免费文献传递   相关文献

Spatial variability of surface soil nutrients in the landslide area of Beichuan County, Southwest China, after 5·12 Wenchuan Earthquake.

北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化


以北川擂鼓镇凤凰山震后滑坡体表层土壤为研究对象,结合网格取样和室内分析,运用地统计学和经典统计学方法对其养分空间变化进行分析.结果表明: 研究区土壤有效磷(AP)属高变异强度,其他养分均属中变异强度.AP和土壤有机碳(SOC)的块基比分别为27.9%和28.8%,表现为中等空间相关性;土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解性氮(AN)和速效钾(AK)的块基比分别为20.0%、24.3%、11.1%、11.2%和22.7%,均表现为强烈的空间相关性.土壤TP的变程最大,为1232.7 m;其次为AN(541.27 m)、TN(468.35 m)、TK(136.0 m)、AK(128.7 m)、AP(116.6 m)、SOC(93.5 m).各土壤养分随海拔的变化规律不明显,而从滑坡区、过渡区至未破坏区则呈明显增加趋势.其中,滑坡区表层土壤TP含量较未破坏区减少10.3%,减幅最小,而AP减幅最大,达79.7%;过渡区各养分含量占未破坏区的31.1%~87.2%,降幅最小和最大的仍为TP和AP.地震滑坡扰动是导致土壤养分空间变化的主要原因.
 

Based on grid sampling and laboratory analysis, spatial variability of surface soil nutrients was analyzed with GS+ and other statistics methods on the landslide area of Fenghuang Mountain, Leigu Town, Beichuan County. The results showed that except for high variability of available phosphorus, other soil nutrients exhibited moderate variability. The ratios of nugget to sill of the soil available phosphorus and soil organic carbon were 27.9% and 28.8%, respectively, showing moderate spatial correlation, while the ratios of nugget to sill of the total nitrogen (20.0%), total phosphorus (24.3%), total potassium (11.1%), available nitrogen (11.2%), and available potassium (22.7%) suggested strong spatial correlation. The total phosphorus had the maximum range (1232.7 m), followed by available nitrogen (541.27 m), total nitrogen (468.35 m), total potassium (136.0 m), available potassium (128.7 m), available phosphorus (116.6 m), and soil orga-nic  carbon (93.5 m). Soil nutrients had no significant variation with the increase of altitude, but gradually increased from the landslide area, the transition area, to the littleimpacted area. The total and available phosphorus contents of the landslide area decreased by 10.3% and 79.7% compared to that of the littleimpacted area, respectively. The soil nutrient contents in the transition area accounted for 31.1%-87.2% of that of the little-impacted area, with the least and largest reductions in total and available phosphorus contents, respectively. The disturbance by earthquake landslide was the dominant reason for the spatial variability of surface soil nutrients.


全 文 :北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化∗
麦积山1  赵廷宁2  郑江坤1∗∗  史常青2
( 1四川农业大学林学院, 成都 611130; 2北京林业大学水土保持学院, 北京 100086)
摘  要  以北川擂鼓镇凤凰山震后滑坡体表层土壤为研究对象,结合网格取样和室内分析,
运用地统计学和经典统计学方法对其养分空间变化进行分析.结果表明: 研究区土壤有效磷
(AP)属高变异强度,其他养分均属中变异强度.AP 和土壤有机碳(SOC)的块基比分别为
27.9%和 28.8%,表现为中等空间相关性;土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、水解性氮
(AN)和速效钾(AK)的块基比分别为 20.0%、24.3%、11.1%、11.2%和 22.7%,均表现为强烈的
空间相关性.土壤 TP 的变程最大,为 1232.7 m;其次为 AN(541.27 m)、TN(468.35 m)、TK
(136.0 m)、AK(128.7 m)、AP(116.6 m)、SOC(93.5 m) .各土壤养分随海拔的变化规律不明
显,而从滑坡区、过渡区至未破坏区则呈明显增加趋势.其中,滑坡区表层土壤 TP 含量较未破
坏区减少10.3%,减幅最小,而 AP 减幅最大,达 79. 7%;过渡区各养分含量占未破坏区的
31.1%~87.2%,降幅最小和最大的仍为 TP 和 AP.地震滑坡扰动是导致土壤养分空间变化的
主要原因.
关键词  “5·12”汶川地震; 滑坡体; 土壤养分; 空间变异; 地统计学
文章编号  1001-9332(2015)12-3588-07  中图分类号  S153.6  文献标识码  A
Spatial variability of surface soil nutrients in the landslide area of Beichuan County, South⁃
west China, after 5·12 Wenchuan Earthquake. MAI Ji⁃shan1, ZHAO Ting⁃ning2, ZHENG
Jiang⁃kun1, SHI Chang⁃qing2 ( 1College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu
611130, China; 2College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing
100086, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(12): 3588-3594.
