人工林土壤養(yǎng)分分布特征及不同坡位綜合評(píng)價(jià)
——以甘肅省平?jīng)鍪袨槔?/h1>
2023-12-10 08:13:02沙小燕王春平
中國(guó)水土保持 2023年12期
張 鶴,王 輔,趙 強(qiáng),沙小燕,王春平
(平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所,甘肅 平?jīng)?744000)
森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的天然氧吧,蘊(yùn)含豐富的生物資源,其面積占陸地總面積的30.7%[1］,是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù),也是陸地表層最豐富的氮庫(kù),對(duì)維持全球碳氮平衡、減緩氣候變暖、提升土壤質(zhì)量及生物多樣性具有重要作用[2］。多年來(lái)我國(guó)水土保持和造林綠化事業(yè)成效顯著,森林覆蓋率由新中國(guó)成立初期的8.6%提高到21.66%,森林面積達(dá)2.08億hm2,人工林保存面積達(dá)6 933萬(wàn)hm2,居世界首位。我國(guó)人工林面積雖大,但與天然林在物種豐富度、層次結(jié)構(gòu)、生命周期和演替結(jié)構(gòu)等方面存在較大差異,因此研究提高人工林生物質(zhì)量,改善其生態(tài)環(huán)境,充分發(fā)揮其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用尤為重要。
土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)元素的主要提供者,也是森林生態(tài)系統(tǒng)中自然因素的重要物質(zhì)和能量來(lái)源,其養(yǎng)分含量受氣候條件,以及地形(海拔、坡度、坡位等)、土壤母質(zhì)、郁閉度等眾多因素的綜合影響。近年來(lái),研究人員對(duì)不同坡位條件下的土壤養(yǎng)分變化進(jìn)行了深入研究。蘇妮爾等[3］對(duì)紅皮云杉林土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),土壤pH值隨坡位下降呈增加趨勢(shì),除全鉀和速效鉀含量表現(xiàn)為中坡位<上坡位<下坡位外,其余養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)上坡位<中坡位<下坡位。卓文花等[4］對(duì)灌木的物種多樣性和灌木林土壤養(yǎng)分進(jìn)行了研究,結(jié)果表明有效氮、有機(jī)質(zhì)、有效鉀含量均為中坡位最大,而物種多樣性主要受有機(jī)質(zhì)、全磷、有效氮和含水量的影響。林雪青等[5］對(duì)黃土高塬溝壑區(qū)不同坡位的土壤硝態(tài)氮含量特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明刺槐林和草地的硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為下坡位>上坡位>中坡位。趙文東等[6］以人工林地為研究對(duì)象,從坡位和坡度兩個(gè)維度研究得出全碳、全氮和碳氮比受二者交互作用的影響,隨著坡位上升和坡度增加,碳氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體均呈減少趨勢(shì)。
我國(guó)黃土高原地形地貌獨(dú)特,地勢(shì)復(fù)雜且溝壑縱橫,受自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤侵蝕劇烈、養(yǎng)分流失嚴(yán)重,是我國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[7］。近年來(lái),黃土高原地區(qū)通過(guò)水土流失治理以及人工育種和造林等多種方式加速人工林植被恢復(fù),取得了明顯的效果[8］。但現(xiàn)有黃土高原地區(qū)人工林林草植被研究成果大多集中在小流域范圍內(nèi),對(duì)市域空間尺度內(nèi)不同坡位的土壤速效養(yǎng)分含量變化研究較少。因此,本研究以平?jīng)鍪杏蚍秶鷥?nèi)的人工林地為研究對(duì)象,采用野外樣地調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,探究市域內(nèi)相同坡度條件下,不同坡位對(duì)人工林林下土壤速效養(yǎng)分含量及其分布特征的影響,以期為構(gòu)建平?jīng)鍪杏蚍秶鷥?nèi)人工林地綜合管理體系、提高人工林林下土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
