姜霓雯,童根平,葉正錢,程樟峰,呂永強(qiáng),傅偉軍,*

1 浙江農(nóng)林大學(xué),亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 杭州 311300

2 浙江清涼峰國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局, 臨安 311321

自然保護(hù)區(qū)是生物多樣性保護(hù)的基石[1],在確保各類自然生態(tài)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、筑牢生態(tài)安全屏障、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面發(fā)揮了重要的作用[2]。自然保護(hù)區(qū)不僅能夠最大限度長期維護(hù)生物多樣性,并且還為社會(huì)提供了一系列生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益,例如提供清潔水、木材等[3]。其中,森林類型的自然保護(hù)區(qū)以其復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在陸地生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)領(lǐng)先位置[4]。土壤層是植被生長的基礎(chǔ),森林生態(tài)功能的發(fā)揮和森林植物資源的保育都依賴于土壤資源,土壤資源的探明和保護(hù)也有利于區(qū)域內(nèi)土壤動(dòng)物以及微生物資源的保護(hù)[5—6]。土壤氮、磷、鉀等肥力指標(biāo)的空間異質(zhì)性及其影響因素是近年來眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一,且多集中于對農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林以及小流域的研究。如鄒潤彥等[7]利用地理加權(quán)回歸模型,系統(tǒng)分析了環(huán)鄱陽湖區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳影響因子的空間分布格局,并進(jìn)行了制圖研究；董佳琦等[8]探討了香榧主產(chǎn)區(qū)林地土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律及其主控因素；Wang等[9]揭示了太岳山亞高山森林流域土壤有機(jī)碳和全氮的空間變異規(guī)律。但是以往研究缺少對于南方丘陵區(qū)人為擾動(dòng)較小的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)天然林地土壤肥力特征的報(bào)道,深入研究自然保護(hù)區(qū)內(nèi)土壤肥力指標(biāo)的空間變異情況能夠精確了解天然林分特別是珍貴樹種的生長條件,對森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和珍惜樹種的保護(hù)起著重要作用。

清涼峰自然保護(hù)區(qū)地處華東皖浙丘陵區(qū),屬森林和野生動(dòng)物類型保護(hù)區(qū),1998年擴(kuò)區(qū)并經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級(jí)自然保護(hù)區(qū),不僅是我國一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物華南梅花鹿的重要分布區(qū)域,也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長三角地區(qū)保存完好的基因庫。目前對清涼峰國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的研究主要側(cè)重于森林植被和動(dòng)物保護(hù)方面[10—11],對土壤養(yǎng)分等肥力特征缺乏全面、系統(tǒng)的調(diào)查研究。本研究旨在分析該區(qū)域土壤肥力指標(biāo)的空間變異規(guī)律,并定量揭示地形、林分等因子對其空間變異的影響,以期為區(qū)域生態(tài)保護(hù)和森林管理提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

清涼峰自然保護(hù)區(qū)位于浙江省杭州市臨安區(qū)西北部(118°50′57″—119°13′23″E,30°00′42″—30°19′33″N),地處華東皖浙丘陵區(qū),由千頃塘、龍?zhí)辽胶晚樝獕]3塊區(qū)域組成,總面積為11252 hm2,主峰清涼峰,海拔1787.4 m,系浙西第一高峰,區(qū)域內(nèi)地勢高差懸殊,地形復(fù)雜多樣。保護(hù)區(qū)位于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)北緣,年均溫12.5℃,年降水量1862.2 —2331.9 mm之間。該區(qū)不同時(shí)代地層發(fā)育較為齊全,其中以侏羅系分布最廣,主要包括中酸性火山巖、紫紅色層狀粉砂巖、粉晶灰?guī)r、硅質(zhì)頁巖以及比較大面積的巖漿巖等。研究區(qū)內(nèi)植物區(qū)系組成豐富,是國家極為珍貴的生物多樣性寶庫,主要珍稀特色植物種群包括華榛(Coryluschinensis)、臺(tái)灣水青岡(Fagushayatae)、銀縷梅(Parrotiasubaequalis)、香果樹(Emmenopteryshenryi)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)和巴山榧樹(Torreyafargesii)等。本文研究區(qū)為千頃塘(圖1),區(qū)域面積5690 hm2,是野生華南梅花鹿(Cervuspseudaxis)主要棲息地,在整個(gè)保護(hù)區(qū)地位舉足輕重。研究區(qū)根據(jù)華南梅花鹿的分布程度分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)3部分,區(qū)域內(nèi)土壤肥力指標(biāo)的研究與梅花鹿的主要食物來源以及珍稀植物的生長情況息息相關(guān)。

