梁士楚,苑曉霞,盧曉明,許桂芬,覃 艷,姜 勇,*

1 廣西師范珍稀瀕危動(dòng)植物生態(tài)與環(huán)境保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,桂林 541006 2 廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,桂林 541006

水陸交錯(cuò)帶作為一種動(dòng)態(tài)的陸生生態(tài)系統(tǒng)向水生生態(tài)系統(tǒng)過渡的典型生態(tài)交錯(cuò)區(qū),是河流天然的保護(hù)屏障和高地植被間進(jìn)行物質(zhì)傳輸、能量轉(zhuǎn)化、信息交換的重要廊道,具有顯著的邊緣效應(yīng)與特殊的生態(tài)過程,是地球上最為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)之一[1- 3]。在維持水陸交錯(cuò)帶穩(wěn)定性、生物多樣性、遲滯沉積物、富集和過濾各種營養(yǎng)元素方面起著十分重要的作用[2,4- 6]。土壤是自然連續(xù)的非勻質(zhì)體,在不同的氣候、母巖、地形、植被和人為干擾等諸多自然和人為因素的影響下,土壤理化性質(zhì)的空間分布呈綴塊型或梯度格局,從而使得土壤理化性質(zhì)具有一定的隨機(jī)性和相關(guān)性[7- 8]。土壤理化性質(zhì)作為控制植物生長發(fā)育的關(guān)鍵生態(tài)因子,是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征,是決定土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[9]。其中,土壤含水量、容重和孔隙度等土壤物理結(jié)構(gòu)會直接影響土壤顆粒粘性、毛管的吸附力和容重等,被認(rèn)為是衡量土壤質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一,其化學(xué)性質(zhì)如土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀等,直接影響土壤肥力,進(jìn)而通過影響地表植被的生長最終影響水陸交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮[4,10- 11]。因此,研究水陸交錯(cuò)帶土壤理化性質(zhì)特征,可以很好地了解土壤形成過程、結(jié)構(gòu)和功能,對土壤與植物關(guān)系、植被空間格局以及土壤侵蝕、土地利用變化、生態(tài)過程等研究有借鑒作用[11]。

漓江是我國乃至世界上最典型的巖溶河流域,位于珠江水系西江一級支流桂江的上游。漓江流域分布的峰叢、峰林以其優(yōu)美和獨(dú)特的喀斯特地貌景觀成為“中國南方喀斯特二期”重要提名地,成功入選世界自然遺產(chǎn)名錄。但近年來,由于旅游業(yè)盛行,對漓江流域的過度開發(fā)利用導(dǎo)致了水陸交錯(cuò)帶濕地萎縮,消落帶明顯,礫石大面積裸露,流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境發(fā)生顯著改變[12-13]。加之在水陸交錯(cuò)帶近陸區(qū)域過度墾荒,導(dǎo)致很多優(yōu)勢種群如楓楊(Populuseuphratica)、烏桕(Tamarixchinensis)等天然植被破壞嚴(yán)重,土壤沙化,碳酸化等生態(tài)問題日益突出,嚴(yán)重影響了漓江國際旅游勝地的可持續(xù)發(fā)展。因此,亟待對漓江退化水陸交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行植被修復(fù)與生態(tài)重建。摸清土壤理化性質(zhì)的特征及其梯度變化是進(jìn)行退化水陸交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)植被修復(fù)與生態(tài)重建的基礎(chǔ)和依據(jù)。目前,有關(guān)漓江水陸交錯(cuò)帶土壤方面的研究,主要包括立地根系分布與土壤性質(zhì)的關(guān)系[14]、不同植被類型的土壤酶活性[15]、不同淹沒區(qū)植物多樣性與土壤特征[16]、灌木群落根系分布與土壤養(yǎng)分的關(guān)系[17]和土壤有機(jī)碳儲量及其影響因子[18]等報(bào)道。然而,關(guān)于漓江水陸交錯(cuò)帶縱向梯度(上游、中游、下游)土壤理化性質(zhì)及其分布特征研究卻鮮見報(bào)道。鑒于此,本研究以漓江水陸交錯(cuò)帶縱向梯度(上游、中游、下游)不同植被覆蓋條件下土壤為研究對象,綜合應(yīng)用土壤地理學(xué)、分析化學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等研究手段,探究土壤理化性質(zhì)特征及其相關(guān)性,以期為漓江水陸交錯(cuò)帶植被恢復(fù)與重建、森林管理及其可持續(xù)利用等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

