祁連山東段哈溪林區不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全鉀分布特征

楊秋香，牛赟，敬文茂

( 1.張掖市肅南縣環境保護和林業局甘肅張掖734016; 2.甘肅省祁連山水源涵養林研究院甘肅省森林生態與凍土水文水資源重點實驗室，甘肅張掖734000; 3.甘肅張掖生態科學研究院甘肅省祁連山生態科技創新服務平臺，甘肅張掖734000)

祁連山東段哈溪林區不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全鉀分布特征

楊秋香1，牛赟2，3，敬文茂2，3

( 1.張掖市肅南縣環境保護和林業局甘肅張掖734016; 2.甘肅省祁連山水源涵養林研究院甘肅省森林生態與凍土水文水資源重點實驗室，甘肅張掖734000; 3.甘肅張掖生態科學研究院甘肅省祁連山生態科技創新服務平臺，甘肅張掖734000)

摘要選取祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤為研究對象，研究和分析了不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全鉀的分布特征。結果表明:全磷含量隨海拔高度降低而增加，同一海拔高度下，不同土層全磷含量變化不大，3 016 m和2 786 m海拔處隨土層加深略有下降，2 536 m海拔處增加;全鉀含量亦隨海拔高度降低而增加，同一海拔高度下，不同土層全鉀含量變化不明顯，與全磷不同的是，3 016 m海拔處隨土層加深先減小后增大，2 786 m和2 536 m海拔處一直增大。

關鍵詞全磷;全鉀;青海云杉林;哈溪林區;分布特征

磷和鉀作為植物生長不可或缺的兩種元素，在土壤中的含量是土壤質量好壞評價的重要指標。土壤作為地球陸地生態系統的基礎，是地球陸地表面的大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈的連接紐帶;同時，它也是人類進行農林牧業生產的重要基地。對于土壤而言，土壤養分是土壤質量變化最基本的表征和核心研究內容［1］，是土壤從環境條件和營養條件兩方面來影響植物的生長發育和植物的物種組成，歷來受到土壤學、植物營養學和生態學研究領域的眾多專家和學者的關注［2，3］，而土壤養分中全磷全鉀的含量高低對土壤肥力的評價有很高的指標價值。

青海云杉是我國特有樹種，集中分布在甘、青兩省交界的祁連山，面積為169 564 hm2，蓄積量18 107 932 m3，祁連山青海云杉林生態系統對維系林區生物多樣性、涵養水源、保持水土起著非常重要的作用［4］。

對于土壤全磷和全鉀的研究，國內外基本上都是在研究土壤養分的大框架下進行研究和分析。特別是植物根際附近的土壤養分更是目前國內外研究的熱點。因為根際附近的土壤養分受植物根系和微生物等生命活動不同理化過程的影響，形成了一種特殊的生態微域［5，6］。由于土壤中的全磷易被固定，土壤中的有效磷含量較低，如何提高土壤中的有效磷含量是土壤生態微域研究的重要內容;土壤中的鉀以多種形態存在，不同形態的鉀對植物生命活動的有效性不同。各種形態的鉀素之間，經常保持一種動態平衡。在這種動態平衡中，鉀素的固定和釋放是土壤微域研究的另一重要內容［7］。

祁連山是我國西北地區的高大山系之一，按地形可分為東、中、西段，祁連山森林植被自東南向西北植被逐漸荒漠化，祁連山東段哈溪林區為我國的主要天然保護林區，青海云杉是主要的成材樹種，雖然我國目前對對原始森林已經采取保護措施，但仍根據實際情況進行有計劃的森林采伐［8，9］。所以進行相關影響青海云杉生長的土壤全磷全鉀等土壤養分的研究，對青海云杉原始森林的合理利用、云杉次生林的經營、人工培育等方面具有重要的理論指導意義。目前對祁連山建群種青海云杉土壤養分的研究并不多，對于祁連山東段青海云杉土壤中全磷全鉀的分布特征在不同海拔高度下的變化的研究更是少之又少。因此，本文通過對祁連山東段青海云杉林土壤全磷和全鉀分布特征進行研究分析，以期為提高祁連山西段青海云杉林生態系統土壤肥力、生產力以及指導青海云杉可持續經營和管理提供參考。

