亞熱帶山地草甸土壤速效養分分布特征研究
——以江西武功山為例

李 志，袁穎丹，張學玲，牛德奎,，張文元，胡冬南，郭曉敏*

(1.河南農業大學林學院，河南 鄭州 450003；2. 江西農業大學林學院，江西 南昌 330045; 3. 南京林業大學林學院，江蘇 南京 210037；4. 江西省森林培育重點實驗室，江西 南昌 330045；5. 江西特色林木資源培育與利用2011協同創新中心，江西 南昌 330045)

亞熱帶山地草甸土壤速效養分分布特征研究
——以江西武功山為例

李 志1,2,4,5，袁穎丹3,4,5，張學玲2,4,5，牛德奎2,4,5,，
張文元2,4,5，胡冬南2,4,5，郭曉敏2,4,5*

(1.河南農業大學林學院，河南 鄭州 450003；2. 江西農業大學林學院，江西 南昌 330045; 3. 南京林業大學林學院，江蘇 南京 210037；4. 江西省森林培育重點實驗室，江西 南昌 330045；5. 江西特色林木資源培育與利用2011協同創新中心，江西 南昌 330045)

【目的】以武功山不同海拔和干擾程度的山地草甸土壤為研究對象，為退化山地草甸恢復治理提供理論參考和科學依據。【方法】基于土壤養分系統研究法(ASI法)測定各處理區域土壤速效養分含量，運用SPSS21.0及SigmaPlot12.5進行多元統計及繪圖，分析土壤pH、 有機質、速效氮、速效鉀的分布特征。【結果】土壤pH值呈強酸性，均值為4.56，有機質含量豐富，平均含量為3.11 %；土壤速效氮(AN)含量中等，平均含量為38.96 mg/L；速效磷(AP)平均含量為5.01 mg/L；速效鉀(AK)平均含量為46.79 mg/L。不同海拔高度的上層土壤OM及AN、AP、AK含量高于下層；土壤OM含量有極顯著差異(P<0.01)，不同海拔之間上層土壤AN具有顯著差異(P<0.05)，土壤AN含量隨海拔變化呈現“W”型波動狀分布，AK的含量依舊隨海拔升高呈現先增高然后減低的趨勢，不同海拔含量具有極顯著差異(P<0.05)。SD區域內土壤pH值與其他區域內具有極顯著差異(P<0.01)，SD區域上層土壤OM含量與SLD區域具有顯著差異(P<0.05)，不同干擾程度上、下層土壤AN含量無顯著差異(P>0.05)，在CK和MD區域，不同土層深度的AN含量差異顯著(P<0.05)。SD區域內上層土壤的AP含量與其他區域差異顯著(P<0.05)，不同干擾程度上、下層AK含量均無顯著差異(P>0.05)，在CK及SLD不同土層深度土壤AK含量有顯著差異(P<0.05)。海拔高度與土壤pH值呈極顯著正相關(P<0.01)，與OM、AP呈極顯著負相關(P<0.05)。退化程度與pH、AK呈極顯著負相關(P<0.01)。【結論】海拔和人為干擾是影響武功山草甸土壤速效養分含量變化的重要原因。不同區域草甸土壤pH值呈弱變異，OM、AN、AP、AK等含量呈中度變異。武功山土壤速效性養分含量豐富，可運用生物和工程措施相結合的方法，及時對植被退化區域進行修復，以防止區域環境的進一步破壞。

土壤有機質；速效性養分；海拔；干擾；土層

【研究意義】植物生長需要從土壤中汲取養分，在土壤中速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀(AK)則是植物生長必須的基本元素[1]；植被生長過程中分布及發育狀況，也會受到海拔因素的影響，而海拔高度對土壤中各種養分的含量也具有明顯的影響[2-3]。草地是重要的陸地生態系統，在地球陸地表層的植被系統中分布范圍最廣[4-5]。近些年來，因為人為和自然因素的影響，草地退化十分嚴重，目前，我國的天然草地90 %以上處于不同程度的退化之中[6]。【前人研究進展】江西省武功山是中國南方地區最大的連續型亞熱帶山地草甸分布區，近年來隨著旅游事業的迅猛發展和人類活動的加劇，使脆弱的山地草甸受到嚴重的干擾，造成了一定程度的生態退化[7-10]。【本研究切入點】本文以武功山不同海拔和干擾程度的山地草甸土壤為研究對象，分析了土壤速效養分的含量，【擬解決的關鍵問題】闡述了區域速效養分分布規律，探究了形成當前速效養分格局的原因。研究結果可以為退化山地草甸恢復治理提供理論參考和科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概括