漓江位于廣西壯族自治區(qū)桂林市,屬于珠江流域西江水系的一級支流—桂江的上游,地理坐標(biāo)為109°45′—110°40′E,24°18′—25°41′N(圖1)?，F(xiàn)代水文定義漓江起點(diǎn)為興安縣溶江鎮(zhèn)靈渠口,終點(diǎn)為平樂縣恭城河匯入口,由北至南依次流經(jīng)桂林市興安縣、靈川縣、桂林市區(qū)、陽朔縣和平樂縣5縣(市),干流總長214 km,流域總面積為12285 km2,占桂林市總面積的43.9%。漓江流域根據(jù)降水、地形、徑流等可以劃分為上游、中游和下游,其中,上游為源頭至桂林水文站河段,長約105 km,中游為桂林水文站至陽朔水文站河段,長約83 km,下游為陽朔水文站至恭城河口河段,長約26 km[15]。

漓江流域位于低緯地區(qū),屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,四季分明,雨量充沛,且雨熱基本同季,無春旱,無霜期長達(dá)309 d,全年光照充足,年平均日照時(shí)數(shù)為1670 h。年平均氣溫17.8—19.1℃,最冷1月平均氣溫約8—9℃,最熱8月平均氣溫約28℃。流域內(nèi)降水量自西北向東南遞減,年降雨量1814—1941 mm,年蒸發(fā)量1377—1857 mm,年平均相對濕度為73%—79%,全年風(fēng)向以偏北風(fēng)為主,平均風(fēng)速2.2—2.7 m/s[16]。漓江水陸交錯(cuò)帶上游的優(yōu)勢物種主要包括楓楊(Pterocaryastenoptera)、石榕樹(Ficusabelii)、蘿芙木(Rauvolfiaverticillata)、陰香(Cinnamomumburmannii)等；中游的優(yōu)勢物種主要包括楓楊(Pterocaryastenoptera)、烏桕(Sapiumsebiferum)、細(xì)葉水團(tuán)花(Adinarubella)、紫彈樹(Celtisbiondii)、陰香(Cinnamomumburmannii)等；下游的優(yōu)勢物種主要包括構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)等(表1)。靠近河岸的區(qū)域受江水沖刷影響較強(qiáng),土壤流失嚴(yán)重,土層淺薄,土壤以沙礫為主；在遠(yuǎn)離河岸的區(qū)域,土壤只有在洪水期受到江水的影響,土壤類型以砂質(zhì)土壤為主,呈團(tuán)粒結(jié)構(gòu),土層較厚,營養(yǎng)物質(zhì)豐富[17],本區(qū)域土壤總體呈微酸性,pH值范圍為6.18—6.85。

表1 樣地基本概況

1.2 研究方法

1.2.1樣方布設(shè)及樣品采集

經(jīng)野外實(shí)地踏勘,于2016年9—10月和2017年7—9月間,沿漓江交錯(cuò)帶縱向梯度(上游、中游、下游)分別建立了10個(gè)大小為20 m×20 m的樣方(圖1),共計(jì)30個(gè)樣方。在此基礎(chǔ)上,將每個(gè)20 m×20 m的樣方劃分成16個(gè)5 m×5 m的小樣方并在其中心位置處用環(huán)刀采集0—15 cm,15—30 cm和30—45 cm的土樣用于測定土壤物理性質(zhì)(含水量、容重和孔隙度),每層均為 3 次重復(fù),取樣結(jié)束后將土壤依次回填。土壤化學(xué)成分測定采用“梅花五點(diǎn)法”采樣,在每個(gè)5 m×5 m小樣方的4個(gè)頂點(diǎn)和中心位置清除表層枯落物和腐殖質(zhì)層后,用直徑10 cm的土鉆鉆取0—20 cm土層土樣,運(yùn)用四分法混合均勻后帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測定[18]。將采集的新鮮土樣放置于室內(nèi)陰涼通風(fēng)處自然干燥,待風(fēng)干后,剔除其中的根系、石塊、鈣核及動(dòng)植物殘?bào)w等雜物后倒入研缽中研細(xì),過不同孔徑(0.15、0.25、1.4 mm)的土壤篩,對預(yù)處理后的土樣進(jìn)行土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀8個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定。

