溫軍，王曉麗，王彥龍

1. 青海省水利水電科學(xué)研究院有限公司/青海省流域水循環(huán)與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001；2. 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院/青海大學(xué)，青海 西寧 810016

土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）是土壤基本特性和重要肥力影響因素之一，是土壤保肥、供肥和緩沖能力的重要標(biāo)志，對(duì)提高肥力和改良土壤有重要的作用（Bronick et al.，2005；王清奎等，2005）。土壤交換性鹽基離子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）是土壤質(zhì)量的重要表征，其含量和飽和度在很大程度上反映了鹽基類元素的生物有效性、運(yùn)移及循環(huán)情況，在維持土壤養(yǎng)分與緩沖土壤酸化中起到重要作用（Lucas et al.，2011）。土壤中交換性 K+、Ca2+、Mg2+是植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，其數(shù)量與組成比例直接影響植物的生長(zhǎng)與品質(zhì)（曾路生等，2011；秦書琪等，2018）。近年來(lái)學(xué)者們對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量及交換性鹽基離子的研究主要集中在不同的植被類型（齊澤民等，2009；Ngo-Mbogba et al.，2015；伍炫蓓等，2018）、土地利用方式（高雪松等，2005；黃尚書等，2016）及人為管理措施（聶三安等，2011；秦書琪等，2018）等方面，尤其是設(shè)施農(nóng)業(yè)和農(nóng)作物與交換性離子的關(guān)系方面（胡寧等，2010；范慶鋒等，2014；Velmurugan et al.，2015；閆波等，2016）；對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的研究主要集中在植物群落及土壤理化性質(zhì)方面（黨晶晶等，2015；徐長(zhǎng)林，2016；劉旻霞等，2017），而對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量及其交換性鹽基離子方面的研究較少。

作為地球上十分獨(dú)特的地理單元，青藏高原平均海拔4000 m以上，由于高原低溫缺氧干旱的氣候特征，研究區(qū)擁有獨(dú)特的高寒草地植被。高寒草甸是青藏高原的主要草地類型，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，其土壤質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性（楊元合等，2004；董世魁等，2013）。秦書琪等（2018）以紫花針茅（Stipa purpurea）高寒草原為例研究了土壤交換性鹽基離子對(duì)氮添加的響應(yīng)，結(jié)果表明連續(xù)施氮導(dǎo)致土壤pH值下降，但該土壤pH值的范圍為 8.2－9.2，目前仍處于碳酸鹽緩沖階段，說(shuō)明通常在酸性土中“因緩沖土壤酸化引起的鹽基離子損失機(jī)制”在堿性土中并不成立。這些結(jié)果意味著持續(xù)的氮輸入會(huì)造成堿性土中鹽基離子損失，進(jìn)而影響土壤緩沖能力與植被生產(chǎn)力。

地形作為草地類型生態(tài)過程形成的基本因素，也是形成環(huán)境時(shí)空異質(zhì)性的重要基礎(chǔ)，其主要通過影響非生物資源，如光輻射、溫濕度及土壤養(yǎng)分等的分配格局，進(jìn)而影響草地植物群落的組成和分布（徐長(zhǎng)林，2016；Busby et al.，1978；Holz et al.，2002；Sadler et al.，2000；劉旻霞等，2013）。坡向是關(guān)鍵地形因子，主要是坡向隨降雨和溫度的分布而影響小氣候，造成土壤特性變異（Sternberg et al.，2001；Ghosh et al.，2014），導(dǎo)致不同坡向的草地植被呈現(xiàn)一定復(fù)雜性。有研究（邱莉萍等，2010）表明，坡地土壤養(yǎng)分以坡頂和坡底部較高，坡面較低，這主要在于侵蝕條件下剖面徑流將坡面小粒徑土壤帶到坡底，使得坡面養(yǎng)分含量降低，而坡底養(yǎng)分含量增加。也有研究（Gruba et al.，2015；Lu et al.，2014；T?ma et al.，2011）表明，土壤CEC與有機(jī)碳之間存在正相關(guān)關(guān)系。因此，不同地形、坡位、坡向上的土壤生態(tài)系統(tǒng)的 CEC及其交換性鹽基離子特征也有所不同。在半干旱的黃土區(qū)，自然封育的陽(yáng)離子交換量基本隨著土層的加深而降低，且在不同類型坡地大致表現(xiàn)為陰坡＞陽(yáng)坡＞撂荒坡的趨勢(shì)，表明草坡地自然封育后陰坡的土壤養(yǎng)分改善程度較大（邱莉萍等，2010）。而在四川盆地西緣山地的典型坡面的研究（高雪松等，2005）表明，下坡位的CEC含量較高，且與土壤粘粒呈正相關(guān)關(guān)系，表明土壤物理性質(zhì)與養(yǎng)分特征在坡面上的分異特征是山地坡面利用類型與地形部位共同作用的結(jié)果。

