土壤質(zhì)量含水量大小表現(xiàn)為青海云杉林和灌木林顯著大于祁連圓柏林和干草原（P<0.05），青海云杉林和灌木林之間及祁連圓柏林和干草原之間均無顯著性差異；土壤總孔隙度大小表現(xiàn)為干草原在0～10 cm土層顯著小于其他3種植被（P<0.05），其他土層均表現(xiàn)為祁連圓柏林和干草原顯著小于青海云杉林和灌木林（P<0.05），祁連圓柏林和干草原之間及青海云杉林和灌木林之間均無顯著性差異；土壤砂粒含量大小表現(xiàn)為祁連圓柏林在0～10 cm 小于其他3 種植被（P<0.05），10～60 cm 土層均表現(xiàn)為青海云杉林含量大于其他3種植被；土壤粉粒含量大小表現(xiàn)為祁連圓柏林和干草原在0～10 cm顯著大于青海云杉林和灌木林（P<0.05），10～60 cm 土層均表現(xiàn)為青海云杉林顯著小于其他3種植被（P<0.05）；土壤粘粒含量大小表現(xiàn)為青海云杉林在0～10 cm土層顯著大于其他3種植被（P<0.05），在10～40 cm均表現(xiàn)為灌木林顯著小于其他3種植被（P<0.05），在40～60 cm不同植被差異性均不顯著。

表2 不同植被類型土壤剖面物理性質(zhì)Table 2 Physical properties of soil profiles of different vegetation types

在同一植被不同土層中，總體上來看，土壤容重、粉類和粘粒含量大小均表現(xiàn)為隨土層深度增加其大小不斷增加。其中，祁連圓柏林和灌木林土壤容重大小顯著小于其他土層（P<0.05），其他土層間的差異性均不顯著；青海云杉林和干草原兩者在不同土層間的差異性均不顯著；祁連圓柏林土壤粉類含量大小在不同土層間的差異性均不顯著，青海云杉林和干草原在0～20 cm 顯著小于其他土層（P<0.05），其他土層間的差異性均不顯著，灌木林在0～10 cm 顯著低于其他土層，其他土層間的差異性均不顯著；祁連圓柏林、青海云杉林和干草原土壤粘粒含量大小在不同土層間差異性均不顯著，而灌木林在40～60 cm 顯著大于其他土層（P<0.05），其他土層均無顯著性差異。土壤質(zhì)量含水量、總孔隙度和砂粒含量大小均表現(xiàn)為均隨土層深度增加其大小不斷減小。其中，祁連圓柏林和干草原土壤質(zhì)量含水量大小在0～20 cm 顯著大于其他土層（P<0.05），其他土層間的差異性均不顯著，青海云杉林和灌木林不同土層間的差異性均不顯著；除祁連圓柏林土壤總孔隙度大小在0～10 cm土層顯著大于其他土層（P<0.05），其他土層差異性均不顯著；不同植被土壤砂粒含量大小在0～20 cm顯著大于其他土層（P<0.05），其他土層間的差異性均亦顯著（P<0.05）。

2.2 不同植被類型土壤剖面化學(xué)性質(zhì)