圖1 漓江水陸交錯(cuò)帶樣地位置分布圖Fig.1 Location of the sampling sites in aquatic-terrestrial ecotone, Lijiang River

1.2.2樣品分析

土壤樣品測定是由海南大學(xué)土壤實(shí)驗(yàn)室和廣西師范大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同完成。土壤含水量和土壤容重的測定采用環(huán)刀法；土壤孔隙度通過土壤容重和土壤相對密度來計(jì)算[19]。土壤pH值采用電位法測定；有機(jī)質(zhì)(SOM)含量用重鉻酸鉀容量法測定；全氮(TN)用半微量凱氏定氮法測定；全磷(TP)用硫酸-高氯酸消解法測定；全鉀(TK)用氫氟酸-高氯酸消煮火焰光度計(jì)法測定；速效氮(AN)用堿解擴(kuò)散法測定；速效磷(AP)用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定；速效鉀(AK)用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。每個(gè)土壤樣品均重復(fù)測定3次取其平均值作為本研究的原始數(shù)據(jù)。

1.2.3數(shù)據(jù)處理及分析

首先,對所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行Shapiro-Wilk函數(shù)正態(tài)分布檢驗(yàn),對不滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)化。然后,利用one-way ANOVA分析對漓江水陸交錯(cuò)帶縱向梯度(上游、中游、下游)上的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行差異性檢驗(yàn),運(yùn)用Tukey HSD方法進(jìn)行均值的多重比較。由于本研究中涉及到11個(gè)變量,考慮到變量較多會給合理地分析問題和解釋問題帶來困難。因此,我們采用了PCA降維處理?；谔崛≥S信息的判斷準(zhǔn)則：①排序軸累積解釋方差比例達(dá)到85%時(shí)(表2)；②具有解讀價(jià)值的PCA軸的Kaiser-Guttman標(biāo)準(zhǔn)[20],即選取特征根超過平均值的軸(圖4)提取排序軸,并根據(jù)各環(huán)境因子在PCA軸上載荷的大小判斷其作用大小。各土壤理化性質(zhì)間的相關(guān)性用Pearson相關(guān)性進(jìn)行分析,相關(guān)性大小用Student′s t進(jìn)行檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與繪圖均在R- 2.16.1程序(R Development Core Team,2016)中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 漓江水陸交錯(cuò)帶土壤理化性質(zhì)的特征分析

圖2所示：土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀在不同梯度下均差異性顯著。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮均是中游高于上游和下游,土壤全磷和全鉀為下游高于上游和中游；土壤含水量和速效氮均是上、中游分別與下游差異性顯著,且下游高于上中游；土壤容重和孔隙度在不同梯度下均差異不顯著；土壤pH與速效鉀均是中、下游分別與上游差異性顯著,且土壤pH為下游>中游>上游,而土壤速效鉀與之相反。

圖2 不同梯度下土壤理化性質(zhì)分析Fig.2 The difference on soil physico-chemical properties in aquatic-terrestrial ecotone, Lijiang River

2.2 漓江水陸交錯(cuò)帶土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

圖3所示：不同縱向梯度下的土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性不盡相同。但在總體上存在一些較相似的變化規(guī)律：如上游、中游、下游的土壤容重和孔隙度均顯著負(fù)相關(guān),且上游的土壤容重與土壤有機(jī)質(zhì)顯著負(fù)相關(guān)而土壤孔隙度與其正相關(guān)；土壤全磷和有機(jī)質(zhì)與多數(shù)土壤化學(xué)性質(zhì)顯著正相關(guān)；土壤水分在下游與有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮3個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)均顯著相關(guān),但在上游僅與土壤全磷顯著負(fù)相關(guān)。

圖3 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of the soil physico-chemical properties in aquatic-terrestrial ecotone, Lijiang RiverSWC：土壤含水量Soil water content；BD：容重Bulk density；PS：孔隙度Soil porosity；pH：pH值pH value；SOM：有機(jī)質(zhì)Organic matter；TN：全氮Total nitrogen；TP：全磷Total phosphorus；TK：全鉀Total potassium；AN：速效氮Available nitrogen；AP：速效磷Available phosphorus；AK：速效鉀Available potassium； *：P < 0.05；**：P < 0.01； figures without * indicate P > 0.05