以長(zhǎng)江源區(qū)不同地形（陰坡、陽(yáng)坡和灘地）上的高寒草地為研究對(duì)象，對(duì)其土壤陽(yáng)離子交換量及其交換性鹽基離子的分布規(guī)律進(jìn)行分析，并通過監(jiān)測(cè)土壤的基本理化性質(zhì)，進(jìn)一步探討土壤陽(yáng)離子交換及交換性鹽基離子在不同地形的高寒草地上的變化機(jī)制，為長(zhǎng)江源區(qū)典型地貌類型上的植物物種演替特征、土壤演化特征及土壤質(zhì)量的變化規(guī)律提供參考價(jià)值，研究結(jié)果對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤和植被特征研究具有一定科學(xué)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于青藏高原東部的長(zhǎng)江源區(qū)腹地的青海省玉樹藏族自治州稱多縣歇武鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)32°53′30″－34°47′10″N，96°02′36″－97°21′24″E（圖1）。地形為高山山地，平均海拔4000 m以上，年均氣溫3.8 ℃，年降雨量600 mm（孫鵬飛等，2015）。土壤屬于高山草甸土，0－40 cm土壤有機(jī)碳含量為45.17－99.68 mg·kg-1，土壤全氮含量為 35.80－118.67 mg·kg-1，全磷含量為 4.02－10.13 mg·kg-1，全鉀含量為95.80－127.23 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)陰坡（North-facing slope）、陽(yáng)坡（South-facing slope）和灘地（Beach land）的植被群落及主要植物種見表1。3種類型草地均為多年冬春季節(jié)輕度放牧利用草場(chǎng)，每年9月下旬至10月上旬將牛羊遷入，次年牧草返青前將牛羊遷出。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年8月，在研究區(qū)陰坡的灌叢草地、陽(yáng)坡的高寒草甸和灘地的高寒草甸上，分別設(shè)置3個(gè)間隔50 m的50 m×50 m樣地，共設(shè)置9個(gè)面積為50 m×50 m的樣地。

1.3 土壤樣品采集及分析

在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)選擇3個(gè)1 m×1 m樣方，用直徑為4.5 cm的土鉆分別采集樣方內(nèi)0－10、10－20和20－40 cm深度土樣，每個(gè)樣地的每個(gè)樣方的同層土樣采集5鉆，作為1個(gè)混合樣。混合樣去除石頭、根系后，分為2份，分別用于土壤水分和土壤化學(xué)特性測(cè)定。

用于土壤水分測(cè)定的樣品，采集后直接裝入15－20 g提前稱重鋁盒，帶回實(shí)驗(yàn)室，在105 ℃烘箱中烘至恒重，測(cè)定土壤含水量（楊劍虹等，2008）。

用于化學(xué)成分分析的土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后，風(fēng)干、研磨，過2 mm土篩后，采用酸度計(jì)法，測(cè)定土壤 pH。采用 H2SO4-K2Cr2O7外加熱法，測(cè)定土壤有機(jī)碳（SOC）；采用半微量凱氏定氮法，測(cè)定土壤全氮（TN）；采用流動(dòng)注射法，測(cè)定土壤硝態(tài)氮（NO3--N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）；采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法和 NaHCO3-鉬銻抗比色法，分別測(cè)定土壤全磷（TP）和速效磷（AP）；采用氫氧化鈉堿熔-火焰光度法和醋酸氨浸提-火焰光度法，測(cè)定土壤全鉀（TK）和速效鉀（AK）（楊劍虹等，2008；鮑士旦，2005；魯如坤，2000）。

圖1 試驗(yàn)樣地位置圖Fig. 1 Location of experimental site

表1 3個(gè)坡向高寒草甸樣地概況Table 1 Description of basic community characteristics of different slope aspect sites

