史惠蘭+姚衛(wèi)康+劉夢萍+龐文豪+張海蘭+施建軍

摘要：于青海省河南縣選取8個高寒土壤樣地，研究和分析高寒草地土壤質(zhì)地差異與土壤養(yǎng)分的空間分異特征，以及土壤質(zhì)地對土壤養(yǎng)分空間分異的影響。結(jié)果表明：研究區(qū)各樣地均為壤質(zhì)沙土，隨著土層加深，黏粒減少，沙粒增多；各樣地土壤各層0～200 μm粒徑的土粒含量分布基本一致，小粒徑土粒集中在20～80 μm；各樣地除全磷含量較低外，其他養(yǎng)分含量豐富，各養(yǎng)分含量隨著土層加深逐漸降低；表層土壤中，黏粒含量與C/N之間有顯著正相關(guān)；中層土壤中，全磷含量與沙粒含量有極顯著正相關(guān)，與黏粒含量和粉粒含量有極顯著負相關(guān)。土壤養(yǎng)分含量和0～200 μm粒徑的土粒含量的相關(guān)性分析表明：0～10 cm土層總氮含量、堿解氮含量與0～20 μm土粒含量呈極顯著負相關(guān)，與45～100 μm土粒含量呈顯著正相關(guān)；10～20 cm和>20～30 cm土層中，總磷含量與20～45 μm土粒含量呈顯著正相關(guān)，與100～200 μm土粒含量呈顯著負相關(guān)，速效鉀含量與0～5 μm各粒徑土粒含量分別呈顯著正相關(guān)；有機碳含量與3層土壤0～1 μm各粒徑土粒含量分別呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：高寒草地；土壤質(zhì)地；土壤養(yǎng)分；空間分異；相關(guān)分析

中圖分類號： S153.6；S181 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0262-06

收稿日期：2017-03-03

基金項目：青海省科學技術(shù)廳項目（編號：2014-HZ-805）；教育部長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃（編號：IRT13074）；國家重點研發(fā)計劃重點專項（編號：2016YFC0501902）。

作者簡介：史惠蘭（1977—），女，青海西寧人，碩士，副教授，主要從事植物生態(tài)學研究。E-mail：hlshi7701@126.com。

通信作者：施建軍，博士，研究員，主要從事高寒草地生態(tài)研究。E-mail：378605242@qq.com。 土壤在時間與空間上具有連續(xù)變異的特點[1]。土壤中各粒級土粒含量由土壤質(zhì)地表示，反映土壤顆粒的機械組成情況[2]。土壤質(zhì)地是土壤最為重要的物理性質(zhì)，土壤的耕作性能由土壤質(zhì)地進行表征[3]。若土壤的質(zhì)地不同則土壤對各種養(yǎng)分的吸附和固定能力及淋失率也不同[4]。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的表征，它分布在不同草地類型、不同時空下，與土壤質(zhì)地相似，也具有明顯的分異特征。土壤養(yǎng)分空間變異如果來自于內(nèi)部，如母質(zhì)、土壤類型、氣候等時，會提高土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性，增強土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)變異性；如果主要是人為因素，會減弱土壤養(yǎng)分的空間變異和相關(guān)性，使土壤養(yǎng)分的空間分布變得均一化[5]。土壤質(zhì)地影響著土壤的耕性、通透性、保水保肥性能，而且影響著土壤的養(yǎng)分水平。

本研究對象位于青藏高原，青藏高原的面積為 26 000 km2，占我國陸地面積的26%，主體生態(tài)系統(tǒng)為高寒草地，覆蓋面積達51%。高寒草甸在亞洲中部的高寒環(huán)境和世界高寒地帶具有很高的代表性。高寒草甸具有涵養(yǎng)水源、保護生物多樣性和固定碳素等生態(tài)屏障作用[6-7]。但在土壤開墾和過度放牧等人為因素以及全球氣候變化的干擾下，高寒草甸的生態(tài)系統(tǒng)逐漸被破壞。高寒草甸原有的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生嚴重退化，草場質(zhì)量、生產(chǎn)力及服務功能降低，生態(tài)環(huán)境和生物多樣性及其復雜性程度降低，生態(tài)系統(tǒng)的恢復能力減弱[8-10]。高寒草甸退化，更多是由人類活動的過度索取[11-13]、氣候變暖引起的一系列效應[14-15]或二者之間的聯(lián)合效應引起的[16]。本研究通過不同類型、利用方式下高寒草地群落土壤質(zhì)地分析，不同土層N、P、C、K等指標測定，分析高寒草地土壤質(zhì)地差異，以及不同質(zhì)地對土壤養(yǎng)分空間分異特征的影響，為青海省高寒草地資源的合理利用、退化草地的恢復與重建以及可持續(xù)利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)樣地位于青海省河南蒙古族自治縣境內(nèi)，隸屬于黃南藏族自治州，地處30°04′～34°55′N、100°53′～102°15′E，東西跨度126 km，南北跨度92.35 km，地形東北高、西北低，平均海拔3 650 m[17]（圖1、圖2）。全縣為青藏高原氣候系統(tǒng)所控制，高原大陸性氣候，熱量低，季節(jié)性明顯，雨熱同期，年均溫度0.4 ℃，年平均降水量為597.3～615.6 mm，年日照時數(shù)2 530～3 100 h。草地面積62.76萬hm2。土壤屬于高原高寒性土壤，土層薄而年輕，有機質(zhì)分解速度慢[18]。

