白一茹, 阮曉晗, 包維斌, 王幼奇, 夏子書, 楊 帆

(1.寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 銀川 750021; 2.旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理教育部國際合作聯(lián)合實驗室, 銀川 750021)

坡面是黃土高原地區(qū)主要的地形單元，其植被群落恢復(fù)演替過程的實質(zhì)是植物與土壤系統(tǒng)間相互作用的過程[1-2]，植被—土壤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度對增加植被蓋度、優(yōu)化植被群落結(jié)構(gòu)、減少水土流失和穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)等具有重要意義[3-4]。自“六五”以來，寧南山區(qū)陸續(xù)實施了以人工林(草)建設(shè)和整地工程等為主要措施的退耕還林(草)、林業(yè)資源保護、小流域綜合治理工程等一系列生態(tài)環(huán)境保護和恢復(fù)措施，使寧南山區(qū)森林覆蓋率由20世紀(jì)80年代不足年3%提高到當(dāng)前的13%以上，水土流失面積也下降了50%，取得了顯著的生態(tài)和經(jīng)濟效益。但近些年該區(qū)域的人工林(草)出現(xiàn)了一些退化現(xiàn)象，甚至在種植密度大的坡地上出現(xiàn)了枯萎和死亡的現(xiàn)象[5]。因此，針對寧南山區(qū)坡面不同土地利用方式下的植被—土壤系統(tǒng)耦合關(guān)系研究，對于指導(dǎo)研究區(qū)植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和高效合理利用水土資源有重要作用[6]。

耦合是指兩個及以上的生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用的現(xiàn)象，反映著生態(tài)系統(tǒng)中各要素的相互轉(zhuǎn)化和相互依存的關(guān)系[7-8]，耦合協(xié)調(diào)度模型主要用于衡量生態(tài)系統(tǒng)的一致性和協(xié)調(diào)性程度[9-11]。關(guān)于植被—土壤系統(tǒng)耦合關(guān)系評價的研究中，一般植被系統(tǒng)中選取的指標(biāo)包括植物多樣性指數(shù)、生物量、蓋度和養(yǎng)分含量等，土壤系統(tǒng)中選取的指標(biāo)包括土壤容重、毛管孔隙度和養(yǎng)分等[12]，在構(gòu)建上述指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，分別對植被和土壤系統(tǒng)選取的指標(biāo)進行加權(quán)求和，利用耦合度模型和協(xié)調(diào)度模型對植被—土壤系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度進行評價[13]。徐明等[10]利用耦合協(xié)調(diào)度模型發(fā)現(xiàn)黃土丘陵區(qū)溝谷地不同植被恢復(fù)模式下的植被—土壤系統(tǒng)基本處于中級協(xié)調(diào)發(fā)展水平。李豪等[14]利用耦合協(xié)調(diào)度模型對陜北5種微地形下植被—土壤系統(tǒng)進行分析，發(fā)現(xiàn)在生態(tài)恢復(fù)重建過程應(yīng)充分考慮地形條件。彭晚霞等[15]在喀斯特地區(qū)利用耦合協(xié)調(diào)度模型分析常綠落葉闊葉混交林植物與土壤地形因子系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域景觀異質(zhì)性強、土壤養(yǎng)分狀況好、物種豐富。綜上可知耦合協(xié)調(diào)度模型能很好地評價各種區(qū)域、地形和氣候類型條件下的植被—土壤間的耦合關(guān)系。

