黃河源流域單元退化高寒草甸空間分布及其對(duì)土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)

張宇鵬， 吳笑天， 李希來(lái)*， 徐文印， 董心普， 王 苑，張 輝

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 青海 西寧 810016； 2.青海省自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)院， 青海 西寧 810001；3.青海省地理空間和自然資源大數(shù)據(jù)中心， 青海 西寧 810001)

受海拔、坡度等自然條件的影響，不同區(qū)域的草地植被分布格局呈現(xiàn)明顯地域分異特點(diǎn)[1-2]，高寒草甸是黃河源區(qū)主要的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型。近年來(lái)，人類活動(dòng)和氣候變化導(dǎo)致黃河源區(qū)高寒草甸不斷退化[3-5]。土壤是植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在空間分布上具有較大的差異性，因此在探究草地退化形成機(jī)制過(guò)程中土壤性質(zhì)變化是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，有研究表明土壤退化加劇了生物多樣性水平的下降，加速了草地退化[6-8]。

黃河源是三江源區(qū)的重要組成部分，受青藏高原活躍的地質(zhì)作用影響，其河流密布、溝壑縱橫，呈現(xiàn)流域高山地貌單元，土壤理化性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，因此在研究中將流域單元作為草地生態(tài)系統(tǒng)研究的基本單位是越來(lái)越多學(xué)者的共識(shí)。目前關(guān)于草地退化后對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生的影響以及植被功能群與土壤屬性間達(dá)到反饋平衡的研究較多，且這些研究大多是基于較小空間尺度的樣點(diǎn)研究，探究了不同退化級(jí)別的高寒草甸土壤理化性質(zhì)差異[9-10]。從流域單元土壤理化性質(zhì)空間分布特征入手，探究其對(duì)草地退化的驅(qū)動(dòng)作用的研究相對(duì)較少，因此基于典型流域單元探究退化高寒草甸分布對(duì)土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)，對(duì)揭示黃河源草地退化地貌學(xué)機(jī)制具有重要的科學(xué)意義。

因此，本研究遵循青藏高原“山水林田湖草沙(冰)”生命共同體概念與理論，通過(guò)地理信息技術(shù)在空間尺度上探討黃河源退化高寒草甸分布特征的基礎(chǔ)上，選取典型流域單元研究其土壤理化性質(zhì)空間異質(zhì)性對(duì)退化高寒草甸空間分布特征的影響，為研究和分析基于流域單元黃河源高寒草甸退化關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子以及高寒草甸生態(tài)修復(fù)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

黃河源位于三江源區(qū)東部，涉及青海省東南部17個(gè)縣域，總面積合計(jì)11.70萬(wàn) km2。區(qū)域內(nèi)草地、林地、農(nóng)田、荒漠等生態(tài)系統(tǒng)種類豐富。草地資源以高寒草甸、高寒草原為主，大部分區(qū)域海拔在3 000 m以上，氣候寒冷干燥，多年平均溫度-3.98℃，多年平均降水量309.63 mm，牧草生長(zhǎng)期70～90 d(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area注:本圖基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2016)1568號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改Note：This map was made based on the standard map downloaded from the standard map service website of the Ministry of Natural Resources with the approval number GS(2016)1568. The base map has not been modified

1.2 退化高寒草甸釋義

本研究所指的退化高寒草甸是指“黑土灘”退化草地，其特征是高寒草甸發(fā)生顯著的禿斑化退化(如圖2)。目前關(guān)于“黑土灘”退化高寒草甸的定義并不明確，其退化程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。本研究綜合前人研究成果，根據(jù)實(shí)地測(cè)量與調(diào)研，發(fā)現(xiàn)發(fā)生“黑土灘”退化植被覆蓋度小于70%時(shí)對(duì)草地生產(chǎn)力具有較大影響。因此本研究中退化高寒草甸是指原生植被覆蓋度小于70%的“黑土灘”禿斑化退化高寒草甸[11-13]。