Abstract: Based on grid sampling and laboratory analysis, spatial variability of surface soil nu⁃
trients was analyzed with GS+ and other statistics methods on the landslide area of Fenghuang Moun⁃
tain, Leigu Town, Beichuan County. The results showed that except for high variability of available
phosphorus, other soil nutrients exhibited moderate variability. The ratios of nugget to sill of the soil
available phosphorus and soil organic carbon were 27.9% and 28.8%, respectively, showing mode⁃
rate spatial correlation, while the ratios of nugget to sill of the total nitrogen (20.0%), total phos⁃
phorus (24.3%), total potassium (11.1%), available nitrogen (11.2%), and available potassium
(22.7%) suggested strong spatial correlation. The total phosphorus had the maximum range
(1232.7 m), followed by available nitrogen (541.27 m), total nitrogen (468.35 m), total potassi⁃
um (136.0 m), available potassium (128.7 m), available phosphorus (116.6 m), and soil orga⁃
nic carbon (93.5 m). Soil nutrients had no significant variation with the increase of altitude, but
gradually increased from the landslide area, the transition area, to the little⁃impacted area. The total
and available phosphorus contents of the landslide area decreased by 10.3% and 79.7% compared to
that of the little⁃impacted area, respectively. The soil nutrient contents in the transition area accoun⁃
ted for 31.1%-87.2% of that of the little⁃impacted area, with the least and largest reductions in to⁃
tal and available phosphorus contents, respectively. The disturbance by earthquake landslide was
the dominant reason for the spatial variability of surface soil nutrients.
Key words: “5·12” Wenchuan earthquake; landslide; soil nutrient; spatial variability; geosta⁃
tistics.
∗林业公益性行业科研专项(201104109)、中国博士后科学基金面上项目(2012M511938)和四川省高等学校建设项目资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: jiangkunzheng@ 126.com
2015⁃03⁃05收稿,2015⁃09⁃11接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 12月  第 26卷  第 12期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2015, 26(12): 3588-3594
    “5·12”汶川地震诱发了大量的滑坡泥石流等
衍生地质灾害,据统计,大约有 20000处各种类型的
滑坡发生[1] .滑坡造成大量的土壤流失和植被摧毁,
改变土壤养分空间格局和土壤通气透水等理化性
质,导致滑坡后的坡面土壤质量严重下降、植被资源
衰退甚至灭绝等一系列生态环境问题.目前,对滑坡
的研究多集中在形成机理、治理措施和滑坡体土壤
理化性质等方面[2-4],而对其土壤养分空间异质性
及其性质特征的研究较少.Cheng 等[5]提出,地震诱
发的滑坡对土壤的养分、容重、孔隙度等理化性质均
有重大影响.因此,开展震后滑坡体土壤养分空间分
布格局的研究不仅是植被恢复的重要方向和途
径[6],也可为生态恢复治理提供依据.土壤是时空连
续的变异体,不论是在小尺度还是大尺度上均存在
高度的空间变异性[7] .对土壤空间异质性的研究不
仅是分析土壤养分和性质空间分布规律的有效方
法,也是揭示空间格局、生态过程和生态功能三者之
间关系的重要途径[8] .国内外对土壤养分空间异质
性进行了大量研究[9-11],Boerner 等[12]研究了不同
扰动程度的 3个地块中土壤无机氮、有机碳、有效磷
的空间格局,强调量化和认识空间格局可作为植被
恢复和预测植被变化的先决条件. Zhang 等[13]研究
了东北黑土区土壤养分的空间变异特征,提出结构
因素为空间相关性的主要原因.郭晓敏等[14]研究发
现,毛竹林土壤养分随机变异小于结构性变异,施肥
时长对土壤养分空间均匀分布有调和作用.本研究
以“5·12”汶川特大地震衍生的北川县擂鼓镇凤凰
山典型滑坡面为研究对象,设置过渡区和未破坏的
柏木林地作为对照,格网采样结合地统计学,系统分
析了土壤养分空间变异特征,旨在为地震灾后植被
恢复提供一定的理论依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
研究区属亚热带湿润季风气候,多年平均气温
15.6 ℃,平均降雨量 1399 mm,降雨集中在 6—9 月,
占全年降雨量的 71% ~ 76%,且空间分布不均.擂鼓
镇全境皆山,土壤质地以砾石土为主,其次为壤土和
粘土,粗骨性强,地质条件差,水文条件复杂,山体岩
石破碎,沟谷谷坡较大,是滑坡崩塌泥石流易发区.