研究區(qū)選在甘肅省東部的平?jīng)鍪?地理坐標(biāo)北緯34°54′～35°43′、東經(jīng)107°45′～108°30′,海拔890～2 857 m,整體地勢(shì)西高東低,氣候垂直差異明顯;屬溫帶大陸性半干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū),年均氣溫8.8 ℃,不同地區(qū)年均降水量479.3～637.6 mm;地貌屬典型的黃土高原區(qū)地貌類(lèi)型,土壤類(lèi)型包括黃綿土、黑壚土、灰褐土、紅砂土、山地草甸土、青灰土等,以黃土母質(zhì)發(fā)育的黃綿土為主;是我國(guó)西北典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),自退耕還林工程實(shí)施以來(lái),主要通過(guò)人工種植的方式育有刺槐、山杏、小葉楊、山毛桃等人工林。
2 研究方法
2.1 樣地設(shè)置
在前期調(diào)研和劃分組別的基礎(chǔ)上,于2022年6月初在平?jīng)鍪徐o寧、莊浪、崆峒、涇川、靈臺(tái)5縣(區(qū))內(nèi)選取66塊具有代表性且坡度相同的人工林樣地,每塊樣地面積均為100 m2(10 m×10 m),其中坡頂、上坡位、中坡位、下坡位樣地分別為19、21、17、9塊。
2.2 樣品采集及測(cè)定
2.3 數(shù)據(jù)處理方法
利用Microsoft Excel 2019軟件整理數(shù)據(jù),通過(guò)SPSS 26.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性、顯著性分析,采用Origin 2022軟件作圖。
3 結(jié)果與分析
3.1 人工林土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)分析
表1 人工林土壤養(yǎng)分指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)分析
3.2 坡位對(duì)土壤養(yǎng)分的影響分析
圖1 不同坡位人工林土壤含量
圖2 不同坡位人工林土壤含量
2)坡位對(duì)土壤AP含量的影響。圖3為不同坡位人工林土壤AP含量。由圖3可以看出,隨坡位下降,不同坡位人工林土壤AP含量整體呈先增大后減小的變化趨勢(shì),其變化范圍為5.42～13.99 mg/kg。除下坡位外,坡頂、上坡位、中坡位的各土層深度AP含量均隨土層深度增加而遞減,分別由土壤表層(0～<20 cm)的最大值10.63、12.33、13.99 mg/kg,逐步減少到土壤深層(80～100 cm)的最小值5.42、6.19、6.03 mg/kg,降幅分別為49.01%、49.80%、56.90%。對(duì)不同坡位人工林土壤AP含量進(jìn)行均值化處理,結(jié)果表明土壤AP含量上坡位>中坡位>坡頂>下坡位,對(duì)應(yīng)的土壤AP含量平均值分別為8.84、8.76、8.55、8.20 mg/kg。
圖3 不同坡位人工林土壤AP含量
3)坡位對(duì)土壤AK含量的影響。不同坡位人工林土壤AK含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。隨坡位下降,人工林土壤表層(0～<20 cm)AK含量整體呈遞減趨勢(shì),坡頂(205.77 mg/kg)>上坡位(198.47 mg/kg)>中坡位(177.84 mg/kg)>下坡位(130.35 mg/kg)。土壤AK含量最大值出現(xiàn)在坡頂土壤表層(0～<20 cm);最小值出現(xiàn)在下坡位土壤深層(80～100 cm),為56.96 mg/kg。通過(guò)對(duì)各樣地不同坡位0～100 cm土層土壤AK含量數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理,分析結(jié)果表明,AK含量平均值隨坡位變化規(guī)律表現(xiàn)為上坡位>坡頂>中坡位>下坡位,對(duì)應(yīng)的數(shù)值依次為109.61、106.78、97.96、76.81 mg/kg,其中上坡位、坡頂數(shù)值差異較小,相比之下中坡位和下坡位則有較為明顯的下降。
圖4 不同坡位人工林土壤AK含量
3.3 土壤速效養(yǎng)分相關(guān)性分析
表2 土壤速效養(yǎng)分間的相關(guān)性
4 討論
4.1 人工林土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性
4.2 不同坡位土壤養(yǎng)分的空間變化
磷是植被生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一,直接影響植被生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)元素的代謝能力[19］。凋落物中的磷是表層土壤磷的主要來(lái)源,測(cè)定土壤中的AP含量能較全面地說(shuō)明土壤磷素肥力的供應(yīng)情況[12］。本研究結(jié)果表明,不同坡位間AP含量差異較大,除下坡位外,同一坡位的AP含量表現(xiàn)為隨土層深度的增加而不斷減小,這與蘇妮爾等[3］和曹小玉等[20］的研究結(jié)果基本一致。這可能是因?yàn)樵诠趯拥恼陉幾饔孟?表層土壤潮濕更有利于枯落物層的腐殖化過(guò)程,從而產(chǎn)生更高含量的土壤AP堆積。