依據(jù)全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心（2006）報(bào)道的方法，用70%的乙醇溶液洗去土壤中易溶氯化物和硫酸鹽等，然后用氯化銨-乙醇交換液提取，制得交換性 Ca2+、Mg2+、K+、Na+的待測(cè)液，用電感耦合等離子體光譜儀（ICP-OES；iCAP 6300，Thermo Scientific，Waltham，USA）測(cè)定其含量。土壤陽(yáng)離子交換量采用乙酸銨法測(cè)定。

1.4 交換性離子飽和度及鹽基飽和度的計(jì)算

BS=TEB/CEC×100% （1）

式中，BS（%）為鹽基飽和度；CEC（cmol·kg-1）為陽(yáng)離子交換量；TEB（cmol·kg-1）為交換性鹽基總量，其值為交換性 Ca2+、K+、Mg2+、Na+的質(zhì)量摩爾濃度之和。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Microsoft excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理， SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用One-way ANOVA檢驗(yàn)同一土層的 3個(gè)地形各指標(biāo)的差異性。采用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)土壤pH，交換性K+、Ca2+、Na+、Mg2+，交換性鹽基總量、鹽基飽和度及 Ca2+/Mg2+比進(jìn)行相關(guān)性分析。采用逐步回歸分析法（stepwise regression）對(duì)土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)與陽(yáng)離子交換量及交換性離子進(jìn)行回歸分析。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，P＜0.05時(shí)，差異顯著；P＜0.01時(shí)，差異極顯著的。

2 結(jié)果分析

2.1 不同坡向高寒草甸土壤pH、全鹽量及陽(yáng)離子交換量

由表2可知，土壤pH值在不同坡向之間差異顯著（P＜0.01），呈現(xiàn)為陰坡＜灘地＜陽(yáng)坡的趨勢(shì)，且均隨土壤深度的增加而增加。土壤全鹽量（0.08%－0.20%）在不同坡向樣地間呈現(xiàn)陽(yáng)坡＞灘地≥陰坡的趨勢(shì)，但不同坡向間差異并不顯著（P＞0.05）。而土壤陽(yáng)離子交換量在不同坡向樣地間差異顯著，呈現(xiàn)陰坡＞灘地＞陽(yáng)坡的趨勢(shì)，且陰坡顯著高于陽(yáng)坡（P＜0.05）。3個(gè)土層的土壤陽(yáng)離子交換量均呈現(xiàn)陰坡＞灘地＞陽(yáng)坡的趨勢(shì)，表層土0－10 cm土壤陽(yáng)離子交換量表現(xiàn)為陰坡（74.33 cmol·kg-1）＞灘地（54.07 cmol·kg-1）＞陽(yáng)坡（48.31 cmol·kg-1），其中陰坡與灘地（P=0.006）、陽(yáng)坡（P=0.002）間差異顯著；在10－20 cm 陰坡顯著高于灘地（P=0.048）和陽(yáng)坡（P=0.012）；深層土 20－40 cm陰坡顯著高于灘地（P=0.030）和陽(yáng)坡（P=0.010），且灘地顯著高于陽(yáng)坡（P=0.030）。表層土0－10 cm陰坡陽(yáng)離子交換量約為深層土20－40 cm陽(yáng)坡的3.78倍。0－10 cm和10－20 cm土壤鹽基飽和度在不同坡向的樣地間差異顯著，其中0－10 cm灘地（44.07%）顯著高于陰坡（18.09%，P=0.038），10－20 cm陽(yáng)坡（45.34%）顯著高于陰坡（17.54%，P=0.041）。

表2 不同坡向土壤pH及鹽基離子特征Table 2 Soil pH and exchangeable based cations of different slope aspects

2.2 不同坡向高寒草甸土壤交換性鹽基總量

圖 2顯示：土壤交換性鹽基總量在 0－10 cm和10－20 cm均呈陰坡（分別為13.32 cmol·kg-1和24.04 cmol·kg-1）大于灘地、陽(yáng)坡的趨勢(shì)，且差異顯著（P=0.037；P=0.026）；交換性鹽基總量在 20－40 cm 呈灘地（19.85 cmol·kg-1）＞陽(yáng)坡（15.80 cmol·kg-1）＞陰坡（11.94 cmol·kg-1）的趨勢(shì)，但 3個(gè)坡向差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同坡向高寒草甸土壤交換性離子量

圖2 不同地形的高寒草地交換性鹽基離子總量Fig. 2 Total amount of soil exchange based cations in different topography alpine grassland