1　研究區概況

研究區位于祁連山東段的甘肅省武威市天祝藏族自治縣西北部，地理位置為102°01'—102°51' E，37°16'—37°45' N，屬高寒半濕潤氣候。林區年降水量約400 mm，雨量主要集中分布在5—9月，占全年降水量的76%，年蒸發量1 234.8 mm，無霜期110 d。年平均氣溫1.8℃，極端最高氣溫28.5℃，極端最低氣溫－27.8℃，平均溫較差26.4℃。林區土壤為山地灰褐土，有輕微的水土流失，林下苔蘚、草本和灌叢植被分布較少，草本層優勢種主要有珠牙蓼( Polygonum viviparum)，苔草( Carex tristachya)，蘚生馬先蒿( Pedicularis muscicola)等。灌木層優勢種主要有吉拉柳( Salix gilashaniea)，金露梅( Potentilla fruticasa)，高山繡線菊( Spiraea alpina)等。青海云杉林主要分布在海拔2 500～3 200 m的陰坡、半陰坡。

2　研究方法

2.1樣地設置

根據典型性和代表性的原則，在試驗區選擇代表性青海云杉林設置典型樣地3個，樣地面積大小為25 m×25 m，樣地在平均海拔3 016 m、平均海拔2 786 m、平均海拔2 536 m共3個不同海拔高度處結合祁連山東段哈溪林區自身地形地貌特點不同坡面和坡位上設置。樣地具體情況如下:

調查地1:哈溪林區黃草嶺神樹溝頂，海拔3 014 ～3 018 m，樣地坡向北偏西20°，坡度10°，郁閉度0.6，天然保護林，有較輕微的水土流失，林下苔蘚，草本較少，土層厚度0.8 m，土壤類型為森林灰褐土。

調查地2:哈溪林區黃草嶺大陰屲峽，海拔2 772 ～2 799 m，樣地坡向北偏西40°，坡度17°，郁閉度0.5，天然保護林，有較輕微的水土流失，林下苔蘚，草本較少，土層厚度0.8 m，土壤類型為森林灰褐土。

調查地3:哈溪林區友愛十隊，海拔2 517～2 626 m，樣地坡向北偏西60°，坡度21°，郁閉度0.4，天然保護林，有較輕微的水土流失，林下苔蘚，草本較少，土層厚度0.8 m，土壤類型為森林灰褐土。

2.2調查方法

在對樣地林木利用典型抽樣法進行標準地抽樣調查后，進行土壤取樣，分別采集0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm 3層土樣，每層3次重復。把環刀取的分層土樣用自封袋密封，帶回實驗室用于土壤含水量、土壤養分、土壤容重的測定。全P用堿熔－鉬銻抗比色法;全K用氫氧化鈉熔融－火焰光度計法［10］。

2.3數據分析方法

所有數據采用Excel 2003進行數據統計、分析和作圖處理。

3　結果與分析

3.1不同海拔高度青海云杉林土壤全磷含量的變化

由表1可以看出，祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全磷含量變化范圍介于0.061～0.084 mg

·kg－1。青海云杉林土壤的全磷含量隨著海拔的降低而增加，其中以10～20 cm土層全磷增長最為明顯。在0～10 cm土層，海拔在3 017 m、2 786 m、2 536 m處的土壤全磷含量分別為0.066 mg·kg－1、0.071 mg·kg－1、0.076 mg·kg－1，其中2 536 m的比2 786 m的高了0.005 mg·kg－1，比3 017 m處的高了0.010 mg·kg－1;在10～20 cm土層，不同海拔高度的全磷含量關系可以歸納為: 2 536 m( 0.082 mg·kg－1)＞2 786 m( 0.071 mg·kg－1)＞3 017 m ( 0.060 mg·kg－1) ;在20～40 cm土層，海拔從3 017 m降到2 536 m過程中，對應的土壤全磷含量從0.059 mg·kg－1增加到0.093 mg·kg－1。總體來看，研究區不同海拔青海云杉林土壤P平均含量變化可以表示為: 2 536 m( 0.084 mg·kg－1)＞2 786 m( 0.070 mg·kg－1)＞3 017 m( 0.061 mg·kg－1)。

