祁连山青海云杉林土壤代换性钾、钙、镁含量及其分布规律研究

孟伟，张文强，李莎

(新疆阿克苏地区阿瓦提县胡杨林管理站，新疆 阿克苏 843200)

祁连山青海云杉林土壤代换性钾、钙、镁含量及其分布规律研究

孟伟，张文强，李莎

(新疆阿克苏地区阿瓦提县胡杨林管理站，新疆 阿克苏 843200)

以祁连山大野口流域100 m×100 m青海云杉林样地为试验地，采用野外土壤剖面分层取样法测定和分析了青海云杉林地土壤代换性钾、钙、镁含量及其在剖面上的变化规律。结果表明：试验地青海云杉林土层(0～10 cm)代换性钾、钙、镁含量平均值分别为190.6、166.9和55.8 mgkg-1；土壤代换性钾和钙在土壤剖面中具有向土壤表层富集的趋势，而土壤代换性镁在土壤剖面中具有向土壤下层移动富集的趋势；土壤代换性钾、钙与土壤有机质相关性呈极显著正相关(P<0.01)，土壤代换性镁与土壤有机质相关性不显著(P>0.05)。

青海云杉林；土壤剖面；代换性钾、钙、镁含量；祁连山

土壤是森林生态系统进行物质循环和能量流动的重要载体[1]，尤其生长在高海拔地区的山地森林，土壤中含有大量的砾石，加上土层较薄，土壤养分的供应对森林的可持续发展起着非常重要的生态作用。土壤中的钾、钙、镁作为森林生长发育不可缺少的营养元素，其代换性钾、钙、镁含量是衡量土壤中钾、钙、镁有效性的重要指标[2]。地处祁连山北麓的针叶林生态系统是我国西北地区重要的生态屏障之一，其建群种或优势种青海云杉林生态系统分布在祁连山北坡，生长的土壤土层较薄，加上季节冻土的存在[3]，研究其土壤代换性钾、钙、镁含量及其分布规律，有助于了解不同区域不同森林植被类型受生物气候和淋溶及人为干扰等条件作用下的钾、钙、镁养分状况。另外土壤养分在不同尺度上具有明显的空间异质性[4]，在土壤养分测定实际工作中，因主观性而忽略必要的土壤设计取样，诸如：人为主观简单取样、节省野外取样人力成本、减少实验分析次数等，使得土壤养分的测定存在一定程度的不确定性。

因此，本研究选择建立在祁连山北坡的100 m×100 m青海云杉林样地为试验地，通过多次重复土壤剖面法取样测定代换性钾、钙、镁含量，分析其含量及在土壤剖面中的变化规律；采用回归分析方法分析土壤代换性钾钙镁与土壤有机质含量之间的相互关系，以期为祁连山青海云杉林经营和管理提供参考。

1 试验区基本情况

试验区位于祁连山中段的肃南裕固族自治县马蹄区西水乡西水林区的大野口流域，该流域面积68.06 km2，海拔2 650～4 600 m，具有明显垂直分布的植被和土壤类型，人为干扰较小，是开展森林生态学研究的理想场所。属大陆性高寒半湿润山地气候，年均气温5.4 ℃，年降水量为300～500 mm，多集中在6—9月，年蒸发量为1 488 mm。选择在该流域已建立的青海云杉林100 m×100 m大样地作为试验样地，利用全站仪将样地分割为25个20 m×20 m的小样方。样地位于阴坡，地势平坦，地理位置为38°31′48″ N，100°15′00″ E，海拔2 835 m，坡度13°，坡向NW。林分起源为天然次生林，土壤为山地灰褐土，存在季节冻土。样地内乔木树种组成单一，只有青海云杉，群落成熟稳定，林木更新良好，林下光照不足。灌木层物种较少，主要由蔷薇科金露梅(Potentillafruticosa)和银露梅(Potentillaglabra)等落叶灌木组成。草本层主要有苔草(Carexspp.)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、马先蒿(Pedicularisspp.)等。苔藓层发育良好，盖度80%以上，厚度约10 cm，主要由山羽藓(Abietinellaabietina)、欧灰藓(Hypnumcupressiforme)、提灯藓(Mniumcuspidatum)等组成[5-8]。