1.2 樣地設置

根據(jù)調(diào)查結(jié)果并結(jié)合當前該地區(qū)植被類型和草地利用方式的實際情況，在河南蒙古族自治縣境內(nèi)的高寒草甸上選取8個樣地（圖2），具體情況見表1。

1.3 土壤樣品的采集

2015年9月在河南省蒙古族自治縣境內(nèi)選取不同類型的高寒草地設置采樣點，在各采樣點進行采樣。土壤樣品用土鉆分層鉆取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm各深度的土樣。采樣時利用GPS確定采樣點的經(jīng)緯度和海拔， 并詳細記錄該樣點的土地利用方式、植被類型等環(huán)境信息。最后將樣品帶回實驗室。環(huán)刀樣用于土壤容重、含水量等測定，土袋樣揀出石塊、根等其他枯枝落物，于陰涼處自然風干后，根據(jù)試驗需要分別用四分之一法取土樣過相應大小的篩，并儲存于密封袋內(nèi)，便于機械組成及其他養(yǎng)分元素的測定。

1.4 土壤樣品的分析

土壤樣品的分析方法見表2。

1.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

采用SPSS統(tǒng)計分析軟件包（SPSS 22.0）和WPS 2010對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。不同樣地土壤養(yǎng)分差異顯著性采用多重比較；不同樣地土壤養(yǎng)分和土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性用皮爾森顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)地類型分析

土壤質(zhì)地指土壤中各級土粒的百分含量，反應了土壤的機械組成。土壤質(zhì)地與土壤養(yǎng)分的關(guān)系密切，并因此影響著作物和牧草生長情況。通過離心法并結(jié)合激光粒度儀對所采各個樣地0～30 cm的土壤樣品進行各粒徑百分含量的測定，并根據(jù)國際制土壤質(zhì)地分類標準[24]對研究區(qū)各樣地的土壤質(zhì)地進行分類。由表3及圖3、圖4、圖5可知，不同草地類型，金露梅灌叢、藏嵩草草地、冬季放牧垂穗披堿草草地土壤容重低；同種草地類型，冬季牧場較夏季牧場的土壤容重偏低，說明放牧方式對土壤容重有影響。endprint

曹櫻子等研究發(fā)現(xiàn)土壤沙粒含量越高，其分形維數(shù)越低，土壤分形維數(shù)與土壤全氮含量和全磷含量存在顯著正相關(guān)性[25]，可以在一定程度上反映土壤退化狀況。

各樣地黏粒、粉粒、沙粒空間垂直分布如圖3、圖4、圖5

所示，不同類型草地中，夏季放牧金露梅灌叢草地（P6）土壤黏粒、粉粒含量最高，沙粒含量最低；其余各樣地黏粒含量多隨著土層加深不斷降低，而沙粒含量不斷增高。

金露梅灌叢草地，夏季牧場（P6）比冬季牧場（P1）黏粒含量、粉粒含量更高，沙粒含量更低，說明冬季放牧對金露梅灌叢草地土壤質(zhì)地的影響要高于夏季放牧。

垂穗披堿草草地，冬季牧場（P2）比夏季牧場（P3）和退牧還草草地（P7）土壤黏粒、粉粒含量更高，沙粒含量更低，說明夏季放牧對其土壤質(zhì)地的影響要高于冬季放牧。

總體而言，黃帚橐吾退化草地（P5）、矮嵩草夏季牧場（P4）、藏嵩草冬季牧場（P8）土壤在0～30 cm深處黏粒、粉粒含量隨土壤深度增加而減小，沙粒隨土壤深度增加而增加，土壤質(zhì)地變化表現(xiàn)一致。