江西武功山位于羅霄山脈北段，為贛江水系和湘江水系的分水嶺，位于江西安福、宜春和萍鄉交界處(114°10′～114°17′ E，27°25′～27°35′ N)，呈東北-西南走向，綿延120 km，總面積970 km2，其中，武功山國家森林公園總面積約260 km2，年平均氣溫14～16 ℃，夏季最高溫度為23 ℃，年均日照時間在1580～1700 h，年均降雨量為1350～1570 mm，年平均蒸發量1360～1700 mm，年平均濕度70-80%；武功山巖石主要由花崗巖、片麻巖構成；主峰白鶴峰(金頂)海拔1918.3 m。土壤是山地草甸土，由于枯枝落葉豐富以及積水、低溫等因素，有機物腐爛分解緩慢，土層淺薄，色澤幽黑，干后成塊[11]。武功山所處地理位置和其南北走向的山脈分布，在我國華東植被區劃中具有重要地位，山體垂直，海拔較高，且山勢陡峻，導致氣候、土壤、植被的垂直地帶性分異明顯，在江西境內，除武功山外，其它山體(廬山、井岡山等)均不具典型的山地草甸植被類型。在天然草地上，主要有禾本科的刺芒野古草(Arundinellasetosa)、芒(Miscanthussinensis)、茅根(Perotisindica)等，還有少量蓼科(Polygonaceae)、薔薇科(Rosaceae)、唇形科(Labiatae)和十字花科(Cruciferae)植物[12-13]。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 2013年10月下旬于武功山上進行試驗樣地設置與樣品采集。在武功山金頂風景區海拔1600～1900 m的草甸分布范圍，每隔50 m為一個梯度，共設置7個海拔梯度，每個梯度選取坡向一致、植物生長一致的植被區域，設置3個10 m×10 m的重復樣地，作為對比不同海拔間土壤特征的試驗樣地。

在高海拔草甸區域(1900 m)，因為是游人最為集中區，出現大面積的因游人干擾而形成的裸地。本研究參照國家質量監督檢驗檢疫總局2004年頒布的《天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標》國家標準(GB 19377-2003)[14]和孫小弟等對退化草地分級標準的研究現狀[15]，針對武功山金頂游人匯集區域不同的踩踏、干擾程度，依據植被總蓋度不同，設置無干擾 (CK，植被總蓋度100 %)、輕度干擾(SLD， Slight disturbance， 60 %<植被覆蓋度<90 %)、中度干擾(MD， Medium disturbance， 30 %<植被覆蓋度<60 %)、重度干擾(SD， Severe disturbance， 植被總蓋度<30 %)4種處理，在每種處理草甸區設置3個10 m×10 m的重復樣地，作為研究不同干擾程度速效養分特征的試驗樣地。

1.2.2 樣品采集與測定方法 每個10 m×10 m的樣方內采用沿對角線5點采樣，每個采樣點的土壤包括兩層，即上層(0×20 cm)和下層(20～40 cm)，混合均勻后，用四分法取出約500 g土壤裝袋，帶回實驗室自然風干，揀去動植物殘體和石塊，用木棍粉碎，全部過2 mm篩孔制作待測樣品。土壤pH、有機質(OM)、堿解氮(AN)、速效磷(AP)、速效鉀(AK)等指標采用土壤養分系統研究法(ASI法)測定[16]。

1.2.3 數據處理 應用Microsoft Office 2013和SPSS21.0進行數據統計分析，用SigmaPlot12.5進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 武功山山地草甸土壤養分總體特征

土壤學中常常根據土壤的pH值，將土壤的酸堿性分為若干級[17]，由表1可知，根據土壤酸度理論，武功山草甸土壤pH值總體呈強酸性，變幅為4.05～5.02，平均值為4.56。 結合第二次全國土壤普查的土壤養分含量分級指標，武功山草甸土壤有機質(OM)含量較豐富，達到二級水平，變幅為1.18 %～5.69 %，平均含量為3.11 %。依據金繼運、白由路、楊俐平等人基于ASI法對土壤速效養分的分級[16]，武功山山地草甸土壤速效氮(AN)含量中等，變幅為16.2～88.5 mg/L，平均含量為38.96 mg/L；速效磷(AP)含量較低，變幅為0.1～16.2 mg/L，平均含量為5.01 mg/L；速效鉀(AK)含量較低，變幅為18.7～104.1 mg/L，平均含量為46.79 mg/L。說明該區域養分含量不均衡，存在有效性磷、鉀偏低的現象。變異系數(Coefficient of variation ,c.v.)的大小反映了特性參數的空間變異程度，一般認為，c.v.小于或等于10 %為弱變異性，大于10 %且不超過100 %為中等變異性，如果大于100 %為強變異性[18]。研究區土壤養分整體無不強烈變異，其中AP最大，為67.65 %，其次是AN、OM和AK，均呈中度變異，而pH的c.v.最小，呈弱變異。