圖2 退化高寒草甸示意圖Fig.2 Schematic diagram of degraded alpine meadow

1.3 退化高寒草甸數(shù)據(jù)獲取與驗(yàn)證

通過(guò)2018年7—8月多源高分辨率遙感影像獲取退化高寒草甸數(shù)據(jù)，退化高寒草甸均發(fā)生于黃河源高寒草甸類、低地草甸類、山地草甸類等草地類型范圍內(nèi)。多源高分辨率遙感影像由青海省自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)院提供，其中優(yōu)于1.0 m分辨率主影像為“高分2號(hào)”衛(wèi)星多源航空航天遙感影像數(shù)據(jù)，優(yōu)于2.0 m分辨率副影像來(lái)源于“高分1號(hào)”“資源3號(hào)”“天繪1號(hào)”衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。使用ENVI 5.4/IDL 8.6平臺(tái)，遙感影像數(shù)據(jù)經(jīng)幾何校正、影像融合等遙感影像預(yù)處理流程，形成影像底圖，并收集、整合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及多行業(yè)專題數(shù)據(jù)形成輔助判讀知識(shí)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)地踏勘、典型地類影像分析等方式建立退化高寒草甸典型解譯標(biāo)志。根據(jù)典型解譯標(biāo)志和輔助專題數(shù)據(jù)庫(kù)，采用基于計(jì)算機(jī)算法自動(dòng)分類識(shí)別和人機(jī)交互目視解譯相結(jié)合的方式，開展退化高寒草甸的內(nèi)業(yè)判讀和解譯；對(duì)內(nèi)業(yè)判讀難度較大的區(qū)域，通過(guò)實(shí)地踏勘、拍照取證等方式進(jìn)行精度驗(yàn)證和補(bǔ)充判讀修正，得到退化高寒草甸地表覆蓋數(shù)據(jù)，退化高寒草甸斑塊統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為≥400 m2(圖3)?；?020年所購(gòu)買的“珠海1號(hào)”優(yōu)于1.0 m高空間分辨率遙感影像，在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取和劃分6個(gè)觀測(cè)樣區(qū)，每個(gè)樣區(qū)400 km2，通過(guò)目視解譯獲得草地退化圖斑主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)集；選取研究區(qū)內(nèi)典型退化草地樣區(qū)，通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝獲得研究區(qū)內(nèi)優(yōu)于0.1 m高空間分辨率航拍影像，并進(jìn)行目視解譯獲得草地退化圖斑輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)集。將本研究所使用的退化草地圖斑數(shù)據(jù)集與主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)集和輔助驗(yàn)證數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對(duì)以驗(yàn)證數(shù)據(jù)質(zhì)量。本次驗(yàn)證結(jié)果顯示總體分類精度為98.93%，Kappa系數(shù)為0.977 2，退化草地圖斑數(shù)據(jù)集的總體分類精度較高，Kappa系數(shù)位于0.80～1.00之間，表明高寒退化草地圖斑分類結(jié)果精度非常好。

圖3 退化高寒草甸識(shí)別流程圖Fig.3 Flow chart of degraded alpine meadow extraction

1.4 退化高寒草甸坡度分析

使用分辨率為30 m的黃河源數(shù)字高程模型(Digital elevation model，DEM)數(shù)據(jù)，以1°為間距，在ArcGIS10.7平臺(tái)中制作黃河源坡度圖(圖4)，結(jié)合黃河源退化高寒草甸數(shù)據(jù)分析其坡度分布特征。

圖4 黃河源坡度圖Fig.4 Slope inclination map of source region of Yellow River

1.5 典型流域單元選取與土壤樣品采集

2019年8月，在黃河源范圍內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域選取3個(gè)典型流域，選取原則為“兩河匯一河”的呈“Y”字形流域單元(圖5)。在觀察流域單元區(qū)域地形特征基礎(chǔ)上，在每個(gè)典型流域中隨機(jī)選取流域單元橫斷面3個(gè)，以河流為界，在每個(gè)橫斷面分別呈直線于山頂、山腰、山麓、階地處設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn)(圖6)，其中點(diǎn)1與點(diǎn)6為坡頂區(qū)域，點(diǎn)2和點(diǎn)5為坡中區(qū)域，點(diǎn)3為階地區(qū)域，點(diǎn)4為灘地區(qū)域，使用水平儀記錄采樣點(diǎn)坡度。在每個(gè)采樣點(diǎn)使用土壤采樣鉆機(jī)隨機(jī)采集3個(gè)土壤原狀土柱，采集到碎石層為止，所采集的原狀土柱直徑10 cm，記錄土層厚度后以20 cm為單位進(jìn)行分割裝袋密封保存帶回實(shí)驗(yàn)室。所采集的土壤樣品自然風(fēng)干及碾碎后挑出大的植物根系及石礫，過(guò)0.25 mm篩裝入密封袋保存待測(cè)。取樣時(shí)高寒草甸處于正常放牧當(dāng)中。

