伍炫蓓，何淑勤，2*，王家沐，石 暢，趙弘益

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130）

團(tuán)聚體不僅是構(gòu)成土壤的基本單元[1]，同時(shí)也是土壤養(yǎng)分貯存和物質(zhì)循環(huán)的主要場(chǎng)所[2]。由于土壤孔隙的分布和連續(xù)性受團(tuán)聚體數(shù)量分布和空間排列方式的影響，導(dǎo)致土壤的水力性質(zhì)存在差異[3]，而不同粒徑大小的團(tuán)聚體在養(yǎng)分的保持和供應(yīng)方面發(fā)揮不同的作用[4]，從而決定著土壤質(zhì)量的優(yōu)劣和肥力的高低[5-6]。土壤鹽基離子作為評(píng)斷土壤質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，其含量和比例關(guān)系一定程度上能夠反映了鹽基離子的生物有效性以及土壤保肥、供肥和緩沖能力[7-9]。土壤是植被生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，可為植被提供必要的養(yǎng)分，植被的變化也影響著土壤的形成與發(fā)育[10-11]。不同植被條件下土壤團(tuán)聚體中的營(yíng)養(yǎng)元素含量及分布會(huì)受到植物循環(huán)的影響[12]。已有研究表明，土壤中的交換性鹽基離子含量與植被的吸收利用呈相關(guān)性[13]，土壤交換性鹽基離子在剖面分布能夠反映營(yíng)養(yǎng)元素被植物吸收情況和淋溶作用[14]。目前，關(guān)于土壤團(tuán)聚體中元素分布的研究多集中在有機(jī)碳、全氮、全磷等方面[15-17]，且以土地利用方式、人為管理措施對(duì)其分布的影響為主[18-20]，而對(duì)不同植被條件下土壤團(tuán)聚體中交換性鹽基離子分布的研究較缺乏。

雜谷腦河流域?qū)儆诘湫偷纳降厣?干旱河谷交錯(cuò)帶，是我國(guó)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，區(qū)域內(nèi)地形、地貌復(fù)雜多樣，地質(zhì)活躍，氣候與植被沿海拔高度的變化明顯，其生態(tài)環(huán)境狀況與成都平原以及整個(gè)長(zhǎng)江上游的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有密切聯(lián)系。長(zhǎng)期以來人類不合理的資源開發(fā)，導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，引發(fā)水土流失嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻發(fā)等問題。而有關(guān)這一區(qū)域的土壤團(tuán)聚體中交換性鹽基離子分布特征研究較少?；诖?，本文選取四川西部理縣雜谷腦河支流流域內(nèi)典型的天然次生林、灌草林、喬灌林、混交幼林、岷江柏幼林和退耕岷江柏林6種植被條件土壤作為研究對(duì)象，采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，分析不同植被條件下土壤團(tuán)聚體交換性K+、Ca2+、Mg2+含量及分布特征，以期為雜谷腦河流域區(qū)域植被恢復(fù)以及可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省西部雜谷腦河流域，隸屬于理縣甘堡鄉(xiāng)，該區(qū)域?qū)偕降丶撅L(fēng)氣候，具有明顯干濕季、日夜溫差較大的特點(diǎn)，是典型的干旱河谷區(qū)。該區(qū)域最低海拔1 400 m，最高海拔5 922 m，平均海拔2 700 m，年降水量584 mm，年蒸發(fā)量1 399 mm；年最低極溫-20℃左右，最高極溫37℃左右，年均溫12℃左右；該地土壤類型主要為山地棕壤、山地褐土。植被主要以灌叢和低覆蓋草地為主[21]；植被類型垂直分布情況由下至上分別為退耕岷江柏林、岷江柏（人工幼林）、混交幼林、喬灌草、灌叢和天然次生林，其基本情況見表1。

表1 試驗(yàn)樣地基本情況Table 1 Basic characteristic of sample plots

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣地選擇與樣品采集

試驗(yàn)于2015年5月—2016年6月進(jìn)行，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)植被的變化和地理位置進(jìn)行綜合考慮，選出6種典型植被，每種植被類型設(shè)置3個(gè)樣地，分別在樣地等分設(shè)置6個(gè)20 m×20 m的喬木樣方、沿對(duì)角線設(shè)置6個(gè)5 m×5 m的灌木樣方和1 m×1 m的草本樣方。每一樣地內(nèi)采用“S”型5點(diǎn)取樣，分別采集0～10、10～20 cm原狀土，用于測(cè)定土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體。同時(shí)，采集混合土樣，用于測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)（見表2）。