全镇各类森林面积 10000 hm2左右,其中天然林
7333 hm2,人工林 2666 hm2,森林覆盖率 76%.采样
区位于 31°46′24″ N、104°25′24″ E,滑坡前为柏木
(Cpuressus funebris)林,郁闭度高.地震后部分山体发
表 1  样地基本情况
Table 1  Basic information of the plots
样地类型
Plot type
坡度       
Slope       
(°)        
土壤颗粒组成
Soil particle composition (%)
粘粒
Clay
粉粒
Silt
砂粒
Sand
Ⅰ 27 10.3 5.6 84.1
Ⅱ 25 12.1 7.7 80.2
Ⅲ 26 13.1 10.0 76.9
Ⅰ: 滑坡区 Landslide area; Ⅱ: 过渡区 Transition zone; Ⅲ: 未破坏区
Failure zone.下同 The same below.
生剧烈滑坡,植被及表层土壤流失殆尽,地表裸露,
坡面几乎全为砾石;2010 和 2011 年在当地政府和
一些国际组织的资助下,对滑坡体采取了工程固坡
和灌草措施,有效减少了该区的水土流失(表 1,图
2).其中,样地Ⅰ为滑坡区,2011 年按株行距 2 m×
4 m人工栽植刺槐幼苗;样地Ⅱ是滑坡区和未破坏
区之间的过渡区域,存在少量面蚀和沟蚀,主要分布
草灌类植物;样地Ⅲ为未破坏区,未受滑坡影响,植
被保持原状.
1􀆰 2  样品采集及分析
2013年 7月,利用森林罗盘仪(DQL⁃1)和海拔
仪(Magellan⁃500E),基于网格法布置 45 个样点(图
1),然后在每个样点附近再选取 2 个样点,分别用
土刀取表层 20 cm×20 cm×10 cm 砾土混合后带回
实验室,样品风干后,将土壤中的植物落叶、残根、砾
石、动物残体等挑出,过筛研磨后的土壤待测.同时,
在每个样点用手持 GPS 定位,并记录下海拔、经纬
度、坡度、砾石裸露率、人为干扰等信息.测定指标包
括:全氮 ( TN)、全磷 ( TP )、全钾 ( TK)、碱解氮
(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、有机碳(SOC),
方法参照森林土壤分析方法[15] .
1􀆰 3  数据处理
鉴于采样的随机性和人为活动的干扰,本文剔
除样本均值加减 3 倍标准差以外的异常值,保持半
方差函数的稳定性.用 K⁃S 检验法(显著性水平 α =
0.05)检验数据是否符合正态分布,保证数据符合
Kriging空间插值要求.地统计学在土壤养分空间变异
的研究中应用广泛,其方法和原理参见文献[16-17].
图 1  研究区采样点布设
Fig.1  Soil sampling locations in the research area.
985312期                            麦积山等: 北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化           
本研究采用 GS+Version 9.0 分析半方差函数、块金
值、块基比等参数;土壤养分 Kriging 等值线绘制在
ArcGIS 10.0 中完成.方差等统计分析在 SPSS 17.0
完成.
块基比[C0 / (C0+C)]为空间相关度,表示随机
部分引起的空间异质性占系统总变异的比例,如果
该比值低,表明其空间异质性主要由结构性因素造
成,相反则说明随机部分在引起空间异质性程度中
起主要作用[18] .以往研究表明,当 C0 / (C0+C)<25%
时,变量具有强烈的空间相关性;C0 / ( C0 + C)在
25%~75%时,为中等空间相关性;而 C0 / (C0 +C) >
75%时,变量空间相关性很弱[19] .变程(A)反映各变
量之间只有在变程范围内才具有空间相关性,在变
程之外则被认为是相互独立的[20] .半变异函数的决
定系数(R2)越大、残差(RSS)越小,说明函数曲线
的拟合程度越好[21] .
2  结果与分析
2􀆰 1  土壤养分的统计性分析
由表 2可知,整个采样区土壤 TN、TP、TK、AN、
AP、AK 和 SOC 含量范围分别为 0. 12 ~ 5􀆰 90
g·kg-1、0.01 ~ 1. 40 g·kg-1、0. 07 ~ 0􀆰 64 g·kg-1、
15􀆰 61~469.64 mg·kg-1、0.19~1.63 mg·kg-1、16.90~
879􀆰 70 mg·kg-1和 16.00~142.52 g·kg-1 .土壤 TN、
SOC、AK含量较为丰富,其平均含量分别为 1􀆰 86
g·kg-1、44.57 g·kg-1、156.70 mg·kg-1;土壤 AN
含量为 115.55 mg·kg-1,属于中等水平;土壤 TP、
TK和 AP 属极缺乏水平,其平均值分别为 0􀆰 36
g·kg-1、0.34 g·kg-1和 1. 22 mg·kg-1 .变异系数
(CV)能够反映数据的离散程度,可划分为:弱变异
性(<10%);中等变异性(10% ~ 100%);强变异性
(>100%) [22] .土壤 AP 的变异系数超过了 100%,属
于高变异强度,其余土壤养分含量的变异系数介于
38􀆰 2%~90.2%之间,均属于中等变异强度,各土壤
养分变异程度大小依次为:AP >AK>AN>TN>TP >
SOC>TK.结合偏度、峰度和 K⁃S 检验,土壤 TK 和
AK符合正态分布,其他土壤养分数据经对数转换
后均服从正态分布,满足地统计学分析的条件.