圖1 研究區(qū)樣點(diǎn)分布及海拔信息

2 研究方法

2.1 樣品采集與分析

研究區(qū)表層土壤樣(0—20 cm)以地形圖和植被類型分布特征為輔助信息,結(jié)合樣點(diǎn)分布的均質(zhì)性和科學(xué)性原則,采用1 km×1 km網(wǎng)格法進(jìn)行室內(nèi)布點(diǎn),于2019年11月—2020年4月共實(shí)地采集土壤樣品71個(gè)。將土壤樣品及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室,風(fēng)干、去雜、研磨過篩備用。采樣時(shí)用GPS記錄樣點(diǎn)的實(shí)地坐標(biāo),以及海拔、植被種類等信息。

樣品肥力指標(biāo)測定:土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)用K2CrO7氧化還原滴定法,全磷(TP)用NaOH堿熔-鉬銻抗比色法；全氮(TN)采用半微量凱氏法；全鉀(TK)用NaOH熔融-火焰分光光度法；pH用pH酸度計(jì)測定；容重(bulk density)采用環(huán)刀法測定。

2.2 地形數(shù)據(jù)提取

研究區(qū)12.5 m×12.5 m數(shù)字高程模型(DEM)源于NASA官方網(wǎng)站(https://search.asf.alaska.edu/#/)；野外采樣點(diǎn)實(shí)地坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)在采樣同時(shí)用GPS測定。參照國內(nèi)外相關(guān)研究成果,本文利用ArcGIS 10.2空間分析工具直接提取基本地形數(shù)據(jù),包括坡度(slope)、坡向(aspect)、曲率(curvature)、平面曲率(plancurvature,Ch)、剖面曲率(profilecurvature,Cv),其余衍生地形屬性包括地形起伏度(amplitude of landforms,QFD)、地表粗糙度(roughness)、地形濕度指數(shù)(topographic wetness index,TWI),均結(jié)合空間分析工具、水文分析模塊以及柵格計(jì)算器經(jīng)復(fù)合計(jì)算獲取。

2.3 地統(tǒng)計(jì)分析

半方差函數(shù)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中描述變量的定量工具,在土壤元素空間變異性研究中應(yīng)用廣泛,用于揭示區(qū)域化變量的隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性特征[12]。計(jì)算公式如下:

(1)

式中,γ(h)是間距為h時(shí)的半方差；Z(xi)和Z(xi+h) 分別是對應(yīng)變量在xi和xi+h的實(shí)測值；N(h)是間距為h時(shí)的觀測點(diǎn)對總數(shù)。

半方差分析的參數(shù)中,塊金值(C0)表示由采樣和檢測分析誤差引起的隨機(jī)變異,基臺(tái)值(C0+C)代表總空間變異程度,塊基比(C0/(C0+C)表示隨機(jī)變異的占比情況,用于衡量空間相關(guān)程度[13],變程(a)表示空間自相關(guān)的作用范圍。

2.4 空間自相關(guān)計(jì)算

土壤屬性在地理空間上與相鄰區(qū)域的觀測值存在的相互依賴性,即空間自相關(guān),可用全局Moran′sI指數(shù)反應(yīng)指標(biāo)的空間自相關(guān)性大小,計(jì)算公式如下:

(2)

Moran′sI指數(shù)取值范圍是-1—1,小于0表示負(fù)相關(guān),等于0表示不相關(guān),大于0表示正相關(guān)。Moran′sI的顯著性水平采用下式檢驗(yàn):

(3)