圖6 采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.6 Distribution schematic diagram of sampling points

1.6 土壤樣品測(cè)定方法

土層厚度是指第一層碎石層以上土層的厚度，采用卷尺直接測(cè)量法測(cè)定；土壤水分含量采用烘干法測(cè)定，土壤水分含量(%)=(m濕土-m烘干土)/m濕土×100；土壤pH值采用pH計(jì)法(土水質(zhì)量比1∶5)測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤硝態(tài)氮含量采用酚二磺酸比色法測(cè)定；土壤銨態(tài)氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提-蒸餾法測(cè)定；土壤速效磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用火焰光度法測(cè)定[14]。

1.7 數(shù)據(jù)處理

使用Excel記錄整理數(shù)據(jù)并作圖；采用SPSS(IBM SPSS Statiatics 20)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行One-Way ANOVA統(tǒng)計(jì)分析和Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃河源退化高寒草甸空間分布特征

本研究識(shí)別黃河源退化高寒草甸斑塊合計(jì)45 804個(gè)，面積合計(jì)14 239.47 km2，占黃河源總面積的12.17%。退化高寒草甸在黃河源區(qū)17個(gè)縣域均有分布，分布趨勢(shì)表現(xiàn)為黃河源區(qū)域內(nèi)西北和西南部分布面積明顯多于東北和東南部(圖7)。

圖7 黃河源退化高寒草甸分布圖Fig.7 Distribution map of degraded alpine meadow in the source region of Yellow River

黃河源退化高寒草甸在0°～1°坡度范圍內(nèi)分布最多，面積達(dá)到1 669.52 km2，在1°～2°坡度范圍內(nèi)面積為1 312.35 km2，2°～5°范圍內(nèi)隨著坡度增加面積逐步有所增加，在4°～5°范圍內(nèi)達(dá)到1 093.45 km2，隨后隨著坡度的增加面積逐步減少，在54°之后無(wú)分布。但退化高寒草甸在31°～32°坡度范圍內(nèi)分布面積較30°～31°坡度范圍內(nèi)大(圖8)。

圖8 黃河源退化高寒草甸坡度分布圖Fig.8 Distribution map of slope inclination of degraded alpine meadow in the source region of Yellow River

殘差是在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中實(shí)際值與擬合值(估計(jì)值)之間的差，殘差蘊(yùn)含了有關(guān)模型基本假設(shè)的重要信息，通過(guò)殘差曲線的變化可以找到線性關(guān)系中的突變點(diǎn)。為更明顯體現(xiàn)黃河源退化高寒草甸模型擬合曲線的函數(shù)特征，更精確分析黃河源退化高寒草甸坡度分布特征，提取模型擬合曲線的常規(guī)殘差，根據(jù)各坡度殘差值大小判斷模型擬合曲線的突變點(diǎn)。圖9的結(jié)果表明黃河源退化高寒草甸隨坡度分布面積模型曲線共有4個(gè)突變點(diǎn)，分別出現(xiàn)在3°，7°，15°和32°。

圖9 殘差值分布圖Fig.9 Distribution chart of residual value

2.2 流域單元地形地貌特征

表1結(jié)果表明，采樣點(diǎn)1最大坡度36°、最小坡度31°、平均坡度34.00°，采樣點(diǎn)2最大坡度36°、最小坡度29°、平均坡度32.67°，采樣區(qū)域6最大坡度37°、最小坡度33°、平均坡度34.33°，采樣點(diǎn)1，2，6坡度差異不顯著。而采樣點(diǎn)5最大坡度28°、最小坡度28°、平均坡度為28.00°，坡度顯著低于采樣區(qū)域1，2，6(P<0.05)。坡度最小的為采樣點(diǎn)4，根據(jù)實(shí)地觀察采樣點(diǎn)4主要為灘地區(qū)域，最大坡度3°、最小坡度2°、平均坡度2.33°。而采樣點(diǎn)3為階地區(qū)域，最大坡度8°、最小坡度7°、平均坡度7.19°。因此，以河流為界，兩側(cè)坡面形態(tài)有所不同，采樣點(diǎn)1和6坡度差異不顯著；采樣點(diǎn)5和2坡度差異顯著(P<0.05)，而采樣點(diǎn)4與采樣點(diǎn)3坡度亦差異顯著(P<0.05)。

表1 不同采樣點(diǎn)的坡度及土層厚度Table 1 Slope and soil thickness of different sampling points