調(diào)查樣地黏粒和粉粒含量較低，研究區(qū)樣地屬于壤質(zhì)沙土，土壤有退化趨勢。

2.2 土壤小粒徑土粒含量在樣地狀況分析

土壤小粒徑土粒主要是200 μm以下的土粒，研究區(qū)土壤沙粒含量高，研究200 μm以下土壤小粒徑含量及其與營養(yǎng)成分相關(guān)性關(guān)系，有助于分析土壤質(zhì)地對養(yǎng)分空間分異的影響。將土壤樣品中0～200 μm的部分分成10個粒徑范圍，分別為0～0.5、>0.5～1、>1～2、>2～5、>5～10、>10～20、>20～45、>45～75、>75～100、>100～200 μm，利用激光粒度分析儀測定每個粒徑范圍的百分含量，繪制各樣地 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm3層土樣0～200 μm各粒徑范圍百分含量分布圖。根據(jù)圖6、圖7、圖8可知，每個樣地 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm的土層0～200 μm各粒徑范圍百分含量分布基本一致；小粒徑土粒集中在20～100 μm，累積含量占0～200 μm土粒的75%，其中粒徑介于40～50 μm 的土粒最多，含量占小粒徑土粒的20%～40%。其中，0～30 cm 土層中夏季放牧金露梅灌叢草地（P6） 粒徑 40～50 μm 的土粒含量最低，為24.9%，黃帚橐吾退化草地（P5）和冬季放牧金露梅灌叢草地（P1）粒徑40～50 μm的土粒含量最高，為36.1%。

2.3 樣地土壤養(yǎng)分狀況分析

由表4、圖9可知，0～30 cm土層中，總氮含量在P6最低，P5最高；總磷含量P6最低，P7最高，P4、P1較高；堿解氮含量在P6最低，P5含量最高；速效磷含量在P1、P7低，P2、P3含量高；速效鉀含量在P7最低，P8含量最高；有機碳含量在P7最低，P8最高；碳氮比在P7最低，P6最高；pH在P6為651，P2最高，為7.77。

結(jié)合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準[26]可知，各樣地：TN含量和AN含量均屬一級，含量豐富；TP含量介于 1.35～2.95 g/kg之間，屬于五到六級， 含量很低； AP含量屬于中低等；AK含量屬于中高等，上層含量極高；SOC含量各樣地土壤上層含量高于下層；C/N介于1.13～22.18，變幅較大，這與各樣地微生物繁殖狀況有密切關(guān)系；土壤表層屬于弱酸性，底層屬于弱堿性；各養(yǎng)分的含量基本上由淺至深逐漸降低，這與植物腐爛后養(yǎng)分首先釋放到表層土壤有關(guān)。

2.4 土壤質(zhì)地對土壤養(yǎng)分的影響分析

由表5可知，表層土壤中，土壤容重與土壤有機碳含量呈顯著負相關(guān)（P<0.05），土壤黏粒、粉粒含量與土壤總磷含量呈極顯著負相關(guān)（P<0005），總磷含量與土壤沙粒含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.05），與土壤有效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

根據(jù)表5、表6、表7可知，表層土壤黏粒與C/N之間有顯著正相關(guān)，中層土壤全磷含量與沙粒有極顯著正相關(guān)，與黏粒和粉粒含量有極顯著負相關(guān)。容重與3層土壤的有機質(zhì)含量有顯著負相關(guān)，與底層速效磷含量呈顯著正相關(guān)。3層土壤的全氮含量與堿解氮含量之間呈極顯著正相關(guān)，與C/N呈顯著或極顯著負相關(guān)。

2.5 小粒徑土粒含量對土壤養(yǎng)分的影響分析

使用SPSS軟件對各層土壤養(yǎng)分和對應層的小粒徑的土粒含量進行皮爾森雙側(cè)的相關(guān)性分析，結(jié)果表明，0～10 cm土壤總氮含量、有效氮含量與粒徑為0～0.5、>0.5～1、>1～2、>2～5、>5～10、>10～20 μm的土壤黏粒均呈極顯著負相關(guān)（P<0.01）。

10～20 cm深土壤有效磷含量與粒徑為0～0.5、>0.5～1、>1～2 μm的土壤黏粒均呈顯著負相關(guān)（P0.5～1、>2～5 μm與粒徑黏粒呈顯著正相關(guān)（P45～75 μm土壤黏粒呈極顯著負相關(guān)（P<0.05）。

20～30 cm土壤總氮含量與粒徑為0.5～1 μm的土壤黏粒均呈極顯著負相關(guān)（P2～5 μm土壤黏粒均呈顯著負相關(guān)（P1～2、>2～5 μm粒徑土壤黏粒呈極顯著負相關(guān)（P<0.005）。