寧南山區(qū)屬半干旱半濕潤區(qū)，年均降水量400 mm左右且分布不均，地形復(fù)雜，該區(qū)域林(草)植被耗水量大，降水和土壤水分已不能滿足植被生長的需求，出現(xiàn)了土壤干燥化和干層現(xiàn)象，導(dǎo)致部分植被衰退、枯萎甚至死亡的現(xiàn)象[16-17]。因此，本研究在已有的植物—土壤系統(tǒng)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，在土壤體系中增加了土壤干層厚度、干燥化指數(shù)、水分相對虧缺指數(shù)等土壤水分指標(biāo)，建立以11個植被因子和14個土壤因子為主的2級指標(biāo)體系，采用AHP法和改進熵權(quán)法確定各植被—土壤因子的權(quán)重，以耦合協(xié)調(diào)度模型評價二者間的關(guān)系，揭示寧南山區(qū)坡面植被—土壤生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況及各因子之間的相關(guān)性，為研究區(qū)植被恢復(fù)、重建，生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供可借鑒依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究樣地位于寧夏南部的彭陽縣王洼水保試驗站(106°32′—106°58′E，35°4l′—36°17′N)，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，氣候?qū)贉貛О霛駶櫚敫珊禋夂颍昃鶜鉁丶s7.9℃，年均降水量450 mm，且75%集中在6—9月，多年平均水面蒸發(fā)量1 050 mm，無霜期140～170 d。土壤黏粒、粉粒和砂粒含量分別為7.78%，73.93%，30.36%，屬黃綿土。土壤總孔隙度、飽和導(dǎo)水率、飽和含水量、毛管孔隙度分別為58.14%，0.24 mm/min，48.91%，28.58%。土壤全氮、有機質(zhì)、全鉀、全磷、pH值、電導(dǎo)率分別為1.04 g/kg，11.13 g/kg，17.55 g/kg，0.06 g/kg，8.36，115.59 μs/cm。圖1為坡面土地利用類型分布圖。調(diào)查樣區(qū)內(nèi)物種基本信息見表1。

圖1 研究區(qū)坡面土地利用方式

表1 調(diào)查樣區(qū)內(nèi)物種基本信息

1.2 試驗設(shè)計和測定方法

1.2.1 樣地布設(shè) 2018年7月—8月，在實際調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選擇典型坡面布設(shè)樣方109個(圖1)。喬木層使用10.0 m×10.0 m樣方，同時在喬木層樣方四角和中心各設(shè)1.0 m×1.0 m樣方對草本植物進行多樣性調(diào)查；灌木層使用5.0 m×5.0 m的樣方，同時在灌木層樣方四角和中心各設(shè)1.0 m×1.0 m樣方對草本植物進行多樣性調(diào)查；草本層使用1.0 m×1.0 m的樣方。

1.2.2 物種調(diào)查與計算方法 記錄調(diào)查樣方位置信息、樣方內(nèi)植物種類、數(shù)量、蓋度、胸徑、株高、頻度等。同時使用高枝剪及手工采取植物的葉片，以供植物樣品葉片養(yǎng)分含量測定。重鉻酸鉀—外加熱法測定C含量，H2SO4—H2O2消煮后測定N，P含量，凱氏定氮法測N含量，釩鉬黃比色法測定P含量，火焰光度計法測定K含量[18]。喬木植被生物量由B=α0+α1x1+，…，+αixi+ε生物量模型模擬得出，式中：B為生物量;x1，x2，…，xi為植被的株高、冠幅、胸徑及蓋度等植株形態(tài)學(xué)變量；α0，α1，…，αi為模型參數(shù)；ε為誤差項；灌木植被采取剪下3支樹枝后數(shù)出整個灌木樹枝總支數(shù)，并且換算成剪下3支樹枝的倍數(shù)，稱取剪下的3個樹枝生物量計算其平均值，最后推算整株灌木生物量[19]。草地生物量采取割取草方格全部草本植物進行稱重。采用米尺和卷尺等測定植物冠幅、胸徑和株高。采用統(tǒng)計的植物相對密度(Hd)、相對高度(Hr)、相對頻度(Fr)、相對蓋度(Cr)來計算物種的重要值(P)、豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H)和優(yōu)勢度指數(shù)(C)[19]。

喬木的重要值(P)：

P=(Hd+Hr+Fr)/3×100%

(1)

灌木、草本的重要值(P)：

P=(Hr+Cr+Fr)/3×100%

(2)

豐富度指數(shù)(R)：

R=S

(3)

多樣性指數(shù)(H)：

H=-∑PilnPi

(4)

優(yōu)勢度指數(shù)(C)：

(5)

式中：S為每個群落中植被的物種數(shù)；Pi為第i種物種的重要值。

1.2.3 土壤樣品采集與分析 每個樣方調(diào)查完畢后，采用直徑5 cm的土鉆分層采取109個樣方0—600 cm土壤樣品，其中0—100 cm每10 cm取樣一次，100—600 cm每20 cm取樣一次，即每個樣點采集土樣35個，研究區(qū)總共采集3 815個樣本。同時，將各土樣分別裝滿分層編號的鋁盒和自封袋中，用于土壤含水量和基本理化性質(zhì)的測定。在每個樣點附近使用環(huán)刀采集0—20 cm的原裝土樣品，共采集109個原裝土樣品，用于土壤容重、飽和含水量和孔隙度等基本物理性質(zhì)測定。采用標(biāo)準(zhǔn)烘干法測定土壤含水量；環(huán)刀法測定土壤容重、飽和含水量、毛管孔隙度[20]；激光粒度儀—馬爾文法(MS3000)測定土壤質(zhì)地，按美國制進行分類；重鉻酸鉀外加熱法測定C含量、凱氏定氮法測定N含量、鉬銻抗比色法測定P含量、火焰光度計法測定K含量[21]。