1.2.2 測(cè)定方法

將混合土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干后，去除小石塊、植被雜質(zhì)等，用沙維諾夫干篩法[22]分離出＞5、5～2、2～1、1～0.5、0.5～0.25 mm 和＜0.25 mm 共 6 級(jí)非水穩(wěn)性團(tuán)聚體。交換性K+采用火焰光度法測(cè)定，交換性Ca2+和Mg2+采用原子吸收法測(cè)定[23]。

1.2.3 數(shù)據(jù)與分析

采用SPSS 19.0和EXCEL 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖與分析。

表2 試驗(yàn)樣地土壤基本性質(zhì)Table 2 Soil properties of sample plots

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成和分布情況

由表3可知，不同植被條件對(duì)土壤團(tuán)聚體的數(shù)量和分布均有一定的影響。不同植被條件下，團(tuán)聚體總體隨粒徑的減小呈先減少后增加的趨勢(shì)。＞2 mm粒徑團(tuán)聚體數(shù)量遠(yuǎn)大于其他粒徑的團(tuán)聚體，約占團(tuán)聚體的62.5%，其中喬灌林含量最高（84.41%，82.39%），而退耕岷江柏林含量最低（37.44%，50.89%），在0～10 cm土層中，除灌草林5～2 mm粒徑團(tuán)聚體含量最高外，其余植被條件下均為＞5 mm粒徑團(tuán)聚體含量最高，而在10～20 cm土層中，除灌草林和混交幼林5～2 mm粒徑團(tuán)聚體含量最高外，其余植被條件下均為＞5 mm粒徑團(tuán)聚體含量最高。不同植被條件下大團(tuán)聚體含量占主導(dǎo)地位，以喬灌林最高（96.30%，96.03%）天然次生林次之（94.21%，96.11%），退耕岷江柏林最低（73.24%，79.29%），除喬灌林大團(tuán)聚體含量隨土層深度的加深而降低外，其余植被條件均隨土層深度的加深而增加。天然林較退耕林地及人工幼林受人為活動(dòng)少，林分豐富，腐殖質(zhì)層較厚，對(duì)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力更強(qiáng)。

表3 不同植被條件下非水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布特征Table 3 Distribution of soil non-water-stable aggregates under different vegetation types

2.2 土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體中交換性K+的分布

由圖1可知，在0～10 cm土層，隨團(tuán)聚體粒徑的變化，各植被條件下土壤團(tuán)聚體中交換性K+含量分布無明顯規(guī)律，其中天然次生林、灌草林、喬灌林和退耕岷江柏林在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量最高，而混交幼林和岷江柏幼林在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量最高，6種植被條件均在0.5～0.25 mm團(tuán)聚體交換性K+含量最低。

圖1 不同植被條件下0～10 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性K+的分布特征Figure 1 Distribution of exchangeable K+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 0～10 cm

圖2 不同植被條件下10～20 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性K+的分布特征Figure 2 Distribution of exchangeable K+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 10～20 cm

由圖2可知，在10～20 cm土層，隨團(tuán)聚體粒徑減小，天然次生林中交換性K+含量呈先增加后降低的趨勢(shì)，其余植被條件交換性K+分布特征各異，其中混交幼林和岷江柏幼林在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量最高，而其余植被條件下均為在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量最高。

不同植被條件下各粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量之間無明顯差異，說明土壤團(tuán)聚體中交換性K+含量受植被類型的影響不大。通過對(duì)比不同土層深度團(tuán)聚體中交換性K+含量可發(fā)現(xiàn)，在0～10 cm土層中，除0.5～0.25 mm粒徑外，其余粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量均高于10～20 cm土層的相同粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量，而且各植被條件下0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量隨土層深度的加深而增加。同時(shí)，通過比較不同粒徑團(tuán)聚體中交換性K+的含量分布可知，5～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量明顯大于＞1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性K+含量，說明較大粒徑團(tuán)聚體具有較強(qiáng)供應(yīng)交換性K+的能力。