2 研究方法

2.1 土壤取样和测定方法

2014年在植物生长旺期，采用剖面法进行土壤取样，剖面深度60 cm。在每个20 m×20 m小样方内顺坡向沿“品”字形选3个采样点进行取样，采样前先除去采样点表层枯枝落叶和苔藓层，利用小刀将土壤剖面机械划分层次，分别为0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm，然后将每个样方内3个采样点同层同质量约500 g的土样放在塑料布上均匀混合，然后取四分之一质量的土样作为化验样品，25个重复，5个土层共计125份土样。将采集的土样带回实验室风干，代换性钾、钙、镁含量用原子吸收分光光度法测定，土壤有机质用重铬酸钾容量法测定，每份土壤各项化学指标的测定均做3次重复，具体测定方法参照《土壤农化分析》[9]。

2.2 分析方法

使用SPSS 11进行土壤代换性钾、钙、镁含量的描述性统计分析，包括最大值、最小值、均值、标准差和变异系数。用回归分析法对土壤代换性钾、钙、镁含量和土壤有机质含量的相互关系进行分析。在曲线的拟合过程中，综合考虑了模型的简洁性和拟合优度的高低[10]。

3 结果与分析

3.1 土壤剖面代换性钾、钙、镁含量状况

因土层较薄，加上季节冻土的存在，祁连山青海云杉林根系分布较浅，分布深度平均在60 cm左右[11]。本研究仅分析了试验地0～60 cm深度的青海云杉林土壤剖面交换性钾、钙、镁含量变化规律，表1为试验样地土壤剖面代换性钾、钙、镁含量的统计特征值。在林业上，常用0～10 cm土壤表层养分含量来表征林地土壤养分含量大小[12，13]。从表1可知，试验地25个土壤剖面0～10 cm的土壤代换性钾含量平均值为190.6 mgkg-1，代换性钙含量平均值为166.9 mgkg-1，代换性镁含量平均值为55.8 mgkg-1。变异系数波动较大的为代换性钙和镁含量，对应值分别为48.8%和47.7%，数据波动较小的为代换性钾含量，其变异系数为22.8%。从钾、钙、镁含量之间的比值来看，Mg/K为0.29，Mg/Ca为0.33，说明相对代换性钾和钙含量较高，青海云杉林地土壤代换性镁的供应水平较低。

表1 土壤剖面代换性钾、钙、镁含量统计分析(n=25)

3.2 代换性钾、钙、镁在土壤剖面中的变化规律

因成土母质、生物物质循环和淋溶作用等的综合作用[14]，使得代换性钾、钙、镁在不同的区域和不同的植被类型中呈现出不同的变化规律。从图1可知，祁连山试验地青海云杉林林地土壤代换性钾、钙、镁元素在土壤剖面中的变化规律各不相同。其中代换性钾含量随土层深度的增加，其含量不断减小，土层30～40 cm处含量最小，40～60 cm土层含量虽有增加，但增量不明显，代换性钾呈现出明显的“表聚性”。代换性钙含量虽在10～20 cm土层含量最大，但与0～10 cm土层含量差异不明显，随着土层深度增加，其含量不断减小，但含量大小变化差异不明显，即：代换性钙含量亦呈明显的“表聚性”。代换性钾和钙的“表聚性”表明这两种元素含量可能主要来源于林地凋落物和其他生物残体分解所致。代换性镁含量较小，随土层深度增加，其含量没有明显的变化规律，其含量最高值出现在20～30 cm土层，最小值出现在30～40 cm土层，最小值较最大值减少了66.31%，可能与淋溶作用有关，代换性镁含量较代换性钾和钙含量“表聚性”弱。

