西藏米拉山土壤團(tuán)聚體垂直地帶性特征

喻武， 任德智， 楊文姬， 宋珺， 喬鋒， 李晶

1. 西藏農(nóng)牧學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院， 西藏 林芝 860000； 2. 西藏農(nóng)牧學(xué)院 高寒水土保持研究中心， 西藏 林芝 860000；3. 成都市農(nóng)林科學(xué)院 林業(yè)研究所， 成都 611130； 4. 山合林(北京)水土保持技術(shù)有限公司， 北京 100038；5. 中國鐵路總公司發(fā)展和改革部， 北京 100844； 6. 水利部沙棘開發(fā)管理中心， 北京100038

土壤團(tuán)聚體是評價(jià)土壤侵蝕潛在發(fā)生危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)， 其穩(wěn)定性直接影響土壤表層的水、 土界面行為， 特別是與降雨入滲、 產(chǎn)流過程具有較為緊密的聯(lián)系[1]． 已有研究表明， 由于地形、 氣候、 植被以及外界干擾程度的不同， 土壤理化性質(zhì)具有一定的空間異質(zhì)性， 進(jìn)而使土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、 抗蝕能力產(chǎn)生差異[2-3]． 為了減弱團(tuán)聚體直徑對土壤理化性質(zhì)的影響， 并對土壤團(tuán)聚體的特征進(jìn)行定量分析， Van Bavel[4]及Gardner[5]提出了平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)的概念， 從而提高團(tuán)聚體含量在土壤物理結(jié)構(gòu)和抗蝕性評價(jià)指標(biāo)體系中的影響權(quán)重[6]． 而Hessen等[7]利用質(zhì)量分布與平均粒徑間的關(guān)系計(jì)算出了土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)． 朱麗琴等[8]研究結(jié)果表明， 土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)受森林恢復(fù)的過程影響所需的時(shí)間較為漫長． 在森林恢復(fù)初期， 可通過加強(qiáng)人工撫育促進(jìn)團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定， 改善土壤結(jié)構(gòu)． 胡陽等[9]對典型巖溶山區(qū)植被恢復(fù)的土壤團(tuán)聚體研究表明， >0.25 mm粒級的團(tuán)聚體含量， 土壤團(tuán)聚體的MWD和GMD明顯與地表植被覆蓋類型有明顯的關(guān)系． 姜敏等[10]對丹江口庫區(qū)不同土地利用方式土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分形特征研究表明， 人工林和自然林土壤穩(wěn)定性和抗蝕性更好． 因此， 關(guān)于不同植被群落及地形等因素影響下的土壤理化性質(zhì)及團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)受到眾多學(xué)者的關(guān)注[11-12]．

米拉山海拔梯度差異極大， 自然環(huán)境呈明顯的垂直帶性規(guī)律， 生態(tài)環(huán)境極其脆弱， 季節(jié)性凍土發(fā)育， 土壤穩(wěn)定性受凍融作用、 植被覆蓋和侵蝕等方面的影響極為明顯． 在每年的雨季， 融水與降水疊加， 形成強(qiáng)烈的地表徑流， 極易產(chǎn)生水土流失， 也對局地位置的植被產(chǎn)生了較大的破壞[13]． 近年來， 伴隨著全球氣候變暖， 社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 研究區(qū)水土流失因素增多， 強(qiáng)度也有增大的趨勢． 這對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、 開發(fā)利用等帶來了極大的挑戰(zhàn)． 研究區(qū)雖然開展了一些土壤、 植物等方面的研究工作， 但多集中在資源的開發(fā)利用潛力方面[13-15]， 在揭示研究區(qū)環(huán)境垂直地帶性規(guī)律特征及其原因方面的研究還比較欠缺． 因此本研究以米拉山海拔4 200～5 000 m為研究區(qū)域， 探討不同海拔影響下土壤理化性質(zhì)差異、 團(tuán)聚體分布特征及穩(wěn)定性特征， 從而為藏東南類似米拉山的高寒區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)提供科學(xué)理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于米拉山東坡海拔4 200～5 000 m， 地理坐標(biāo)為92°19.607′-92°31.479′E， 29°50.131′-29°54.678′N， 海拔高差800 m(表1)， 屬高原溫帶季風(fēng)氣候區(qū)． 受印度洋暖濕氣流影響， 區(qū)域干濕季節(jié)分明． 每年5-10月為雨季， 天氣溫暖、 濕潤、 多雨； 11-次年4月為旱季， 天氣干燥、 晴朗， 晝夜溫差大． 根據(jù)工布江達(dá)水文站記錄， 研究區(qū)多年平均氣溫7.98 ℃， 最低氣溫-15.15 ℃， 最高氣溫29.07 ℃． 年氣溫較差44.22 ℃， 年降水量在550 mm左右[16]． 植被結(jié)構(gòu)較為簡單， 主要為草地及灌叢草地， 主要植物有高山嵩草(Kobresiapygmaea)、 羊茅(Festucaovina)、 高山柳(Salixcupularis)、 圓穗蓼(Polygonummacrophyllum)、 金露梅(Potentillafruticose)等草本及小灌木． 土壤類型多為高寒草甸土和山地黃棕壤．

