李圣文++王曉東++吳正方+杜海波++王雷+宗盛偉

摘 要：本文以長白山北坡和西坡林線為研究區(qū)，分別在北坡和西坡采集83個和51個土壤樣品，在室內(nèi)測量土壤有機質(zhì)和礫石含量，采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計和單個樣本T檢驗分析北坡和西坡土壤有機質(zhì)和礫石含量的特點和差異程度，應(yīng)用相關(guān)分析方法認識北坡和西坡有機質(zhì)和礫石含量的關(guān)系，分析土壤發(fā)育過程的差異性表現(xiàn)。結(jié)果表明林線生境不利于土壤有機質(zhì)的形成和積累，西坡土壤有機質(zhì)含量大于北坡，且空間差異程度也小于北坡。礫石含量高，土壤發(fā)育緩慢，北坡林線母質(zhì)對土壤發(fā)育過程控制較強，而西坡相對較弱，兩坡其他成土因素影響程度存在很大差異。

關(guān)鍵詞：長白山北坡和西坡林線；土壤有機質(zhì)；礫石含量；數(shù)理統(tǒng)計

中圖分類號：F11919 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133048

引言

從高山郁閉林到深入苔原帶喬木樹種之間的過渡帶是高山林線交錯帶[1]。長白山林線是林線研究生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化響應(yīng)的理想地段，土壤養(yǎng)分狀況在林線生態(tài)系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用引起人們的極大關(guān)注[2]。石培禮等認為土壤基質(zhì)狀況對林線動態(tài)有先行性的影響[3]，鄧坤枚等認為林線土壤有機質(zhì)含量對岳樺種群動態(tài)有著一定的控制作用[4]，于大炮等在研究岳樺生長態(tài)勢時對土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生非常大的興趣，認為林線形成機理影響因子中土壤起著積極作用[5]。這些研究都認為土壤性質(zhì)，尤其是有機質(zhì)的特征與林線動態(tài)有著非常密切的關(guān)系。但在不同坡向上分析土壤狀況的對比關(guān)系，尤其是土壤有機質(zhì)的差異表現(xiàn)和成因研究極少。本文以長白山北坡和西坡林線土壤有機質(zhì)含量與礫石含量關(guān)系全面分析有機質(zhì)的差異程度和土壤發(fā)育的不同狀況，探詢有機質(zhì)差異的原因，揭示土壤形成過程中成土因素的潛在影響。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

在長白山北坡海拔1900～2000m左右是岳樺林分布的上限，西坡林線在海拔1800～2250m左右，風大寒冷，環(huán)境嚴酷，只有岳樺依靠較強的適應(yīng)能力成為林線喬木的主要樹種，在氣候變暖的趨勢下，兩坡林線變動都很明顯，而土壤狀況對林線影響的方式復(fù)雜使這里成為研究林線土壤發(fā)育的理想地帶[6]。本研究選擇的林線北坡研究區(qū)范圍是N42°2′27～42°3′14″，E128°4′35″～128°6′13″，西坡研究區(qū)范圍是N41°5′93″～42°1′51″，E127° 58′6″～127° 59′45″，都是長白山森林-苔原過渡帶最為典型的研究地段（圖 1）。

1.2 土壤樣品的采集與測定

2008年9月和2015年9月采用樣方調(diào)查法分別在長白山北坡林線與西坡林線于最典型的地段分別設(shè)置4個樣地，在每一樣地內(nèi)水平方向上每間隔20～40m設(shè)置一樣帶，在每個樣帶內(nèi)按垂直方向自高而低從林線邊緣（樹島）連續(xù)取樣（樣方：10m×10m）直到坡底的郁閉林（郁閉度>0.2），在所有設(shè)置的樣方中北坡選擇83個樣方，西坡選擇51樣方進行取土。在這些樣方內(nèi)采用對角線法選取5個樣點，從各個土層取土壤樣品0.5kg，將5個樣點的土壤充分混合后取1kg做為1個土壤樣品。將采集后的土壤樣品封好帶回實驗室，干燥通風除雜后秤重，將礫石（粒徑>2mm）挑出測重，得到礫土比（礫石重量/土壤全重）。研磨剩余土壤樣品，全部通過1mm孔篩后取1/4樣品進一步研磨，通過0.1mm孔篩后的樣品測土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸法、全氮含量采用重鉻酸鉀-硫酸消化法、全磷采用硫酸-高氯酸消煮法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

利用常規(guī)統(tǒng)計方法、單個樣本K-S檢驗和獨立樣本T檢驗方法分別計算北坡和西坡土壤有機質(zhì)和礫石含量的不同和兩坡差異程度，分別計算北坡和西坡有機質(zhì)和礫石含量的相關(guān)系數(shù)以評判礫石含量對有機質(zhì)的影響，進一步分析土壤發(fā)育過程的差異性表現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 北坡和西坡有機質(zhì)含量的對比

北坡和西坡土壤有機質(zhì)含量的常規(guī)統(tǒng)計分析結(jié)果表明無論北坡還是西坡土壤養(yǎng)分的空間差異明顯（標準差數(shù)值大，變異系數(shù)>0.30，單個樣本K-S檢驗：P<0.01）（表1），在林線的不同位置上土壤的養(yǎng)分含量差異較大。從偏度（>0）與峰度（>0）的統(tǒng)計結(jié)果看只有在個別局部有利生境土壤有機質(zhì)含量大（表1），所以林線生境總體上不利于土壤有機質(zhì)的形成和積累。北坡和西坡有機質(zhì)含量獨立樣本T檢驗可以看出均值的雙尾顯著性概率小于0.1， 有顯著性差異。從均值大小的差異（西坡-北坡：36.8553g/kg）看西坡有機質(zhì)含量大于北坡，說明西坡土壤發(fā)育程度相對北坡較好，從標準差、變異系數(shù)、偏度和峰度幾個統(tǒng)計結(jié)果看西坡土壤發(fā)育的空間差異程度小于北坡，養(yǎng)分含量從整體上好于北坡。