3 討論與結(jié)論

3.1 高寒草地樣地土壤質(zhì)地及土壤中小粒徑土粒含量

研究區(qū)各樣地土壤各層沙粒含量在90%以上，黏粒與粉粒含量較低，因此樣地各層土壤質(zhì)地均為壤質(zhì)沙土。研究區(qū)樣地土壤單從沙粒含量來看退化較嚴重，隨土層加深黏粒減少，沙粒增多。各樣地0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 的土層0～200 μm各粒級百分含量分布基本一致，小粒徑土粒集中在20～100 μm，其中粒徑介于40～50 μm的土粒最多。

3.2 研究區(qū)樣地土壤養(yǎng)分狀況

各樣地AN、TN含量均屬一級，含量豐富，TP含量屬于五級到六級，含量很低；AP含量屬于中低等；各樣地AK含量屬于中高等，上層含量極高；SOC含量在6.23～67.92 g/kg之間，土壤上層含量高于下層；樣地所研究的養(yǎng)分含量基本上由淺至深逐漸降低。endprint

3.3 土壤質(zhì)地及小粒徑土粒對土壤養(yǎng)分的影響

表層土壤黏粒與C/N之間有顯著正相關(guān)，中層土壤全磷含量與沙粒有極顯著正相關(guān)，與黏粒和粉粒含量有極顯著負相關(guān)。容重與3層土壤的有機質(zhì)含量有顯著負相關(guān)，與底層速效磷含量呈顯著正相關(guān)。3層土壤的全氮含量與堿解氮含量之間呈極顯著正相關(guān)，與C/N呈顯著負相關(guān)。

各層土壤養(yǎng)分和對應層的小粒徑的土粒含量進行皮爾森雙側(cè)的相關(guān)性分析表明，0～10 cm土層總氮含量、堿解氮含量與0～20 μm 土粒含量呈極顯著負相關(guān)，與45～100 μm呈顯著正相關(guān)。總磷含量、速效磷含量與0～200 μm各粒徑的相關(guān)性不顯著。速效鉀含量與100～200 μm土粒呈顯著負相關(guān)。有機碳含量與0～0.5 μm 土粒呈的極顯著正相關(guān)。C/N與0～5 μm各粒徑土粒呈顯著正相關(guān)，與45～75 μm土粒呈顯著負相關(guān)。10～20 cm土層，總磷含量與20～45 μm土粒呈顯著正相關(guān)，與100～200 μm土粒呈顯著負相關(guān)；堿解氮含量與20～45 μm土粒呈顯著正相關(guān)，總氮含量與0～200 μm各粒徑土粒的相關(guān)性不顯著。速效磷含量與0～2 μm 各粒徑土粒分別呈顯著負相關(guān)，與45～75 μm土粒呈顯著正相關(guān)；速效鉀含量與0～5 μm各粒徑土粒分別呈顯著正相關(guān)；有機碳含量與0.5～1 μm粒徑土粒分別呈顯著正相關(guān)，與20～75 μm各粒徑土粒分別呈顯著負相關(guān)；C/N與 20～45 μm土粒極顯著負相關(guān)，與100～200 μm土粒呈顯著正相關(guān)。20～30 cm土層，總磷含量與20～45 μm土粒呈顯著正相關(guān)，與100～200 μm呈顯著負相關(guān)；堿解氮含量與 20～45 μm土粒呈顯著正相關(guān)，而總氮含量與0～200 μm各粒徑土粒的相關(guān)性不顯著。速效磷含量與0～2 μm各粒徑土粒分別呈顯著負相關(guān)，與45～75 μm土粒呈顯著正相關(guān)；速效鉀含量與0～5 μm各粒徑土粒分別呈顯著正相關(guān)；有機碳含量與0.5～1 μm各粒徑土粒分別呈顯著正相關(guān)，與20～75 μm各粒徑土粒分別呈顯著負相關(guān)；C/N與20～45 μm 土粒呈極顯著負相關(guān)，與100～200 μm土粒呈顯著正相關(guān)。

4 建議

對各樣地質(zhì)地的測定可知，金露梅灌叢草地、垂穗披堿草草地、矮嵩草草地、藏嵩草草地等8個高寒草地樣地均為壤質(zhì)沙土。利用激光粒度分析儀測定土壤小粒徑土粒含量，發(fā)現(xiàn)0～200 μm各樣地各層土粒分布具有相似性，并與各層土壤養(yǎng)分含量進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)小粒徑土粒含量與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性比單純研究土壤質(zhì)地與養(yǎng)分相關(guān)性更有意義。此外，對于小粒徑土粒對土壤養(yǎng)分的相關(guān)性的研究應更加深入，并應研究其相關(guān)性的原因。

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