祁連山中段大野口流域不同植被土壤有機碳和理化性質變化特征研究

摘要為了加大對祁連山生態系統保護力度，在祁連山中段大野口流域進行了4種植被土壤有機碳和理化性質變化特性的研究。結果表明：4種植被土壤剖面0～40cm土層有機碳含量、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC均值排序為亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被，容重和pH均值排序為山地荒漠植被＞山地草原植被＞山地森林草原植被＞亞高山草甸植被。亞高山草甸植被比其他植被更有利于提高土壤有機碳含量、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC，與山地森林草原植被、山地草原植被和山地荒漠植被比較，0～40cm土層有機碳均值分別提高了1.16、5.50和7.43倍，總孔隙度均值分別增大了2.86%、7.46%和8.27%；水穩性團聚體均值分別增加了8.32%、15.38%和24.41%；CEC均值分別增加了4.58%、19.71%和44.72%。山地荒漠植被比其他植被更有利于提高土壤容重和pH，與山地草原植被、山地森林草原植被和亞高山草甸植被比較，0～40cm土層容重均值分別增大了0.76%、5.60%和9.09%，pH均值分別增大了1.39%、1.91%和2.56%。祁連山中段大野口流域的亞高山草甸植被比其他植被更有利于降低土壤容重和pH值。

關鍵詞祁連山；大野口；植被；有機碳；理化性質；變化特征

中圖分類號：S714.2文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.002

StudyonVariationCharacteristicsofSoilOrganicCarbonandPhysicalandChemicalPropertiesofDifferentVegetationinDayekouWatershedintheMiddlePartofQilianMountains

FanXuan

（DongdashanNatureConservationStation，ManagementCenterofGansuQilianMountainNationalNatureReserve，Zhangye734000，China）

AbstractInordertostrengthentheprotectionofecosystemintheQilianMountains，theorganiccarbonandphysicalandchemicalpropertiesoffourplantedcoverswerestudiedinDayekouWatershedinthemiddlepartofQilianMountains.Theresultsshowedasfollows：theorganiccarboncontent，totalporosity，waterstabilityaggregatesandthemeanvaluesofCECinthe0-40cmsoillayerofthefourplantedcoverswererankedintheorderofsubalpinemeadowvegetation>mountainforeststeppevegetation>mountainsteppevegetation>mountaindesertvegetation;theorderofbulkdensityandpHvalueswasmountaindesertvegetation>mountainsteppevegetation>mountainforeststeppevegetation>subalpinemeadowvegetation.Subalpinemeadowvegetationwasmorebeneficialtotheincreaseofsoilorganiccarboncontent，totalporosity，waterstableaggregatesandCECthanothervegetation.Comparedwithmountainforeststeppevegetation，mountainsteppevegetationandmountaindesertvegetation，themeanvalueoforganiccarbonin0-40cmsoillayerwasincreasedby1.16，5.50and7.43times，respectively，themeanvalueoftotalporosityincreasedby2.86%，7.46%and8.27%，respectively，themeanvaluesofwaterstableaggregatesincreasedby8.32%，15.38%and24.41%，respectively，andthemeanvalueofCECincreasedby4.58%，19.71%and44.72%，respectively.Comparedwithmountainsteppevegetation，mountainforeststeppevegetationandsubalpinemeadowvegetation，mountaindesertvegetationwasmoreconducivetoimprovingsoilbulkdensityandpHthanothervegetation.Inthe0-40cmsoillayer，themeanvalueofbulkdensityincreasedby0.76%，5.60%and9.09%，respectively，andthemeanvalueofpHincreasedby1.39%，1.91%and2.56%，respectively.SubalpinemeadowvegetationinDayekouWatershedinthemiddlepartofQilianMountainswasmorebeneficialthanothervegetationtothereductionofsoilbulkdensityandpHvalue.

