李 志， 袁穎丹， 張學(xué)玲， 盛可銀， 牛德奎， 張文元， 龔 霞， 郭曉敏

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西南昌 330045； 2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇南京 210037)

在土壤當(dāng)中含有碳的有機(jī)物質(zhì)被稱為土壤有機(jī)質(zhì)，如動(dòng)物或植物的殘?bào)w，也包括微生物體以及被微生物分解、合成的所有有機(jī)物質(zhì)，土壤的肥力、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，以及可持續(xù)發(fā)展等各個(gè)方面都受到土壤有機(jī)質(zhì)的作用和影響[1-3]。土壤酸堿度同樣對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)有著十分重要的影響[4-5]，是土壤肥力和生產(chǎn)力的限制因子之一，而土壤酸化也是土壤退化的重要表現(xiàn)形式[6]。在土壤酸度研究中，一般包含活性酸和潛性酸，土壤活性酸用pH值表示，土壤潛性酸通常用交換性酸度或者水解性酸度來表示[7-9]。土壤pH值影響著土壤演化過程中的化學(xué)反應(yīng)或過程，尤其對(duì)氧化還原、溶解沉淀以及配合反應(yīng)起支配作用[10]。地球上的三大碳庫(kù)為草地、森林、大海，而在陸地生態(tài)系統(tǒng)中草地的面積最大[11]，具有很大的碳儲(chǔ)存能力，是重要的可更新自然資源，所以如何保護(hù)并改良現(xiàn)有草地系統(tǒng)，使其能夠保持健康、穩(wěn)定的狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

武功山的地理位置是在江西省西部地區(qū)，其山脈走向及位置對(duì)于我國(guó)華東地區(qū)的植被區(qū)劃具有重要意義，是劃分亞熱帶范圍內(nèi)東部濕潤(rùn)區(qū)域常綠闊葉林的中部亞地帶以及北部亞地帶天然的分界線[12-13]。山地草甸在山岳型旅游景點(diǎn)的要素構(gòu)成中是難得的景觀類型，自2004年以來，武功山景區(qū)的游客己達(dá)45萬人次；自2008年以來，每年一屆的武功山國(guó)際帳篷節(jié)也吸引了越來越多來自全國(guó)各地的游客登山、探險(xiǎn)和宿營(yíng)，隨著旅游規(guī)模的擴(kuò)大和游客游程范圍的延伸，對(duì)包括山地草甸在內(nèi)的多種植被和特殊景觀的負(fù)面影響也日趨增大，游客的任意踐踏以及廢棄物的排放，均在很大程度上造成草甸群落組成和生產(chǎn)力的退化，山地草甸逐漸破碎化現(xiàn)象日漸明顯[13-14]。針對(duì)這些問題，筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開展了部分科研工作，袁穎丹等針對(duì)不同海拔高度土壤的含氮量與物理性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明土壤的總孔隙度與堿解氮含量、全氮含量呈顯著正相關(guān)[15]。袁知洋等的研究結(jié)果表明，草甸區(qū)內(nèi)不同植被群落的土壤有機(jī)質(zhì)含量與微生物量碳含量以及易氧化態(tài)碳的含量呈顯著正相關(guān)，而不同干擾程度對(duì)堿解氮的影響不顯著[16-17]。鄧邦良等的研究表明，在不同海拔梯度上，土層深度對(duì)有機(jī)質(zhì)含量影響顯著[18]。但是針對(duì)不同退化程度酸度與有機(jī)質(zhì)含量，尤其是交換性酸與活性酸及有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系的研究還尚未開展。因此，本試驗(yàn)主要基于山地草甸生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界干擾所呈現(xiàn)的敏感性以及脆弱性等特征，通過對(duì)不同干擾程度下山地草甸土壤不同土層深度所含有機(jī)質(zhì)及酸度進(jìn)行分析，探究其差異程度及分布規(guī)律，研究結(jié)果可為建立科學(xué)的南方地區(qū)山地草甸生態(tài)脆弱度評(píng)價(jià)體系提供理論參考，也可為合理開展退化山地草甸生態(tài)修復(fù)工作提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概括