式中,Z為檢驗(yàn)Moran′sI指數(shù)的顯著性的統(tǒng)計(jì)量；I為Moran′sI指數(shù)；E(I)為期望值；Var(I)為方差[14]。|Z|≥1.96、2.58分別是空間自相關(guān)顯著和極顯著的分界值。

2.5 數(shù)據(jù)處理

對肥力指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析前,采用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法(閾值法)剔除異常值[15],識(shí)別到的異常值使用新樣本的最大值和最小值替代,保持原有樣本量不變。應(yīng)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行土壤肥力指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)、K-S法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)正態(tài)性,方差分析用于指標(biāo)間的差異顯著性檢驗(yàn)、回歸分析用以定量表達(dá)環(huán)境因素對指標(biāo)空間變異的影響程度；半變異函數(shù)分析和相關(guān)模型參數(shù)的計(jì)算在GS+7.0中完成；利用Geoda進(jìn)行空間自相關(guān)計(jì)算；地形因子的計(jì)算和插值圖的繪制均借助ArcGIS 10.7軟件完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤肥力指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)分析

千頃塘土壤肥力指標(biāo)元素含量描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示,pH值為4.05—6.39,整體呈酸性；各指標(biāo)含量均值對比全國第二次土壤普查屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16],有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀均值含量分別為72.44 g/kg、1.91 g/kg、23.16 g/kg,總體含量較高,其中有機(jī)質(zhì)含量處于極豐富水平(一級(jí)),全氮、全鉀處于豐富水平(二級(jí)),全磷含量較低,處于中等水平(四級(jí))。土壤各指標(biāo)的變異系數(shù)介于10.38—48.54%之間,根據(jù)王政權(quán)等[17]劃分標(biāo)準(zhǔn),所有肥力指標(biāo)均屬于中等程度變異,其中pH變異程度較低。正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示pH、全氮符合正態(tài)分布,有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后符合正態(tài)分布,滿足地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的要求。

表1 千頃塘土壤肥力指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)特征/(g/kg)

3.2 土壤肥力指標(biāo)地統(tǒng)計(jì)分析

從圖2和表2可以看出,pH、全磷、全氮、全鉀的半方差理論模型均為指數(shù)模型,有機(jī)質(zhì)為球狀模型；R2分別為0.72,0.84,0.89,0.91和0.83,能較準(zhǔn)確地反映千頃塘土壤肥力指標(biāo)的空間變異結(jié)構(gòu)特征；變程分別為0.03,0.99,0.19,0.02 km和7.17 km,說明不同元素的空間自相關(guān)尺度范圍存在差異。塊基比是用于研究區(qū)域化變量空間變異程度的重要參數(shù)[18],根據(jù)Gao等[19]劃分標(biāo)準(zhǔn),pH、全磷和全鉀的塊基比均處于0—25%之間,表現(xiàn)為強(qiáng)烈空間自相關(guān),說明結(jié)構(gòu)性因素起主要影響,例如地形因子、成土母質(zhì)等。自然狀態(tài)下,土壤中磷、鉀兩種元素主要來自于土壤母質(zhì)的風(fēng)化和枯落物的分解,其分布與土壤的淋溶特征有關(guān),而地形因子較大程度上影響著土壤的淋溶作用[20]；有機(jī)質(zhì)、全氮的塊基比處于25—75%,均屬于中等空間自相關(guān),表明耕作活動(dòng)、種植制度等隨機(jī)因素存在一定的影響。研究區(qū)內(nèi)植被垂直帶分異明顯,顯著影響了土壤屬性的異質(zhì)性,也可能與復(fù)雜地勢下多樣性小生境的發(fā)育有關(guān)。

表2 土壤肥力指標(biāo)半變異模型參數(shù)及全局Moran′s I指數(shù)

