錢信禹，邊小衛(wèi)，張亞峰，王穎維，楊運(yùn)軍，游 軍

(1.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068；2.陜西省地質(zhì)科技中心，陜西 西安 710054)

0 引 言

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體部分之一，是連接大氣圈、土壤圈、生物圈、水圈的重要紐帶[1]，在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境、維持生物多樣性和控制全球碳氮循環(huán)中起到關(guān)鍵作用。植被群落組成和覆蓋率的變化對(duì)全球氣候變化有重要的響應(yīng)、適應(yīng)和反饋?zhàn)饔?，是生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的前沿方向和熱點(diǎn)問(wèn)題[2-3]。在對(duì)植被的群落組成和覆蓋率有重要影響的因素中，受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的主要為氣候條件、地形地貌、土壤類型、生物作用以及人類活動(dòng)[4]。隨著多學(xué)科交叉融合向縱深發(fā)展，地質(zhì)建造及其相關(guān)作用對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響也日漸引起學(xué)者們的重視，但研究熱點(diǎn)主要集中在基巖風(fēng)化成土過(guò)程中元素在風(fēng)化物和土壤中遷移的過(guò)程及機(jī)理[5-7]。地質(zhì)建造是在一定的構(gòu)造條件下產(chǎn)生的具有一定成因聯(lián)系的一套巖石共生組合，是形成現(xiàn)今生態(tài)環(huán)境特征的物質(zhì)基礎(chǔ)[8-9]。地質(zhì)建造基巖物質(zhì)通過(guò)風(fēng)化和成土作用形成土壤[10]，由于基巖礦物組成、理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)-構(gòu)造不同，不僅直接導(dǎo)致土壤的質(zhì)地、物質(zhì)成分和理化性質(zhì)差異，也影響著成土速率和方向[11-12]。在其他條件相同的條件下，不同的地質(zhì)建造會(huì)形成不同的土壤，進(jìn)而孕育出不同的生物群落和生態(tài)景觀格局，特別是對(duì)植被覆蓋率影響顯著[13-16]。因此，以地質(zhì)建造單元?jiǎng)澐譃橐罁?jù)，研究不同建造對(duì)土壤性質(zhì)和植被生態(tài)格局的環(huán)境效應(yīng)具有重要意義，可為生態(tài)保護(hù)修復(fù)和國(guó)土空間管控提供地學(xué)依據(jù)。

本文基于陜西丹江源地區(qū)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工作，以南秦河流域出露的地質(zhì)建造為研究對(duì)象，結(jié)合遙感影像獲取的不同建造地表植被覆蓋情況以及不同建造上的巖石、土壤、植被的地球化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比研究，分析不同地質(zhì)建造發(fā)育的土壤中元素分布的差異性、相似性以及元素在巖石、土壤、植被之間的繼承性和遷移性規(guī)律，探討地質(zhì)建造對(duì)土壤性質(zhì)和植被覆蓋的影響和控制作用。

1 研究區(qū)概況

丹江流域是南水北調(diào)中線工程重要水源涵養(yǎng)區(qū)，發(fā)育于秦嶺南坡陜西省商洛市內(nèi)的鳳凰山[17]。研究區(qū)位于南秦河流域，是丹江一級(jí)支流，發(fā)育于商州西部雞冠嶺，向東流至劉灣鄉(xiāng)匯入丹江。區(qū)內(nèi)海拔699～1684 m，主要包括中山區(qū)、低山丘陵區(qū)和河谷川塬區(qū)三種地貌單元((圖1(a))。該區(qū)氣候類型屬于暖溫帶南緣的大陸性濕潤(rùn)氣候，熱量充足，雨量充沛，空氣濕潤(rùn)，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，但雨季分配不勻，秋季多雨，春冬干旱，夏季暴雨頻繁。多年平均降水量699.44 mm，年均氣溫12.8 ℃，受地形地貌影響，降水和氣溫垂直差異明顯，山區(qū)年均降雨量798.8 mm，年均氣溫10～11 ℃，河谷川塬區(qū)年均降雨量在730 mm以下，年均氣溫在13 ℃以上[18]。