表1 樣地基本狀況

1.2 樣品采集與處理

2017年9月， 從米拉山口向林芝方向， 在海拔4 200～5 000 m， 以200 m為一個(gè)海拔梯度， 選取典型樣地． 在每個(gè)樣地內(nèi)選取代表性位置(圖1)， 設(shè)立3個(gè)10 m×10 m小樣方， 對樣地植被、 灌草蓋度、 土壤類型、 坡度、 坡向等生境進(jìn)行調(diào)查． 以“S”法采集土壤， 采集 0～20 cm土層原狀土壤2 kg左右， 用大鋁盒裝好帶回實(shí)驗(yàn)室， 按照其紋路輕輕掰成大約直徑為1～2 cm的土塊晾曬風(fēng)干， 并仔細(xì)剔除其中枯枝、 樹根及礫石． 風(fēng)干后， 用于土壤團(tuán)聚體分析， 研磨過0.149 mm篩后用于有機(jī)質(zhì)的測定． 同時(shí)采集環(huán)刀(100 cm3)土樣用于容質(zhì)量、 孔隙指標(biāo)分析． 每樣方采樣重復(fù)3次， 原狀土樣和環(huán)刀土樣各45個(gè)．

圖1 樣地分布

1.3 物理指標(biāo)測定方法

土壤有機(jī)碳采用濃硫酸—重鉻酸鉀外加熱法測定[17]． 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用沙維諾夫法測定， 土壤容質(zhì)量、 孔隙度采用環(huán)刀法測定[17]．

1.4 指標(biāo)計(jì)算

團(tuán)聚體破壞率(%)=(>0.25 mm團(tuán)聚體分析值(干篩-濕篩)/>0.25 mm團(tuán)聚體干篩分析值)×100%．

(1)

式中：MWD為平均重量直徑；GMD為幾何平均直徑；Xi為任一粒徑范圍團(tuán)聚體平均直徑；Wi為任一粒徑范圍團(tuán)聚體質(zhì)量占土壤樣品質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)．

分形維數(shù)(Fractal Dimension，D)采用楊培嶺等[18]推導(dǎo)的公式計(jì)算：

(2)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010，SPSS 17.0及ArcGIS 10.2分別進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及圖表制作． 不同數(shù)據(jù)組間差異顯著性比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan多重比較(p<0.05)． 相關(guān)性分析采用Pearson雙變量相關(guān)分析(p<0.05)．

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本理化性質(zhì)

2.1.1 土壤容質(zhì)量與孔隙度

土壤容質(zhì)量是土壤的基本物理性質(zhì)， 反映了土壤質(zhì)地、 結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等綜合物理狀況[19]． 孔隙度的大小、 數(shù)量及分配是土壤物理性質(zhì)的基礎(chǔ)， 并對土壤水分和通氣透水性有直接影響， 是評價(jià)土壤結(jié)構(gòu)特征的重要指標(biāo)[20]． 由圖2a可知， 土壤容質(zhì)量變化范圍在0.49～0.75 g/cm3． 海拔4 600 m灌木林土壤容質(zhì)量最大， 海拔5 000 m草甸地最?。?土壤容質(zhì)量從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 4 600，4 200，4 400，4 800，5 000 m． 經(jīng)ANOVA分析， 海拔4 600 m與4 200 m間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于其余海拔． 而5 000，4 800，4 400 m海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 由圖2b可知， 土壤總孔隙度變化范圍在60.16%～73.70%． 以海拔4 600 m最小， 海拔5 000 m最大． 土壤總孔隙度從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 5 000，4 800，4 400，4 200，4 600 m． 與容質(zhì)量呈相反變化規(guī)律． ANOVA分析表明， 海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔．