2.2 不同海拔高度山地草甸土壤養分分布

土壤的pH是土壤質量的重要指標，由圖1可知，不同海拔之間土壤pH值差異不顯著(P>0.05)。從分布情況來看，各土層pH值均在1750 m時達到最大；不同土層深度間的pH值在1600 m的低海拔區域差異顯著(P<0.05)，在其他海拔區域差異不顯著(P>0.05)。不同海拔高度的上層土壤OM及AN、AP、AK含量高于下層。土壤OM含量是評價土壤肥力的一項重要指標，不同海拔土壤OM含量有極顯著差異(P<0.01)；分布情況為1600～1750 m，隨海拔升高土壤OM含量呈增加趨勢，而在1750～1900 m的范圍內，土壤OM含量差異趨于平緩；各海拔梯度不同土層深度的OM含量差異均不顯著(P>0.05)。

土壤中的AN、AP、AK含量能較好的反映出能夠被植物直接吸收的養分元素供應狀況。從圖1可知，不同海拔之間上層土壤AN具有顯著差異(P<0.05)，下層土壤總體差異不顯著(P>0.05)；土壤AN含量隨海拔變化呈現“W”型波動狀分布，在海拔1600 m處含量較高，從1650～1800 m逐漸增加，在1850 m含量較低，在1900 m含量又增加；在1700、1750、1800、1900 m海拔處不同土層深度土壤AN含量有顯著差異(P<0.05)，其他海拔高度不同土層深度土壤AN含量差異不顯著(P<0.05)。不同海拔高度上層土壤AP的含量差異不顯著(P>0.05)，而下層土壤AP含量則差異顯著(P<0.05)，主要的差異出現在1650和1800 m，從圖中可以看出，隨海拔變化，分布趨勢和AN相似；不同土層之間的AP含量在1800 m處具有顯著差異(P<0.05)。AK的含量依舊隨海拔升高呈現先增高然后減低的趨勢，不同海拔含量具有極顯著差異(P<0.05)；在1750 m及1850 m處不同土層土壤AK含量無顯著差異(P>0.05)，其他海拔處均有顯著差異(P<0.05)。

表1 武功山草甸土壤pH、有機質及有效性養分概況

大寫字母代表不同海拔同一土層深度土壤養分含量差異；小寫字母代表同一海拔高度不同土層深度間土壤養分含量差異性The capital letters represent different soil nutrient contents in the same soil layer of difference elevations; and lowercase letters represent different soil nutrient content in the different soil layers with same elevations圖1 不同海拔及不同土層山地草甸土壤有機質含量分布Fig.1 Variation of different elevations of mountain meadow soil nutrients

2.3 不同干擾程度對山地草甸土壤養分含量的影響

武功山因為是國家AAAA級景區，山地草甸面積廣闊，景觀優美，素有“云中草原”之稱，每年吸引大量游客來此欣賞美景，但是因為一些游客不規范或不文明的行為方式，及景區不完善的管理措施和基礎建設等原因，致使游人對山地草甸這一脆弱的生態系統造成了嚴重的影響，最為明顯的便是游客踩踏造成的地表植被的退化，出現大片不規則裸露地或斑駁地。針對武功山金頂游人匯集區域內不同的踩踏、干擾程度，分析對山地草甸土壤有效性養分含量的影響情況。

如圖2所示，SD區域內土壤pH值與其他區域內具有極顯著差異(P<0.01)，隨著干擾程度的加重，土壤酸性逐步增強，上、下層土壤pH值由小到大順序均為SD0.05)。SD區域上層土壤OM含量與SLD區域具有顯著差異(P<0.05)，順序為SLD0.05)，順序為SD0.05)，有小到大順序均為SLD0.05)，上、下層土壤AP含量有小到大順序均為SLD0.05)，上層順序為SLD

大寫字母代表不同干擾程度同一土層深度土壤養分含量差異性，小寫字母代表同一干擾程度不同土層深度土壤養分含量差異性The capital letters represent different soil nutrient contents in the same soil layer of difference disturbance levels; and lowercase letters represent different soil nutrient content in the different soil layers with same disturbance levels圖2 不同干擾程度不同土層草甸土壤的pH、OM及速效養分的影響Fig.2 Effect of different degree of interference of pH， OM and meadow soil available nutrients