KeywordsQilianMountains;DayekouWatershed;vegetation;organiccarbon;physicalandchemicalproperties;variationcharacteristics

祁連山中段大野口流域位于甘肅省國家級自然保護區[1]，近年來由于人類活動和超載放牧的影響，其生態環境發生了變化[2]。有關祁連山不同森林、草原和草地對土壤有機碳和理化性質變化特征的研究報道較多[3-10]。而祁連山中段大野口流域不同植被土壤有機碳和理化性質變化特征研究尚未見報道。為了加大對祁連山中段大野口流域生態環境保護力度，開展了該流域4種植被土壤有機碳和理化性質變化特征研究。

1研究區概況

研究區位于祁連山中段大野口流域（100°16′—100°31′E，38°16′—38°33′N），東起馬鬃梁，西至西溝梁，南與排露溝為鄰，北與正南溝接壤，海拔1800～3400m，年日照時數2000～2200h，降水量150～400mm，蒸發量950～1000mm，≥10℃的積溫1500～1600℃，無霜期120～125d。研究區基本情況見表1。

2研究方法

2.1樣品采集及測定方法

2022年7月30日在祁連山中段大野口流域，在山地荒漠植被、山地草原植被、山地森林草原植被和亞高山草甸植被區分別設置100m×100m的4個樣品采集區，每個采集區按對角線布置5個樣點，從地表垂直向下挖掘40cm深的土壤剖面，按照0～＜10cm、10～＜20cm、20～＜30cm和30～＜40cm間距自下而上逐層采集土樣各3kg，用4分法帶回1kg混合土樣供室內化驗分析。土壤有機質、容重、總孔隙度、團聚體、CEC（陽離子交換量）和pH測定參考文獻[11]。

2.2數據處理方法

采用Excel2003和SPSS統計軟件進行數據統計分析，差異顯著性采用多重相比，LSD檢驗。

3結果與分析

3.1不同植被土壤剖面有機碳含量變化特征

由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層有機碳含量均值由大到小的變化順序依次為：亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被。亞高山草甸植被0～40cm土層有機碳均值與其他3種植被比較，差異極顯著（P＜0.01）。亞高山草甸植被、山地森林草原植被、山地草原植被和山地荒漠植被有機碳含量與剖面土層垂直深度之間呈線性負相關關系，R2分別為-0.8671、-0.8642、-0.8991和-0.8932。隨著剖面土層垂直深度的加深，不同植被有機碳含量在遞減。4種類型植被0～＜10cm土層有機碳含量與10～＜20cm比較，變化均不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm和30～＜40cm比較，變化均極顯著（P＜0.01）。

3.2不同植被土壤剖面物理性質變化特征

3.2.1容重變化特征由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層容重均值由大到小的變化順序依次為：山地荒漠植被＞山地草原植被＞山地森林草原植被＞亞高山草甸植被。山地荒漠植被0～40cm土層容重均值為1.32g.cm-3，與山地草原植被比較，差異不顯著（P＞0.05），與山地森林草原植被比較，差異顯著（P＜0.05），與亞高山草甸植被比較，差異極顯著（P＜0.01）。山地荒漠植被、山地草原植被、山地森林草原植被和亞高山草甸植被容重與剖面土層垂直深度之間呈線性正相關關系，R2分別為0.9542、0.9654、0.9846和0.9831。隨著剖面土層垂直深度的加深不同植被容重在遞增，山地荒漠植被0～＜10cm土層容重為1.29g.cm-3，與10～＜20cm和20～＜30cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與30～＜40cm比較，差異顯著（P＜0.05）；地草原植被0～＜10cm土層容重為1.26g.cm-3，與10～＜20cm和20～＜30cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；山地森林草原植被0～＜10cm土層容重為1.22g.cm-3，與其他各層比較，差異不顯著（P＞0.05）；亞高山草甸植被0～＜10cm土層容重為1.19g.cm-3，與其他各層比較，差異不顯著（P＞0.05）。

3.2.2總孔隙度變化特征由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層總孔隙度均值由大到小的變化順序依次為：亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被。亞高山草甸植被0～40cm土層總孔隙度均值為54.34%，與山地森林草原植被比較，差異不顯著（P＞0.05），與山地草原植被和山地荒漠植被比較，差異顯著（P＜0.05）。4種類型植被總孔隙度與剖面土層垂直深度之間呈線性負相關關系，R2分別為-0.9785、-0.9851、-0.8993和-0.9543。隨著剖面土層垂直深度的加深，不同植被總孔隙度在遞減。亞高山草甸植被0～＜10cm土層總孔隙度為55.09%，與其他各層比較，差異不顯著（P＞0.05）；山地森林草原植被0～＜10cm土層總孔隙度為53.96%，與其他各層比較，差異不顯著（P＞0.05）；山地草原植被0～＜10cm土層總孔隙度為52.45%，與10～＜20cm和20～＜30cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；山地荒漠植被0～＜10cm土層總孔隙度為51.32%，與10～＜20cm和20～＜30cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與30～＜40cm比較，差異顯著（P＜0.05）。