表3顯示：高寒草甸不同坡向的交換性鹽基離子以交換性Ca2+和Mg2+為主，K+和Na+占較少的比重，且Ca2+和Mg2+表現(xiàn)出明顯的表聚現(xiàn)象。交換性Ca2+在 0－10 cm 土層中表現(xiàn)為陽(yáng)坡（7.67 cmol·kg-1）＞陰坡（5.59 cmol·kg-1）＞灘地（4.78 cmol·kg-1），且陽(yáng)坡顯著高于灘地（P=0.028），在10－20 cm和20－40 cm土層中均表現(xiàn)為陽(yáng)坡（7.35cmol·kg-1；6.61 cmol·kg-1）＞灘地（4.6 cmol·kg-1；5.13 cmol·kg-1） ＞ 陰 坡 （ 2.64 cmol·kg-1； 3.03 cmol·kg-1）的趨勢(shì)，且陽(yáng)坡均顯著高于陰坡（P=0.040；P=0.034）。不同土層中陽(yáng)坡的土壤交換性 Mg2+（4.27 cmol·kg-1；3.83 cmol·kg-1；4.04 cmol·kg-1）均高于陰坡和灘地，但同一土層中坡向間差異均不顯著（P＞0.05）。不同土層中土壤交換性K+灘地（16.51 cmol·kg-1）均高于陽(yáng)坡和陰坡，其中在 0－10 cm土層中差異顯著（P=0.012 ;P=0.011）。土壤交換性Na+在0－10 cm土層中陰坡最高（4.77 cmol·kg-1），在 10－20 cm 和 20－40 cm土層中陽(yáng)坡（8.67 cmol·kg-1和 4.73 cmol·kg-1）均高于陰坡和灘地，但坡向間均無(wú)顯著差異（P＞0.05）。土壤 Ca2+/Mg2+比在 0－10 cm 呈陽(yáng)坡（2.71 cmol·kg-1）＞陰坡（2.31 cmol·kg-1）＞灘地（2.12 cmol·kg-1）的趨勢(shì)，10－20 cm 呈陰坡（3.79 cmol·kg-1）＞灘地（3.42 cmol·kg-1）＞陽(yáng)坡（2.35 cmol·kg-1）的趨勢(shì)，20－40 cm 呈灘地（4.57 cmol·kg-1）＞陽(yáng)坡（3.46 cmol·kg-1）＞陰坡（2.35 cmol·kg-1）的趨勢(shì)。

表3 土壤交換性離子及Ca2+/Mg2+比Table 3 Soil exchangeable based cations and the ratio of Ca2+/Mg2+

2.4 不同坡向高寒草甸交換性陽(yáng)離子飽和度

土壤交換性Ca2+飽和度在表層土0－10 cm呈陽(yáng)坡＞陰坡＞灘地，且陽(yáng)坡顯著高于灘地（P=0.032）；10－20 cm呈陰坡＞灘地＞陽(yáng)坡，20－40 cm呈灘地＞陰坡＞陽(yáng)坡，但不同坡向間差異不顯著（P＞0.05）。土壤交換性Mg2+飽和度在0－10 cm和20－40 cm呈陽(yáng)坡＞陰坡＞灘地的趨勢(shì)，20－40 cm 呈陰坡＞陽(yáng)坡＞灘地，但土壤交換性Mg2+在每個(gè)土層3個(gè)坡向的差異都不顯著（P＞0.05）。土壤交換性 K+飽和度在0－10 cm呈灘地＞陰坡＞陽(yáng)坡，且灘地顯著高于陽(yáng)坡（P＜0.01）和陰坡（P＜0.01）；10－20 cm和20－40 cm都以灘地為最高。0－10 cm土壤交換性Na+飽和度以陰坡為最高，而10－20 cm和20－40 cm以陽(yáng)坡為最高（圖3）。

圖3 不同地形高寒草甸土壤交換性離子飽和度Fig. 3 Saturation percentage of soil exchangeable cations in different topography alpine grassland

