歐陽(yáng)麗婷,頡剛剛,謝 軍,尤 斌,耿文娟
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,新疆 烏魯木齊 830011)
土壤是在氣候、植被、地形、母質(zhì)等因子綜合作用下形成的,不同植被類型影響著土壤養(yǎng)分的積累、分布與循環(huán),而土壤養(yǎng)分含量又是植被生長(zhǎng)的重要影響因子[1],且土壤中的微量元素是植物體內(nèi)酶類、維生素和生長(zhǎng)激素等的重要組成成分,直接參與機(jī)體的代謝活動(dòng),對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的作用[2-3]。隨著生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的日趨尖銳,人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)土壤與植被之間關(guān)系的研究[4]。土壤養(yǎng)分已經(jīng)成為土壤學(xué)、環(huán)境化學(xué)和地球化學(xué)的研究點(diǎn)之一[5-7]。當(dāng)前,對(duì)農(nóng)田土壤養(yǎng)分[8-9]以及草地土壤養(yǎng)分[10-11]分析評(píng)價(jià)的文章較多,但對(duì)西天山山區(qū)土壤養(yǎng)分[12]研究的文章相對(duì)較少。穆葉賽爾等人[12]對(duì)天山北坡林沿土壤養(yǎng)分含量的區(qū)域差異進(jìn)行研究,結(jié)果表明所研究的3個(gè)區(qū)段(昭蘇、新源、巴里坤)不同土層土壤養(yǎng)分含量均存在顯著差異,均屬于肥沃級(jí)。孫繼坤等[13]對(duì)天山山地土壤中微量元素含量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),天山山地土壤中微量元素含量是比較豐富的,全量含量大多超過(guò)我國(guó)和世界土壤平均含量。但前人僅對(duì)天山北坡的土壤養(yǎng)分含量的區(qū)域差異進(jìn)行了報(bào)道,而對(duì)野生歐洲李原生分布地的土壤養(yǎng)分分布特征未見(jiàn)報(bào)道
新疆野生歐洲李Prunus domestica L.俗名野酸梅,屬于薔薇科Rosaceae,李屬Prunus植物,該種僅分布在新疆伊犁地區(qū)新源等地天山野果林天然植被的有限范圍內(nèi),性喜溫暖濕潤(rùn)。其抗性弱,分布區(qū)域很小。受人為活動(dòng)的影響,其種群數(shù)量和分布面積急劇減少[14]。目前有關(guān)野生歐洲李原生分布地的土壤養(yǎng)分分布特征未見(jiàn)報(bào)道,本文通過(guò)野外采樣與室內(nèi)分析,從區(qū)域養(yǎng)分分布到土壤空間不同深度養(yǎng)分分布,系統(tǒng)分析野生歐洲李分布地土壤養(yǎng)分分布特征。通過(guò)研究野生歐洲李各分布地的土壤養(yǎng)分分布特征,探討土壤養(yǎng)分的供給不足或過(guò)剩與野生歐洲李的瀕危與樹(shù)勢(shì)狀況差之間的關(guān)系,以期為野生歐洲李的原地、遷地保護(hù)提供理論依據(jù),從而為制定更有效的保護(hù)措施,為栽培馴化提供理論依據(jù)。同時(shí)為西天山同類環(huán)境的相關(guān)研究及土壤肥力的協(xié)調(diào)與改善以及環(huán)境保護(hù)提供參考。
2016年7月,在伊犁新源縣、鞏留縣野生歐洲李原生分布地(改良場(chǎng)三隊(duì)、交吾托海、博樂(lè)賽、西阿克塞、鐵礦溝、伊力格達(dá)依),見(jiàn)表1。每個(gè)分布地隨機(jī)設(shè)計(jì)3個(gè)取樣點(diǎn),按0~30 cm(上層)、30~60 cm(中層)、60~90 cm(下層)分層,各取土壤500 g組成混合樣品,帶回實(shí)驗(yàn)室后晾干、去除細(xì)根和雜物、碾碎、過(guò)1 mm篩并混勻,在新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站及新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)特色果樹(shù)中心實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)測(cè)定。
表1 野生歐洲李不同原生分布地環(huán)境情況Table 1 Environment conditions in different distributed areas of wild European plum