2.1.2 土壤有機(jī)質(zhì)

由圖2c可知， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨海拔并無統(tǒng)一的變化規(guī)律， 總體以海拔4 400 m灌木林地最高(133.96 g/kg)， 其次為海拔5 000 m草地(121.94 g/kg)， 海拔4 600 m灌木林地最小(60.03 g/kg)． 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小對應(yīng)的海拔依次為： 4 400，5 000，4 200，4 800，4 600 m． ANOVA分析表明， 不同海拔間的灌草地土壤有機(jī)質(zhì)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 其中， 以海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔， 海拔4 400 m灌木林地及海拔5 000 m草地兩者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 800 m草灌林地及海拔4 200 m灌木林地， 而海拔4 800 m與海拔4 200 m差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

不同小寫字母表示不同海拔間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)， 下同．圖2 不同海拔土壤基本理化性質(zhì)分布特征

2.2 團(tuán)聚體特征

2.2.1 團(tuán)聚體數(shù)量分布特征

土壤團(tuán)聚體是組成土壤的基本單元， 能反映土壤眾多的理化性質(zhì)， 其粒徑分布特征更是反映了土壤對外力(風(fēng)力、 水力)侵蝕作用的敏感程度[21-22]． 干篩法試驗(yàn)得到的是機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體， 亦稱為非水穩(wěn)性團(tuán)聚體． 土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體通常是指>0.25 mm的土壤團(tuán)聚體， 是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)， 通常它在土壤中的比例越高， 土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就越大[23-24]． 由表2可知， 研究區(qū)土壤團(tuán)聚體以>0.25 mm為主， 達(dá)到90%以上． 可見， 尼洋河上游海拔4 200～5 000 m的草地、 灌叢0～20 cm土層中， 團(tuán)聚體均具有較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性． 穩(wěn)定性從高到低對應(yīng)的海拔依次為： 5 000，4 400，4 200，4 800，4 600 m． ANOVA分析表明， 海拔5 000 m及4 400 m均顯著大于海拔4 800，4 600，4 200 m． 對于不同粒徑級， 海拔4 400～5 000 m均以>10 mm粒徑團(tuán)聚體為主， 達(dá)到50%以上， 其余各粒徑級數(shù)量較小， 均未達(dá)到10%． 而海拔4 200 m處>10 mm粒徑團(tuán)聚體僅占到29.15%， 其余均分散分布于10～0.25 mm間．

表2 土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征(干篩法) %

利用濕篩法試驗(yàn)得到的是水穩(wěn)性團(tuán)聚體． 已有研究表明， 比起非水穩(wěn)性團(tuán)聚體， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體對保持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有更為重要的貢獻(xiàn)[24-25]． 由表3可知， 除4 600 m海拔<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例較小， 為75.15%外， 其余海拔均達(dá)到80%以上， 水穩(wěn)定性團(tuán)聚體比例從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 200，5 000，4 800，4 400，4 600 m． 總體上， 經(jīng)濕篩后， 研究區(qū)土壤均能保持較好的團(tuán)聚度． ANOVA分析表明， >0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例僅海拔4 600 m顯著小于其余4個(gè)海拔， 其余海拔間無明顯差異． 對于不同粒徑級分布， >5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 400(50.75%)，4 800(49.37%)，5 000(48.05%)，4 600(40.77%)，4 200 m(28.26%)， 4 200 m顯著小于其他海拔． 海拔5 000，4 800，4 400 m 的2～1，1～0.5，0.5～0.25 mm 3個(gè)粒徑級所占比例均較小， 未達(dá)到10%． 海拔4 600 m和4 200 m的1～0.5 mm兩個(gè)粒徑級分別占到12.58%和17.22%， 顯著大于其他海拔． 總體上研究區(qū)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量隨粒徑的減小呈減小趨勢．