2􀆰 2  土壤养分的空间结构特征
利用地统计学方法分析各土壤养分的空间变化
特征.由表 3可知,土壤 TP 的最优拟合为指数模型,
土壤 TK、AP、AK 和 SOC 的最优拟合为球状模型,
TN和 AN的最优拟合模型为高斯模型.各土壤养分
指标拟合模型的拟合程度均较高,都能较充分地反
映土壤养分的空间特征,其中,土壤 TP 的决定系数
最小,表明它在空间变化上相对不稳定.
研究区土壤养分变程排序为:SOC<AP<AK<TK
<TN<AN<TP,其中,TP 的变程最大,达到 1232.7 m,
其空间连续性较好,需要更小尺度的研究.土壤 TK、
AP、AK和 SOC 的空间连续性尺度较相近,分别为
136、116.6、128􀆰 7和 93.5 m,可视为其生态过程在相
同尺度上起作用,而 SOC的变程最小,仅为 93􀆰 5 m,
其空间连续性较差.块金值反映采样尺度和试验误
差引起的空间变异,表 3 中全部土壤养分的块金值
均较小且都为正值,即存在较小的采样与试验误
差[23] .土壤 AP 和 SOC 的块基比分别为 27. 9%和
28􀆰 8%,为中等强度空间自相关.土壤 TN、TP、TK、
AN和 AK的块基比均<25%,表现出强烈的空间自
相关性,说明其变异主要是因为结构性因素的影响,
如地形、土壤类型、群落结构、土壤母质等[24] .综上
所述,空间自相关部分的异质性在土壤养分的空间
异质性中占主要部分,土壤养分具有重要的空间结
构,变程代表它的尺度大小.
2􀆰 3  土壤养分空间分布格局
由图 2 可知,整个研究区域左侧的土壤 TN、
TK、AN、AP、AK、SOC含量均较右侧低,总体呈现出
表 2  土壤养分描述性统计特征
Table 2  Descriptive statistics of soil nutrients in the study soil (n=45)
土壤养分
Soil nutrient
平均值
Mean
标准差
Standard deviation
变异系数
CV (%)
范围
Range
偏度
Skew
峰度
Kurtosis
K⁃S检验
K⁃S test
TN (g·kg-1) 1.86 1.44 77.4 0.12~5.90 1.17 0.49 0.019
TP (g·kg-1) 0.36 0.27 75.0 0.01~1.40 1.90 4.14 0.032
TK (g·kg-1) 0.34 0.13 38.2 0.07~0.64 -0.04 0.15 0.995
AN (mg·kg-1) 115.55 95.30 82.5 15.61~469.64 1.79 3.53 0.047
AP (mg·kg-1) 1.22 2.40 196.7 0.19~1.63 5.98 38.04 0
AK (mg·kg-1) 156.70 141.38 90.2 16.90~879.70 3.34 15.25 0.059
SOC (g·kg-1) 44.57 29.30 65.7 16.00~142.52 1.75 2.76 0.010
TN: 全氮 Total nitrogen; TP: 全磷 Total phosphorus; TK: 全钾 Total potassium; AN: 水解性氮 Hydrolyzable nitrogen; AP: 有效磷 Available phos⁃
phorus; AK: 速效钾 Available potassium; SOC: 土壤有机碳 Soil oragnic carban.下同 The same below.
0953                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 3  土壤养分指标半方差模型及其参数
Table 3  Semivariogram theoretical models and parameters of soil nutrients indices
土壤养分
Soil nutrient
模型
Model
块金值
C0
基台值
C0+C
块金值 /基台值
C0 / (C0+C)
变程
A (m)
决定系数

残差
RSS
TN (g·kg-1) 高斯模型 Gauss model 0.476 2.383 0.200 468.35 0.823 0.040
TP (g·kg-1) 指数模型 Exponential model 0.050 0.206 0.243 1232.70 0.289 <0.003
TK (g·kg-1) 球状模型 Spherical model 0.002 0.018 0.111 136.00 0.867 <0.001
AN (mg·kg-1) 高斯模型 Gauss model 0.291 2.592 0.112 541.27 0.788 0.045
AP (mg·kg-1) 球状模型 Spherical model 0.168 0.602 0.279 116.60 0.400 0.117
AK (mg·kg-1) 球状模型 Spherical model 0.117 0.515 0.227 128.70 0.887 <0.009
SOC (g·kg-1) 球状模型 Spherical model 0.090 0.314 0.288 93.50 0.392 0.025
自左向右逐渐增大的趋势.土壤 TN含量分布呈斑块
状,高值区在研究区的右侧,且表现出随海拔降低而
下降的现象,主要是因为上坡的植被结构为柏木林
图 2  研究区土壤养分的空间分布
Fig.2  Spatial distribution of soil nutrients in the research area.