2.5 土壤pH與交換性陽(yáng)離子的相關(guān)性分析

對(duì)土壤pH、交換性鹽基離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+和Ca2+/Mg2+及其交換性鹽基總量、鹽基飽和度和土壤陽(yáng)離子交換性量CEC進(jìn)行了相關(guān)性分析（表4），結(jié)果表明：土壤pH與交換性Ca2+離子呈極顯著正相關(guān)（P=0.002），與交換性鹽基總量呈顯著正相關(guān)（P=0.034）。土壤交換性Ca2+與交換性Mg2+呈顯著正相關(guān)（P=0.021），與交換性Na+呈極顯著正相關(guān)（P=0.004），與交換性鹽基總量呈極顯著正相關(guān)（P=0.002），與鹽基飽和度呈顯著正相關(guān)（P=0.022）。土壤交換性Mg2+與交換性鹽基總量呈顯著正相關(guān)（P=0.010），與鹽基飽和度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），與Ca2+/Mg2+比呈極顯著的負(fù)相關(guān)（P＜0.001）。土壤交換性 K+與交換性鹽基總量呈極顯著正相關(guān)（P=0.006）。土壤交換性Na+與交換性鹽基總量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），與鹽基飽和度呈極顯著正相關(guān)（P=0.002）。土壤交換性鹽基總量與鹽基飽和度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001）。土壤陽(yáng)離子交換量CEC與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.001）。

表4 土壤pH、交換性陽(yáng)離子及鹽基飽和度的相關(guān)性分析Table 4 The person correlation analysis of soil pH, exchangeable cations and the base cations

2.6 土壤理化性質(zhì)與陽(yáng)離子交換量及交換性陽(yáng)離子的回歸分析

為充分考慮土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量及鹽基離子的綜合影響，對(duì)土壤 pH、土壤含水量SWC、土壤有機(jī)碳SOC、土壤全氮TN、銨態(tài)氮NH4+-N、硝態(tài)氮NO3-N、土壤全磷TP、速效磷AP、全鉀TK、速鉀AK等土壤理化性質(zhì)指標(biāo)，陽(yáng)離子交換量CEC及交換性鹽基離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+進(jìn)行了逐步回歸分析（表 5），結(jié)果表明：當(dāng)以CEC為因變量時(shí)，有SWC、pH、SOC和NH4+-N 4個(gè)解釋因子進(jìn)入回歸方程模型（R2=0.942，

P=0.000），且系數(shù)分別為68.677、10.523、-8.118、0.087。Ca2+為因變量時(shí)，有 NO3--N、pH和 TN 3個(gè)解釋因子進(jìn)入回歸方程模型（R2=0.719，P=0.000），且系數(shù)分別為0.002、0.030、0.048。K+為因變量時(shí)，有AK、AP、SWC 3個(gè)解釋因子進(jìn)入回歸方程模型（R2=0.843，P=0.000），且系數(shù)分別為 0.001、-0.008、-0.017。Na+為因變量時(shí)，只有NO3--N1個(gè)解釋因子進(jìn)入回歸方程模型（R2=0.506，P=0.000），且系數(shù)為0.012。而當(dāng)Mg2+為因變量時(shí)，這些土壤因子都未能進(jìn)入Mg2+的回歸方程模型。

3 討論

高寒草甸是青藏高原長(zhǎng)江源區(qū)腹地廣泛分布的典型植被類型，不同的地形條件決定了不同類型的高寒草甸植被。由于地形和植被的不同，0－10、10－20和20－40 cm土層土壤的全鹽量呈明顯的陽(yáng)坡大于陰坡的趨勢(shì)，這與土壤pH的分布趨勢(shì)一致。一般而言，鹽分與土壤水勢(shì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤水勢(shì)較小，會(huì)造成植物水分脅迫，甚至體內(nèi)水分外滲（李小剛，2001）。由于光照和植被的特征，灘地和陰坡的土壤含水量高于陽(yáng)坡，而壤土中土壤含水量較高，土壤水勢(shì)較大，因此灘地和陰坡的鹽分含量較陽(yáng)坡低。