2.3 土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體中交換性Ca2+的分布

由圖3可知，在0～10 cm土層，除灌草林和喬灌林交換性Ca2+含量隨團(tuán)聚體粒徑的減小先降低后增加外，其余植被條件下土壤團(tuán)聚體中交換性Ca2+分布特征各異且粒徑之間差異顯著。其中灌草林、混交幼林、岷江柏幼林和退耕岷江柏林在＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最高，天然次生林在0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最高，而喬灌林在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最高。同時(shí)，除天然次生林在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低外，其余植被條件均在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低。

圖3 不同植被條件下0～10 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性Ca2+的分布特征Figure 3 Distribution of exchangeable Ca2+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 0～10 cm

由圖4可知，在10～20 cm土層，隨團(tuán)聚體粒徑的減小，天然次生林交換性Ca2+含量先增加后降低，在0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量達(dá)到最高，而在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低，而灌草林、喬灌林、混交幼林及岷江柏幼林交換性Ca2+含量隨團(tuán)聚體粒徑的減小呈先降低后增加的趨勢(shì)，在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低，其中灌草林、喬灌林和混交幼林在＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低，而岷江柏幼林含量在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量最低。退耕岷江柏林交換性Ca2+含量隨團(tuán)聚體粒徑的變化無明顯規(guī)律。

通過對(duì)比不同土層深度團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量可發(fā)現(xiàn)，在0～10 cm土層中，各粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+增幅最低185.3%，最高282.4%，說明土壤團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量受植被條件影響較顯著；在10～20 cm土層中，各粒徑團(tuán)聚體中交換性Ca2+增幅較0～10 cm土層更大，最高可達(dá)到318.3%，說明隨著土層深度的加深，土壤團(tuán)聚體中交換性Ca2+含量變化受植被條件的影響更加明顯。

2.4 土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體中交換性Mg2+的分布

由圖5可知，在0～10 cm土層，隨團(tuán)聚體粒徑的變化，各植被條件下土壤團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量分布無明顯規(guī)律。天然次生林在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最高，在5～2 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最低。灌草林、喬灌林、混交幼林和岷江柏幼林在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最高，其中喬灌林、混交幼林和岷江柏幼林在1～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最低，而灌草林在5～2 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最低。退耕岷江柏林在5～2 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最高，在1～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最低。

圖4 不同植被條件下10～20 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性Ca2+的分布特征Figure 4 Distribution of exchangeable Ca2+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 10～20 cm

圖5 不同植被條件下0～10 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性Mg2+的分布特征Figure 5 Distribution of exchangeable Mg2+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 0～10 cm

由圖6可知，在10～20cm土層，隨團(tuán)聚體粒徑的變化，各植被條件下土壤團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量分布同樣無明顯規(guī)律。各植被條件均在＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最高，其中天然次生林、灌草林在2～1 mm粒徑團(tuán)聚體中次之，其余植被條件下在＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中次之，同時(shí)，各植被條件均在5～2 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量最低。

圖6 不同植被條件下10～20 cm土層土壤團(tuán)聚體中交換性Mg2+的分布特征Figure 6 Distribution of exchangeable Mg2+content in soil non-water-stable aggregates under different vegetation types at soil depth of 10～20 cm

通過對(duì)比不同土層深度團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量可發(fā)現(xiàn)，在0～10 cm土層，5～2 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量增幅最大，＞5 mm粒徑團(tuán)聚體中增幅次之，說明植被條件對(duì)較大團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量的影響較大；在10～20 cm土層中，各粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量隨植被條件變化的分布規(guī)律與其在0～10 cm土層相似。隨土層深度的加深，除1～0.5 mm和0.5～0.25 mm粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量增加外，其余粒徑團(tuán)聚體中交換性Mg2+含量均降低。