表1　不同海拔高度下青海云杉林土壤全磷的變化

3.2不同海拔高度青海云杉林土壤全鉀含量的變化

由表1可以看出，祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全磷含量變化范圍介于1.895～2.091 mg ·kg－1。青海云杉林土壤的全鉀含量亦隨著海拔的降低而增加。在0～10 cm土層，海拔在3 017 m、2 786 m、2 536 m處的土壤全鉀含量分別為1.866、2.127、2.144 mg·kg－1，其中2 536 m的比2 786 m的高了0.017 mg·kg－1，比3 017 m處的高了0.278 mg·kg－1;在10～20 cm土層，不同海拔高度的全鉀含量關系可以歸納為: 0.082 mg·kg－1( 2 536 m) ＞0.071 mg·kg－1( 2 786 m)＞0.060 mg·kg－1( 3 017 m) ;在20～40 cm土層，海拔從3 017 m降到2 536 m過程中，土壤全鉀含量變化規律和前兩土層略有變化，可以表示為: 1.978 mg·kg－1( 3 017 m) ＞1.890 mg·kg－1( 2 786 m)＜1.991 mg·kg－1( 2 536 m)。總的來說，研究區不同海拔青海云杉林土壤P平均含量還是隨海拔降低而增加，平均含量變化可以表示為: 1.895 mg·kg－1( 3 017 m)＜2.017 mg·kg－1( 2 786 m)＜2.091 mg·kg－1( 2 536 m)。

3.3青海云杉林土壤全磷、全鉀垂直變化

從表1也可看出，祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全磷含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和3 017 m海拔處隨土層深度加深呈減少趨勢，但減少幅度不大;相反的，2 536 m海拔處反而隨土層加深而增加。在海拔3 017 m處，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm三土層對應的全磷含量分別為0.066、0.060、0.059 mg·kg－1，依次遞減;在海拔2 786 m處，0～10 cm和10～20 cm土層的全磷含量持平，同為0.071 mg·kg－1，20～40 cm土層減少為0.067 mg·kg－1;在海拔2 536 m處，土壤全磷含量0.076 mg·kg－1( 0～10 cm)＜0.082 mg·kg－1( 10～20 cm)＜0.093 mg·kg－1( 20～40 cm)。

從表2看出，祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全鉀含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和2 536 m海拔處隨土層加深而減少，3 017 m海拔處先減少后增加。在海拔3 017 m處，全鉀含量變化表現為: 1.886 mg·kg－1( 0～10 cm)＞1.821 mg·kg－1( 10 ～20 cm)＜1.978 mg·kg－1( 20～40 cm) ;在海拔2 786 m處，全鉀含量變化表現為: 2.127 mg·kg－1( 0～10 cm)＞2.033 mg·kg－1( 20～40 cm)＞1.890 mg·kg－1( 20～40 cm) ;在海拔2 536 m處，全鉀含量變化表現為: 2.144 mg·kg－1( 0～10 cm)＞2.139 mg·kg－1( 20～40 cm)＞1.991 mg·kg－1( 20～40 cm)。

表2　不同海拔高度下青海云杉林土壤全鉀的變化

4　討論

4.1不同海拔高度對青海云杉林土壤全磷的影響

祁連山東段哈溪林區青海云杉林不同樣地土壤全磷含量差異顯著，可能是磷的風化、淋溶、富集遷移等多種因素共同作用的結果，其中生物富集遷移是影響磷素積累的主導因素［11］。海拔高度是一個重要的地形因子，溫度受其影響最大。土壤溫度影響土壤化學過程的速度和成土母質中原生礦物的風化，也影響到凋落物的分解速率，因此影響到可提供給植物的有效營養元素的供給，植物對P的吸收利用也受到影響。高海拔林地空氣稀薄，溫度低，生物活性弱，光照強度大，紫外輻射強，紫外線是決定很多植物分布的一個重要因子［12，13］，造成高海拔林地全磷含量較中低海拔林地全磷含量低。研究表現為海拔在3 014～3 018 m區間段的祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全磷含量比在海拔2 772～2 799 m和2 517～2 626 m區間段的土壤全磷含量低。

4.2不同海拔高度對青海云杉林土壤全鉀的影響

土壤有機質含量能影響到土壤的許多性質，其

中包括供給氮、磷、鉀和微量元素的能力［14］，土壤有機質是影響林分生產力與土壤肥力的重要因素。由于土壤肥力隨海拔降低，而使植物在海拔梯度上的分布上限也降低［15］。隨著海拔高度的上升，氣溫和土壤溫度逐漸減低，土壤溫度的降低可能導致微生物活動的減弱，使有機質降解速率減小而促進有機質的積累。同時，隨著海拔高度的增加，溫度下降，植物生長量下降，從而引起有機質含量的降低。因此，試驗反映出海拔在2 517～2 626 m處的K平均含量分別高于海拔在2 772～2 799 m處和3 014～3 018 m處的K平均含量，間接反映出海拔在2 517～2 626 m處的有機質含量較其他兩海拔高處的高。此外，土壤中的K主要來自含K的礦物質，因而還受到地質、淋溶等因素的影響。