圖1 研究區(qū)地理位置圖(a)、地質(zhì)建造和土壤類型分布圖(b)、生態(tài)地質(zhì)剖面及各建造上林型和覆蓋率示意圖(c)Fig.1 Geographic location map of this study area (a)，distribution of geological formations and soil types (b)，ecological geological profile and diagrams of forest type and coverage of each geological formation (c)

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北陸塊南緣，經(jīng)歷了復(fù)雜而漫長(zhǎng)的構(gòu)造演化歷史(圖1(a))[19-20]。出露地層主要包括秦嶺巖群郭莊巖組(Pt1g)、丹鳳巖群(Pz1D)、山陽(yáng)組(K2E1s)和第四系沖洪積物(Q)。郭莊巖組主要巖性為混合巖化黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、夾 淺粒巖、變粒巖和斜長(zhǎng)角閃巖等，原巖主要為陸源碎屑巖。丹鳳巖群以鈉長(zhǎng)石英片巖為主，局部夾枕狀玄武巖層。山陽(yáng)組為一套紫紅色、棕紅色砂質(zhì)泥巖與礫巖、砂礫巖等互層為特征的碎屑巖組合。侵入巖體為新元古代二長(zhǎng)花崗巖(Pt3ηγ)、早古生代垃圾廟輝長(zhǎng)巖(S4D1ν)、奧陶紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖(O3ηγ)以及三疊紀(jì)沙河灣環(huán)斑花崗巖(T3δΟ)?；谏鲜鑫镔|(zhì)組成，將研究區(qū)地質(zhì)體劃分為第四系松散沉積物建造、白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造、三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代酸性巖漿巖建造、古生代基性火山巖建造、古生代基性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造和前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造(圖1(b))。

研究區(qū)的土壤類型主要包括黃棕壤、紫色土、褐土、潮土、粗骨土和新積土(圖1(b))[21-22]。黃棕壤是區(qū)內(nèi)最主要的地帶性土壤，主要分布在海拔1000～1300 m的山區(qū)，發(fā)育在三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性火山巖建造、古生代基性巖漿巖建造和前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造之上，土壤層薄，土體結(jié)構(gòu)差，砂質(zhì)含量高，土壤通氣透水，但保水能力差；紫色土主要分布在白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造之上，由山陽(yáng)組的紫-紫紅色砂泥頁(yè)巖風(fēng)化形成，易風(fēng)化，土層淺薄，水土流失易發(fā)；褐土主要在川塬地貌的河流階地上分布，土壤層厚，保水能力強(qiáng)，是區(qū)內(nèi)主要的耕作區(qū)；粗骨土主要分布在山丘邊緣地區(qū)，發(fā)育在古生代酸性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造之上，質(zhì)地礫質(zhì)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)性差，根系少，疏松多孔；新積土主要由河谷低處洪積物和堆積物發(fā)育而成，母巖成分復(fù)雜。

研究區(qū)植物多樣性豐富，以暖溫帶植被類型為主，主要有油松、馬尾松、華山松、白皮松、側(cè)柏、栓皮櫟、槲櫟、刺槐、胡桃、臭椿、板栗，林下灌木主要為毛黃櫨、繡線菊、荊條、衛(wèi)矛、酸棗、鹽膚木、黃檀等，山坡草本主要為禾木科、菊科、豆科、十字花科、薔薇花科植物等。林型主要表現(xiàn)在垂向差異，1200 m以上的中山區(qū)為針闊混交林，1200～1400 m以闊葉林為主，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種栓皮櫟，1400 m以上為針葉林為主，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種油松；900～1200 m的淺山丘陵區(qū)主要為闊葉林，優(yōu)勢(shì)樹(shù)種為栓皮櫟；900 m以下的川塬區(qū)主要為經(jīng)濟(jì)林，主要為胡桃、板栗、柿樹(shù)、山楊等[23]。