2.4 山地草甸土壤養分含量相關性分析

表2表明：海拔高度與土壤pH值呈極顯著正相關(P<0.01)，與OM、AP呈極顯著負相關(P<0.05)。退化程度與pH、AK呈極顯著負相關(P<0.01)。土層因素與土壤OM、AN、AP、AK均呈極顯著負相關(P<0.01)。土壤OM分別與pH、AK呈顯著(P<0.05)、極顯著負相關(P<0.01)。土壤pH則還與AP呈現極顯著負相關(P<0.01。土壤AN、AP、AK三者之間彼此呈顯著正相關(P<0.05)。

表2 土壤養分指標之間相關性分析

注：*表示差異達到顯著水平(P<0.05)，**表示差異為極顯著水平(P<0.01)。

Note：*Correlation is significant at theP<0.05 level (2-tailed)；**Correlation is significant at theP<0.05 level (2-tailed).

3 討 論

眾多研究表明，海拔高度、外界干擾等對土壤養分含量具有明顯影響，從而影響土壤養分含量的多少及垂直分布[19-23]。王恩武和宋文靜[3]對云南省施甸縣1500 m以下、1500～1800 m、1800 m以上3個海拔區域內煙區土壤養分含量進行分析，結果表明隨海拔高度的增加，土壤AN和AP含量呈下降趨勢，AK含量則是隨海拔變化呈倒“U”型分布，這與本研究結果在部分海拔范圍內的土壤養分分布情況相同，存在差異的原因可能是一方面兩個研究區域地表植被優勢物種不同，進而對土壤特性的影響不同，另一方面設置的海拔梯度數量不同，本研究詳細研究了7個海拔梯度的土讓養分含量；德科加等[24]通過對青海省三江源區4056～4028 m的6個海拔梯度上的不同海拔高度草甸土壤速效養分含量進行分析發現AN、AP、AK隨海拔高度的增加呈“W”型變化趨勢，這與本研究的結論相近，說明山地草甸土壤養分含量一般隨海拔高度呈波動狀分布。趙建昌[25]在賀蘭山中段2000 m海拔高度的草原上，按照距離旅游線路的遠近劃分不同干擾程度(距離近，干擾大，距離遠，干擾輕)，并對不同干擾程度草甸土壤養分狀況進行研究，發現土壤pH、 OM及AN、AP的含量均是在輕度干擾程度低于CK區域，而中度干擾區域又高于輕度干擾區，但是重度干擾區域的養分含量又略低于中度區域，AK的含量則隨干擾強度的增強而增加。本研究的結果總體上土壤速效養分含量狀況是輕度干擾區域比CK區域減少，隨著干擾程度的增強而增加，從數據分布的趨勢來看，趙建昌的研究結果和本研究的差異主要出現在重度干擾區的養分含量相對于中度干擾區域的差異，產生原因可能是試驗區域受干擾的范圍差異造成的，因為在武功山草甸區人們野外宿營或者進行戶外集體活動等是在相對平緩的坡面區域進行，造成干擾區域是呈一定范圍面狀分布，而不是沿旅游路線向兩側的等距離分布，沿山體的游步道因為是石階修筑，行走比較方便，而兩側地形因為有一定的坡度，所以干擾也較少出現在游步道兩側，另外，在干擾越嚴重的區域雖然地被植物的減少，但是游人在此駐足時間較多，帶來的外界物質也較多，這些物質可能是受干擾區土壤養分的補償來源， 從作者現場的觀測情況看，干擾程度越強的區域，土壤里面的根系分布反而越是粗壯，這也說明了干擾增強而速效養分含量增加這一特殊的現象。但是，該區域的土壤養分含量并不是無限的增加，在重度干擾的區域下，如果持續進行長期的或者更加強烈的干擾活動，勢必會造成水土流失的加劇，進而出現的不僅是土壤養分流失，更可能出現草地沙化等情況。海拔及干擾因素除了對草甸土壤速效養分分布情況產生影響外，對山地草甸的初級生產力[26, 27]及土壤微生物群落結構[28]等都會有不同的作用，我們將在更大尺度上，結合更加全面的指標體系對山地草甸生態特征進行研究。武功山地區作為中國南方地區規模較大的連續型亞熱帶山地草甸分布區域，如何能夠在滿足人們旅游、觀賞及區域內居民生活需要的同時，實現草甸生態環境的良性循環，達到可持續發展的狀態則是接下來要解決的關鍵問題。