圖2 千頃塘土壤肥力指標(biāo)含量半變異函數(shù)分析

半方差函數(shù)的變程反映了有機(jī)質(zhì)的空間變異尺度范圍大于pH、全磷、全氮、全鉀,表明環(huán)境因素在較大程度上控制著有機(jī)質(zhì)的空間異質(zhì)性,而其他指標(biāo)元素的空間分布更加趨向于破碎化；通過塊基比揭示pH、全磷、全鉀的空間自相關(guān)性高于有機(jī)質(zhì)和全氮,其參數(shù)分析結(jié)果可以為Kriging插值提供依據(jù)[21],進(jìn)而對各類指標(biāo)空間格局進(jìn)行更準(zhǔn)確的描述,但是無法對空間相關(guān)的顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)[22]。全局Moran′sI指數(shù)能夠較為直觀的反映土壤屬性在整個(gè)研究區(qū)域的聚集狀態(tài),采用隨機(jī)條件下近似正態(tài)分布假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)差對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,置信區(qū)間雙側(cè)檢驗(yàn)閾值為界限,得出有機(jī)質(zhì)和全磷存在顯著空間自相關(guān)(P<0.05,Z>1.96), 全氮具有極顯著空間自相關(guān)性(P<0.01,Z>2.56),表明這3種指標(biāo)呈聚集分布；而pH和全鉀的空間自相關(guān)性不顯著,表明其分布離散。從變程結(jié)果可以看出,pH和全鉀變程很小,說明這兩種指標(biāo)在研究區(qū)內(nèi)主控因素的空間連續(xù)性尺度較小,分布趨向于隨機(jī)化,這與Moran′sI顯著性檢驗(yàn)結(jié)果較為一致。

3.3 土壤肥力指標(biāo)空間分布格局

根據(jù)半方差分析結(jié)果參數(shù),通過ArcGIS 10.7 軟件進(jìn)行普通Kriging插值繪制千頃塘各肥力指標(biāo)含量的空間分布圖(圖3),綜合來看,5種屬性在空間上分布不均,斑塊特征顯著,表現(xiàn)出較為明顯的空間異質(zhì)性。對照土壤屬性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16],對各級(jí)別指標(biāo)含量比重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3),千頃塘土壤肥力整體處于豐富水平,pH處于4.5—5.5的范圍最大,占比達(dá)到70.42%,弱酸性pH 5.5—6.5的范圍次之,研究區(qū)整體生態(tài)保存完好,土壤酸性主要來自于地層中的酸性土壤母巖,以火山巖和巖漿巖為主,具體包括流紋質(zhì)斑巖、花崗閃長斑巖以及石英閃長巖等；有機(jī)質(zhì)含量很高,含量>40 g/kg的點(diǎn)位占比87.32%,高值區(qū)分布在中偏西北部,整體呈現(xiàn)明顯的“條帶狀”分布；全磷總體處于中等偏下水平,含量由西北向東南方向降低；全氮和全鉀總體含量較為豐富,全氮的分布格局和全磷較為相似,全鉀的高值區(qū)分布在西北部和東南部邊緣地區(qū)。總體來看,研究區(qū)各類土壤肥力指標(biāo)含量均較高,只有磷素含量偏低,可能與土壤酸性較強(qiáng)有關(guān),相關(guān)研究顯示,土壤pH<5.5的酸性環(huán)境下,鐵鋁等氧化物對磷素具有很強(qiáng)的固存能力[23]。各類土壤指標(biāo)分布規(guī)律存在一定的相似性,具體體現(xiàn)在多種肥力指標(biāo)在空間上呈現(xiàn)“兩頭高,中間低”的分布特點(diǎn),高低值分布較為集中,斑塊較大,分布較為連貫,表明該區(qū)域空間變異較小,空間相關(guān)性高。可見,千頃塘土壤肥力條件較好,對于森林生態(tài)系統(tǒng)的供給水平較高,研究區(qū)處于浙西海拔最高區(qū)域,日均氣溫較低,有機(jī)質(zhì)礦化速度較慢,人為擾動(dòng)小,不利于有機(jī)質(zhì)分解,相比于其他地區(qū)更容易積累。由千頃塘的DEM圖(圖1)可以看出,千頃塘地勢呈現(xiàn)由西北向中部地區(qū)升高,再向西南方向整體降低的趨勢,與土壤肥力指標(biāo)空間分布特點(diǎn)較為相似,相關(guān)研究也證實(shí)了地形因子導(dǎo)致的太陽輻射不均勻以及水分差異是造成土壤屬性空間異質(zhì)性的重要原因[24—25]。