本研究中土層厚度是指第一層碎石層以上土層的厚度，土層厚度影響土壤水分養(yǎng)分運(yùn)動(dòng)與分布，兩側(cè)坡頂(采樣點(diǎn)1和6)土層厚度分別為26.67 cm和25.00 cm，土層厚度差異不顯著；采樣點(diǎn)2土層厚度為53.33 cm，采樣點(diǎn)5土層厚度為46.00 cm，采樣點(diǎn)4土層厚度達(dá)到83.33 cm，采樣點(diǎn)3土層厚度達(dá)151.67 cm。由此可見(jiàn)，坡面土層厚度呈現(xiàn)出由坡頂?shù)狡侣粗饾u增厚的趨勢(shì)，階地區(qū)域土層厚度顯著高于其他區(qū)域(P<0.05)。

2.3 流域單元退化高寒草甸地形分布特征

結(jié)合黃河源退化高寒草甸分布數(shù)據(jù)以及流域單元地形數(shù)據(jù)，流域單元中坡度0°～3°區(qū)域?yàn)楹庸葹┩浚饔騿卧衅露?°～7°區(qū)域?yàn)殡A地，因此流域單元中坡度0°～7°區(qū)域?yàn)闉┑?階地區(qū)域，這一區(qū)域內(nèi)退化高寒草甸數(shù)量最多，面積達(dá)到8 238.71 km2，占退化高寒草甸總面積的57.86%。流域單元中坡度7°～15°區(qū)域?yàn)槠碌兀S著坡度的增加退化高寒草甸面積逐步降低，流域單元中坡度7°～15°區(qū)域退化高寒草甸面積達(dá)到4 347.28 km2，占退化高寒草甸總面積的30.53%。流域單元中坡度15°～32°區(qū)域?yàn)槎钙碌?，流域單元中坡?5°～16°區(qū)域退化高寒草甸面積顯著低于流域單元中坡度14～15°區(qū)域，流域單元中坡度32°～33°區(qū)域退化高寒草甸面積顯著低于流域單元中坡度31°～32°區(qū)域，退化高寒草甸面積達(dá)到1 621.75 km2，占退化高寒草甸總面積的11.39%。退化高寒草甸在流域單元中坡度33°～54°區(qū)域內(nèi)雖然也有所分布，但面積所占比例僅為0.22%。

2.4 流域單元土壤理化性質(zhì)特征

2.4.1土壤水分分布特征 表2結(jié)果表明，由于地形、坡度、土層厚度有所不同，不同采樣區(qū)域相同土層的土壤水分含量也有所不同，總體而言采樣點(diǎn)3階地區(qū)域不同土層含水量較低。同時(shí)6個(gè)采樣點(diǎn)土壤含水量均表現(xiàn)出由表層向底層逐漸減少的趨勢(shì)。這可能是主要由于黃河源區(qū)內(nèi)降雨頻繁但每次降水量不大，加之黃河源區(qū)內(nèi)土壤水分蒸散量較大，因此土壤表層較為濕潤(rùn)，可供下滲水分較少，再加上土壤結(jié)構(gòu)缺乏保水層不利于保水，下層土壤含水量較表層土壤低。

表2 不同區(qū)域土壤含水量Table 2 Soil moisture content of different regions

2.4.2土壤pH特征 由表3可知，6個(gè)采樣點(diǎn)土壤pH值均表現(xiàn)出由表層土壤向底層逐漸增大的趨勢(shì)。流域單元中0～20 cm土壤中，pH值最高的是采樣點(diǎn)4，其次是點(diǎn)3、點(diǎn)1和點(diǎn)2，pH值最低的是點(diǎn)5和點(diǎn)6；20～40 cm土壤pH值最高的是采樣點(diǎn)3和4，其次是點(diǎn)1和2，最小的是點(diǎn)5和6。因此，黃河源流域單元中坡底土壤pH值高于坡中和坡頂，且有階地的緩坡一側(cè)高于無(wú)階地的陡坡一側(cè)，這可能與兩側(cè)坡度不同，水分運(yùn)移狀態(tài)不同有關(guān)。

表3 不同區(qū)域土壤pH值Table 3 Soil pH of different regions

2.4.3土壤有機(jī)質(zhì)分布特征 表4結(jié)果表明，6個(gè)采樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)為由表層向底層顯著降低的趨勢(shì)。相同土層中均是采樣點(diǎn)5土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其次是采樣點(diǎn)4。在有階地的緩坡一側(cè)各層土壤有機(jī)質(zhì)含量較無(wú)階地的陡坡一側(cè)變異程度小，這可能與緩坡一側(cè)人類、動(dòng)物活動(dòng)更為頻繁有關(guān)。