AK是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo),容易受到氣候、植被和腐殖質(zhì)等因素的影響[20］。本研究表明,在土壤表層(0～<20 cm)AK含量表現(xiàn)為坡頂>上坡位>中坡位>下坡位,且呈明顯的表聚現(xiàn)象,這與邢啟鑫等[21］對(duì)于陰坡不同坡位表層土壤AK含量的研究結(jié)果一致。分析其原因,可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)人工林表層大多被植被所覆蓋,土壤受雨水淋溶作用較弱,且凋落物被微生物分解,從而有利于土壤AK的積累與養(yǎng)分含量的保持[22］。AK含量平均值表現(xiàn)為上坡位>坡頂>中坡位>下坡位,且人工林土壤AK含量隨著土層深度的增加而減少,這是因?yàn)檠芯繀^(qū)土壤主要為富鉀土壤,表層大量枯枝落葉分解產(chǎn)生AK,使表層AK含量升高,而人工林根系主要吸收深層土壤中的AK,因此深層土壤AK含量逐漸減少[23］。
5 結(jié)論
猜你喜歡
畫(huà)與理文萃報(bào)·周二版(2022年23期)2022-06-11 20:55:46 一步一步上坡做人與處世(2022年2期)2022-05-26 22:34:53 坡位對(duì)芳樟矮林生物量空間分配和精油產(chǎn)量的影響中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)(2020年4期)2020-04-26 13:15:56 毛竹林下不同坡位種植黃花倒水蓮生長(zhǎng)效果分析花卉(2020年4期)2020-03-16 08:20:26 杉木間伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響江西農(nóng)業(yè)(2018年15期)2018-11-23 08:02:12 小汽車(chē)爬上坡數(shù)位時(shí)尚(幼兒教育)(2018年10期)2018-10-30 02:41:10 閩北山地坡位對(duì)濕地松生長(zhǎng)和養(yǎng)分利用效率的影響防護(hù)林科技(2017年5期)2017-06-15 18:14:30 坡向坡位及郁閉度對(duì)森林公園內(nèi)林下南方紅豆杉生長(zhǎng)的影響綠色科技(2017年1期)2017-03-01 10:14:33 不同坡位對(duì)毛竹林小氣候及地上生長(zhǎng)的影響湖南林業(yè)科技(2017年1期)2017-02-06 05:29:18 上坡下河紅蜻蜓·低年級(jí)(2016年6期)2016-05-14 10:50:48
張 鶴,王 輔,趙 強(qiáng),沙小燕,王春平
(平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所,甘肅 平?jīng)?744000)
森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的天然氧吧,蘊(yùn)含豐富的生物資源,其面積占陸地總面積的30.7%[1］,是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù),也是陸地表層最豐富的氮庫(kù),對(duì)維持全球碳氮平衡、減緩氣候變暖、提升土壤質(zhì)量及生物多樣性具有重要作用[2］。多年來(lái)我國(guó)水土保持和造林綠化事業(yè)成效顯著,森林覆蓋率由新中國(guó)成立初期的8.6%提高到21.66%,森林面積達(dá)2.08億hm2,人工林保存面積達(dá)6 933萬(wàn)hm2,居世界首位。我國(guó)人工林面積雖大,但與天然林在物種豐富度、層次結(jié)構(gòu)、生命周期和演替結(jié)構(gòu)等方面存在較大差異,因此研究提高人工林生物質(zhì)量,改善其生態(tài)環(huán)境,充分發(fā)揮其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用尤為重要。