通過對(duì)不同植被類型土壤剖面化學(xué)性質(zhì)的分析（表3），不同植被同一土層和同一植被不同土層的有機(jī)碳、水解氮、速效磷、速效鉀、電導(dǎo)率和陽(yáng)離子交換量含量大小變化規(guī)律各不相同。在不同植被同一土層中，土壤有機(jī)碳含量大小表現(xiàn)為灌木林在0～10 cm顯著大于祁連圓柏林、青海云杉林和干草原（P<0.05），青海云杉林和灌木林在10～20 cm 顯著大于祁連圓柏林和干草原（P<0.05），青海云杉林在20～60 cm 顯著大于祁連圓柏林、灌木林和干草原（P<0.05）；土壤水解氮含量大小表現(xiàn)為灌木林在0～10 cm 顯著大于祁連圓柏林和青海云杉林（P<0.05），干草原含量最小，青海云杉林和灌木林在10～20 cm 顯著大于祁連圓柏林和干草原（P<0.05），青海云杉林和灌木林之間與祁連圓柏林和干草原之間無顯著性差異，青海云杉林在20～60 cm顯著大于其他3種植被（P<0.05），灌木林和干草原含量最?。煌寥浪傩Я缀看笮”憩F(xiàn)為灌木林在0～10 cm 顯著大于其他3 種植被（P<0.05），青海云杉林在10～20 cm 顯著大于灌木林和干草原（P<0.05），祁連圓柏林最小，祁連圓柏林和青海云杉林在20～60 cm 顯著大于灌木林和干草原（P<0.05），祁連圓柏林和青海云杉林在40～60 cm 顯著大于灌木林（P<0.05），干草原最?。煌寥浪傩р浐看笮”憩F(xiàn)為干草原在0～10 cm 顯著大于祁連圓柏林（P<0.05），青海云杉林和灌木林最小，其他土層均表現(xiàn)為干草原顯著大于青海云杉林和灌木林（P<0.05），祁連圓柏林最??；土壤電導(dǎo)率大小表現(xiàn)為不同植被在0～10 cm 差異性不顯著，其他土層均表現(xiàn)為灌木林顯著小于其他3種植被（P<0.05）；土壤陽(yáng)離子交換量大小表現(xiàn)為灌木林在0～10 cm顯著大于祁連圓柏林和青海云杉林（P<0.05），干草地最小，青海云杉林和灌木林在10～20 cm 顯著大于祁連圓柏林（P<0.05），干草原最小，青海云杉林在20～60 cm顯著大于祁連圓柏林和灌木林（P<0.05），干草原最小。

表3 不同植被類型土壤剖面化學(xué)性質(zhì)Table 3 Chemical properties of soil profiles of different vegetation types

在同一植被不同土層中，總體上來看，除干草原土壤速效鉀含量大小隨土層深度增加其含量呈先增加后又變小的變化趨勢(shì)外，土壤有機(jī)碳、水解氮、速效磷、速效鉀、電導(dǎo)率、陽(yáng)離子交換量含量大小均表現(xiàn)為均隨土層深度增加其大小不斷減小。其中，祁連圓柏林和灌木林土壤有機(jī)碳含量大小在0～10 cm顯著大于其他土層（P<0.05），青海云杉林不同土層間差異性均不顯著，干草原在0～40 cm 顯著大于40～60 cm（P<0.05）；祁連圓柏林和干草原土壤水解氮含量大小在0～10 cm 顯著大于其他土層（P<0.05），青海云杉林0～20 cm土層顯著大于其他土層（P<0.05），灌木林在0～10 cm 顯著大于10～20 cm和20～60 cm（P<0.05），而且10～20 cm 顯著大于20～60 cm（P<0.05）；祁連圓柏林土壤速效磷含量大小0～10 cm顯著大于其他土層（P<0.05），青海云杉林在0～20 cm顯著大于其他土層（P<0.05），灌木林和干草原在0～10 cm 顯著大于10～20 cm 和20～60 cm（P<0.05），而且10～20 cm 顯著大于20～60 cm（P<0.05）；祁連圓柏林和灌木林土壤速效鉀含量大小在0～10 cm顯著大于其他土層（P<0.05），青海云杉林在0～20 cm 土層顯著大于其他土層（P<0.05），干草原在10～20 cm 顯著大于0～10 cm 和20～60 cm（P<0.05），而且在0～10 cm 顯著大于20～60 cm（P<0.05）；祁連圓柏林和青海云杉林土壤電導(dǎo)率在0～10 cm顯著大于其他土層（P<0.05），灌木林在0～10 cm 顯著大于10～20 cm 和20～60 cm（P<0.05），而且在10～20 cm 顯著大于20～60 cm（P<0.05），干草原不同土層間的差異性均不顯著；祁連圓柏林土壤陽(yáng)離子交換量大小在0～10 cm 顯著大于其他土層（P<0.05），青海云杉林不同土層間的差異性均不顯著，灌木林在10～20 cm顯著大于0～10 cm和20～60 cm（P<0.05）。