2 方法與測(cè)試

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文使用的DEM數(shù)據(jù)(數(shù)字高程模型)下載自地理空間數(shù)據(jù)云官網(wǎng)，產(chǎn)品為空間分辨率為90 m的SRTM DEM 數(shù)據(jù)。2009年、2018年土地利用類型矢量數(shù)據(jù)(Shapefile文件)，來(lái)源于商洛市自然資源局，為分辨率為10 m的SPOT-5多光譜影像數(shù)據(jù)處理而成(圖2)。地質(zhì)建造圖在1:5萬(wàn)商縣幅區(qū)域地質(zhì)圖(I49E013008)(MPJ文件)基礎(chǔ)上，首先應(yīng)用Section2021將MPJ文件轉(zhuǎn)換為Shp格式，再結(jié)合野外調(diào)查根據(jù)不同地質(zhì)體巖性組合特征編繪而成(圖1(b))。不同地質(zhì)建造上植被覆蓋率應(yīng)用ArcGIS疊加分析模塊計(jì)算獲得。

圖2 研究區(qū)2009和2018年土地利用類型分布Fig.2 Distribution of land use and land cover in the study area in 2009 and 2018(a)2009年土地利用類型；(b)2018年土地利用類型

2.2 野外調(diào)查

按照生態(tài)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求，結(jié)合地質(zhì)路線和地質(zhì)剖面調(diào)查的方法，在不同地質(zhì)建造單元內(nèi)觀察記錄高程、地形，基巖的巖性特征、接觸關(guān)系和產(chǎn)狀，土壤的類型、厚度和結(jié)構(gòu)，植被的林型、覆蓋度、樹(shù)木的高度和胸徑等信息。同時(shí)選擇巖性均一、產(chǎn)狀穩(wěn)定和壁面平整，并且能代表該套建造平均節(jié)理發(fā)育程度的露頭，選取2 m×2 m的樣方進(jìn)行節(jié)理密度統(tǒng)計(jì)，主要統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)節(jié)理的產(chǎn)狀、長(zhǎng)度，并記錄節(jié)理貫通性和張開(kāi)度情況。

2.3 樣品采集與測(cè)試

為研究營(yíng)養(yǎng)元素在基巖-土壤-植被之間的繼承關(guān)系和遷移特征，依據(jù)不同的地質(zhì)建造劃分采樣單元，遵循基巖(成土母質(zhì))-土壤-植被垂直空間采樣原則，在各采樣單元內(nèi)選擇具有代表性的坡面土壤剖面，在每個(gè)采樣點(diǎn)10～20 m范圍內(nèi)混合3～5處表層土(0～20 cm)為1件樣品，樣品重量 >2 kg，并采集對(duì)應(yīng)的油松和栓皮櫟優(yōu)勢(shì)種植物樣品，采集部位為葉片，樣品重量 >1 kg。按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)要求，樣品采集于植被發(fā)育盛期的無(wú)風(fēng)晴天，植物樣品避開(kāi)病蟲害等特殊情況的植株，土壤樣品采集過(guò)程避免使用金屬工具，所有樣品使用聚乙烯塑料袋，扎緊袋口，避免水分流失和污染。基巖樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)主要引用本區(qū)已公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)沒(méi)有公開(kāi)資料的地質(zhì)建造補(bǔ)充采集基巖樣品。土壤元素相關(guān)性分析在SPSS 19.0軟件中完成。

樣品在自然資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心測(cè)試完成，基巖樣品測(cè)試采用分光光度法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法，分析儀器主要為分光光度計(jì)(TU-1810PC)、原子吸收分光光度計(jì)(TU-1810PC)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(X Series Ⅱ)；植物和土壤樣品的P、K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn的測(cè)試采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，分析儀器為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(iCAP7400)，Cu和Mo的測(cè)試采用電感耦合等離子體質(zhì)樸法，分析儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(X Series Ⅱ)，B的測(cè)試采用交流電弧-發(fā)射光譜法，分析儀器為發(fā)射光譜儀(WP1)。