土壤含水量：

(6)

式中：SMCi為不同土地類型第i土層土壤含水量(%)，i為采樣土層深度；Gi為不同土地類型第i土層鋁盒與濕土質(zhì)量(g)；Gj為對應(yīng)第i土層的鋁盒與干土質(zhì)量(g)；G為空鋁盒質(zhì)量(g)。

土壤水分相對虧缺指數(shù)：

(7)

式中：CSWDIi為不同土地類型第i層土壤水分相對虧缺指數(shù)；i為采樣土層深度；CPi為對照樣地農(nóng)田第i層土壤含水量(%)；SMCi為不同土地類型第i層土壤含水量(%)；WMi為第i層凋萎含水量。

土壤干燥化指數(shù)：

(8)

式中：SDIi為不同土地利用類型第i層土壤干燥化指數(shù)；SSMi為第i層土壤穩(wěn)定含水量。

干層起始深度是垂直剖面上土壤含水量開始小于土壤穩(wěn)定含水量的土層深度(cm)；干層厚度是垂直剖面上所有土壤含水量小于土壤穩(wěn)定含水量的土層范圍總和(cm)[22]。

1.3 耦合度、協(xié)調(diào)度模型

1.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 在計算各指標(biāo)權(quán)重時考慮到各指標(biāo)體系的單位不一致，無法直接對各指標(biāo)進行統(tǒng)一量化，為了統(tǒng)一各指標(biāo)的量綱，本文采用極差法對坡面植被—土壤系統(tǒng)中的各指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)化方式如下：

正向指標(biāo)：Xij=(xij-minxj)/(maxxj-minxj)

(9)

反向指標(biāo)：Xij=(maxxj-xij)/(maxxj-minxj)

(10)

式中：xij，Xij分別為指標(biāo)原始數(shù)據(jù)、極差標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)；minxj，maxxj分別為第j項指標(biāo)的最小值和最大值。

1.3.2 權(quán)重確定 熵值法計算各指標(biāo)權(quán)重：

(11)

式中：Wj為評價指標(biāo)的權(quán)重；dj為指標(biāo)效用值。Wj值越大，對評價的重要性就越大。

dj=1-Hj

(12)

(13)

(14)

式中：Hj為第j指標(biāo)的信息熵；k=lnm，ln為自然對數(shù)；m為研究區(qū)樣本數(shù)；Yij為第j項的第i個指標(biāo)的比重，當(dāng)Yij=0時，YijlnYij=0。

1.3.3 耦合度模型 植被—土壤系統(tǒng)的耦合度模型計算公式[10-15]：

(15)

式中：CSP為植被—土壤系統(tǒng)的耦合度；0≤CSP≤1。當(dāng)CSP接近于0時,說明植被—土壤系統(tǒng)要素之間不存在明顯的關(guān)聯(lián),當(dāng)CSP接近于1時,說明植被—土壤系統(tǒng)要素之間存在明顯耦合關(guān)聯(lián)。S(x)為土壤系統(tǒng)；P(y)為植被系統(tǒng)，其公式分別為：

(16)

(17)

式中：ai，xi為坡面土壤系統(tǒng)中第i個土壤要素的權(quán)重值和標(biāo)準(zhǔn)化值；bj，yj為坡面植被系統(tǒng)中第j個土壤要素的權(quán)重值和標(biāo)準(zhǔn)化值。S(x)/P(y)為植被表示土壤耦合協(xié)調(diào)程度，其值越大，表明坡面土壤—植被系統(tǒng)發(fā)展越協(xié)調(diào)。

1.3.4 協(xié)調(diào)度模型 為了彌補耦合度模型不能反映植被—土壤系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中的“功效”和“協(xié)同”效應(yīng)的缺陷[23]，構(gòu)建能反映植被—土壤系統(tǒng)相互作用的協(xié)調(diào)度模型[10-15]：

(18)

T=αS(x)+βP(y)