土壤理化指標(biāo)測(cè)定方法參照鮑士旦[15]和中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站[16]的相關(guān)方法,其中有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法;pH值采用玻璃電極法測(cè)定;全氮含量測(cè)定采用H2SO4消煮-凱氏定氮法;全磷含量測(cè)定采用H2SO4-HCLO4消煮-鉬銻抗比色法;全鉀、全鈣、全鎂、有效鉀、有效鈣、有效鎂含量的測(cè)定采用原子吸收光度法。銅、錳、鋅、鉬元素含量的測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法。
參照全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]對(duì)各土壤養(yǎng)分進(jìn)行分級(jí),每個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)均分為6級(jí)水平,分別為1級(jí)(很豐富)、2級(jí)(豐富)、3級(jí)(中等)、4級(jí)(缺乏)、5級(jí)(很缺乏)、6級(jí)(極缺乏)。
采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
方差分析表明,不同原生分布地不同土層單位土壤體積中有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、全磷、全鉀、有效鉀含量存在不同程度的差異。6處分布地土壤中氮元素含量變化、有機(jī)質(zhì)含量變化與全磷含量的變化趨勢(shì)一致,隨土層深度的增加,有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量逐漸減少,見(jiàn)表2。
0~30 cm土層深度,土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量最大值出現(xiàn)在新源改良場(chǎng)三隊(duì),分別為86.0、3.73、2.72 g·kg-1;全鉀含量的最大值出現(xiàn)在新源鐵礦溝,為3.59 g·kg-1;土壤中有效鉀含量最大值出現(xiàn)在鞏留伊力格達(dá)依,為2.119 mg·kg-1。
表2 野生歐洲李不同原生分布地土壤養(yǎng)分含量?Table 2 The contents of soil nutrient in wild European plum at different distributed areas
30~60 cm土層深度,土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效鉀含量最大值出現(xiàn)在新源改良場(chǎng)三隊(duì),分別為77.4、3.35、2.45 g·kg-1、1.85 mg·kg-1;土壤中全鉀含量最大值出現(xiàn)在新源鐵礦溝,為2.64 g·kg-1。
60~90 m土層深度,土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效鉀含量最大值均在鞏留伊力格達(dá)依,分別為70.4、3.05、2.23、2.60 g·kg-1、2.003 mg·kg-1。
由表3可知,6處原生分布地0~90 cm土層深度pH值介于7.5~8.5之間,呈弱堿性,土壤pH隨土層深度變化趨勢(shì)不明顯。由表4可知,6處原生分布地土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)大于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值;在鞏留伊力格達(dá)依與新源改良場(chǎng)三隊(duì)分布地0~90 cm土層全氮、全磷含量均大于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值;6處原生分布地全鉀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值,在6處分布地的不同土層之間全鉀含量變化無(wú)規(guī)律可循。
綜上所述,在0~60 cm土層深度,土壤養(yǎng)分含量大多在新源改良場(chǎng)三隊(duì)表現(xiàn)較高,在60~90 cm土層深度,土壤養(yǎng)分含量在鞏留伊力格達(dá)依表現(xiàn)較高。在0~90 cm土層深度,土壤養(yǎng)分含量大多在新源西阿克塞表現(xiàn)偏低。
不同分布地土壤中量和微量元素含量分析情況見(jiàn)表5。由表5可知,各原生分布地間及同一原生分布地各土層間的土壤微量元素鉬、錳、鋅、銅的含量均存在顯著差異;與其他分布地相比,鞏留伊力格達(dá)依在60~90 cm土層深度的全量鉬、錳、鋅、銅的含量最高,分別為3、1 253、471.8、44.6 mg·kg-1;在0~90 cm土層深度,全鈣、全鎂、有效鈣、有效鎂含量在不同原生分布地不同土層深度均存在顯著差異,新源交吾托海、新源博樂(lè)賽在0~90 cm土層深度全鈣、全鎂含量均顯著高于其余4處原生分布地,鞏留伊力格達(dá)依的有效鎂含量顯著低于其余5處原生分布地,這5處分布地有效鎂的含量遠(yuǎn)超出全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值。6處原生分布地土壤有效鈣的含量均處于土壤養(yǎng)分2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