土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)元素的主要提供者,也是森林生態(tài)系統(tǒng)中自然因素的重要物質(zhì)和能量來(lái)源,其養(yǎng)分含量受氣候條件,以及地形(海拔、坡度、坡位等)、土壤母質(zhì)、郁閉度等眾多因素的綜合影響。近年來(lái),研究人員對(duì)不同坡位條件下的土壤養(yǎng)分變化進(jìn)行了深入研究。蘇妮爾等[3］對(duì)紅皮云杉林土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),土壤pH值隨坡位下降呈增加趨勢(shì),除全鉀和速效鉀含量表現(xiàn)為中坡位<上坡位<下坡位外,其余養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)上坡位<中坡位<下坡位。卓文花等[4］對(duì)灌木的物種多樣性和灌木林土壤養(yǎng)分進(jìn)行了研究,結(jié)果表明有效氮、有機(jī)質(zhì)、有效鉀含量均為中坡位最大,而物種多樣性主要受有機(jī)質(zhì)、全磷、有效氮和含水量的影響。林雪青等[5］對(duì)黃土高塬溝壑區(qū)不同坡位的土壤硝態(tài)氮含量特征進(jìn)行了研究,結(jié)果表明刺槐林和草地的硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為下坡位>上坡位>中坡位。趙文東等[6］以人工林地為研究對(duì)象,從坡位和坡度兩個(gè)維度研究得出全碳、全氮和碳氮比受二者交互作用的影響,隨著坡位上升和坡度增加,碳氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體均呈減少趨勢(shì)。
我國(guó)黃土高原地形地貌獨(dú)特,地勢(shì)復(fù)雜且溝壑縱橫,受自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤侵蝕劇烈、養(yǎng)分流失嚴(yán)重,是我國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[7］。近年來(lái),黃土高原地區(qū)通過(guò)水土流失治理以及人工育種和造林等多種方式加速人工林植被恢復(fù),取得了明顯的效果[8］。但現(xiàn)有黃土高原地區(qū)人工林林草植被研究成果大多集中在小流域范圍內(nèi),對(duì)市域空間尺度內(nèi)不同坡位的土壤速效養(yǎng)分含量變化研究較少。因此,本研究以平?jīng)鍪杏蚍秶鷥?nèi)的人工林地為研究對(duì)象,采用野外樣地調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,探究市域內(nèi)相同坡度條件下,不同坡位對(duì)人工林林下土壤速效養(yǎng)分含量及其分布特征的影響,以期為構(gòu)建平?jīng)鍪杏蚍秶鷥?nèi)人工林地綜合管理體系、提高人工林林下土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
研究區(qū)選在甘肅省東部的平?jīng)鍪?地理坐標(biāo)北緯34°54′～35°43′、東經(jīng)107°45′～108°30′,海拔890～2 857 m,整體地勢(shì)西高東低,氣候垂直差異明顯;屬溫帶大陸性半干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū),年均氣溫8.8 ℃,不同地區(qū)年均降水量479.3～637.6 mm;地貌屬典型的黃土高原區(qū)地貌類(lèi)型,土壤類(lèi)型包括黃綿土、黑壚土、灰褐土、紅砂土、山地草甸土、青灰土等,以黃土母質(zhì)發(fā)育的黃綿土為主;是我國(guó)西北典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),自退耕還林工程實(shí)施以來(lái),主要通過(guò)人工種植的方式育有刺槐、山杏、小葉楊、山毛桃等人工林。
2 研究方法
2.1 樣地設(shè)置
在前期調(diào)研和劃分組別的基礎(chǔ)上,于2022年6月初在平?jīng)鍪徐o寧、莊浪、崆峒、涇川、靈臺(tái)5縣(區(qū))內(nèi)選取66塊具有代表性且坡度相同的人工林樣地,每塊樣地面積均為100 m2(10 m×10 m),其中坡頂、上坡位、中坡位、下坡位樣地分別為19、21、17、9塊。
2.2 樣品采集及測(cè)定
2.3 數(shù)據(jù)處理方法
利用Microsoft Excel 2019軟件整理數(shù)據(jù),通過(guò)SPSS 26.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性、顯著性分析,采用Origin 2022軟件作圖。
3 結(jié)果與分析
3.1 人工林土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)分析
表1 人工林土壤養(yǎng)分指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)分析
3.2 坡位對(duì)土壤養(yǎng)分的影響分析
圖1 不同坡位人工林土壤含量
圖2 不同坡位人工林土壤含量