3 分析結(jié)果

3.1 不同地質(zhì)建造單元的林地覆蓋率

研究區(qū)土地面積約116.43 km2，2009年林地面積75.7 km2，林地覆蓋率65.01%；2018年林地面積75.66 km2，森林覆蓋率為64.98%(圖2)。

古生代基性火山巖建造，主要分布在研究區(qū)東南部海拔1200 m以上的中山區(qū)；該套建造節(jié)理十分發(fā)育，優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀為375°∠85°，節(jié)理間距20～30 cm，節(jié)理密度4.66 m/m2；2018年森林覆蓋率為89.68%(圖1(c))，林型為以栓皮櫟為主的針闊混交林，油松等針葉喬木占比約10%，樹(shù)高5～8 m，胸徑10～12 cm，根系沿節(jié)理生長(zhǎng)達(dá)2 m(圖3(a))。三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造，主要分布在研究區(qū)南部海拔1000～1300 m的低山丘陵區(qū)，巖石具花崗結(jié)構(gòu)、環(huán)斑結(jié)構(gòu)，風(fēng)化嚴(yán)重，礦物顆粒多呈“麥飯?！薄Ｔ撎捉ㄔ旃?jié)理較發(fā)育，兩組優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀為30°∠85°、135°∠30°，前者間距1～1.5 m，張開(kāi)度>5 mm，后者間距0.3～0.5 m，節(jié)理密度4.79 m/m2；2018年森林覆蓋率為80.94%(圖1(c))，林型為以栓皮櫟為主的針闊混交林，油松占比約15%～20%，樹(shù)高3～8 m，胸徑6～12 cm，局部根系沿節(jié)理生長(zhǎng)1.5 m(圖3(b))。古生代基性巖漿巖建造，位于研究區(qū)南部900～1200 m的低山丘陵區(qū)，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，風(fēng)化較弱，節(jié)理發(fā)育，優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀330°∠41°、320°∠87°，間距30～50 cm，節(jié)理密度4.62 m/m2；2018年林地覆蓋率82.83%(圖1(c))，林型為以栓皮櫟為主的針闊混交林，油松占比約10%，樹(shù)高4～6 m，胸徑5～10 cm(圖3(c))。前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造，位于研究區(qū)中南部900～1200 m的低山丘陵區(qū)，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀66°∠56°、116°∠19°，間距20～40 cm，節(jié)理密度4.15 m/m2；2018年林地覆蓋率為86.93%(圖1(c))，林型為以栓皮櫟為主的針闊混交林，局部坡面毛黃櫨等灌木較發(fā)育，占比達(dá)20%～30%(圖3(d))。古生代酸性巖漿巖建造，主要位于研究區(qū)中部河谷川塬區(qū)，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化嚴(yán)重，優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀219°∠12°，間距20～30 cm，節(jié)理密度3.22 m/m2；2018年林地覆蓋率為65.85%(圖1(c))，林型主要為低矮灌木，少量油松分布在坡頂(圖3(e)和(f))。前寒武紀(jì)碎屑巖建造，主要位于研究區(qū)中部河谷川塬區(qū)，地層優(yōu)勢(shì)節(jié)理產(chǎn)狀20°∠25°，間距50～10 cm，節(jié)理密度3.73 m/m2；2018年林地覆蓋率為76.45%(圖1(c))，林型主要為低矮灌木(圖3(g))。白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造，位于研究區(qū)北部河谷川塬區(qū)，地層優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀16°∠(10°～30°)，節(jié)理發(fā)育差，節(jié)理密度0.75 m/m2；2018年林地覆蓋率28.44%(圖1(c))，林型為以荊條、繡線菊為主的低矮灌木林(圖3(h))。