表3 水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布特征(濕篩法) %

2.2.2 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性分析

團(tuán)聚體破壞率(PAD)是破碎的濕篩團(tuán)聚體比率， 反映了團(tuán)聚體在以水力為主的外營力影響下保持穩(wěn)定的能力， 其數(shù)值越小， 土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[26-27]． 由圖3a可知， 不同海拔土壤PAD存在一定差異， 從最小10.73%到最大17.41%， 增加了62.26%， 但總體上PAD都維持在較低水平內(nèi)． 其中， 海拔4 600 mPAD最高， 顯著大于海拔4 200 m， 其余海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．PAD從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 600(17.41%)，4 400(13.54%)，5 000(13.48%)，4 800(11.42%)，4 200 m(10.73%)． 比較環(huán)境概況可知， 植被是土壤團(tuán)聚體保持穩(wěn)定的重要原因．

平均重量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)這兩項(xiàng)指標(biāo)能綜合反映土壤團(tuán)聚體大小分布． 已有研究表明[28]，MWD及GMD值越大， 表示土壤團(tuán)聚度越高， 團(tuán)聚體穩(wěn)定性就越好． 由圖3b，3c可知， 對于機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD， 5個(gè)海拔變化范圍在3.38～4.19 mm， 以海拔5 000 m最大， 比最小的海拔4 200 m高出23.96%，MWD從大到小對應(yīng)海拔依次為： 5 000(4.19 mm)，4 800(4.03 mm)=4 400(4.03 mm)，4 600(3.98 mm)，4 200 m(3.38 mm)． ANOVA分析表明， 海拔5 000，4 800，4 400，4 600 m互相之間差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 200 m．GMD值從大到小對應(yīng)海拔依次為： 5 000(3.05 mm)，4 400(2.89 mm)，4 800(2.74 mm)，4 600(2.66 mm)，4 200 m(2.13 mm)． ANOVA分析表明， 海拔5 000，4 800，4 400，4 600 m互相之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 200 m． 據(jù)上分析， 不同海拔下的植被群落， 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD及GMD以高海拔(5 000，4 800 m)的草地最好， 海拔4 600 m和海拔4 400 m灌叢次之， 海拔4 200 m灌叢最?。?/p>

圖3 土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征

在濕篩條件下，MWD及GMD均小于干篩條件的數(shù)值， 這是因?yàn)闈窈Y法所測得團(tuán)聚體數(shù)量要遠(yuǎn)小于干篩法所測得團(tuán)聚體數(shù)量[29]．MWD，GMD變化范圍分別為1.63～1.90，0.95～1.22 mm． 兩種指標(biāo)均以海拔4 800 m最大， 分別為1.90，1.22 mm． 海拔4 400 m次之， 為1.87，1.20 mm． 海拔4 600 m最小， 僅為1.63，0.95 mm． 兩個(gè)指標(biāo)大小規(guī)律表現(xiàn)一致， 從大到小對應(yīng)海拔依次為： 4 800(1.90，1.22 mm)，4 400(1.87，1.20 mm)，5 000(1.85，1.18 mm)，4 200(1.87，1.20 mm)，4 600(1.63，0.95 mm)． ANOVA分析表明，MWD，GMD在海拔5 000，4 800，4 400 m差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 但均顯著大于海拔4 600 m和海拔4 200 m．MWD以海拔4 200 m灌叢顯著小于海拔4 800 m草地． 由此可知， 較高海拔(5 000，4 800 m)的草地團(tuán)聚體水穩(wěn)性結(jié)構(gòu)要優(yōu)于中低海拔(4 400，4 200 m)灌叢地．

2.3 團(tuán)聚體分形維數(shù)

團(tuán)聚體粒徑分布的分形維數(shù)(D)越小， 則土壤的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性越好[6]． 由表4可知， 機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體D干篩為2.43～2.53， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體D濕篩為2.54～2.65． 回歸分析所得R2均在0.87以上． 其中，D干篩以海拔4 600 m最大， 海拔5 000 m最?。瓺濕篩以海拔4 600 m最大， 海拔4 200 m最?。?兩種不同條件下的D值從大到小對應(yīng)海拔依次為： 干篩4 600，4 800，4 400，4 200，5 000 m； 濕篩4 600，4 400，4 800=5 000，4 200 m． 兩種條件下的D在海拔5 000～4 600 m逐漸增大， 即從草地過渡到灌木林地，D增大． ANOVA分析表明， 對于D干篩， 海拔4 400 m與其余4個(gè)海拔差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 海拔5 000，4 200 m均顯著小于海拔4 800，4 600 m． 對于D濕篩， 除海拔4 600 m與海拔4 200 m差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 其余差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