表3 土壤屬性分級(jí)比例統(tǒng)計(jì)表

圖3 千頃塘土壤肥力指標(biāo)空間分布圖

3.4 土壤肥力指標(biāo)空間異質(zhì)性影響因子

初步研究顯示土壤肥力指標(biāo)主要受結(jié)構(gòu)性因素影響,其中地形因子可通過影響水熱條件以及成土過程的再分配來影響土壤屬性[26]。研究區(qū)地形因子和土壤屬性的相關(guān)分析結(jié)果顯示(表4),有機(jī)質(zhì)和全鉀與海拔有極顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01),其中有機(jī)質(zhì)與海拔呈正相關(guān),表明有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的升高而增加；全鉀與海拔呈負(fù)相關(guān),其含量體現(xiàn)出隨海拔升高而下降的趨勢,這可能與鉀的元素特性有關(guān)。海拔較高的低山丘陵區(qū),受水流的侵蝕作用較強(qiáng), 相比于土壤對氮磷元素較強(qiáng)的吸持力來說,鉀元素易于淋失[27—28],部分元素隨水流淋溶下滲,出現(xiàn)其含量與海拔呈負(fù)相關(guān)的特點(diǎn)。本文中坡度與全鉀含量呈正相關(guān),但未達(dá)到顯著水平(P>0.05),這與俞月鳳等[29],楊家慧等[30]研究結(jié)果存在差異,多數(shù)研究結(jié)果顯示海拔和坡度與鉀素具有一致的相關(guān)性,本研究結(jié)果可能與千頃塘的地勢特點(diǎn)有關(guān)。千頃塘高海拔地區(qū)分布著大面積的火山天池,天池周邊地勢相對平坦,而陡坡險(xiǎn)坡在低海拔處較為常見,由此出現(xiàn)全鉀與坡度呈正相關(guān)的結(jié)果。

表4 土壤肥力指標(biāo)與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)系數(shù)

不同海拔帶間濕度、溫度差異會(huì)影響土壤元素的遷移、分解與累積[31],為了進(jìn)一步研究兩種元素隨海拔變化的規(guī)律,將海拔帶劃分為500—800、800—1000、1000—1200、1200—1400 m這4個(gè)等級(jí)(下文分別以1、2、3、4級(jí)海拔代替),對有機(jī)質(zhì)和全鉀在不同海拔帶間的差異性進(jìn)行分析,結(jié)果如圖4所示。有機(jī)質(zhì)在4個(gè)海拔帶上的含量分別為49.66 g/kg、65.18 g/kg、79.29 g/kg、108.34 g/kg,1、2級(jí)海拔間,2、3級(jí)海拔和4級(jí)海拔間均存在顯著差異性(P<0.05),表明有機(jī)質(zhì)隨海拔梯度變化較快；全鉀在4個(gè)海拔帶上的含量分別為27.50 g/kg、26.71 g/kg、19.39 g/kg、15.86 g/kg,1、2、3級(jí)海拔和4級(jí)海拔間存在顯著性差異(P<0.05),相比有機(jī)質(zhì),全鉀變化較慢,變化趨勢較為平緩,與影響全鉀的主控因素空間連續(xù)性尺度較小有關(guān)。除海拔之外,其他地形因子與土壤指標(biāo)之間的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。

圖4 不同海拔梯度下的土壤肥力指標(biāo)特征

容重與有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀均存在極顯著相關(guān)性(P<0.01),表明土壤容重在很大程度上影響著土壤屬性特征。圖5顯示,有機(jī)質(zhì)和全氮含量隨著容重增加而減少,說明兩者與容重呈反比關(guān)系,這與祁凱斌等[32]研究結(jié)果一致。有機(jī)質(zhì)下降趨勢較大,含量變化較快；全氮下降趨勢較小,總體變化平緩；全鉀含量先增加后降低,變化幅度和全氮類似。研究顯示,容重與土壤貯水能力、結(jié)構(gòu)和松緊度密切相關(guān),容重越大,表示土壤緊實(shí)度越高,透氣透水性較差；反之,容重越小,土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)相對較多,表示土壤疏松多孔,質(zhì)地較好,提高了水分入滲效率,有利于植物細(xì)根的穿插和發(fā)育,進(jìn)一步提高了土壤有機(jī)質(zhì)回歸能力[33]。