(19)

式中：Dc為植被—土壤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度；0≤Dc≤1。當(dāng)Dc接近于0時,植被—土壤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度越差，當(dāng)Dc接近于1時，植被—土壤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度越好；T為植被—土壤系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)度系數(shù)；α，β為土壤和植被系統(tǒng)的貢獻率。在結(jié)合前人的研究成果和寧南山區(qū)的實際情況的基礎(chǔ)上[11,15]，考慮到土壤和植被系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境建設(shè)過程中處于同等重要的地位，設(shè)α=β=0.5。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)使用Excel 2010，SPSS 20.0進行處理，YAAHP 11.2進行層次分析法權(quán)重確定，ArcGIS 10.0繪制相關(guān)圖形，應(yīng)用CANOCO 4.5進行植被—土壤各因子之間的CCA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型指標(biāo)體系

根據(jù)指標(biāo)選取的全面性、整體性、規(guī)范性、協(xié)調(diào)性及簡明性等原則[8,11]，構(gòu)建了寧南山區(qū)坡面不同土地類型下植被—土壤耦合協(xié)調(diào)性的兩層指標(biāo)體系，第一層包括土壤系統(tǒng)中的土壤物理化學(xué)屬性指標(biāo)，植被系統(tǒng)中的生態(tài)屬性、化學(xué)屬性和植物多樣性指標(biāo)。其中，考慮到寧南山區(qū)坡面土壤水分和干層分布是其主要限制因素，所以土壤物理屬性由平均含水量、干層起始深度、干層厚度、干燥化指數(shù)、土壤水分相對虧缺指數(shù)、土壤容重、黏粒、飽和含水量、毛管孔隙度等指標(biāo)構(gòu)成，土壤化學(xué)屬性由土壤有機質(zhì)、全磷、全氮、全鉀等指標(biāo)構(gòu)成；植被生態(tài)屬性由株高、胸徑、冠幅和生物量等指標(biāo)構(gòu)成，化學(xué)屬性由植被有機質(zhì)、全磷、全氮、全鉀等指標(biāo)構(gòu)成，植物多樣性由豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H)和優(yōu)勢度指數(shù)(C)構(gòu)成。在處理研究區(qū)各指標(biāo)權(quán)重時，為了避免單一賦權(quán)法產(chǎn)生的缺陷，降低賦權(quán)過程中的差異性，本研究將主觀賦權(quán)法模糊層次分析法(AHP)和客觀賦權(quán)法熵值法相結(jié)合，最后以二者權(quán)重的平均值作為綜合權(quán)重。從表2可以看出，土壤系統(tǒng)中干層厚度、全鉀、干燥化指數(shù)、水分相對虧缺指數(shù)和毛管孔隙度的綜合權(quán)重較高，植被系統(tǒng)中豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、生物量等的綜合權(quán)重較高。

2.2 植被-土壤系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展類型判斷標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)外研究對于耦合協(xié)調(diào)度等級的劃分缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在研究區(qū)調(diào)研、考察和大量查閱前人研究的成果基礎(chǔ)之上[10,14]，確定本研究耦合協(xié)調(diào)度由14個土壤指標(biāo)和11個植被指標(biāo)構(gòu)成，指標(biāo)主要分為土壤物理、化學(xué)屬性，植被生態(tài)、化學(xué)屬性和多樣性屬性層(表2)。由耦合協(xié)調(diào)度(Dc)值的大小將寧南山區(qū)坡面植被—土壤系統(tǒng)的耦合發(fā)展模式分為10大類(表3)，分別為極度失調(diào)發(fā)展模式、嚴(yán)重失調(diào)發(fā)展模式、中度失調(diào)發(fā)展模式、輕度失調(diào)發(fā)展模式、瀕臨失調(diào)發(fā)展模式、勉強協(xié)調(diào)發(fā)展模式、初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式、中級協(xié)調(diào)發(fā)展模式、良好協(xié)調(diào)發(fā)展模式和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展模式。根據(jù)植被—土壤耦合協(xié)調(diào)程度S(x)/P(y)值的大小關(guān)系劃分出寧南山區(qū)坡面植被—土壤系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)類型及評判標(biāo)準(zhǔn)的30種耦合類型。