4.3土層對青海云杉林土壤全磷和全鉀的影響

土壤有機質是土壤各營養元素尤其是N和P的重要來源。豐富的有機質可以促進微生物的活動，增加土壤養分，促進林木生長，其來源是地上部分枯枝落葉的積累和分解，而非地下部分的根系死亡。青海云杉的生長和發育在一定程度上使得林地土壤向地帶性土壤即山地森林灰褐土發育，土壤剖面表現出很多共同的特征，諸如土壤的成土過程主要為較強的腐殖質積累過程，土壤質地由輕壤過渡到中壤等［4］。植物體養分循環過程和土壤的成土母巖類型(主要是磷、鉀)決定了土壤中全氮，全磷，全鉀的含量［16］。土壤有機質含量能影響到土壤的許多性質，其中包括供給氮、磷、鉀和微量元素的能力［17］。一般情況下，當全磷含量低于0.8～1.0g/kg時，土壤的供磷能力不足，表明研究區土壤全磷含量缺乏［18］。影響土壤中全磷和全鉀含量的因素有很多，成土母巖性質、外界分化剝蝕、土壤水分、土壤孔隙度、土壤Eh、土壤Ph、生物循環等等。中表層可能主要是由于風蝕等外界因素以及枯枝落葉的腐殖化等動植物的生理作用而產生變化，深層影響因素可能更傾向于地下水的循環等。

5　結論

5.1祁連山東段哈溪林區青海云杉林下土壤全磷含量變化范圍介于0.061～0.084 mg·kg－1。青海云杉林土壤的全磷含量隨著海拔的降低而增加，其中以10～20 cm土層全磷增長最為明顯。

5.2祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全鉀含量變化范圍介于1.895～2.091 mg·kg－1之間。青海云杉林土壤的全鉀含量亦隨著海拔的降低而增加。

5.3祁連山東段哈溪林區青海云杉林土壤全磷含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和3 017 m海拔處隨土層深度加深呈減少趨勢，但減少幅度不大;相反的，2 536 m海拔處反而隨土層加深而增加。全鉀含量在2 786 m和2 536 m海拔處隨土層加深而減少，3 017 m海拔處先減少后增加。

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Distribution Characteristics of Total Phosphorus and Total Potassium for Soil in Picea crassifolia Plantation at Different Altitudes in Haxi Forest Area at the East Segment of Qilian Mountains

Yang Qiuxiang1，Niu Yun2，3，Jing Wenmao2，3
( 1.Bureau of Environment Protection and Forestry in Sunan County，Zhangye City，Zhangye 734016，China; 2.Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province，Key Laboratory of Forest Ecology and Frozen-soil Hydrology and Water Resources，Gansu Province，Zhangye 734000，China; 3.Academy of Ecology Science of Zhangye City，Science and Technology Innovation Service Platform of Ecology in Qilian Mountains，Gansu Province，Zhangye 734000，China )

AbstractSoil of Picea crassifolia plantation in east segment of Qilian Mountains was selected as the research object.Distribution characteristics of total phosphorus and total potassium for soil in Picea crassifolia plantation under different altitudes were analyzed.Result shows that the content of total phosphorus increases with the decrease of altitude; under the same altitude，the content of total phosphorus for soil with different layers changed little，3 016 m and 2 786 m altitude fell slightly with the deepen of soil layer，to 2 536 m altitude increased.Total potassium content also increases with the decrease of the altitude，under the same altitude，total potassium content within different soil layers changed little，and the difference is that with the total phosphorus，the total potassium content at 3 016 m altitude decreased firstly and then increased with the deepen of the soil layer，the total potassium content at 2 786 m and 2 536 m altitude has been increased.

Key wordstotal phosphorus; total potassium; Picea crassifolia plantation; Haxi forest zone; distribution characteristics

作者簡介:楊秋香( 1966－)，女，甘肅張掖人，大學，工程師，主要從事森林資源管理方面的研究.

基金項目:甘肅省基礎研究創新群體課題( 145RJIG337) ;國家自然科學基金項目( 41461004) ;甘肅省祁連山生態科技創新服務平臺( 144JTCG254)

收稿日期:2015－06－19

文章編號:1005－5215( 2015)09－0014－04

中圖分類號:S791.18

文獻標識碼:Adoi:10.13601/j.issn.1005－5215.2015.09.005