2.3 漓江水陸交錯(cuò)帶土壤理化性質(zhì)的PCA分析

主成分分析表明(圖4,表2)：前3個(gè)PCA軸的累積解釋方差比例達(dá)79%且特征根都大于1(PCA軸的Kaiser-Guttman標(biāo)準(zhǔn)),說明土壤理化性質(zhì)在前三排序軸的載荷值較高。在本研究中將提取PCA分析3軸中的前2軸為下步數(shù)據(jù)服務(wù)。第一主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為39%,主要體現(xiàn)了全磷(0.90)的貢獻(xiàn)；第二主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為22%,主要體現(xiàn)孔隙度(0.96)和容重(-0.96)2個(gè)土壤物理性質(zhì)的貢獻(xiàn)。

圖4 土壤理化性質(zhì)的PCA分析雙序圖Fig.4 PCA sequencing of different quadrats with environmental factors in aquatic-terrestrial ecotone, Lijiang River1—10(黑色)表示上游樣方號：NO.1—10(Black) represents the sample number of upstream；11—20(藍(lán)色)表示中游樣方號：NO.11—20(Blue) represents the sample number of midstream；21—30(綠色)表示下游樣方號：NO.21—30(Green) represents the sample number of downstream

3 討論

3.1 不同縱向梯度土壤理化性質(zhì)對比分析

土壤理化性質(zhì)作為控制植物生長發(fā)育的關(guān)鍵生態(tài)因子,是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征[21]。本研究表明,土壤含水量是上游和中游均與下游存在顯著差異,且下游顯著高于上游和中游,含水量均在20%以上。水陸交錯(cuò)帶距離水體較近,地下水位高,土壤受到縱、橫雙向水分滲透的影響,因此含水量普遍較高。同時(shí),上游的海拔和地勢相對較高(表1),坡度較陡峭,土壤層較薄,礫石含量較高,因而導(dǎo)致地表徑流速度加快,水分散失速度快,導(dǎo)致同一時(shí)間內(nèi)土壤含水量偏低；另外一個(gè)原因可能與下游地形平坦且河流水量較多,土壤可能更多的得到各支流(如,小溶江、甘棠江、桃花江、柘木河等)的匯入和高海拔土壤下滲的水分的補(bǔ)充增加[22],進(jìn)而導(dǎo)致下游的土壤含水量顯著高于上游和中游。土壤容重是土壤緊實(shí)度的敏感性指標(biāo),表征土壤的疏松程度與通氣性,與土壤孔隙度成負(fù)相關(guān)[23]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤容重和孔隙度在不同梯度下均差異性不顯著,與前人的很多研究結(jié)果不一致[24]。上游的土壤大多未經(jīng)搬運(yùn),為原地土壤的積累,質(zhì)地緊實(shí), 土壤體積質(zhì)量大,但結(jié)構(gòu)較差；而中、下游土壤多為上游泥沙的沖積物,土壤質(zhì)地疏松,容重不斷減少,孔隙度明顯變大,中下游的土壤結(jié)構(gòu)會顯著好于上游[25],但在我們的研究結(jié)論中沒有得到相似的結(jié)論。這可能與在具體生境下土壤成土過程中受土壤母質(zhì)“遺傳”特征和不同植被的影響有關(guān),有待于進(jìn)一步深入研究。土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤全磷和土壤全鉀在不同梯度上均呈差異性顯著(P<0.05),其中有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈現(xiàn)中游相對較高,上游和下游相對較低,全鉀含量變化趨勢與其相反,即中游相對較低,上游和下游相對較高。土壤有機(jī)質(zhì)含量通常作為土壤肥力水平高低的一個(gè)重要指標(biāo),主要來源于植物凋落物,而凋落物性質(zhì)和數(shù)量是影響有機(jī)質(zhì)積累的主要因素[24]。不同植物群落類型的有機(jī)質(zhì)含量差異性顯著,落葉物種顯著高于常綠物種。據(jù)本實(shí)驗(yàn)野外實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)：水陸交錯(cuò)帶中游梯度包括的主要植被類型有楓楊、紫彈樹和烏桕等落葉大喬木；楓楊和烏桕群落下面的腐殖質(zhì)層厚度顯著高于其他2個(gè)梯度上分布的凋落物厚度。這暗示落葉物種周期性落葉的物候?qū)W特性導(dǎo)致歸還于土壤的枯枝落葉逐漸增多,從而通過凋落物輸入土壤的有機(jī)質(zhì)增加,致使土壤有機(jī)質(zhì)含量高。此外,很多研究表明土壤氮素主要來源于土壤有機(jī)質(zhì),所以土壤中有機(jī)質(zhì)含量豐富的地段一般氮素含量也高[26],這一結(jié)論在本研究中得到很好的佐證,即不同梯度下土壤氮含量與土壤有機(jī)質(zhì)分布格局一致。本研究結(jié)果顯示土壤pH為下游>中游>上游,且中游、下游與上游差異性顯著(圖2),這可能是由于漓江流域存在兩個(gè)明顯的生態(tài)分區(qū),即上游非巖溶森林生態(tài)分區(qū)和中下游巖溶生態(tài)分區(qū)[27]。巖溶區(qū)的成土母質(zhì)多為由碳酸鹽風(fēng)化而成,全土層都有一定的碳酸鈣含量(土壤鈣含量分析將在下篇文章體現(xiàn)),在亞熱帶環(huán)境中鈣不斷淋溶,土壤pH偏堿性。因此,中游和下游的土壤pH值顯著大于上游。但是本研究發(fā)現(xiàn)中下游土壤pH值近中性,并沒有偏堿性,這可能是由于漓江水陸交錯(cuò)帶中下游土壤受上游非巖溶生態(tài)區(qū)土壤影響,土壤pH值被中和,這有待于進(jìn)一步深入研究。此外,Cheng等[25]在加拿大亞伯達(dá)省中部利用氮- 16同位素示蹤技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)土壤pH值增加促使氮素礦化,暗示隨pH值增加在一定程度上也加劇了土壤有機(jī)氮的礦化。因此,土壤速效氮含量也是下游最高。