3 討論

本研究表明，雜谷腦河流域不同植被條件下，各土層團(tuán)聚體中交換性K+含量岷江柏幼林最高，天然次生林最低；交換性Ca2+含量在0～10 cm土層中岷江柏幼林含量最高，天然次生林最低，在10～20 cm土層退耕岷江柏林含量最高，灌草林最低；交換性Mg2+含量在0～10 cm土層中岷江柏幼林含量最高，天然次生林最低，在10～20 cm土層中退耕岷江柏林含量最高，喬灌林最低。本研究對(duì)土壤團(tuán)聚體中交換性鹽基離子分布的研究中表明，交換性K+、Ca2+和Mg2+的含量在＞0.25mm大團(tuán)聚體中分布較多，均高于在＜0.25 mm微團(tuán)聚體中的含量，與曾路生等[24]的研究結(jié)果一致。不同植被條件下土壤團(tuán)聚體總體隨粒徑的減小呈先降低后增加的趨勢(shì)，與鄭子成等[25]的研究結(jié)果一致。各粒徑團(tuán)聚體中交換性鹽基離子平均含量呈現(xiàn)出 Ca2+＞K+＞Mg2+，與曾路生等[24]和王晟強(qiáng)等[26]Ca2+＞Mg2+＞K+的研究結(jié)果不一致，這可能與種植條件、人為管理模式有關(guān)。曾路生等[24]研究對(duì)象為設(shè)施栽培條件土壤，實(shí)施“高肥”的管理模式，施肥量是露地土壤的3～4倍，施肥不僅可增加團(tuán)聚體有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)[27]，同時(shí)也改善了土壤結(jié)構(gòu)[28]，進(jìn)而促進(jìn)Ca2+和Mg2+的積累，同時(shí)由于設(shè)施栽培條件下土壤pH有所降低，呈潛在酸化趨勢(shì)，有利于土壤中過剩的K+與土壤膠體上Ca2+進(jìn)行置換，故導(dǎo)致K+平均含量較低。王晟強(qiáng)等[26]研究對(duì)象為茶園土壤，土壤植茶后，同樣土壤呈酸化趨勢(shì)，再加上人為定期施肥的影響，故與本研究結(jié)果不一致。而本文所研究的區(qū)域，以自然植被恢復(fù)為主，Ca2+、Mg2+、K+含量主要與成土母質(zhì)與植被類型有關(guān)，且土壤pH均較高（見表1），故出現(xiàn)上述結(jié)果。不同植被條件下交換性K+和Ca2+在各粒徑中分布呈顯著差異，且無明顯變化規(guī)律，交換性Mg2+在各粒徑中分布較平均，但也無明顯變化規(guī)律，與王晟強(qiáng)等[26]交換性K+含量隨粒徑的減小先增加后降低、交換性Ca2+含量隨粒徑的減小而增加、交換性Mg2+含量在各粒徑中分布較均勻的研究結(jié)果相差較大，植被類型是造成這一差異的主要因素。因此，在研究區(qū)，不僅要選擇合理的植被，同時(shí)也應(yīng)通過施肥等土壤改良措施，改善土壤團(tuán)聚體數(shù)量和質(zhì)量，以增強(qiáng)土壤的供肥保肥能力。

4 結(jié)論

①不同植被條件下，以＞2 mm大團(tuán)聚體占主體地位，各植被條件團(tuán)聚體含量總體表現(xiàn)為：?jiǎn)坦啵咎烊淮紊郑竟嗖荩净旖涣郑ㄓ琢郑踞航兀ㄓ琢郑就烁航亓?；隨團(tuán)聚體粒徑的減小，團(tuán)聚體含量總體呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。

②不同植被條件下Ca2+、K+在各粒徑中分布呈顯著差異，且無明顯變化規(guī)律，Mg2+在各粒徑中分布較均勻。各粒徑團(tuán)聚體中交換性鹽基離子平均含量呈現(xiàn)出Ca2+＞K+＞Mg2+，表明不同交換性鹽基離子分布受團(tuán)聚體粒徑大小的影響各異，交換性Ca2+較交換性K+、Mg2+更易在研究區(qū)土壤團(tuán)聚體中累積。

③不同植被不僅影響著各粒徑團(tuán)聚體的分布，同時(shí)也影響著不同粒徑團(tuán)聚體中Ca2+、K+、Mg2+的分布。在研究區(qū)植被恢復(fù)過程中，不僅要選擇合理的植被，同時(shí)也應(yīng)改善土壤團(tuán)聚體數(shù)量和質(zhì)量，以增強(qiáng)土壤的供肥保肥能力。

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