表4 不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)Table 4 Soil organic matter of different regions

2.4.5土壤堿解氮分布特征 堿解氮在土壤中的含量不穩(wěn)定，易受土壤水熱條件和生物活動(dòng)的影響而發(fā)生變化，但它能反映近期土壤的氮素供應(yīng)能力。由表5可知，6個(gè)采樣區(qū)域土壤堿解氮含量均表現(xiàn)為由表層土壤向底層顯著降低的趨勢(shì)，0～20 cm土壤堿解氮含量顯著高于20 cm以下土壤，其中變異程度最大的是采樣點(diǎn)3和采樣點(diǎn)4。0～20 cm表層土壤中堿解氮含量呈現(xiàn)出由坡頂向坡底逐漸累積的趨勢(shì)。土壤堿解氮含量的高低取決于有機(jī)質(zhì)含量的高低和質(zhì)量的好壞以及放入氮素化肥數(shù)量的多少。因此黃河源流域單元土壤堿解氮與土壤有機(jī)質(zhì)的分布特征有一定的相似性。

表5 不同區(qū)域土壤堿解氮含量Table 5 Soil available nitrogen content of different regions

2.4.6土壤硝態(tài)氮分布特征 由表6可知，流域單元0～20 cm土壤中，硝態(tài)氮含量最高的是采樣點(diǎn)1，含量達(dá)到25.87 mg·kg-1，其次是采樣點(diǎn)2，5，6。硝態(tài)氮最低的是采樣點(diǎn)3和4，含量分別為18.00 mg·kg-1和18.73 mg·kg-1。其余各層土壤中硝態(tài)氮含量也是坡頂高于坡底，這可能是由于受重力影響坡底土壤緊實(shí)度較高，土壤通氣性差，氮素氧化狀況比坡頂區(qū)域差。

表6 不同區(qū)域土壤硝態(tài)氮含量Table 6 Soil nitrate nitrogen content of different regions

2.4.7土壤銨態(tài)氮分布特征 黃河源區(qū)土壤銨態(tài)氮含量較硝態(tài)氮含量低。由表7可知，流域單元內(nèi)土壤銨態(tài)氮在不同區(qū)域由表層土壤向底層逐步降低。流域單元中0～20 cm土壤中，銨態(tài)氮含量坡底高于坡頂，各層含量最高的是采樣點(diǎn)3或4，分布特征趨勢(shì)與硝態(tài)氮相反。

表7 不同區(qū)域土壤銨態(tài)氮含量Table 7 Soil ammonium nitrogen content of different regions

2.4.8土壤速效磷分布特征 速效磷是土壤有效磷儲(chǔ)庫(kù)中對(duì)植物最為有效的部分，也是評(píng)價(jià)土壤供磷水平的重要指標(biāo)。根據(jù)表8可知流域單元內(nèi)土壤速效磷含量在不同區(qū)域也是由表層土壤向底層逐步減少。流域單元中0～20 cm土壤中，速效磷含量最高的是采樣點(diǎn)4，達(dá)到25.03 mg·kg-1，其次是采樣點(diǎn)3，達(dá)到23.39 mg·kg-1，其他采樣點(diǎn)速效磷含量介于12.67～18.22 mg·kg-1之間；其他不同采樣點(diǎn)同一土層中速效磷含量差異并不顯著，這可能與磷在土壤中移動(dòng)性較差而且黃河源土壤中速效磷含量本身較低有關(guān)。

表8 不同區(qū)域土壤速效磷含量Table 8 Soil available phosphorus content of different regions

2.4.9土壤速效鉀分布特征 速效鉀包括土壤溶液鉀及土壤交換性鉀，表9結(jié)果顯示，與有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷一致，黃河源流域單元內(nèi)土壤速效鉀含量在不同區(qū)域由表層土壤向底層逐步減少，且在0～20 cm土壤中速效鉀含量顯著大于20 cm以下土壤。而流域單元中不同采樣點(diǎn)同一土層中速效鉀含量最高的均是采樣點(diǎn)3，有階地的緩坡一側(cè)速效鉀含量較無(wú)階地陡坡一側(cè)高。這可能是由于緩坡一側(cè)土層薄，速效鉀隨著水分運(yùn)移淋失速率更快。