表2 坡面植被-土壤耦合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)權(quán)重

表3 坡面植被-土壤干層系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)類型劃分

2.3 坡面植被-土壤系統(tǒng)耦合評價及其空間分布

由表4可知，土壤綜合指數(shù)S(x)由大到小依次為：農(nóng)地>草地>棄耕地>灌木地>林地，而植被綜合指數(shù)P(y)由大到小依次為：農(nóng)地>草地>林地>棄耕地>灌木地，S(x)/P(y)和Dc呈現(xiàn)農(nóng)地>草地>棄耕地>灌木地>林地。寧南山區(qū)坡面不同土地類型下的植被—土壤系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系存在一定差異，其中林地和灌木地均屬于瀕臨失調(diào)發(fā)展模式土壤滯后發(fā)展型，說明土壤系統(tǒng)制約了植被的可持續(xù)發(fā)展。而棄耕地和草地均屬于同一類耦合模式，即勉強協(xié)調(diào)發(fā)展模式植被—土壤同步發(fā)展型，研究區(qū)土壤系統(tǒng)基本可以滿足草本植被的生長需求。農(nóng)地屬于初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式植被—土壤同步發(fā)展型，農(nóng)地作為耕作土壤，農(nóng)民為了提高作物的產(chǎn)量進行有規(guī)律的灌溉、施肥和翻耕等，同時農(nóng)地作物對深層土壤水分利用有限，降水補給使土壤干燥得到緩解[24]，因此農(nóng)地土壤和植被系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的發(fā)展過程。

表4 坡面植被-土壤生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況評判結(jié)果

為了更加直觀地顯示出寧南山區(qū)坡面植被—土壤耦合度空間分布情況，結(jié)合坡面土地利用方式(圖1)，依據(jù)植被—土壤系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況評判結(jié)果，使用ArcGIS 10.0繪制出坡面不同土地類型下植被—土壤生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況分布圖。從圖2可知，研究區(qū)主要以瀕臨失調(diào)發(fā)展模式且土壤滯后發(fā)展型為主，其面積占區(qū)域總面積的50%以上，分布區(qū)域主要位于坡面東北和西南部，主要是喬木和灌木的分布區(qū)域；勉強協(xié)調(diào)發(fā)展模式且植被—土壤同步發(fā)展型的區(qū)域面積小于瀕臨失調(diào)發(fā)展模式且土壤滯后發(fā)展型，呈現(xiàn)帶狀分布規(guī)律，分布在坡面中、西部地區(qū)，主要是草地和棄耕地的分布區(qū)域；初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式且植被—土壤同步發(fā)展型的面積最小，其主要是農(nóng)田分布區(qū)域。

圖2 坡面植被-土壤生態(tài)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)狀況分布

2.4 坡面植被-土壤系統(tǒng)因子間典型相關(guān)分析

通過耦合協(xié)調(diào)度分析發(fā)現(xiàn)坡面植被—土壤系統(tǒng)間存在一定的相關(guān)性，為進一步揭示植被—土壤系統(tǒng)各因子間的相關(guān)性，把土壤平均含水量、干層起始深度、干層厚度、干燥化指數(shù)等14個土壤因子作為解釋變量，把株高、胸徑、冠幅和生物量等11個植被因子作為響應(yīng)變量，應(yīng)用CANOCO 4.5進行坡面植被—土壤各因子之間的CCA分析。由表5可知，在軸Ⅰ和軸Ⅱ水平上，土壤因子與植被因子的相關(guān)系數(shù)分別為0.389，0.210，特征值分別為0.018，0.003，累計貢獻率分別為76.6%，91.1%。圖3中土壤系統(tǒng)各因子距原點越遠對植被系統(tǒng)影響越大可知，干燥化指數(shù)、水分虧缺指數(shù)、平均含水量、黏粒、容重等是影響植被系統(tǒng)的主要因子。