圖3 不同地質(zhì)建造的植被覆蓋情況與基巖節(jié)理特征 Fig.3 Vegetation cover and bedrock joint characteristics in the different geological formations(a)古生代基性火山巖建造；(b)三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造；(c)古生代基性巖漿巖建造；(d)前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造；(e)(f)古生代酸性巖漿巖建造；(g)前寒武紀(jì)碎屑巖建造；(h)白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造

3.2 不同地質(zhì)建造單元的土壤養(yǎng)分含量

植物所需的營(yíng)養(yǎng)元素有17種，其中C、H、O主要從空氣和水中獲得，占植物質(zhì)量的90%以上，一般不會(huì)缺乏。其余14種元素都來(lái)自土壤，按照植物生長(zhǎng)所需要的數(shù)量可分為大量元素和微量元素，大量元素包括N、P、S、K、Ca和Mg，微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl和Ni。微量元素在土壤和植物體中含量雖然很少，但是對(duì)植物的健康生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用，缺乏會(huì)導(dǎo)致植株矮小，低產(chǎn)、早衰，過(guò)量也會(huì)導(dǎo)致植物中毒現(xiàn)象[24]。在自然條件下，土壤微量元素主要受地質(zhì)背景控制。

土壤樣品的養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。養(yǎng)分指標(biāo)選取大量元素N、P、K、Ca和Mg，微量元素B、Mn、Cu、Zn、Mo和Fe，依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》劃分為缺乏、較缺乏、中等、較豐富和豐富5個(gè)等級(jí)。

表1 不同地質(zhì)建造上土壤養(yǎng)分元素含量Table 1 Soil nutrient element contents in the different geological formations

古生代基性火山巖建造：巖性為鈉長(zhǎng)石英片巖，土壤類型為黃棕壤，pH=7.4～7.6，中-弱堿性。N缺乏，P中等，K較豐富、Ca、Mg豐富，微量元素Cu缺乏，B、Zn較缺乏，F(xiàn)e中等，Mn、Mo較豐富(表1和圖4)。

圖4 不同地質(zhì)建造土壤、油松和栓皮櫟中微量元素含量分布Fig.4 Distribution of trace elements in soils，Pinustabulaeformis and Quercusvariabilis in the different geological formations

三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造：巖性為環(huán)斑花崗巖，風(fēng)化嚴(yán)重，土壤類型為黃棕壤，pH=5.9～6.3，呈酸性。N缺乏，P較豐富，Ca、Mg中等，K豐富，微量元素Cu較缺乏，Zn中等，F(xiàn)e、B、Mn較豐富，Mo豐富(表1和圖4)。

古生代基性巖漿巖建造：巖性為輝長(zhǎng)巖，土壤類型為黃棕壤，pH=7.1～7.4，中性-弱堿性。N極度缺乏，P、Ca較豐富，K中等，Mg豐富，微量元素B較缺乏，Mn、Zn較豐富，F(xiàn)e、Cu、Mo豐富(表1和圖4)。

前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造：巖性為二長(zhǎng)花崗巖，土壤類型為黃棕壤，pH=6～6.1，呈酸性。N缺乏，K較豐富，P、Ca、Mg中等，微量元素B極度缺乏，F(xiàn)e、Cu較缺乏，Mo中等，Zn較豐富，Mn豐富(表1和圖4)。

古生代酸性巖漿巖建造：巖性為黑云斜長(zhǎng)花崗片麻巖，土壤類型為粗骨土，pH=6.9～7.1，呈中性。N缺乏，P、K較缺乏，Mg中等，Ca豐富，微量元素B、Mo較缺乏，F(xiàn)e、Mn、Zn較豐富，Cu豐富(表1和圖4)。

前寒武紀(jì)碎屑巖建造：巖性為郭莊巖組暗灰色條帶狀斜長(zhǎng)角閃巖和角閃斜長(zhǎng)片麻巖，土壤類型為粗骨土，pH=6.8～7.1，呈中性。N缺乏，P、K、Ca、Mg中等，微量元素Cu、Mn、Zn豐富，F(xiàn)e較豐富，B、Mo缺乏(表1和圖4)。