2)坡位對(duì)土壤AP含量的影響。圖3為不同坡位人工林土壤AP含量。由圖3可以看出,隨坡位下降,不同坡位人工林土壤AP含量整體呈先增大后減小的變化趨勢(shì),其變化范圍為5.42～13.99 mg/kg。除下坡位外,坡頂、上坡位、中坡位的各土層深度AP含量均隨土層深度增加而遞減,分別由土壤表層(0～<20 cm)的最大值10.63、12.33、13.99 mg/kg,逐步減少到土壤深層(80～100 cm)的最小值5.42、6.19、6.03 mg/kg,降幅分別為49.01%、49.80%、56.90%。對(duì)不同坡位人工林土壤AP含量進(jìn)行均值化處理,結(jié)果表明土壤AP含量上坡位>中坡位>坡頂>下坡位,對(duì)應(yīng)的土壤AP含量平均值分別為8.84、8.76、8.55、8.20 mg/kg。
圖3 不同坡位人工林土壤AP含量
3)坡位對(duì)土壤AK含量的影響。不同坡位人工林土壤AK含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。隨坡位下降,人工林土壤表層(0～<20 cm)AK含量整體呈遞減趨勢(shì),坡頂(205.77 mg/kg)>上坡位(198.47 mg/kg)>中坡位(177.84 mg/kg)>下坡位(130.35 mg/kg)。土壤AK含量最大值出現(xiàn)在坡頂土壤表層(0～<20 cm);最小值出現(xiàn)在下坡位土壤深層(80～100 cm),為56.96 mg/kg。通過(guò)對(duì)各樣地不同坡位0～100 cm土層土壤AK含量數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理,分析結(jié)果表明,AK含量平均值隨坡位變化規(guī)律表現(xiàn)為上坡位>坡頂>中坡位>下坡位,對(duì)應(yīng)的數(shù)值依次為109.61、106.78、97.96、76.81 mg/kg,其中上坡位、坡頂數(shù)值差異較小,相比之下中坡位和下坡位則有較為明顯的下降。
圖4 不同坡位人工林土壤AK含量
3.3 土壤速效養(yǎng)分相關(guān)性分析
表2 土壤速效養(yǎng)分間的相關(guān)性
4 討論
4.1 人工林土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性
4.2 不同坡位土壤養(yǎng)分的空間變化
磷是植被生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一,直接影響植被生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)元素的代謝能力[19］。凋落物中的磷是表層土壤磷的主要來(lái)源,測(cè)定土壤中的AP含量能較全面地說(shuō)明土壤磷素肥力的供應(yīng)情況[12］。本研究結(jié)果表明,不同坡位間AP含量差異較大,除下坡位外,同一坡位的AP含量表現(xiàn)為隨土層深度的增加而不斷減小,這與蘇妮爾等[3］和曹小玉等[20］的研究結(jié)果基本一致。這可能是因?yàn)樵诠趯拥恼陉幾饔孟?表層土壤潮濕更有利于枯落物層的腐殖化過(guò)程,從而產(chǎn)生更高含量的土壤AP堆積。
AK是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo),容易受到氣候、植被和腐殖質(zhì)等因素的影響[20］。本研究表明,在土壤表層(0～<20 cm)AK含量表現(xiàn)為坡頂>上坡位>中坡位>下坡位,且呈明顯的表聚現(xiàn)象,這與邢啟鑫等[21］對(duì)于陰坡不同坡位表層土壤AK含量的研究結(jié)果一致。分析其原因,可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)人工林表層大多被植被所覆蓋,土壤受雨水淋溶作用較弱,且凋落物被微生物分解,從而有利于土壤AK的積累與養(yǎng)分含量的保持[22］。AK含量平均值表現(xiàn)為上坡位>坡頂>中坡位>下坡位,且人工林土壤AK含量隨著土層深度的增加而減少,這是因?yàn)檠芯繀^(qū)土壤主要為富鉀土壤,表層大量枯枝落葉分解產(chǎn)生AK,使表層AK含量升高,而人工林根系主要吸收深層土壤中的AK,因此深層土壤AK含量逐漸減少[23］。
5 結(jié)論
猜你喜歡
文萃報(bào)·周二版(2022年23期)2022-06-11 20:55:46
做人與處世(2022年2期)2022-05-26 22:34:53
中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)(2020年4期)2020-04-26 13:15:56
花卉(2020年4期)2020-03-16 08:20:26
江西農(nóng)業(yè)(2018年15期)2018-11-23 08:02:12
數(shù)位時(shí)尚(幼兒教育)(2018年10期)2018-10-30 02:41:10
防護(hù)林科技(2017年5期)2017-06-15 18:14:30
綠色科技(2017年1期)2017-03-01 10:14:33
湖南林業(yè)科技(2017年1期)2017-02-06 05:29:18
紅蜻蜓·低年級(jí)(2016年6期)2016-05-14 10:50:48