圖5 不同土壤容重下的肥力指標(biāo)特征

3.5 不同植被類型土壤肥力指標(biāo)差異性

土壤肥力很大程度上也受到植物體養(yǎng)分的影響,最直接影響因素是通過凋落物歸還土壤的形式實(shí)現(xiàn)的。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)千頃塘自然保護(hù)區(qū)內(nèi)共有落葉闊葉林、針闊葉混交林、針葉林、竹林這4種林地類型,高海拔處分布著較大面積的草甸,以及部分人為開墾的農(nóng)田。對千頃塘不同植被類型下土壤肥力指標(biāo)含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖6)可知,不同林分間有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷的差異性顯著,以有機(jī)質(zhì)為例,有機(jī)質(zhì)含量均值依次為針葉林(99.56 g/kg)>針闊葉混交林(77.00 g/kg)>草甸(75.17 g/kg)>落葉闊葉林(61.77 g/kg)>農(nóng)田(45.97 g/kg)>竹林(40.45 g/kg),其中針葉林中土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他林分土壤,原因在于,相比于其他林分類型,針葉林普遍分布在高海拔區(qū)域,對于有機(jī)質(zhì)而言,隨著海拔高度增加,氣溫和蒸發(fā)量下降,濕度變大,成土過程中的生物化學(xué)作用減弱,有機(jī)質(zhì)易于積累,而分布在山頂區(qū)域的草甸養(yǎng)分含量偏低的主要原因在于植被分布較為單一,其枯落物歸還量較小,這與謝紅花等[34]對云南烏蒙山、薛麗佳等[35]對武夷山的有機(jī)質(zhì)含量研究結(jié)果一致。與中亞熱帶其他地區(qū)的土壤林分肥力指標(biāo)相比,千頃塘的土壤肥力指標(biāo)處于較高水平,如黃繼育等[36]報(bào)道了浙江省安吉縣毛竹林土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為36.33 g/kg；Zeng等[37]對中亞熱帶典型常綠闊葉林的土壤營養(yǎng)狀況進(jìn)行了研究,其中常綠闊葉林中土壤有機(jī)碳含量為41.96 g/kg。可見原生性較好的森林土壤的保肥效果較好,同時(shí)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)結(jié)構(gòu)功能也發(fā)揮了一定優(yōu)勢。對于全氮、全磷、全鉀元素含量的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),全氮在農(nóng)田土壤中的含量最高,顯著高于落葉闊葉林和竹林土壤；全磷在農(nóng)田中的含量也顯著高于其他利用類型的土壤；全鉀含量在各類土壤中雖然不存在顯著差異性,但在農(nóng)田土壤中也處于較高水平,由此推斷千頃塘保護(hù)區(qū)內(nèi)開墾的農(nóng)田存在一定的施肥耕作措施,有一定的人為擾動(dòng)跡象。

圖6 不同植被類型下土壤肥力指標(biāo)特征

3.6 土壤肥力指標(biāo)與環(huán)境因子的回歸分析

采用回歸分析方法定量表達(dá)海拔、容重以及植被類型對千頃塘土壤肥力指標(biāo)的影響程度(表5),由于環(huán)境因子對pH的影響均不顯著,因此回歸分析中不納入該指標(biāo)。本文對定性分類變量采用啞變量[38]進(jìn)行賦值后采用逐步線性回歸進(jìn)行分析,為重點(diǎn)反映林分類型對土壤屬性的影響,啞變量賦值時(shí)以農(nóng)田為參考類別,分析結(jié)果根據(jù)德賓-沃森(D-W)值檢驗(yàn)自變量的自相關(guān)性。