图1 土壤代换性钾、钙、镁在剖面中的分布

3.3 土壤剖面代换性钾、钙、镁与有机质的相互关系

对祁连山试验地土壤剖面代换性钾、钙、镁元素和土壤有机质进行了回归分析(表2)，结果表明，代换性钾和代换性钙与土壤有机质含量的相关性极为密切，且呈极显著正相关性(P<0.01)，即：土壤代换性钾和代换性钙含量随土壤有机质含量的增加而增加，说明林地归还的代谢物特别是枯落物通过分解产生的有机质对钾、钙元素的富集起着重要的作用。代换性镁与土壤有机质虽呈正相关关系，但相关性不显著(P>0.05)，也就是说林地土壤镁元素含量受土壤有机质的影响不明显。综合上述分析可知，林地土壤有机质对林地代换性钾、钙元素具有重要的生态作用，对代换性镁元素的作用较弱。

表2 土壤剖面代换性钾、钙、镁与有机质的回归分析

4 结论与讨论

通过对100 m×100 m祁连山青海云杉林试验地土壤剖面代换性钾、钙、镁含量的测定，明确了这3种元素的含量及其分布规律。土壤代换性钾、钙、镁在青海云杉林中具有其自身的变化特征，相对代换性钾、钙元素含量，土壤镁含量较小。因代换性钾、钙、镁之间的相互作用，需要土壤中钾、钙、镁含量维持一定的比例，才能维持森林生长的需要。代换性钾和钙在土壤剖面中分布规律具有向土壤表层富集的趋势，而土壤代换性镁元素含量在土壤剖面则没有明显的变化规律，其含量最大值出现在20～30 cm土层，具有向土壤下层移动富集的趋势，这可能也是土壤缺乏代换性镁元素的原因之一。需要补充的是，试验地土壤表层分布较厚的苔藓植物群落，其对代换性钾、钙、镁元素在土层中的运移也产生了一定的影响，此问题尚有待于进一步研究。另外对土壤剖面代换性钾、钙、镁含量与土壤有机质含量回归分析表明，在对祁连山青海云杉林经营管理的过程中，通过可能的措施形成一个有利于土壤有机质含量增加的微环境，从而保证青海云杉林对代换性钾、钙、镁元素生长的需要。

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[14] 李娟．植物钾、钙、镁素营养的研究进展[J]．福建稻麦科技，2007，25(1)：39-42

Contents of Soil Exchangeable Potassium,Calcium and Magnesium of Picea crassifolia Forest in Qilian Mountains and its Distribution Rules

Meng Wei, Zhang Wenqiang, Li Sha

(Huyang Lin Management Stations, Awat County, Asku Prefecture, Xinjiang Uygur Autonomous,Region,Aksu 843200,China)

Taking 100 m×100 mPiceaCrassifoliaplots as field sampling in Dayekou basin of Qilian Mountains, soil exchangeable potassium, calcium and magnesium content and its change rule in soil profile ofPiceacrassifoliaforest were analyzed by adopting the method of soil sampling and laboratory. Result shows that: the exchangeable potassium, calcium and magnesium content is 190.6, 166.9 & 55.8 mg·kg-1at 0-10 cm soil layer, which lived in experimental field ofPiceaCrassifoliaforest, exchangeable magnesium levels is lower than exchangeable calcium & magnesium in the soil. There was enrichment tendency to the surface for exchangeable potassium and calcium in the soil profile, and the exchangeable magnesium enrichment tendency move to lower in soil profile. Exchangeable potassium and exchangeable calcium has a very close soil organic matter content, and has a very significant positive correlation (P< 0.01), the exchangeable magnesium have a positive correlation with soil organic matter, but the correlation is not significant (P> 0.05).

Piceacrassifoliaforest; soil profile; exchangeable potassium, calcium and magnesium content; Qilian Mountains

1005-5215(2017)01-0037-03

2016-12-13

孟伟(1974-)，女，甘肃武威人，大学，助理工程师，主要从事林业生态研究,Email：302410238@qq.com

S153.6

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.01.010