表2 主成分分析(PCA)中前三軸環(huán)境變量的載荷和解釋方差

*表示該變量的負(fù)荷絕對值大于0.85

土壤磷素是植物生長發(fā)育所必需的重要元素之一,磷素在土壤中主要以有機(jī)磷與無機(jī)磷兩種形態(tài)存在,其含量受土壤母質(zhì)、成土作用以及外界因素的影響[28]。整體來看,上游土壤全磷明顯低于中下游。這與李冬林等[27]在秦淮河河岸帶土壤理化性質(zhì)分析得出的研究結(jié)論一致。由于上游處于源頭,人為干擾少,保護(hù)較好,所以土壤中的磷含量最低。中下游屬于重要的旅游區(qū)和居民區(qū),人口密集,遭受人為干擾較嚴(yán)重,如日常生活污水排放、農(nóng)業(yè)污水和洗滌用品中含有大量的磷,使土壤中富集了很多磷元素,可能是造成上游土壤磷含量顯著低于中下游的重要原因。而土壤速效磷在不同梯度下差異均不顯著,其原因可能是土壤中的磷素與鈣質(zhì)成分作用形成難溶性磷酸鈣,降低了磷的速效性[29]。土壤鉀是植物光合作用、淀粉合成和糖類轉(zhuǎn)化所必需的元素,也是反映土壤肥力和生產(chǎn)力的主要指標(biāo),而速效鉀是植物能利用的鉀,占土壤中鉀素的極少部分,能真實(shí)反映土壤中鉀素的供應(yīng)情況[30]。本研究發(fā)現(xiàn)漓江水陸交錯(cuò)帶的全鉀含量呈現(xiàn)為下游>中游>上游(圖2),由于土壤全鉀主要來源于土壤母質(zhì)在成土過程中釋放,具有可溶性強(qiáng)和極易流失的特征[30]。有研究表明,全鉀在含水量較高的表層土壤中有較好的礦物結(jié)構(gòu),有利于土壤全鉀以同晶代替的形式進(jìn)入粘土礦物內(nèi)保存起來[31]；此外,可溶性鉀隨著地表水由上游流向下游地段積累,下游的土壤層較厚積累了豐富的鉀素,這可能使得下游土壤全鉀含量高。土壤速效鉀含量表現(xiàn)為中游和下游分別與上游差異性顯著 (圖2)。有研究認(rèn)為,土壤速效鉀的含量主要受植被類型和干擾強(qiáng)度的影響[32]。本研究中發(fā)現(xiàn)上游主要多分布常綠大喬木,而中下游主要以落葉喬木以及小灌木為主；和上游相比,中下游距離市區(qū)和景點(diǎn)較近,人口密集,干擾嚴(yán)重,可能是局域生境的變化和外界干擾的共同作用影響了土壤速效鉀含量的再分配。