4 結 論

在武功山草甸分布區，土壤呈酸性或強酸性，不同區域的土壤pH值呈弱變異，OM、AN、AP、AK等呈中度變異，其中AP含量的變異系數較大。海拔是影響土壤速效養分指標的重要因素，特別對OM、AN、AP的影響更為顯著，土壤養分含量總體上隨海拔升高呈“W”型波動分布。人為干擾程度下對山地草甸速效養分含量有影響，對土壤pH、AK的影響更加顯著，在輕度干擾區域內各養分指標數值比CK區域明顯減小，干擾初期破壞了植被生長的正常環境，因而使土壤養分含量減低，隨著干擾程度的加重，游人帶來的外界物質增多，因此增加了土壤養分含量。土壤有機質含量與pH值呈顯著相關，土壤AN、AP、AK含量間呈正相關關系。

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DistributionCharacteristicsofSoilAvailableNutrientsinSubtropicalMountainousMeadow:A Case Study of Wugong Mountain in Jiangxi Province

LI Zhi1,2,4,5,YUAN Ying-dan3,4,5,ZHANG Xue-ling2,4,5,NIU De-kui2,4,5,ZHANG Wen-yuan2,4,5,HU Dong-nan2,4,5,GUO Xiao-min2,4,5*

(1.College of Forestry, Henan Agricultural University, Henan Zhengzhou 450003, China；2.College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Jiangxi Nanchang 330045, China；3.College of Forestry, Nanjing Forestry University，Jiangsu Nanjing 210037,China; 4.Key laboratory of Tree Breeding and Cultivation of Jiangxi Province, Jiangxi Nanchang 330045, China；5.Collaborative Innovation Center of Jiangxi Typical Trees Cultivation and Utilization，Jiangxi Nanchang 330045, China)

【Objective】The alpine meadow soil of different elevations and human disturbance levels in Wugong Mountain was taken as the object of study, it will provide theoretical reference and scientific basis for restoration and management of degraded mountain meadow. 【Method】Based on the soil nutrient system (ASI) method, the contents of soil available nutrients in different treatment areas were determined, the distribution characteristics of soil pH, organic matter, available nitrogen, available phosphorus and available potassium were analyzed. Multivariate statistical analysis and mapping were conducted by using SPSS 21.0 and SigmaPlot 12.5. 【Result】The results showed that: (i) The pH value of soil was strongly acidic, the mean was 4.56, the soil organic matter content was rich, the mean was 3.11 %, the soil available nitrogen content was medium, the mean was 38.96 mg/L, the means of available phosphorus was 5.01mg/L and available potassium was 46.79mg/L. (ii) The contents of soil organic matter, available nitrogen, available phosphorus and available potassium in the upper soil were higher than those in the lower layers at different elevations. The soil organic matter content was extremely significantly different (P<0.01), the content of available nitrogen showed a "W" distribution pattern with the changed of elevations, and was significant difference (P<0.05), along with the increase of elevations, the content of the available potassium showed a gradual increase and then decrease trend, there were significant differences at different elevations(P<0.05). (iii) The soil pH values in the SD region were significantly different from those in other areas (P<0.01). The soil organic matter content in SD region was significantly different from that in SLD region (P<0.05). There was no significant difference in soil available nitrogen content between different human disturbance levels (P>0.05). In the CK and MD regions, the available nitrogen content in different soil depths was significantly different (P<0.05). The content of available phosphorus in the upper soil of SD region was significantly different from that in other areas (P<0.05). There was significant difference in available potassium content between CK and SLD (P<0.05), and no significant difference between the upper and lower soil layers (P>0.05). The elevations and soil pH were correlated with extremely significantly positively (P<0.01), and negatively correlated with organic matter and available phosphorus (P<0.05), the human disturbance levels were extremely significantly negatively correlated with pH and available potassium (P<0.01). 【Conclusion】The elevations and human disturbance are the important factors that affect the change of available nutrients in meadow soil of Wugong Mountain. The soil pH value had little variation in different areas of meadow, but organic matter, available nitrogen, available phosphorus and available potassium content showed medium variation. The soil available nutrients were rich, the combination of biological and engineering measures can be used to repair vegetation human disturbance areas in a timely manner so as to prevent further destruction of the regional environment.

Soil organic matter; Nutrient availability; Elevation; Disturbance; Soil layer

1001-4829(2017)10-2308-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.025

2016-02-20

國家自然科學基金項目(31360177、31560150)；國際植物營養研究所項目(IPNI-JX29)；江西省科技計劃項目(20144BBF60002)；江西省研究生創新專項資助項目(YC2013-B029、YC2015-S189)

李 志(1987-)，男，河南方城人，博士研究生，主要從事生態修復、水土保持研究，E-mail：lizhi876@163.com，*為通訊作者，E-mail:gxmjxau@163.com。

S153.6+2

A

(責任編輯 李 潔)