TN: 全氮 Total nitrogen; TP: 全磷 Total phosphorus; TK: 全钾 Total
potassium; AN: 水解性氮 Hydrolyzable nitrogen; AP: 有效磷 Availa⁃
ble phosphorus; AK: 速效钾 Available potassium; SOC: 土壤有机碳
Soil oragnic carban.
和草、灌植物,而下坡主要是草、灌植物,且植被覆盖
度上坡高于下坡,更有利于养分的积累,所以海拔越
低 TN含量越低.土壤 TP 含量的高值集中出现于整
个研究区中的偏左侧,在该区左侧呈由上到下递增
分布,但在水平分布上无明显递变规律.土壤 TK 含
量在 0.01 ~ 0.28 g·kg-1的面积占总面积的 50%左
右,从左至右呈现高低值交错变化的分布规律,其最
小值与 AK含量最小值均出现在研究区左上角.土
壤 AN值呈从右向左递减的带状分布,含量最高处
主要集中在研究区右侧,与 SOC 分布规律相似,这
是由于水解性氮与有机质之间通常存在显著的正相
关关系.土壤 AP 值分布较为均匀,变化缓和,从左
至右呈较为规律的递增趋势,其含量在 0.09 ~ 0􀆰 42
mg·kg-1区间的面积约占总面积的 20%.土壤 AK空
间异质性明显,在研究区右侧表现出随海拔的降低
而递减的规律,而在左侧则无明显变化规律,其最高
值位于研究区的右上角.土壤 SOC 含量的分布规律
较为明显,为从右上到左下递减的带状分布.
2􀆰 4  滑坡对土壤养分含量的影响
由表 4 可知,研究区土壤养分含量整体表现为
从样地Ⅰ到Ⅲ递增趋势,而随海拔升高无明显规律.
样地Ⅰ中,TN、TP、TK、AN、AP、AK和 SOC含量依次
为样地Ⅲ的 30.9%、89.7%、50.0%、28.4%、20.3%、
27.3%和 40.9%,样地Ⅱ的相应养分含量依次占样
地Ⅲ的 64.6%、87.2%、71.7%、70.5%、31.1%、49.8%
和 62. 2%.土壤 TN 含量在海拔梯度 610 ~ 630 m
(H2)和 650~ 670 m(H4)上从样地Ⅰ到Ⅲ递增,分
别增加了 6.2和 3.8倍,且在 H2 梯度上差异显著.土
壤 TP 值未表现出明显变化规律.TK和 AK含量在 5
个海拔梯度均呈现出从样地Ⅰ到Ⅲ递增现象.AN值
在海拔梯度 H2、630 ~ 650 m(H3)和 H4 上从样地Ⅰ
到Ⅲ递增.AP 含量除在海拔梯度 H4以外,其余海拔
梯度均从样地Ⅰ到Ⅲ递增. SOC 含量在海拔梯度
580~610 m(H1)、H2 、H4上从样地Ⅰ到Ⅲ呈现出明
195312期                            麦积山等: 北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化           
表 4  不同海拔和样地类型的土壤养分特征
Table 4  Characteristics of soil nutrients in different altitudes and plots
土壤养分
Soil nutrient
样地类型
Sample
type
海 拔 Altitude (m)
580~610 610~630 630~650 650~670 670~710 均值 Mean
TN Ⅰ 0.67Aa 0.76Ba 1.13Aa 0.99Ab 0.84Ba 0.88A
(g·kg-1) Ⅱ 1.35Aa 1.34Ba 0.90Aa 2.68Aa 2.93Aa 1.84B
Ⅲ 0.86Aa 4.71Ab 2.77Ab 3.78Ab 2.12ABb 2.85C
均值 Mean 0.96a 2.27a 1.6a 2.48a 1.96a -
TP Ⅰ 0.45Aa 0.47Aa 0.19Aa 0.36Aa 0.30Aa 0.35A
(g·kg-1) Ⅱ 0.24Aa 0.31Aa 0.21Aa 0.30Aa 0.66Aa 0.34A
Ⅲ 0.41Aa 0.59Aa 0.32Aa 0.31Aa 0.33Aa 0.39A
均值 Mean 0.36a 0.46a 0.24a 0.32a 0.43a -
TK Ⅰ 0.27Aa 0.23Aa 0.24Aa 0.25Aa 0.18Aa 0.23A
(g·kg-1) Ⅱ 0.35Aa 0.38Ba 0.33Aa 0.26Aa 0.32ABa 0.33B
Ⅲ 0.50Aa 0.46Ba 0.46Ba 0.46Aa 0.43Ba 0.46C
均值 Mean 0.37a 0.36a 0.34a 0.32a 0.31a -