白堊紀(jì)—古近紀(jì)陸相碎屑巖建造：巖性為山陽(yáng)組紫紅色砂巖、含礫砂巖、灰色泥頁(yè)巖夾互的沉積組合，土壤中砂礫含量較高，土壤類型為紫色土，pH=6.5～6.7，呈中性。N、P、Mg較缺乏，K、Ca中等，微量元素B、Mn、Cu、Zn、Mo均較豐富，F(xiàn)e中等(表1和圖4)。

4 討 論

4.1 地質(zhì)建造對(duì)土壤地球化學(xué)性質(zhì)的控制作用

地質(zhì)建造是地表環(huán)境的固體基底，是物質(zhì)養(yǎng)分的本源，深刻影響著土壤的質(zhì)地和地球化學(xué)性質(zhì)[25]。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)建造的母巖性質(zhì)對(duì)土壤的pH有明顯的控制作用，酸性巖漿巖建造上的土壤pH多呈酸性，特別是三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造，風(fēng)化層厚，粗粒較多，淋溶作用大，Ca、Mg等元素嚴(yán)重淋失(表1)，導(dǎo)致土壤酸性增強(qiáng)，古生代酸性巖漿巖建造可能是在淋濾過(guò)程中部分Ca游離出來(lái)形成CaCO3，導(dǎo)致pH呈中性，與土壤中Ca含量高的特征一致(表1)；基性火山巖和基性巖漿巖建造的土壤均呈中性-弱堿性，碎屑巖建造發(fā)育的土壤均呈中性。

本文對(duì)不同建造基巖和對(duì)應(yīng)土壤的營(yíng)養(yǎng)元素含量進(jìn)行對(duì)比研究，其中，土壤和前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造的基巖樣品元素含量為本文實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，古生代基性巖漿巖建造(n=7)、三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造(n=17)、古生代酸性巖漿巖建造(n=3)，古生代基性火山巖建造(n=12)，前寒武紀(jì)碎屑巖建造(n=4)的基巖數(shù)據(jù)收集自文獻(xiàn)[26-30]。不同建造上土壤-基巖營(yíng)養(yǎng)元素相關(guān)性分析(表2)及關(guān)系圖解(圖5)結(jié)果顯示，土壤中的P、Mg元素與地質(zhì)建造具有明顯相關(guān)性，F(xiàn)e、K具有中等相關(guān)性，Mn具有弱相關(guān)性。說(shuō)明經(jīng)過(guò)風(fēng)化成土作用，土壤主要氧化物含量總體繼承了基巖的含量特征，地質(zhì)建造類型是土壤元素豐缺的重要決定因素，但由于不同元素的化學(xué)性質(zhì)存在差異，在遷移過(guò)程中表現(xiàn)出不同程度的富集和流失，如三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造中的Ca元素含量低可能是由于土壤砂質(zhì)含量高，淋溶作用較強(qiáng)導(dǎo)致的。此外，營(yíng)養(yǎng)元素在土壤和植被之間的分布也存在著一定相關(guān)性，土壤中含量處于中等以上水平的營(yíng)養(yǎng)元素，在對(duì)應(yīng)的植被中含量也較高(圖4)，整體的相關(guān)性沒(méi)有在基巖和土壤中表現(xiàn)的明顯，原因是植物對(duì)元素的吸收不僅受控于植物自身的性質(zhì)，還與土壤的理化性質(zhì)、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、微量元素之間的相互作用密不可分[31-33]。按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同建造上發(fā)育的土壤的養(yǎng)分指標(biāo)的優(yōu)質(zhì)程度由高到低依次為：古生代基性巖漿巖建造、三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造、白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造、前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性火山巖建造、古生代酸性巖漿巖建造。

表2 土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量與基巖元素含量的相關(guān)性Table 2 Correlation between soil nutrient element content and bedrock element content