表4 團(tuán)聚體分形維數(shù)D %

2.4 團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素

為探明研究區(qū)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響因素， 對各指標(biāo)進(jìn)行 Pearson相關(guān)性分析， 由表5可知， 干篩條件>0.25 mm團(tuán)聚體與MWD干篩，MWD濕篩，GWD干篩，GMD濕篩和總孔隙度呈顯著性正相關(guān)(p<0.05)， 與D干篩極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)， 與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與容質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)． 濕篩條件>0.25 mm團(tuán)聚體與PAD，D濕篩呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)， 與MWD濕篩，GMD濕篩和總孔隙度呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)．PAD與MWD濕篩，GMD濕篩和總孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)， 與D濕篩呈極顯著正相關(guān)(p<0.01)， 與容質(zhì)量呈正相關(guān)(p>0.05)， 與有機(jī)質(zhì)呈負(fù)相關(guān)(p>0.05)． 濕篩條件下的MWD，GMD與有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)， 與總孔隙度呈極顯著正相關(guān)， 與土壤容質(zhì)量顯著呈負(fù)相關(guān)(p<0.05)． 而干篩條件下MWD與容質(zhì)量相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)． 分形維數(shù)D與有機(jī)質(zhì)、 總孔隙度呈負(fù)相關(guān)， 與土壤容質(zhì)量呈正相關(guān)． 但僅D干篩與有機(jī)質(zhì)相關(guān)性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05)． 由此可知， 團(tuán)聚體各項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)在不同程度上受到土壤基本理化性質(zhì)的影響． 一方面， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加能夠增強(qiáng)土壤肥力， 促進(jìn)團(tuán)聚體中孔隙度的增加， 為土壤微生物及物質(zhì)的生存轉(zhuǎn)換提供空間， 進(jìn)一步促進(jìn)植被生長， 從而使土壤變得疏松多孔， 土壤容質(zhì)量減?。?土壤容質(zhì)量越小， 孔隙度越大， 持水性能越強(qiáng)， 土壤結(jié)構(gòu)越好． 另一方面， 有機(jī)質(zhì)作為土壤團(tuán)聚體形成的膠結(jié)物質(zhì)， 能夠膠結(jié)較小的團(tuán)聚體， 促進(jìn)大團(tuán)聚體的形成， 增加大團(tuán)聚體數(shù)量， 改善土壤結(jié)構(gòu)[28]．

表5 指標(biāo)相關(guān)性分析

為進(jìn)一步探明團(tuán)聚體穩(wěn)定性各項(xiàng)指標(biāo)間的關(guān)系， 采用多元逐步回歸分析的方法進(jìn)行論證． 由表6可知，MWD干篩受到海拔影響最大， 即研究區(qū)隨著海拔增高，MWD干篩增大．GMD干篩主要受到土壤容質(zhì)量影響最大， 其回歸系數(shù)為負(fù)值， 說明土壤容質(zhì)量一定程度能夠反映土壤團(tuán)聚體機(jī)械穩(wěn)定性． 分形維數(shù)主要受到>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體影響．MWD濕篩，GMD濕篩及D濕篩均主要受到>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體與容質(zhì)量影響． 而PAD則主要受到>0.25 mm團(tuán)聚體比例影響， 由回歸方程可知， 風(fēng)干團(tuán)聚體中， 水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例越高， 則PAD越小， 土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定．