AN Ⅰ 45.04Aa 34.24Aa 62.54Aa 56.68Aa 49.12Aa 49.52A
(mg·kg-1) Ⅱ 137.78Aa 138.96Ba 84.60Aa 116.50Aa 136.75Aa 122.92A
Ⅲ 85.26Aa 231.96Ba 160.88Ba 284.24Ba 109.08Aa 174.28B
均值 Mean 89.35a 135.05a 102.67a 152.47a 98.32a -
AP Ⅰ 0.55Aa 0.47Aa 0.34Aa 0.5ABa 0.6Aa 0.49A
(mg·kg-1) Ⅱ 0.69Aa 0.79Aa 0.74Ba 0.90Aa 0.65Aa 0.75A
Ⅲ 2.2Aa 1.33Aa 1.39Ba 0.84Aa 6.28Ba 2.41B
均值 Mean 1.15a 0.86a 0.82a 0.75a 2.51a -
AK Ⅰ 70.10Aa 79.1Aa 82.5Aa 80.01Aa 50.8Aa 72.51A
(mg·kg-1) Ⅱ 116.02Aa 125.8Aa 121.10Aa 156.22ABa 141.6ABa 132.15A
Ⅲ 128.5Aa 270.4Ba 222.92Aa 309.32Ba 396Ba 265.43B
均值 Mean 104.87a 158.43a 142.17a 181.85a 196.13a -
SOC Ⅰ 26.9Aa 22.52Aa 31.6Aa 27.5Aa 26.1Aa 26.94A
(g·kg-1) Ⅱ 31.1Aa 29.12Aa 29.3Aa 53.2Aa 61.9Ba 40.92A
Ⅲ 31.7Aa 94.14Bb 56.3Aab 97.6Ab 49.5ABab 65.84B
均值 Mean 29.9a 48.59a 39.07a 59.43a 45.83a -
不同大写字母和小写字母分别表示不同样地类型和不同海拔段间差异显著(P<0.05) Different uppercase letter ( s) within each column indicated
significantly different at 0.05 level among different sample types, different lowercase letter ( s) within each row indicated significantly different at 0.05
level among different altitude gradients.
显递增规律.比较各样地养分均值可以得出,土壤
TN和 TK含量分别在样地Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ之间均差异性
显著.但土壤 TP 含量则在各样地之间均无显著性差
异.除 TN、TK和 TP 以外,其余各养分含量在样地Ⅰ
和Ⅱ之间均不存在显著性差异,但都与样地Ⅲ之间
差异显著.而全部养分均值在各海拔段之间差异均
不显著.
3  讨    论
研究区土壤养分整体含量水平较低,变异程度
较大,土壤 AP 为高强度变异,其余养分都为中等强
度变异.主要由于该区山体岩石破碎,水文条件复
杂,加之受地震和滑坡的影响,改变了地质地貌和植
被分布等.土壤养分有限或缺乏直接导致植物对土
壤有效养分的吸收与利用,影响滑坡体上植被的恢
复,进而不利于水土保持,加大养分流失.这将严重
制约该区生态环境修复.因此,应结合植物措施和布
设工程措施来改善局部环境,为植被生长创造有利
的条件.
土壤各养分指标的变异函数模型拟合均较好,
只有土壤 TP 的变异函数模型拟合度较低,空间变
异结构较差.土壤养分空间异质性是随机因素和结
构因素综合作用的结果,随机因素促使其空间相关
性减弱,结构性因素加强其空间相关性[25] .土壤 AP
和 SOC表现为中等强度空间自相关性,表明它是受
结构性因子和随机因子共同作用的结果.土壤 TN、
TP、TK、AN和 SOC均为强烈空间自相关,其变异主
要是因为地震和滑坡改变了地形、土壤类型重新分
布,以及植被结构或母质分布等结构性因素.研究区
土壤 TP 的变程最大,具有较好的空间连续性,表明
环境因素在较大尺度上控制着 TP 的空间异质
性[26],其余各养分变程的大小顺序为:SOC<AP<AK
2953                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
<TK<TN<AN.土壤 TK、AP、AK、SOC的变程较小,分
别为 136、116.6、128.7和 93.5 m,说明这几种养分的
空间连续性尺度较小.