4.2 地質(zhì)建造對(duì)植被覆蓋率的控制作用

研究區(qū)整體的林草覆蓋率在2009—2018年10年間保持穩(wěn)定，下降0.06%。但不同地質(zhì)建造上植被覆蓋率變化表現(xiàn)出比較明顯的差異。在河谷川塬區(qū)，第四系松散沉積物建造和白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造上的林地面積分別增加了0.09 hm2和6.18 hm2，主要來(lái)源于大于25°的坡耕地退耕還林；研究區(qū)南部的古生代基性火山巖建造和三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造主要位于中山區(qū)，林地面積基本保持穩(wěn)定，植被長(zhǎng)勢(shì)良好；研究區(qū)中部的前寒武紀(jì)碎屑巖建造和古生代酸性巖漿巖建造，林地面積略有減少，分別減少了0.38 hm2和0.68 hm2，前寒武紀(jì)碎屑巖建造上的裸地面積基本保持不變，減少的林地主要用于建設(shè)用地，古生代酸性巖漿巖建造主要分布在低山丘陵區(qū)和河谷川塬區(qū)的過(guò)渡帶，裸地面積增加0.32 hm2；古生代基性巖漿巖建造和前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造上林地面積分別減少了4.93 hm2和4.06 hm2，其中前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造主要位于低山丘陵區(qū)，地貌相對(duì)開(kāi)闊，居民區(qū)聚集分布，人類活動(dòng)因素影響致使林地面積減少，建設(shè)用地面積比2009年增加6.49 hm2，裸地面積基本保持不變。古生代基性巖漿巖建造主要位于中山-低山丘陵過(guò)渡帶，建設(shè)用地增加4.84 hm2，裸地面積增加0.64 hm2。通過(guò)Arcgis分析模塊計(jì)算不同建造土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，發(fā)現(xiàn)古生代酸性巖漿巖建造和古生代基性巖漿巖建造的林地除了一部分由于人為改建成建設(shè)用地外，自然因素可能導(dǎo)致分別有0.27 hm2和0.46 hm2的土地形成裸地，兩套建造主要分布在地貌類型過(guò)渡帶，坡度較大，野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)多處小面積滑坡。

以上分析表明植被的覆蓋率一定程度上受地形地貌和人類活動(dòng)等因素的影響，研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地和農(nóng)耕地主要分布在坡度小于25°的區(qū)域，人類活動(dòng)比較密集，900 m和1200 m是低山丘陵地貌和中山區(qū)、河谷川塬區(qū)的過(guò)渡地帶，往往坡度較陡，水土流失情況嚴(yán)重，1200 m以上和900 m以下區(qū)域的降水條件差異顯著，為了最大限度的排除這些因素的影響，本文選擇海拔高度在900～1200 m之間，坡度在25°以上的區(qū)域分析不同地質(zhì)地質(zhì)建造對(duì)植被覆蓋率的影響。結(jié)果顯示在其他條件相似的情況下林地植被覆蓋率由高到低依次為：古生代基性火山巖建造、三疊紀(jì)中酸性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造、古生代酸性巖漿巖建造、白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造(表3)。

表3 海拔900～1200 m、坡度大于25°的坡面林地植被覆蓋率與建造節(jié)理密度Table 3 Joint density and vegetation coverage rate of slope forest land with altitudes of 900-1，200 m and slope above 25°

研究區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種油松和栓皮櫟具有相似的生活習(xí)性，如喜光，耐貧瘠，深根性，在排水良好的酸性、中性或鈣質(zhì)黃土中均可良好生長(zhǎng)。所以土壤養(yǎng)分含量的優(yōu)劣與植被覆蓋情況沒(méi)有明顯的相關(guān)性，說(shuō)明養(yǎng)分含量不是影響植被覆蓋率的最主要原因。但缺乏必要的營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)影響某些樹(shù)種的生長(zhǎng)狀況，如前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造和古生代酸性巖漿巖建造上的土壤極度缺乏B和N元素，可能是導(dǎo)致這兩套建造上樹(shù)木胸徑相對(duì)較小，且栓皮櫟等闊葉喬木在9月份出現(xiàn)枝葉枯萎現(xiàn)象的原因。