3.2 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性與PCA分析

土壤理化性質(zhì)關(guān)系密切[26]。通過對土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)不同梯度下物理和化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性各不相同,但總體上存在一些較相似的變化規(guī)律。如土壤容重和孔隙度2個(gè)土壤物理性質(zhì)在不同梯度下均顯著負(fù)相關(guān),這與很多研究結(jié)論一致[33]。其次,在上游梯度下土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤容重存在顯著的負(fù)相關(guān)而與土壤孔隙度正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)在土壤中最主要、最直接的作用就是改良土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成更多的空隙,從而增加土壤的疏松性,改善土壤的通氣性和透水性。即土壤有機(jī)質(zhì)含量越高,土壤孔隙度越高,土壤容重越低。土壤全磷在上游與土壤含水量顯著負(fù)相關(guān),在中游與土壤有機(jī)質(zhì)等7個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)均顯著相關(guān),在下游與土壤含水量,土壤有機(jī)質(zhì)等4個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)顯著相關(guān)。由于上游海拔相對較高,坡度較陡峭,人為干擾少,土壤P處于虧缺狀態(tài),受淋溶作用影響強(qiáng)烈[34],導(dǎo)致2者顯著的負(fù)相關(guān)；而中下游與土壤化學(xué)性質(zhì)高度相關(guān),同時(shí)土壤磷含量富集程度高,主要與沿江居民行為、旅游、植被等多方面及長時(shí)期因素的影響有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)含量在不同梯度下與土壤全氮、全鉀、速效氮、速效鉀、速效磷含量存在顯著相關(guān)性(圖3)。有研究表明,土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化直接會影響到土壤多種元素含量的變化,氮素、鉀素主要來自于有機(jī)質(zhì)的分解及礦化積累[35]。土壤水分是自然界水循環(huán)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),處于不斷的變化和運(yùn)動(dòng)中,直接影響作物的生長和土壤中各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程[36]。本研究中發(fā)現(xiàn)上游和下游的土壤含水量與土壤化學(xué)性質(zhì)具有顯著相關(guān)性,有利于土壤N、P、K的質(zhì)量分解。

主成分分析旨在利用降維的思想,把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)(即主成分)且所含信息互不重復(fù),可以弱化變量間的自相關(guān)性所引起的誤差,從而達(dá)到對本研究中土壤理化性質(zhì)的精確評估[37-38]。本文發(fā)現(xiàn)第一主成分中土壤全磷的主成分載荷相對較高(0.90),土壤全磷在不同梯度下分別與土壤理化性質(zhì)顯著相關(guān)(圖3,表2)；第二主成分中土壤孔隙度和土壤容重載荷值相對較高(分別為0.96和-0.96),主要反映土壤容重和孔隙度的土壤物理性質(zhì)的貢獻(xiàn),相關(guān)性分析結(jié)果也表明在不同梯度下土壤容重和孔隙度均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(圖3,表2)。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明,漓江水陸交錯(cuò)帶11個(gè)土壤理化性質(zhì)中5個(gè)指標(biāo)(土壤含水量、全氮、全磷、速效氮和速效鉀)在上游、中游和下游均差異性顯著。不同縱向梯度下,土壤容重與土壤孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān),土壤全磷和土壤有機(jī)質(zhì)與其他土壤理化性質(zhì)顯著相關(guān)；土壤含水量在下游與多數(shù)土壤化學(xué)性質(zhì)均顯著相關(guān)但在上游僅與土壤全磷顯著負(fù)相關(guān)。主成分分析進(jìn)一步證明,土壤全磷含量、土壤容重和土壤孔隙度的貢獻(xiàn)均大于其他環(huán)境因子的平均貢獻(xiàn)率,體現(xiàn)了它們是對漓江水陸交錯(cuò)帶植被分布具有重要影響的環(huán)境因子。