从 Kriging 插值图可以看出,研究区除土壤 TP
以外,所有土壤养分含量从滑坡区至未破坏区均表
现为递增趋势.这与吴聪等[4]研究结果较一致,即滑
坡将导致各土壤养分含量大幅降低,但不同区域同
一养分含量的降幅存在差异.造成本研究土壤养分
这种分布规律的原因是滑坡对其坡面地表扰动极
大,影响了土壤理化性质,改变了坡面微地貌,大量
表层土壤及其养分损失,土层浅薄,植被只有人工栽
种的刺槐幼林,水土和养分流失严重,生态环境质量
大大降低.过渡区受滑坡影响较小,土壤中石砾含量
较大,但坡面表层土壤含量仍大于滑坡区,且坡面分
布有较多草、灌植物,在一定程度上能防止土壤颗粒
和养分的流失,故而各养分含量高于滑坡区.未破坏
区植被覆盖率高,能有效防止表层土壤物质及其养
分的流失,同时,林下大量的枯落物为有机质积累创
造了良好的条件,因此该样地区域养分含量最高.而
土壤 TP 特殊的分布规律是由于土壤 TP 主要来源
于基岩风化,并通过植物的表聚作用在表层土壤积
累[27] .研究区中偏左的位置受滑坡破坏生产大量碎
石,通过风化作用使供给植物吸收的磷来源增多,加
之此处草本植物稀少,减少了磷素消耗,所以 TP 含
量没有表现出从左至右增加的规律.海拔对土壤养
分影响显著.张伟等[6]研究表明,土壤养分随海拔增
加存在“倒挂现象”,而本研究中土壤养分含量在海
拔范围内无明显变化规律.这一方面因为滑坡对研
究区生态系统造成了极大扰动,致使土壤养分空间
分布格局复杂多样;另一方面,因滑坡发生时间短,
土壤养分分布规律与海拔之间的关系还未明显形
成.该地震滑坡体地形破碎,地表破坏严重,土壤养
分变异强度较大,空间变异明显,各土壤养分都具有
明显的空间自相关格局.因此,探明土壤养分空间分
布特征能有效地指导滑坡区的生态恢复重建.
参考文献
[1]  Xu C (许  冲), Dai F⁃C (戴福初), Xu X⁃W (徐锡
伟). Wenchuan Earthquake⁃induced Landslides: An
overview. Geological Review (地质评论), 2010, 56
(6): 860-874 (in Chinese)
[2]  Jin Z⁃F (金增芳). Yushu seismic landslide characteris⁃
tics and formation mechanism and its control measures.
Building Structure (建筑结构), 2013, 43( suppl.2):
686-689 (in Chinese)
[3]  Zhang D⁃G (张德罡). Effect of deforestation and land⁃
slide on soil of Rhododendron shrub ecosystem in the
eastern Qilian Mountains. Acta Prataculturae Sinica (草
业学报), 2002, 11(3): 72-75 (in Chinese)
[4]  Wu C (吴  聪), Wang J⁃N (王金牛), Lu T (卢  
涛), et al. Effect of Wenchuan earthquake on soil phy⁃
sical and chemical properties of the Longmen Mountain,
southwestern China. Chinese Journal of Applied & Envi⁃
ronmental Biology (应用与环境生物学报), 2012, 18
(6): 911-916 (in Chinese)
[5]  Cheng S, Yang G, Yu H, et al. Impacts of Wenchuan
Earthquake⁃induced landslides on soil physical proper⁃
ties and tree growth. Ecological Indicators, 2012, 15:
263-270
[6]  Zhang W (张  伟), Chen H⁃S (陈洪松), Wang K⁃L
(王克林), et al. Spatial variability of soil nutrients on
hillslope in typical karst peak⁃cluster depression areas.
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engi⁃
neering (农业工程学报), 2008, 24(1): 68-73 ( in
Chinese)
[7]  Xiong H⁃F (熊汉锋), Wang Y⁃H (王运华). Spatial
variability of soil nutrients in wetland of Liangzi Lake.
Plant Nutrition and Fertilizer Science (植物营养与肥料
学报), 2005, 11(5): 584-589 (in Chinese)
[8]  Ettema CH, Wardle DA. Spatial soil ecology. Trends in
Ecology & Evolution, 2002, 17: 177-183
[9]  Zhang Y⁃M (张玉铭), Mao R⁃Z (毛任钊), Hu C⁃S
(胡春胜), et al. Spatial variability of farmland soil nu⁃
trients at Taihang piedmont. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2004, 15(11): 2049-2054
(in Chinese)
[10]  Jiang Y (姜  勇), Zhang Y⁃G (张玉革), Liang W⁃J
(梁文举), et al. Spatial variability of soil nutrients in
cultivated surface soil Sujiatun District, Shenyang City.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2003, 14(10): 1673-1676 (in Chinese)
[11]  Song X (宋  轩), Li L⁃D (李立东), Kou C⁃L (寇
长林), et al. Soil nutrient distribution and its relations
with topography in Huangshui River drainage basin. Chi⁃
nese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2011, 22(12): 3163-3168 (in Chinese)
[12]  Boerner REJ, Scherzer AJ, Brinkman JA. Spatial pat⁃
terns of inorganic N, P availability, and organic C in re⁃
lation to soil disturbance: A chronosequence analysis.