2.3 不同植被類型土壤理化性質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)分析

為更好的評(píng)價(jià)不同植被類型土壤質(zhì)量，對(duì)能反映土壤質(zhì)量的物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，通過對(duì)土壤物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)確定，即：土壤物理指標(biāo)包括容重（X1）、質(zhì)量含水量（X2）、總孔隙度（X3）、砂粒（X4）、粉類（X5）、粘粒（X6）等，土壤化學(xué)指標(biāo)包括有機(jī)碳（X7）、水解氮（X8）、速效磷（X9）、速效鉀（X10）、電導(dǎo)率（X11）、陽(yáng)離子交換量（X12）等12個(gè)指標(biāo)，先對(duì)參考數(shù)列和比較數(shù)列進(jìn)行無量綱化處理（表4），之后進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，包括各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度及其均值（表5），關(guān)聯(lián)度越大，參考數(shù)列和比較數(shù)列的發(fā)展趨勢(shì)就越接近，即：對(duì)土壤質(zhì)量越好。從表5可以看出，關(guān)聯(lián)度數(shù)值大小表明，青海云杉林（0.759 4）>灌木林（0.742 6）>祁連圓柏林（0.696 4）>干草原（0.694 5），4種植被類型中土壤質(zhì)量最好的林分為青海云杉林，其次為灌木林，然后是祁連圓柏林，干草原最小。

表4 數(shù)據(jù)初值化處理結(jié)果Table 4 Initialization of soil physical and chemical properties indexes

表5 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度Table 5 Relation coefficients and degrees of soil physical and chemical properties indexes

3 討論

4 種植被類型土壤物理指標(biāo)中僅土壤質(zhì)量含水量在青海云杉林和灌木林明顯大于祁連圓柏林和干草原，主要原因是前者分布在陰坡和半陰坡，后者分布在陽(yáng)坡，因光照相對(duì)充足，加上祁連圓柏林和干草原的郁閉度和蓋度小，土壤蒸發(fā)量大，使得土壤中的含水量較陰坡和半陰坡低。其他物理指標(biāo)土壤容重、總孔隙度、質(zhì)地等在0～10 cm 不同于10～40 cm土層，而在10～40 cm 土層差異顯著性均為一致，主要原因是表土層容易受到枯枝落葉、放牧和動(dòng)物排泄物等動(dòng)植物有機(jī)體的影響。干草原多為耐旱的草本和灌木組成，凋落物歸還量少，植被生產(chǎn)力低，有機(jī)質(zhì)累積少，導(dǎo)致土壤緊實(shí)，容重大。青海云杉林和灌木林植被生產(chǎn)力高，加上位于陰冷潮濕的坡面，凋落物分解緩慢，長(zhǎng)時(shí)間的累積使得土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富，改善了土壤的物理性質(zhì)。而祁連圓柏林，盡管植被生產(chǎn)力高，但較青海云杉林和灌木林，其數(shù)量較少，加上位于陽(yáng)坡，有機(jī)質(zhì)容易分解，不利于有機(jī)質(zhì)的累積。同一植被不同土層容重、粉類和粘粒隨土層深度增加其大小不斷增加，而質(zhì)量含水量、總孔隙度和砂粒隨土層深度增加其大小不斷減小，這些物理指標(biāo)在不同土層間的差異顯著性不盡相同，主要原因是土壤中的有機(jī)質(zhì)是改善土壤結(jié)構(gòu)的聚合體，直接影響了土壤礦物結(jié)構(gòu)，而且其含量隨土層增加不斷減小所導(dǎo)致的結(jié)果［19］。

在4種植被類型土壤化學(xué)指標(biāo)中，除土壤速效磷在不同植被同一土層的變化規(guī)律各不相同外，原因可能是土壤水熱條件、有機(jī)質(zhì)、pH 值等多種因素綜合作用的結(jié)果。土壤有機(jī)碳、水解氮和陽(yáng)離子交換量等在0～20 cm 不同于20～60 cm 土層，20～60 cm土層差異顯著性均為一致，主要原因是其含量大小取決于不同植被的土壤有機(jī)質(zhì)含量大小。土壤速效鉀和電導(dǎo)率在0～10 cm不同于10～60 cm土層，其中干草原的速效鉀含量最大，不同植被的土壤電導(dǎo)率差異不明顯，而在10～60 cm土層差異顯著性均為一致，原因可能與土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤速效鉀的“稀釋效應(yīng)”作用有關(guān)［20］，即：土壤速效鉀含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；電導(dǎo)率差異不明顯，參考陳麗娟等［21］整理的土壤鹽漬化分級(jí)表，試驗(yàn)區(qū)不同植被的土壤電導(dǎo)率很小，在一定程度上說明研究區(qū)土壤不存在鹽漬化現(xiàn)象。同一植被不同土層除干草原的土壤速效鉀隨土層深度增加沒明顯的變化規(guī)律外，其他化學(xué)指標(biāo)均隨土層深度增加其大小不斷減小，但不同土層間的差異顯著性不盡相同，這是表層土壤和深層土壤的有機(jī)質(zhì)含量不同及土壤顆粒的風(fēng)化程度不一樣所導(dǎo)致的。