表3 土壤pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表?Table 3 Criteria for grading of soil pH
表4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照表Table 4 Criteria for grading of soil nutrients
表5 野生歐洲李不同原生分布地土壤中量和微量元素含量Table 5 Medium element and minor element contents of soil in wild European plum at different distributed areas
不同分布地土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析情況見(jiàn)表6。由表6可知,在鞏留伊力格達(dá)依分布地,全鈣與全鎂、有效鎂呈顯著正相關(guān),速效鉀與pH呈顯著正相關(guān),全鎂與有效鎂呈顯著正相關(guān)。銅與有效鎂呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),銅與全鈣、全鎂呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。在新源改良場(chǎng)三隊(duì)分布地,有機(jī)質(zhì)、全鈣與全鎂兩兩之間呈顯著正相關(guān),全鉀與錳呈顯著負(fù)相關(guān),有效鎂與銅呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),有效鎂與全鉀呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。新源交吾托海分布地,全氮與有效鈣呈顯著正相關(guān),全鈣與有效鎂呈顯著正相關(guān)(P<0.05),全鈣與全氮、有效鎂呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。在新源博樂(lè)賽分布地,全氮與速效鉀、全鎂呈顯著正相關(guān),有效鈣與全氮、速效鉀呈顯著正相關(guān),全鈣與全鎂、有效鎂呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。在新源鐵礦溝分布地,全氮與速效鉀、全鎂呈顯著正相關(guān),全鉀與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),速效鉀與全鎂呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。在新源西阿克塞分布地,全氮與全鈣、有效鎂呈顯著正相關(guān),全鎂與速效鉀、有效鈣呈顯著正相關(guān),速效鉀與全鎂呈顯著正相關(guān),有機(jī)質(zhì)與pH呈顯著正相關(guān),全磷與錳呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。綜上所述,6處原生分布地土壤養(yǎng)分中各元素間以及在同一分布地不同養(yǎng)分各元素間其相關(guān)性均存在差異。
表6 野生歐洲李不同原生分布地土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析?Table 6 Soil nutrient correlation analysis in wild European plum at different distributed area
續(xù)表6Continuation of table 6
6處野生歐洲李原生分布地土壤養(yǎng)分含量較高,與天山北坡新源等地主要土壤類型是黑鈣土、栗鈣土,黑鈣土自然肥力水平較高,土壤養(yǎng)分含量較高[12]相吻合。本研究發(fā)現(xiàn)6處原生分布地不同土層深度土壤養(yǎng)分富集但都存在不同程度的差異,與西天山的主要土壤類型有淡栗鈣土、棕鈣土、草甸土和鹽土4個(gè)類型[18]有關(guān)。
生態(tài)系統(tǒng)中,各生態(tài)因子之間是相互影響、相互作用的,土壤養(yǎng)分之間也是一樣的,或者彼此輔助增長(zhǎng)、或者彼此抑制[19]。本研究中,土壤大量、中量、微量元素含量具有不同程度的相關(guān)性,可表明土壤中的元素與元素之間起著相輔相成的作用,互相影響。不同土壤類型上生長(zhǎng)的植被,其覆蓋度和土壤利用方式有很大的差異,故土壤養(yǎng)分各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性相對(duì)也小[20]。