雖然土壤陽(yáng)離子交換量受土壤質(zhì)地、粘土礦物類型、氧化物數(shù)量、土壤有機(jī)質(zhì)的含量及其與礦質(zhì)部分相互結(jié)合的形式等多種因素有關(guān)，但對(duì)于一種確定的土壤，有機(jī)質(zhì)的變化是影響土壤陽(yáng)離子交換量變化的最重要因素，其中的最主要的機(jī)制是土壤中有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的存在導(dǎo)致表面電荷的變化，從而影響土壤的陽(yáng)離子交換量（蔡祖聰?shù)龋?988）。也有研究表明，土壤陽(yáng)離子交換量 CEC的大小取決于土壤膠體的比表面積和表面負(fù)電荷密度，因此土壤的固相組成對(duì) CEC具有直接影響。而有機(jī)質(zhì)作為土壤固相的重要組分，其中的腐殖質(zhì)成分具有較大的比表面積和大量可水解產(chǎn)生負(fù)電荷的官能團(tuán)，能夠增加土壤膠體的交換點(diǎn)位和負(fù)電荷密度（于天仁等，1990），是 CEC的主要貢獻(xiàn)因子（劉世全等，2004；魏孝榮等，2009）。CEC含量的高低主要取決于土壤中膠體物質(zhì)的含量，尤其是有機(jī)膠體。故其隨有機(jī)質(zhì)含量的升高而升高（張德罡，2002）。將土壤CEC與（王彥龍等（2018）研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，10－20 cm和20－40 cm土壤CEC與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)一致，即陰坡高于灘地和陽(yáng)坡。同樣地，在巴西熱帶免耕系統(tǒng)中土壤有機(jī)質(zhì)使得土壤CEC增加一倍（Ramos et al.，2018）。也有很多研究表明，土壤 CEC與有機(jī)碳之間存在正相關(guān)關(guān)系（Gruba et al.，2015；Lu et al.，2014；T?ma et al.，2011）。Fang et al.（2017）分析了 1980－2010年間中國(guó)北方草地CEC特征，結(jié)果也表明CEC與土壤有機(jī)碳、含鹽量及年均降雨量呈正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)碳與氣候參數(shù)關(guān)系密切，土壤 CEC也與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系（Ruiz Sinoga et al.，2012）。盡管本研究區(qū)小尺度范圍的陰坡、灘地和陽(yáng)坡的降雨量是一樣的，但在不同地形上，由于植被和光照的不同，導(dǎo)致3個(gè)地形的土壤含水量呈陰坡＞灘地＞陽(yáng)坡的趨勢(shì)，故土壤CEC也呈陰坡＞灘地＞陽(yáng)坡的規(guī)律。但0－10 cm土層CEC以陰坡最大，而土壤有機(jī)質(zhì)以陽(yáng)坡最大，這可能與表層土壤pH有關(guān)。由于土壤環(huán)境復(fù)雜，土壤 CEC受多個(gè)因素共同作用，本研究結(jié)果表明，SWC、pH、SOC和NH4+-N是影響土壤CEC的重要因子，其中SWC和SOC的系數(shù)為正，而pH與NH4+-N的系數(shù)為負(fù)。邱莉萍等（2010）對(duì)云霧山不同坡向的草地的研究也有類似的結(jié)果，即土壤有機(jī)碳與陽(yáng)離子交換量大致表現(xiàn)出陰坡＞陽(yáng)坡的趨勢(shì)，pH則與之相反。然而，也有研究表明，黃土高原小流域不同土地利用方式土壤有機(jī)質(zhì)和CEC的變化趨勢(shì)與 pH的分布特征呈相反的趨勢(shì)（魏孝榮等，2009）。

表5 土壤理化性質(zhì)與陽(yáng)離子交換量及交換性陽(yáng)離子的逐步回歸分析Table 5 Stepwise regression analysis of soil properties, exchangeable cations and the base cations

土壤交換性鹽基總量決定了土壤的緩沖能力，即高鹽基離子含量代表有更多的 H+交換位點(diǎn)與更強(qiáng)的緩沖能力（Lu et al.，2015），本研究結(jié)果表明土壤交換性鹽基總量呈現(xiàn)陰坡顯著高于灘地和陽(yáng)坡的趨勢(shì)，尤其是在10－20 cm土層，顯示陰坡的緩沖能力最強(qiáng)。一般而言，土壤初始pH值決定了其所處的緩沖階段。當(dāng)初始pH值大于7.5時(shí)，土壤酸化主要由碳酸鹽緩沖；pH值為 4.5－7.5時(shí)，土壤表面吸附的交換性鹽基離子與H+交換，中和土壤中增加的H+。隨著酸化加劇，鹽基離子逐漸被消耗，土壤吸附的 Al3+開始起緩沖作用（pH值小于4.5 時(shí)）（Bowman et al.，2008；Yang et al.，2012）。可見，本研究樣地中陰坡和灘地土壤處于交換性鹽基離子與 H+交換階段，而陽(yáng)坡處于碳酸鹽緩沖階段。秦書琪等（2018）研究表明，鹽基離子與植物地上生物量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明生物量增加促進(jìn)了植物對(duì)鹽基離子的吸收。王彥龍等（2018）在本研究區(qū)的研究表明，地上總生物量呈灘地＞陰坡＞陽(yáng)坡的規(guī)律，由此可見灘地和陰坡的0－10 cm和10－20 cm土層的交換性鹽基離子總量與地上生物量也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。相反地，0－10 cm和10－20 cm土層交換性鹽基離子以陽(yáng)坡為最小，而地上生物量也是最小的，由此可推斷鹽基離子和地上生物量的關(guān)系并非絕對(duì)的，鹽基離子數(shù)量可能也受其他因素的影響，甚至是多因素交互作用的結(jié)果。然而，其在20－40 cm土層的變化規(guī)律不明顯，這主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)高寒草甸的植物根系主要分布在 0－20 cm土層，土壤生物活動(dòng)及水分和養(yǎng)分運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在表層0－20 cm，而20－40 cm的交換性鹽基總量在不同地形間的差異不明顯。