本研究表明不同植被類型土壤質(zhì)量從高到低依次為青海云杉林、灌木林、祁連圓柏林和干草原，產(chǎn)生這種情況的原因有三，一是不同植被的土壤表面覆蓋物即凋落物歸還量大小不一樣，青海云杉林的凋落物蓄積量大，加上林地覆蓋較厚的苔蘚層；灌木林的凋落物蓄積量次之；而祁連圓柏林和干草原的凋落物蓄積量小。以新陳代謝的方式歸還到土壤的凋落物含量的差異，使得土壤中有機(jī)質(zhì)含量不同，進(jìn)而導(dǎo)致了土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分積累各不相同，因青海云杉林的凋落物蓄積量最大，枯落物和苔蘚形成較為密閉的環(huán)境，有利于酶促反應(yīng)和養(yǎng)分積累及土壤結(jié)構(gòu)的改善；干草原的凋落物蓄積量最小，稀疏的植被分布和弱的腐殖質(zhì)積累使得土壤質(zhì)量最差。二是青海云杉林和祁連圓柏林、干草原分布的位置坡度都較大，但是青海云杉林林地覆被保存好，很少產(chǎn)生水土流失，而祁連圓柏林和干草原相對(duì)青海云杉林，覆被差加上放牧踩踏以及遇到大的降水事件易產(chǎn)生水土流失沖刷累積的有機(jī)殘?bào)w；而灌木林坡度平緩，加上根系對(duì)有機(jī)質(zhì)的固持作用，有利于有機(jī)物質(zhì)的累積。三是不同植被群落改變了土壤水熱內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而影響土壤發(fā)育的條件而改變了其土壤質(zhì)量，如相對(duì)低海拔分布的干草原而言，高海拔低溫和降水量大導(dǎo)致了凋落物分解緩慢，增加了有機(jī)質(zhì)的累積，這在已有的研究中得到了證實(shí)，如Zhang 等［22］對(duì)不同海拔土壤質(zhì)量研究發(fā)現(xiàn)，植被隨海拔呈地帶性分布，植被的變化影響了凋落量和凋落物類型。綜上，植被結(jié)構(gòu)、微地形、土壤水熱的不同導(dǎo)致了不同植被類型土壤質(zhì)量存在差異。

近年來，隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，土壤酶活性、土壤微生物量等指標(biāo)也越來越多的被用來表征土壤質(zhì)量，本研究只是選擇了土壤的主要物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。同時(shí)伴隨著地理信息技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)等高新技術(shù)和理論的快速發(fā)展，利用GIS技術(shù)結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論進(jìn)行土壤質(zhì)量空間變異信息表述更為有效和精準(zhǔn)［23］，而本研究只是選擇了典型樣地法進(jìn)行土壤樣品采集。因此，今后加強(qiáng)將土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)的選取和地理信息技術(shù)相結(jié)合，以便可視化、直觀化、客觀化的測(cè)度土壤對(duì)外界環(huán)境變化的整體響應(yīng)。

4 結(jié)論

本研究研究結(jié)果表明，這4種植被類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響存在明顯的差異，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)了不同植被類型的土壤質(zhì)量，4 種植被類型中，土壤質(zhì)量最好的植被類型為青海云杉林，其次為灌木林，然后是祁連圓柏林，干草原最差。該研究結(jié)果可為分類經(jīng)營(yíng)管理祁連山不同植被類型提供理論依據(jù)。