表5 不同因素對土壤肥力指標(biāo)的回歸分析結(jié)果

分析結(jié)果中德賓-沃森(D-W)值均接近2,表示自變量基本不存在的一階自相關(guān)性[39]。海拔、容重和林分類型對有機(jī)質(zhì)的影響均達(dá)到極顯著水平,與有機(jī)質(zhì)在空間上變程較大,其空間異質(zhì)性受環(huán)境因素影響強(qiáng)烈的研究結(jié)果相一致。三者對有機(jī)質(zhì)的空間變異的獨(dú)立解釋能力分別為21.3%、51.5%、17.0%,表明容重是該地區(qū)影響有機(jī)質(zhì)空間變異性的最主要因素,林分類型的逐步回歸分析結(jié)果中入選因子為針葉林,說明針葉林對有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)率最大。全磷的變異僅與林分類型的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05), 獨(dú)立解釋能力為18.6%,這是由于土壤中的磷大部分來源于基巖的風(fēng)化,而表層土壤磷直接來源于凋落物中的磷,并通過植物的表聚作用在表層土壤積累[40]。容重對全氮、全鉀的獨(dú)立解釋能力分別為23.6%,17.9%,均略高于其他因素的影響,說明容重對這兩種元素的影響較大,但是其解釋度并不高,可見研究區(qū)土壤肥力指標(biāo)還受到其他因素的影響。周曉陽等[41]研究顯示土壤養(yǎng)分的空間變異與土壤類型相關(guān),且分類級(jí)別越低,反應(yīng)能力越大；曹詳會(huì)等[42]對土壤中微生物的活性、氮磷鉀等養(yǎng)分元素的淋溶遷移以及植物本身的生產(chǎn)力進(jìn)行研究,從而發(fā)現(xiàn)氣候因素影響土壤中養(yǎng)分分解與輸送的途徑；呂圣橋等[43]發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳空間分布特征與土壤黏粒含量呈正相關(guān)。人類活動(dòng)對土壤肥力的影響日漸增加,葉晶等[44]研究發(fā)現(xiàn)人為的土地整理措施會(huì)降低土壤有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。值得注意的是,千傾塘保護(hù)區(qū)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)越來越多的農(nóng)田開墾現(xiàn)象,長此以往,會(huì)破壞自然保護(hù)區(qū)內(nèi)原生生態(tài)結(jié)構(gòu),對林區(qū)土壤肥力失衡勢必造成一定的影響,嚴(yán)重的或?qū)⑽：Φ揭吧A南梅花鹿的生境。此外,大型動(dòng)物對草地的采食和踐踏也直接影響著土壤理化特性[45],在今后的分析中,可以補(bǔ)充考慮這一因素,建立更加科學(xué)、完善的指標(biāo)體系。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)內(nèi)pH、有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮、全鉀含量平均值分別為5.12、72.44、0.45、1.91、23.16 g/kg,均屬于中等程度變異。半方差分析結(jié)果顯示pH、全磷和全鉀表現(xiàn)為強(qiáng)烈空間自相關(guān),有機(jī)質(zhì)和全氮表現(xiàn)為中等空間自相關(guān),說明土壤肥力指標(biāo)主要受結(jié)構(gòu)性因素影響。有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮的空間自相關(guān)性達(dá)到顯著性水平,Moran′sI分別為0.21、0.19、0.29,在空間上呈聚集分布。

(2)Kriging插值結(jié)果顯示多種指標(biāo)在空間上呈現(xiàn)“兩頭高,中間低”的分布特點(diǎn),高低值分布較為集中,斑塊較大,分布較為連貫,與千頃塘地勢特點(diǎn)存在一定的相似性。

(3)有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮、全鉀與環(huán)境因子海拔、容重和林分類型的相關(guān)性達(dá)到顯著水平,回歸分析顯示容重相對于其他因素對有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀的解釋度最高,是影響這幾種指標(biāo)空間變異的主控因素,但研究因子總體解釋度較低說明肥力指標(biāo)的空間變異還受其他因素影響,在今后研究中要充分考慮。