表5 坡面植被-土壤系統(tǒng)各因子間典型相關(guān)分析

圖3 坡面植被-土壤各因子之間的CCA分析

3 討 論

由坡面不同土地類型下植被—土壤系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系可知，林地、灌木屬于瀕臨失調(diào)發(fā)展模式土壤滯后發(fā)展型，坡面林地類型主要是杏樹、刺槐、楊樹和榆樹等數(shù)種，一般而言，林地由于其生物量大、植被蒸騰能力強、根系較為發(fā)達[25-26]，所以對土壤水分的要求較高，同時寧南山區(qū)在生態(tài)環(huán)境恢復(fù)過程中植被種植密度、搭配方式等存在缺陷[27]，導(dǎo)致土壤水分大量消耗出現(xiàn)了土壤干燥化和干層現(xiàn)象[28]。灌木群落雖然較喬木群落的需水量小，但是研究區(qū)坡面灌木主要以成群的形式出現(xiàn)，種植密度大、生物量大、水分消耗也較大，因此也呈現(xiàn)出瀕臨失調(diào)發(fā)展模式且土壤干層滯后發(fā)展型。棄耕地和草地群落中優(yōu)勢種均以草本植物為主，草本植物的根系、生物量遠低于林地和灌木，對土壤水分的需求較少，植被蒸騰不強，其水分損失量均遠低于喬木和灌木[29]，故棄耕地和草地呈現(xiàn)勉強協(xié)調(diào)發(fā)展且植被—土壤干層同步發(fā)展型[30]。農(nóng)地屬初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式且植被—土壤同步發(fā)展型，原因在于農(nóng)地不僅位于水分條件相對較好的位置，而且灌溉、施肥和翻耕等人為活動優(yōu)化了農(nóng)地土壤質(zhì)量，導(dǎo)致土壤水分和養(yǎng)分等均處于優(yōu)勢地位[31]。

在寧南山區(qū)坡面植被—土壤系統(tǒng)中各因子相互作用的結(jié)果可知，土壤系統(tǒng)中的土壤干燥化指數(shù)、水分虧缺指數(shù)、平均含水量、黏粒和容重對植被系統(tǒng)中的豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、多樣性指數(shù)、冠幅、株高、胸徑等影響較大。已有研究表明在西北半濕潤半干旱區(qū)植被—土壤系統(tǒng)中，土壤水分是制約植物生長、植被演替和景觀分異等的重要因素之一[32-33]，同時植被是土地干燥化、荒漠化和水土流失的主要調(diào)控者[2,10]。在自然狀態(tài)下土壤水分狀況會間接影響植被演替和選擇，但近幾十年為了恢復(fù)黃土區(qū)的生態(tài)環(huán)境，進行了退耕還林(草)等一系列恢復(fù)區(qū)域植被的工程，給該區(qū)域帶來了顯著的生態(tài)環(huán)境效益和一部分經(jīng)濟效益。但是隨著時間的推移，在黃土高原各個區(qū)域都出現(xiàn)了植被—土壤系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至退化的情況，如“小老頭樹”、土壤干燥化、干層等問題[9,26]?？傮w上看，在黃土半濕潤半干旱區(qū)土壤水分是植被恢復(fù)的重要制約因素之一，在生態(tài)恢復(fù)過程中人工林草植被搭配不合理、種植密度過大等，都會導(dǎo)致植被耗水增強、土壤水分過度消耗，進而引起植被退化、衰竭、土壤干燥化甚至出現(xiàn)土壤干層情況[16,30]。因此，寧南山區(qū)在今后植被恢復(fù)時需充分考慮區(qū)域水土資源狀況及承載能力，進行科學(xué)合理的林草植被選取、搭配，確保區(qū)域植被—土壤系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

(1) 坡面林地、灌地、棄耕地、草地和農(nóng)地Dc值分別為0.446 0，0.451 5，0.505 9，0.531 2，0.604 6，S(x)/P(y)值分別為0.490 8，0.593 4，0.821 2，0.874 3，1.187 4，即林地和灌木地均屬瀕臨失調(diào)發(fā)展模式且土壤滯后發(fā)展型，棄耕地和草地均屬勉強協(xié)調(diào)發(fā)展模式且植被與土壤同步發(fā)展型，農(nóng)地屬于初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式且植被與土壤同步發(fā)展型。

(2) 坡面空間上，瀕臨失調(diào)發(fā)展類模式土壤滯后發(fā)展型分布區(qū)域主要在東北和西南部，主要是喬木和灌木分布區(qū)域。勉強協(xié)調(diào)發(fā)展模式植被—土壤同步發(fā)展型在空間分布上呈現(xiàn)條狀分布，主要分布在中、西部地區(qū)，主要是荒草地和草地分布區(qū)域。初級協(xié)調(diào)發(fā)展模式植被—土壤同步發(fā)展面積最小且分布零碎，主要是農(nóng)田分布區(qū)。

(3) CCA分析表明坡面土壤系統(tǒng)中干燥化指數(shù)、水分虧缺指數(shù)、平均含水量、黏粒、容重等是影響植被系統(tǒng)的主要因子。