武功山分布于羅霄山脈北部，吉安、宜春和萍鄉(xiāng)3個(gè)地級(jí)市行政區(qū)劃的接壤區(qū)域(27°25′～27°35′ N，114°10′～114°17′ E)，是湘江水系及贛江水系的分水嶺，綿延大約120 km，總面積約970 km2，年平均氣溫為14～16 ℃，夏季的最高溫為 23 ℃，年均日照時(shí)長(zhǎng)為1 580～1 700 h，年均蒸發(fā)量為 1 360～1 700 mm，年均濕度值為70%～80%，年均降水量為1 350～1 570 mm，武功山山體巖石類型主要為花崗巖和片麻巖，主峰白鶴峰(金頂)海拔1 918.3 m[19]。武功山草甸分布區(qū)的土壤主要是亞熱帶山地草甸土，由于枯枝落葉豐富以及積水、低溫等因素，有機(jī)物腐爛分解緩慢，土層淺薄，色澤黝黑，干后成塊。武功山山體垂直，海拔較高，且山勢(shì)陡峻，導(dǎo)致氣候、土壤、植被的垂直地帶性分異明顯，在江西省境內(nèi)，除武功山外，其他山體(廬山、井岡山等)均不具典型的山地草甸植被類型。在天然草地上，主要有禾本科的野古草(Arundinellaanomala)、芒類(Miscanthussinensis)、茅根(Perotisindica)等，還有少量蓼科(Polygonaceae)、薔薇科(Rosaceae)、唇形科(Labiatae)和十字花科(Cruciferae)植物[20-21]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2013年10月下旬，到達(dá)武功山主體景區(qū)(金頂風(fēng)景區(qū))進(jìn)行試驗(yàn)樣地設(shè)置及樣品采集。因?yàn)槿藗兊拇罅坎忍ば袨椋率共莸榉植紖^(qū)出現(xiàn)大面積的植被覆蓋度下降的現(xiàn)象。本研究參照國(guó)家質(zhì)檢總局2004年頒布的《天然草地退化、沙化鹽漬化的分級(jí)指標(biāo)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 19377—2003)[22]和孫小弟等對(duì)退化草地分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究結(jié)果[23-24]，選擇武功山主峰(金頂)周圍(海拔1 880～1 913 m)為研究區(qū)，依據(jù)因人為干擾所造成的植被覆蓋度相對(duì)百分?jǐn)?shù)的減少率(%)，設(shè)置無干擾(contrast check，縮寫為CK，0～10%)、輕度干擾(slight disturbance，SLD，11%～20%)、中度干擾(medium disturbance，MD，21%～30%)、重度干擾(severe disturbance，SD，>30%)等4種處理，每種處理設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)樣地，作為研究不同干擾程度下山地草甸土壤酸度及有機(jī)質(zhì)含量差異的采樣區(qū)域。

1.2.2 樣品采集與測(cè)定方法 運(yùn)用5點(diǎn)采樣法在樣地內(nèi)分上(0～20 cm)、下(20～40 cm)層進(jìn)行取樣，將每一個(gè)樣地內(nèi)相同土層的土樣混合均勻，在采樣現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用四分法獲取約500 g土壤樣品裝入樣品保鮮袋，把樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，并晾置在土壤樣品架上面，經(jīng)過自然風(fēng)干之后，仔細(xì)揀去樣品當(dāng)中的動(dòng)植物殘?bào)w以及石塊等雜質(zhì)，把樣品研磨、粉碎，通過 2 mm 篩孔進(jìn)行待測(cè)樣品制備。土壤活性酸pH值、交換性酸(AA)含量、有機(jī)質(zhì)(OM)含量等指標(biāo)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院中-加合作土壤植物測(cè)試實(shí)驗(yàn)室采用高效土壤養(yǎng)分系統(tǒng)研究法測(cè)定，該研究方法是美國(guó)佛羅里達(dá)國(guó)際農(nóng)化服務(wù)中心(Agro Services International Inc.，簡(jiǎn)稱ASI)的Hunter博士在總結(jié)了前人土壤測(cè)試工作的基礎(chǔ)上，吸收了美國(guó)北卡羅萊那州立大學(xué)的Waugh、Gate和Nelson的研究結(jié)果提出的評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分狀況的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析方法，在中-加鉀肥農(nóng)學(xué)項(xiàng)目實(shí)施中引進(jìn)中國(guó)，并在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立了中-加合作土壤植物測(cè)試實(shí)驗(yàn)室[25]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 使用Microsoft Office 2016對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行編排整理，運(yùn)用SPSS 21.0進(jìn)行單因素方差分析及檢驗(yàn)，用SigmaPlot12.5進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 武功山金頂風(fēng)景區(qū)山地草甸土壤酸度及有機(jī)質(zhì)總體特征