表6 不同篩分條件下團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)的回歸方程

3 討論

青藏高原東南部山地海拔垂直變化大， 土壤物理結(jié)構(gòu)地帶性差異明顯[30]． 通過對不同海拔間土壤基本理化性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)， 海拔對研究區(qū)容質(zhì)量、 總孔隙度、 有機(jī)質(zhì)和團(tuán)聚體具有顯著影響(p<0.05)． 海拔4 800～5 000 m的山頂高山草甸土， 地表植被多為茂密的草本植物， 根系密集， 土壤疏松， 且由于溫度低， 有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)換慢， 含量高， 不利于大團(tuán)聚體形成， 受外力作用， 土壤容易破碎，PAD值較高． 受全球氣候變暖的影響， 山頂冰川逐年融化， 形成融水徑流． 融水徑流運(yùn)移至海拔4 600 m處附近時(shí)， 逐步具備侵蝕能力， 帶走坡面細(xì)小土壤顆粒． 再加上強(qiáng)烈的凍土垂直分選作用使山體趨于石質(zhì)化， 坡面景觀變得更加破碎． 因此， 4 600 m處地表土層薄， 植被覆蓋差， 山體石礫化， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低， 土體結(jié)構(gòu)變差，PAD值大． 因此， 區(qū)域土壤穩(wěn)定性變差， 山體石質(zhì)化， 土壤侵蝕加劇將是該區(qū)域相當(dāng)長一段時(shí)間面臨的生態(tài)環(huán)境問題． 這與陳山等[29]研究的有機(jī)質(zhì)能夠增強(qiáng)土壤顆粒膠結(jié)能力， 顯著降低PAD值結(jié)論有較大差異． 本研究結(jié)果表明，PAD與受環(huán)境因素影響形成的>0.25 mm團(tuán)聚體比例關(guān)系更為密切． 干、 濕篩兩種條件下D值在海拔5 000～4 600 m逐漸增大， 即高海拔土壤理化性質(zhì)較優(yōu)， 土壤結(jié)構(gòu)良好，D值較?。?但海拔4 600～4 200 m灌叢分形維數(shù)減小， 這主要是因?yàn)殡S著海拔的降低， 平均氣溫逐漸升高， 氣候環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)好， 物種豐富度逐漸增大， 植被根系逐漸發(fā)達(dá)， 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加， 土壤結(jié)構(gòu)逐漸改善． 相關(guān)分析表明， 兩種不同的海拔梯度條件下D值與海拔相關(guān)程度均較弱， 而與>0.25 mm團(tuán)聚體、 有機(jī)質(zhì)、 孔隙度呈負(fù)相關(guān)， 與PAD、 容質(zhì)量呈正相關(guān)． 這與大多數(shù)研究結(jié)果一致[23， 31-33]． 即有機(jī)質(zhì)能夠增大土壤孔隙， 促進(jìn)大團(tuán)聚體形成， 增強(qiáng)土壤穩(wěn)定性， 降低PAD， 從而降低D值． 同時(shí)也說明， 不同海拔梯度水熱條件不同， 進(jìn)而使植被及土壤產(chǎn)生差異． 對于高原山地地貌而言， 自然環(huán)境的地帶性特征深刻影響著土壤的理化結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)致不同海拔帶土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的異同[29]． 可見， 海拔梯度變化是影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的主要因素．

4 結(jié)論

研究區(qū)不同海拔土壤基本理化性質(zhì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 土壤容質(zhì)量為0.49～0.75 g/cm3， 總孔隙度為60.16%～73.70%． 土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.03～133.96 g/kg． 總體上， 海拔5 000，4 800 m草地土壤理化性質(zhì)優(yōu)于海拔4 200～4 600 m的灌木林地．

研究區(qū)土壤團(tuán)聚體均以>0.25 mm團(tuán)聚體為主． 其中>0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量達(dá)到90%以上， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體在75%以上． 較高海拔草地， 灌木林地對土壤結(jié)構(gòu)改良作用弱， 但隨海拔降低， 灌木林地土壤結(jié)構(gòu)有所好轉(zhuǎn)．PAD值范圍為： 10.73%～17.41%， 總體偏低， 各海拔間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義． 海拔對MWD，GMD兩指標(biāo)影響顯著， 總體上機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體及水穩(wěn)性團(tuán)聚體均表現(xiàn)為海拔5 000，4 800 m草地優(yōu)于灌木林地．D干篩為2.43～2.53， 水穩(wěn)性團(tuán)聚體D濕篩為2.54～2.65． 干、 濕篩兩種條件下的D值， 隨海拔增加呈先大后小變化規(guī)律．

通過多元逐步回歸分析方法， 建立了團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)，MWD，GMD和PAD在干、 濕篩條件下與土壤容質(zhì)量、 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和海拔等因子的線性方程， 具體為： 干篩，Y1=0.629+0.001X4，Y2=4.171-2.340X1，Y3=4.546-2.225X2； 濕篩，Y1-1=1.035+1.531X3-0.764X1，Y2-1=-0.370+2.317X3-0.594X1，Y3=3.919-1.228X3-0.213X1； 團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞率：Y4=0.161-1.080X3+0.907X2． 分析結(jié)果表明， 團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)最直接的影響因素主要為土壤容質(zhì)量和大團(tuán)聚體含量． 海拔通過綜合影響其他物理指標(biāo)影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性．