2.2 北坡和西坡礫石含量的對比

從均值統(tǒng)計結(jié)果看土壤礫石含量都較大（西坡：18.29%；北坡：9.68%），說明林線土壤發(fā)育程度都較低，發(fā)育過程相對較慢，反映林線生境嚴酷。從標準差（西坡：12.12%；北坡：12.38%）和變異系數(shù)（西坡：0.66；北坡：1.28）看都較大，單個樣本K-S檢驗（P<0.01）非均勻分布顯著說明林線土壤發(fā)育的空間差異明顯，土壤發(fā)育程度空間分異大，從偏度（>0）與峰度（>0）的統(tǒng)計結(jié)果只有在個別局部有利生境土壤發(fā)育較快（表3），礫石含量低，所以林線生境的不利使土壤發(fā)育過程總體上遲緩。

北坡和西坡土壤礫石含量獨立樣本T檢驗可以看出均值的雙尾顯著性概率遠小于0.01， 有高度顯著性差異。從兩坡均值統(tǒng)計結(jié)果對比看西坡土壤礫石含量高于北坡，而從標準差和變異系數(shù)看北坡大于西坡說明土壤發(fā)育在空間上北坡的差異應(yīng)該更大，但是從偏度和峰度看西坡土壤發(fā)育的空間差異程度又小于北坡，這些不同的統(tǒng)計結(jié)果似乎相互矛盾，但是這也說明兩坡土壤形成的過程顯然是非常復(fù)雜的，從發(fā)育時間看西坡應(yīng)該小于北坡（均值西坡大），而養(yǎng)分含量卻高，說明土壤形成的其他成土因素好于北坡。受制于發(fā)育時間整體較晚，使土壤礫石含量總體上空間差異不如北坡差異大。但是在極少數(shù)個別地點其他成土因素非常適合土壤發(fā)育，使土壤的礫石含量迅速下降，形成偏度和峰度大于北坡的現(xiàn)象，但是這僅限于少數(shù)幾個非常適宜的地點。

2.3 北坡和西坡礫石含量對有機質(zhì)含量的影響

從相關(guān)分析結(jié)果看北坡相關(guān)系數(shù)為顯著負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)：-0.22，P<0.05）說明土壤發(fā)育受到礫石含量的影響明顯，礫石含量越高，土壤有機質(zhì)含量越低，母質(zhì)對土壤發(fā)育過程控制較強，土壤是林線動態(tài)的影響因素，而西坡則相反出現(xiàn)正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)：0.17），說明西坡對土壤發(fā)育的控制較弱，但是沒有達到顯著，說明還是具有一定的影響。

以上分析說明西坡雖然土壤發(fā)育時間相對晚于北坡，但是其他成土因素對土壤發(fā)育的影響更大，特別在個別點上表現(xiàn)尤其明顯，從成土因素看可能是氣候變暖影響的結(jié)果，但是由于微地形和植被的空間差異只在極個別有利的點土壤發(fā)育狀況突然變好，這可能與西坡極個別地點林線岳樺種群擴張態(tài)勢明顯，而整體推移不如北坡大有關(guān)[7]，而關(guān)于林線的空間移動與土壤狀況的關(guān)系需要進一步分析，以評判土壤養(yǎng)分差異對不同坡向林線動態(tài)的差異性作用方式。

3 結(jié)論

北坡和西坡林線土壤養(yǎng)分的空間差異明顯，只有在個別局部有利生境土壤有機質(zhì)含量大，所以林線生境總體上不利于土壤有機質(zhì)的形成和積累。西坡土壤發(fā)育程度相對北坡較好，且空間差異程度小于北坡。

林線土壤發(fā)育程度都較低，發(fā)育過程相對較慢，空間差異明顯，西坡只在極少數(shù)個別地點土壤的礫石含量低，但是總體上礫石含量西坡大于北坡。

土壤發(fā)育受到礫石含量的影響明顯，北坡林線母制對土壤發(fā)育過程控制較強，而西坡相對較弱，說明兩坡其他成土因素影響程度存在很大差異。

參考文獻

[1] Korner C，Jens P.A World-wide study of high altitude treeline temperatures[J].Journal of Biogeography，2004，31（5）： 713-732.

[2] Kammer A，Hagedorn F，Shevchenko I，et al. Treeline shifts in the Ural mountains affect soil organic matter dynamics[J]. Global Change Biology，2009，140（5）：469-479.

[3]石培禮，李文華.長白山林線交錯帶形狀與木本植物向苔原侵展和林線動態(tài)的關(guān)系[J].生態(tài)學報，2000，20（4）：227-231.

[4] 鄧坤枚，石培禮，楊振林.長白山樹線交錯帶的生物量分配和凈生產(chǎn)力[J].自然資源學報，2006，21（6）：942-948.

[5] Yu D P，Wang G G， Dai L M，et al. Dendroclimatic analysis of Betula ermanii forests at their upper limit of distribution in Changbai Mountain， Northeast China[J].Forest Ecology and Management，2007，240（1-3）：105-113.

[6]崔海亭，劉鴻雁，戴君虎.山地生態(tài)學與高山林線研究[M].北京：科學出版社，2005.

[7]王曉東，劉惠清.長白山北坡林線岳樺種群與土壤關(guān)系[J].地理研究，2011，30（3）：531-539.