不同地質(zhì)建造不僅在巖石的成分、結(jié)構(gòu)上有所差異，往往因形成于不同時(shí)代，經(jīng)歷不同期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，具有不同的地層產(chǎn)狀和裂隙特征，導(dǎo)致抗風(fēng)化強(qiáng)度和近地表水文地質(zhì)特征存在較大差異。林區(qū)土壤層較薄，一般不超過(guò)30 cm，但母巖建造中發(fā)育節(jié)理構(gòu)造通過(guò)基巖裂隙水儲(chǔ)存、運(yùn)移為植物生長(zhǎng)所需的水分和營(yíng)養(yǎng)運(yùn)移提供通道，也為植物根系提供生長(zhǎng)空間[31]。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)的基巖裂隙對(duì)植被群落和覆蓋率有明顯的控制作用，古生代基性火山巖建造、三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性巖漿巖建造，前寒武紀(jì)酸性巖建造上節(jié)理密度>4 m/m2(表3)，產(chǎn)狀近垂直，張開(kāi)度較大，砂泥質(zhì)充填，深根性植物根系可穿過(guò)土壤層沿裂隙生長(zhǎng)，獲取深層的水分和營(yíng)養(yǎng)，因此植被以栓皮櫟和油松等喬木為主，僅坡底發(fā)育少量的灌木樹(shù)種(圖3(a)—(c))。古生代酸性巖建造和前寒武紀(jì)碎屑巖建造上節(jié)理密度3～4 m/m2，產(chǎn)狀較平緩，非貫通性為主，有利于輻射根系的灌木生長(zhǎng)(圖3(d)—(g))，因此這些建造上坡頂發(fā)育少量的油松和栓皮櫟等高大喬木外，坡面上毛黃櫨等灌木占比可達(dá)20%～25%。白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造易風(fēng)化侵蝕，土壤層薄，節(jié)理密度<1 m/m2(圖3(h))，深根植物在該套建造上生長(zhǎng)條件差，故主要以輻射狀、須狀根系發(fā)達(dá)的荊條等灌叢和草本植物為主。

綜上所述，地質(zhì)建造對(duì)土壤的地球化學(xué)性質(zhì)具有明顯的控制作用，決定了土壤元素的豐缺，并為植被生長(zhǎng)提供必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而地質(zhì)建造中的節(jié)理裂隙為植被根系提供生長(zhǎng)空間，并通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水文過(guò)程為植物生長(zhǎng)提供水分和養(yǎng)分，所以節(jié)理裂隙的發(fā)育程度與林地覆蓋率表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。

5 結(jié) 論

(1)地質(zhì)建造對(duì)土壤理化性質(zhì)具有明顯的控制作用，營(yíng)養(yǎng)元素在基巖-土壤-植被間的遷移具有繼承性。研究區(qū)內(nèi)不同建造上土壤養(yǎng)分含量從高到低依次為：古生代基性巖漿巖建造、三疊紀(jì)酸性巖漿巖建造、白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造、前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性火山巖建造、古生代酸性巖漿巖建造。

(2)在地形地貌、氣候等其他條件相似的情況下，排除人類活動(dòng)的影響，研究區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)建造上森林植被覆蓋率由高到低依次為：古生代基性火山巖建造、三疊紀(jì)中酸性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)酸性巖漿巖建造、古生代基性巖漿巖建造、前寒武紀(jì)碎屑巖建造、古生代酸性巖漿巖建造、白堊紀(jì)—古近紀(jì)碎屑巖建造。其中，地質(zhì)建造的節(jié)理產(chǎn)狀、發(fā)育程度是林型和植被覆蓋率的重要影響因素。