土壤學(xué)中常根據(jù)土壤的pH值，將土壤的酸堿性分為若干級(jí)，根據(jù)土壤酸度理論[26]，武功山主峰景區(qū)草甸土壤pH值總體呈強(qiáng)酸性，波動(dòng)范圍為4.05～4.83，平均值為4.56。交換性酸(AA)含量的范圍為1.71～4.97 cmol/L，平均含量 3.36 cmol/L。結(jié)合第二次全國(guó)土壤普查的土壤養(yǎng)分含量分級(jí)指標(biāo)，武功山草甸土壤有機(jī)質(zhì)(OM)含量較豐富，達(dá)到二級(jí)水平，范圍為1.8%～3.4%，平均含量為2.63%。變異系數(shù)(CV)主要是說明指標(biāo)參數(shù)變異的程度，通常情況下，CV<0.1為弱變異性，CV在0.1～1.0之間被認(rèn)為是中等程度的變異，如果CV>1.0，則為強(qiáng)變異性[27]。由表1可知，武功山山地草甸土壤酸度計(jì)有機(jī)質(zhì)的變異性總體上不強(qiáng)烈，其中，土壤活性酶pH值呈弱變異性，而AA含量和OM含量都是中度變異。

2.2 不同干擾程度對(duì)土壤酸度及有機(jī)質(zhì)的影響

2.2.1 不同干擾程度及不同土層深度的土壤pH值 土壤的pH值影響著土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化及其有效性，是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，植被生長(zhǎng)也有其比較適宜的pH值范圍，如果超出這一范圍，則植被生長(zhǎng)也將會(huì)受到一定影響[26]。從圖1可以看出，上、下層土壤pH值均受人為干擾的影響，隨著干擾程度加重，土壤pH值降低，活性酸度增強(qiáng)，在重度干擾水平下與其他水平呈現(xiàn)顯著差異，輕度、中度干擾和無干擾草甸土壤pH值差異不顯著，不同土層間的pH值無顯著差異。

表1 武功山草甸土壤酸度及有機(jī)質(zhì)

2.2.2 不同干擾程度及土層深度對(duì)土壤交換性酸的影響 在土壤膠體的表面所吸附的交換性氫離子和鋁離子總量是土壤交換性酸，一般被認(rèn)為是土壤的潛在酸，可以和溶液中的氫離子(活性酸)保持動(dòng)態(tài)的平衡，作為土壤酸度容量的指標(biāo)之一，土壤的交換性酸決定著土壤的活性酸[6]。從圖2可以看出，不同干擾程度對(duì)山地草甸交換性酸有一定的影響，但是顯著性不強(qiáng)?？傮w來看，隨著人為干擾程度增強(qiáng)，土壤中的交換性酸含量呈降低趨勢(shì)，與pH值的分布規(guī)律相近。在輕度干擾水平的土壤交換性酸含量比中度干擾水平相對(duì)稍低，可能是山地草甸土壤交換性酸含量對(duì)干擾響應(yīng)較為敏感，但是，隨著干擾增加，可能人們會(huì)帶來一定的外來物質(zhì)，對(duì)交換性酸的含量有所影響。不同土層土壤交換性酸的含量，上層土壤總體高于下層，土壤在輕度干擾水平上、下土層土壤交換性酸含量差異顯著，其他干擾水平下，不同土層間土壤交換性酸含量差異不顯著。