表9 不同區(qū)域土壤速效鉀含量Table 9 Soil available potassium content of different regions

3 討論

在大空間尺度上不同區(qū)域土壤理化性質(zhì)存在明顯的差異[15-16]。本研究的結(jié)果表明由于特殊的地形地貌黃河源區(qū)內(nèi)小空間尺度上土壤理化性質(zhì)也有較大差異，同一流域單元中不同坡度區(qū)域土壤理化性質(zhì)空間異質(zhì)性也較為明顯。

植被類型及其生長(zhǎng)狀況與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系密切，有研究表明在過(guò)度放牧及全球變暖的背景下草地土壤養(yǎng)分、水分供需失衡會(huì)致使草地退化[17-18]。隨著退化程度的加劇土壤理化性質(zhì)有較大的變化[19-21]。隨著草地退化程度的加劇土壤水分、有機(jī)碳、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均降低，速效磷、速效鉀含量也減少[22-25]。本研究的結(jié)果表明黃河源流域單元中草地土壤水分和養(yǎng)分含量隨著土壤深度的增加顯著降低，這與申紫雁、鮑根生、胡艷欣、高露、張麗婭等的結(jié)果一致[26-30]。因此前人關(guān)于草地退化導(dǎo)致了土壤水分、有機(jī)質(zhì)含量顯著降低，土壤養(yǎng)分減少的結(jié)論需要進(jìn)一步探討。土壤養(yǎng)分減少可能是由于草地底層土壤養(yǎng)分含量本身較低，草地退化水土流失致使底層土壤露出，其土壤水分、有機(jī)質(zhì)含量本來(lái)就比表層土壤少，同時(shí)草地退化后植被覆蓋度降低，土壤水分蒸發(fā)量進(jìn)一步增加，在頻繁降雨的影響下土壤養(yǎng)分淋失也進(jìn)一步增強(qiáng)。

關(guān)于退化草地分布特征的研究表明，在流域中山頂、山坡、階地和濕地等區(qū)域均是牛羊等牲畜取食區(qū)域，而地勢(shì)相對(duì)平坦的區(qū)域是其首選的采食區(qū)域[31-34]。本研究在實(shí)施過(guò)程中實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于其它區(qū)域，流域單元中坡度為0°～7°的“灘地-階地”(采樣點(diǎn)3和4)區(qū)域是人類活動(dòng)及放牧頻率較高的區(qū)域，同時(shí)也是嚙齒動(dòng)物活動(dòng)頻率最高的區(qū)域，是流域單元中最容易退化的區(qū)域[35-36]。

黃河源流域單元中不同區(qū)域同一土層除硝態(tài)氮外的土壤養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為由坡頂向坡底匯集，“灘地-階地”區(qū)域土壤養(yǎng)分含量較高，這可能是土壤養(yǎng)分隨著土壤水分運(yùn)移的結(jié)果。但“灘地-階地”區(qū)域土壤含水量相對(duì)較低，這可能是由于河谷中空氣流動(dòng)頻繁，階地區(qū)域較其他區(qū)域地形突出，在空氣流動(dòng)作用下水分蒸發(fā)量也有所增加。因此流域單元中土壤養(yǎng)分不足可能并不是驅(qū)動(dòng)草地退化的主要因素。“灘地-階地”區(qū)域坡度小于7.19°，地勢(shì)相對(duì)平坦，土層相對(duì)干燥，適合嚙齒動(dòng)物棲息繁衍，加上過(guò)度放牧活動(dòng)，導(dǎo)致草地更容易發(fā)生退化。因此在過(guò)度放牧與嚙齒動(dòng)物活動(dòng)的共同作用下，土壤水分含量對(duì)黃河源流域單元退化高寒草甸的分布有較大的影響。

4 結(jié)論

綜上所述，黃河源區(qū)中退化高寒草甸面積合計(jì)14 239.47 km2，流域單元中坡度為0°～7°的“灘地-階地”區(qū)域退化高寒草甸面積占總面積的57.86%，流域單元中“灘地-階地”區(qū)域是流域單元中最容易退化的區(qū)域。流域單元中同一區(qū)域土壤水分、養(yǎng)分含量從表層土壤到底層土壤逐步降低，土壤pH值逐步增大；除硝態(tài)氮外的土壤養(yǎng)分在“灘地-階地”區(qū)域含量均最高，但土壤水分含量較低。在過(guò)度放牧與嚙齒動(dòng)物活動(dòng)的共同作用下，土壤水分含量是影響黃河源流域單元退化高寒草甸分布的重要因素。