3.2.3水穩性團聚體變化特征由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層水穩性團聚體均值由大到小的變化順序依次為：亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被。亞高山草甸植被0～40cm土層水穩性團聚體均值為29.41%，與山地森林草原植被比較，差異顯著（P＜0.05），與山地草原植被和山地荒漠植被比較，差異極顯著（P＜0.01）。4種類型植被水穩性團聚體與剖面土層垂直深度之間呈線性負相關關系，R2分別為-0.9367、-0.9942、-0.9381和-0.9727。隨著剖面土層垂直深度的加深，不同植被水穩性團聚體在遞減，亞高山草甸植被0～＜10cm土層水穩性團聚體為30.99%，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm比較，差異顯著（P＜0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；山地森林草原植被0～＜10cm土層水穩性團聚體為29.46%，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm和30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；山地草原植被0～＜10cm土層水穩性團聚體為26.72%，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm比較，差異顯著（P＜0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；山地荒漠植被0～＜10cm土層水穩性團聚體為25.25%，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm比較，差異顯著（P＜0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）。

3.3不同植被土壤剖面化學性質變化特征

3.3.1CEC變化特征由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層CEC均值由大到小的變化順序依次為：亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被。亞高山草甸植被0～40cm土層CEC均值為22.59%，與山地森林草原植被比較，差異不顯著（P＞0.05），與山地草原植被和山地荒漠植被比較，差異極顯著（P＜0.01）。4種類型植被CEC與剖面土層垂直深度之間呈線性負相關關系，R2分別為-0.8927、-0.9323、-0.9096和-0.9346。隨著剖面土層垂直深度的加深，不同植被CEC在遞減。山地森林草原植被0～＜10cm土層CEC為22.96%，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm比較，差異顯著（P＜0.05），與30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）；其他3種類型植被0～＜10cm土層CEC，與10～＜20cm比較，差異不顯著（P＞0.05），與20～＜30cm和30～＜40cm比較，差異極顯著（P＜0.01）。

3.3.2pH變化特征由表2可知，不同植被土壤剖面0～40cm土層pH均值由大到小的變化順序依次為：山地荒漠植被＞山地草原植被＞山地森林草原植被＞亞高山草甸植被。山地荒漠植被0～40cm土層pH均值為8.01，與其他3種類型植被比較，差異不顯著（P＞0.05）。4種類型植被pH與剖面土層垂直深度之間呈線性正相關關系，R2分別為0.8909、0.9862、0.9436和0.7578。隨著剖面土層垂直深度的加深不同植被pH在遞增，4種類型植被各土層pH之間差異均不顯著（P＞0.05）。

4結論

不同植被土壤剖面0～40cm土層有機碳、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC均值由大到小的變化順序依次為：亞高山草甸植被＞山地森林草原植被＞山地草原植被＞山地荒漠植被，容重和pH均值由大到小的變化順序依次為：山地荒漠植被＞山地草原植被＞山地森林草原植被＞亞高山草甸植被。隨著剖面土層垂直深度的加深，不同植被有機碳、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC在遞減，容重和pH在遞增。不同植被有機碳、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC與剖面土層垂直深度之間呈線性負相關關系，容重和pH與剖面土層垂直深度之間呈線性正相關關系。亞高山草甸植被比其他植被更有利于提高土壤有機碳、總孔隙度、水穩性團聚體和CEC，山地荒漠植被比其他植被更有利于提高土壤容重和pH。應加強對山地荒漠植被和山地草原植被的生態環境保護力度，進一步提高生態環境質量。

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收稿日期：2023-01-07

基金項目：國家自然科學基金重點支持項目“黑河流域生態水分樣帶調查”（91025002/D010106）

作者簡介：樊選（1981-），男，甘肅民樂人，工程師，主要從事林業工程技術研究，Email：283918644@qq.com