2.2.3 不同干擾程度及土層深度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土壤肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般情況下，土壤有機(jī)質(zhì)只占土壤質(zhì)量的1%～5%，但對(duì)土壤的保肥供肥性、土壤結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定性、土壤物理化學(xué)過程及重金屬與農(nóng)藥等污染物的降解等生態(tài)過程起十分重要的作用[3，28]。從圖3可以看出，山地草甸土壤有機(jī)質(zhì)含量在重度和輕度干擾水平的上層土壤之間差異顯著，而不同干擾水平下層土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。不同土層深度土壤有機(jī)質(zhì)含量在輕度干擾水平差異顯著，該結(jié)果與土壤交換性酸的差異特征較為一致，其他干擾水平下不同深度土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤酸度關(guān)系分析

武功山山地草甸土壤酸度、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析見表2，結(jié)果表明：土壤pH值與土壤交換性酸呈正相關(guān)，而與有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，土壤交換性酸則與有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，二者的相關(guān)模型為y=0.343x+1.477(r2=0.444)。

表2 土壤酸度、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析

注：“*”表示顯著相關(guān)(P<0.05)，“**”表示極顯著相關(guān)(P<0.01)。

3 討論

本研究認(rèn)為，人為干擾會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)土壤酸性，造成植被覆蓋度下降，在干擾初期導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，但是在后期隨著干擾強(qiáng)度增加，可能是帶來了較多的外界物質(zhì)，使土壤有機(jī)質(zhì)含量有所增加。戴萬宏等利用中國(guó)第二次土壤普查的實(shí)測(cè)土壤數(shù)據(jù)，研究了全國(guó)及不同地區(qū)地帶性土壤表層有機(jī)質(zhì)含量與土壤酸堿度的關(guān)系，認(rèn)為中國(guó)地帶性土壤表層有機(jī)質(zhì)含量有明顯隨pH值升高而降低的趨勢(shì)，二者間呈顯著負(fù)相關(guān)[1]，與本研究結(jié)論相似。江慧華等對(duì)武夷山地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分指標(biāo)研究，發(fā)現(xiàn)0～20 cm的表層土壤有機(jī)質(zhì)含量比下層土壤要高，并且在旅游區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量有回升的趨勢(shì)[29]，也與本研究的結(jié)論相似。在一些研究中，土壤酸堿度與有機(jī)質(zhì)之間的關(guān)系存在一些不確定的情況，有學(xué)者認(rèn)為出現(xiàn)關(guān)系不明確的原因不完全是由土壤pH值所造成的，其他方面如土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的影響因子(土壤的質(zhì)地、環(huán)境氣候及土壤微生物數(shù)量、種群結(jié)構(gòu)等)也是可能致使出現(xiàn)這種差別的重要原因[30]。在武功山草甸分布區(qū)，因?yàn)楦蓴_造成植被退化，覆蓋度降低，勢(shì)必會(huì)造成土壤侵蝕加劇，如何能夠利用土壤酸度與有機(jī)質(zhì)的特性，來改善區(qū)域環(huán)境，保持好南方地區(qū)這一最大的“云間草原”則是需要進(jìn)一步深入探討的內(nèi)容。

4 結(jié)論

武功山金頂風(fēng)景區(qū)山地草甸土壤為強(qiáng)酸性或極強(qiáng)酸性土壤，隨著干擾程度的增加，上、下層土壤活性酸度逐步增強(qiáng)；交換性酸含量呈現(xiàn)與活性酸相似的分布趨勢(shì)；土壤有機(jī)質(zhì)的含量較為豐富，上層土壤的有機(jī)質(zhì)含量要高于下層。重度干擾水平與其他干擾水平上、下層土壤活性酸含量具有顯著差異，不同干擾水平之間土壤交換性酸含量的影響不顯著，重度和輕度干擾水平上層土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著差異，下層土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不顯著。不同土層深度土壤pH值無顯著差異，在輕度干擾水平上不同土層土壤交換性酸和有機(jī)質(zhì)含量差異顯著(P<0.05)。土壤活性酸與有機(jī)質(zhì)含量具有負(fù)相關(guān)關(guān)系；而土壤交換性酸則與有機(jī)質(zhì)含量具有極顯著正相關(guān)關(guān)系，二者之間的線性方程為y=0.343x+1.477(r2=0.444)。

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