6處原生分布地土壤全氮元素含量與有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)出隨著土層加深而下降的規(guī)律,原因可能是土壤表層有豐富的動(dòng)物及微生物種群及密集的植物根系。隨著土層加深,土壤的環(huán)境變差,不利于土壤動(dòng)物、微生物生存以及植物根系生長(zhǎng),導(dǎo)致從表層到更深層有機(jī)質(zhì)來(lái)源減少、生物固氮能力也逐漸減弱,從而使土壤中氮元素含量逐漸減少。這與黃笑[21]的不同林分類型閩楠人工林土壤養(yǎng)分對(duì)比分析的研究結(jié)果一致。植物所利用的磷素主要來(lái)源于土壤,而能夠被植物直接吸收利用的磷僅占土壤全磷的很小部分,絕大部分(95%~99%)的磷以難以利用的遲效狀態(tài)存在[22-23],成為地質(zhì)時(shí)代尺度上生物生產(chǎn)力限制性養(yǎng)分元素[24],土壤中的磷是植物生理生化過(guò)程中不可缺少的元素,磷素的形成可分為有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷,其中有機(jī)磷占多數(shù)。一般全磷含量小于0.8~1.0 g·kg-1時(shí)土壤出現(xiàn)磷素供應(yīng)不足[21]。新源交吾托海與西阿克塞分布地0~90 cm土層均表現(xiàn)出磷素供應(yīng)不足的現(xiàn)象,這與新源交吾托海處在農(nóng)田邊、該分布地已經(jīng)農(nóng)田化有關(guān),新源西阿克塞處在草場(chǎng)山底地帶,位于水源的下游區(qū)域邊,可能與土壤水分的淋洗與沖刷有關(guān),這可能是限制這兩處分布地野生歐洲李生長(zhǎng)的因素。
除去鞏留伊力格達(dá)依分布地,其余5處分布地有效鎂含量遠(yuǎn)超出一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),6處原生分布地有效鈣含量均處于土壤養(yǎng)分分級(jí)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(1 200~4 800 mg·kg-1),而當(dāng)中量元素及微量元素供應(yīng)不足或過(guò)多時(shí),植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育受阻,產(chǎn)量和質(zhì)量降低[25-26],由此可以推測(cè)目前野生歐洲李樹(shù)勢(shì)弱,生長(zhǎng)能力差,坐果率低可能與有效鈣、鎂含量過(guò)高有關(guān)。
本研究?jī)H對(duì)野生歐洲李的6處分布地的土壤養(yǎng)分分布情況進(jìn)行了比較,隨機(jī)取樣范圍與重復(fù)度較小,對(duì)于充分說(shuō)明野生歐洲李所處分布地土壤養(yǎng)分分布狀況具有一定的局限性,但對(duì)西天山同類環(huán)境的相關(guān)研究及土壤肥力的協(xié)調(diào)與改善提供參考具有一定的生態(tài)意義。在今后的研究中可以適當(dāng)增加6處分布地凋落物的養(yǎng)分狀況,了解森林凋落物養(yǎng)分的積累量,對(duì)森林經(jīng)營(yíng)管理和林地肥力維持機(jī)制具有重要的意義[27]。
野生歐洲李6處原生分布地0~90 cm土層深度pH值介于7.5~8.5之間,呈弱堿性,土壤pH隨土層深度變化趨勢(shì)不明顯。新源交吾托海與西阿克塞分布地的土壤均表現(xiàn)出磷素供應(yīng)不足(小于0.8~1.0 g·kg-1)的現(xiàn)象,全磷含量在0.17~0.53 g·kg-1之間;鞏留伊力格達(dá)依、新源改良場(chǎng)三隊(duì)在0~90 cm土層深度有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量均高于其余4處原生分布地;新源改良場(chǎng)三隊(duì)、鞏留伊力格達(dá)依全氮含量大于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值2 g·kg-1,分別為3.73、3.51 g·kg-1;除去鞏留伊力格達(dá)依分布地有效鎂含量為47.8~63.3 mg·kg-1,其余5處分布地有效鎂的含量均處于肥沃狀態(tài)(150 mg·kg-1),6處原生分布地有效鈣含量均處于土壤養(yǎng)分二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水平(1 200~4 800 mg·kg-1);土壤養(yǎng)分中各元素并不是單獨(dú)起作用的,它們之間相互影響和相互制約,6處原生分布地土壤養(yǎng)分中各元素間以及在同一分布地不同養(yǎng)分各元素間其相關(guān)性均存在差異,其中大部分土壤元素具有良好的獨(dú)立性。