Applied Soil Ecology, 1998, 7: 159-177
[13]  Zhang XY, Sui YY, Zhao XD, et al. Spatial variability
of nutrient properties in black soil of northeast China.
Pedosphere, 2007, 17: 19-29
[14]  Guo X⁃M (郭晓敏), Niu D⁃K (牛德奎), Guo X (郭
熙), et al. Study on spatial variability of soil nutrients
for Moso bamboo forest in Fengxin. Plant Nutrition and
Fertilizer Science (植物营养与肥料学报), 2006, 12
(3): 420-425 (in Chinese)
[15]   Zhang W⁃R (张万儒). Forest Soil Analysis Method.
Beijing: China Standards Press, 2000 (in Chinese)
[16]  Webster R, Oliver MA. Geostatistics for  Environmental
Scientists. Chichester: John Wiley and Sons, 2007
[17]  Li L⁃L (李亮亮), Yi Y⁃L (依艳丽), Ling G⁃X (凌国
395312期                            麦积山等: 北川震后滑坡体表层土壤养分的空间变化           
鑫), et al. Utilization of geostatistics in soil spatial varia⁃
bility. Chinese Journal of Soil Science (土壤通报),
2005, 36(2): 265-268 (in Chinese)
[18]  Gan H⁃H (甘海华), Peng L⁃Y (彭凌云). Spatial va⁃
riability of nutrients in cultivated soils of Xinhui Dis⁃
trict, Jiangmen City. Chinese Journal of Applied Ecology
(应用生态学报), 2005, 16(8): 1437-1442 (in Chi⁃
nese)
[19]  Liu L (刘  璐), Zeng F⁃P (曾馥平), Song T⁃Q (宋
同清), et al. Spatial heterogeneity of soil nutrients in
Karst area’s Mulun National Nature Reserve. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 2010, 21
(7): 1667-1673 (in Chinese)
[20]  Wang J (王   军), Fu B⁃J (傅伯杰), Qiu Y (邱  
扬), et al. Spatial heterogeneity of soil nutrients in
small catchment of the Loess Plateau. Acta Ecologica
Sinica (生态学报), 2002, 22(8): 1173- 1178 ( in
Chinese)
[21]  Fan F⁃J (范夫静), Song T⁃Q (宋同清), Huang G⁃Q
(黄国勤), et al. Characteristics of spatial variation of
soil nutrients in sloping field in a gorge karst region,
southwest China. Chinese Journal of Applied Ecology (应
用生态学报), 2014, 25(1): 92-98 (in Chinese)
[22]  Hu K⁃L (胡克林), Li B⁃G (李保国), Lin Q⁃M (林
启美), et al. Spatial variability of soil nutrient in wheat
field. Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering (农业工程学报), 1999, 15(3): 33-38
(in Chinese)
[23]  Su S⁃J (苏松锦), Liu J⁃F (刘金福), He Z⁃S (何中
声), et al. The spatial heterogeneity of soil nutrients in
a mid⁃subtropical Castanopsis kawakamii natural forest.
Acta Ecologica Sinica (生态学报), 2012, 32(18):
5673-5682 (in Chinese)
[24]  Liang Z⁃L (梁中龙), Yuan Z⁃Y (袁中友), Lin X⁃T
(林兴通), et al. Spatial variability of nutrients in
Guangzhou suburb. Chinese Journal of Soil Science (土
壤通报), 2006, 37(3): 417-421 (in Chinese)
[25]  Guo X⁃D (郭旭东), Fu B⁃J (傅伯杰), Ma K⁃M (马
克明), et al. Spatial variability of soil nutrients based
on geostatistics combined with GIS: A case study in
Zunghua City of Hebei Province. Chinese Journal of Ap⁃
plied Ecology (应用生态学报), 2000, 11(4): 557-
1563 (in Chinese)
[26]  Zhang W (张  伟), Liu S⁃J (刘淑娟), Ye Y⁃Y (叶
莹莹), et al. Spatial variability of soil nutrients and in⁃
fluencing factors in typical karst virgin forest. Transac⁃
tions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
(农业工程学报), 2013, 29(1): 93- 101 ( in Chi⁃
nese)
[27]  Liu C⁃Q (刘丛强). Biogeochemical Processes and Sur⁃
face Material Circulation: The Southwest Karst Soil⁃
Vegetation System Cycle. Beijing: Science Press, 2009
(in Chinese)
作者简介  麦积山,男,1992 年生,硕士研究生.主要从事水
土保持研究. E⁃mail: maijishan666@ 163.com
责任编辑  杨  弘
4953                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