交換性鹽基離子分布的差別是成土母質(zhì)、生物物質(zhì)循環(huán)及淋溶作用等綜合作用的結(jié)果，與母質(zhì)的礦物成分、風(fēng)化程度，植被類型以及地形、氣候等條件密切相關(guān)（姜林等，2012）。Ca2+和 Mg2+是土壤中主要的交換性鹽基離子，它們?cè)谕寥乐械暮渴艿匠赏聊纲|(zhì)及土壤形成過程中 Ca2+和 Mg2+優(yōu)先吸持作用、植物的類型和施肥、灌溉等農(nóng)田管理措施的影響（姜勇等，2004；Saif et al.，1997）。本研究中土壤鹽基離子含量基本呈現(xiàn) Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+，符合一般規(guī)律。土壤交換性Ca2+及其飽和度在4個(gè)鹽基離子中占比最大，且呈現(xiàn)陽(yáng)坡顯著大于灘地的規(guī)律。相關(guān)分析結(jié)果表明Ca2+與pH呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，主要是因?yàn)闉┑氐膒H較低，土壤膠體表面負(fù)電荷增加，大量H+取代土壤膠體表面鹽基離子的代換位，膠體表面可交換態(tài)鹽基離子含量降低。另外，自養(yǎng)硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)pH為6.6－8.0或者更高，在 pH較低的土壤中自養(yǎng)硝化細(xì)菌的數(shù)量相對(duì)較少且活性較低，導(dǎo)致土壤中的硝化過程較為緩慢（Jia et al.，2009）。逐步回歸分析進(jìn)一步表明，Ca2+不僅與 pH相關(guān)，與土壤硝態(tài)氮和全氮也相關(guān)，且回歸系數(shù)為正。交換性鉀離子K+則主要受土壤速效鉀及速效磷的影響，主要是由于速效鉀和速效磷均受不同地形的成土母質(zhì)的影響（龐夙等，2009），進(jìn)而影響了交換性鉀離子的分布。土壤中Na受較多因子的影響，與K一樣都是極易受到淋溶的元素，本研究表明交換性 Na+主要受土壤硝態(tài)氮的影響。

4 結(jié)論

綜上所述，本文通過研究長(zhǎng)江源區(qū)不同坡向的高寒草地土壤陽(yáng)離子交換量及交換性鹽基離子的特征，分析了其在不同坡向的分布格局，結(jié)果表明，長(zhǎng)江源區(qū)陰坡高寒草地的土壤陽(yáng)離子交換量顯著高于陽(yáng)坡和灘地。土壤鹽基離子含量基本呈現(xiàn)Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+，符合一般規(guī)律。土壤交換性鹽基總量在0－10 cm和10－20 cm土層呈現(xiàn)陰坡大于灘地和陽(yáng)坡的規(guī)律，在20－40 cm土層規(guī)律不明顯。土壤交換性CEC主要受土壤含水量、pH、有機(jī)碳和銨態(tài)氮4個(gè)因子的影響，交換性Ca2+主要受硝態(tài)氮、pH和全氮3個(gè)因子的影響，交換性K+主要受速效鉀、速效磷和土壤含水量3個(gè)因子的影響，交換性 Na+主要受土壤硝態(tài)氮的影響。綜上，長(zhǎng)江源區(qū)高寒草地土壤陽(yáng)離子交換量和交換性鹽基離子總量在不同坡向有明顯差異，且均呈現(xiàn)陰坡大于灘地和陽(yáng)坡的規(guī)律。