全 文 ：桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质
的时空分异及成因*
刘淑娟1,2,3 摇 张摇 伟1,2 摇 王克林1,2**摇 陈洪松1,2 摇 韦国富4
( 1 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室, 长沙 410125; 2 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研
究站, 广西环江 547100; 3 中国科学院研究生院, 北京 100039; 4 广西木论国家级自然保护区管理局, 广西环江 547100)
摘摇 要摇 运用经典统计方法,以桂西北喀斯特峰丛洼地 4 个植被演替阶段(草地、灌木林、次
生林、原生林)土壤表层(0 ~ 15 cm)和剖面为研究对象,采用冗余分析(RDA)方法分析土壤
物理性质的时空分异成因. 结果表明: 灌木林和原生林表土的粘粒( <0郾 002 mm)和粉粒
(0郾 002 ~ 0郾 05 mm)含量分别与其他 3 个演替阶段有显著差异;草地与次生林之间各粒级颗粒
含量差异不显著;各演替阶段土壤砂粒(0郾 05 ~ 2郾 0 mm)含量均无显著差异;草地的容重与其
他 3 个演替阶段差异极显著.草地粘粒含量随坡位升高而增加,其他植被类型为中坡位粘粒
含量最高,且同一植被类型下不同坡位之间差异不显著.原生林 0 ~ 30 cm土壤各层次间的粘
粒含量变化幅度(14郾 55% )大于草地(7郾 12% )、灌木林(11郾 24% )和次生林(13郾 77% ),人类
干扰对表层土壤颗粒组成有很大影响.土壤物理性质主要受土壤有机碳和各演替阶段植被类
型的影响,其中砂粒含量受裸岩率的影响较大.
关键词摇 喀斯特峰丛洼地摇 土壤物理性质摇 颗粒组成摇 容重摇 冗余分析
*中国科学院西部行动计划项目(KZCX2鄄XB2鄄08)、国家自然科学基金项目(30800162)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄
QN404)和国家“十一五冶科技支撑计划项目(2009BADC6B008)资助.
**通讯作者. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
2010鄄01鄄27 收稿,2010鄄07鄄02 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)09-2249-08摇 中图分类号摇 S153郾 6摇 文献标识码摇 A
Spatiotemporal heterogeneity and its formation causes of soil physical properties in karst
peak鄄cluster depression area of northwest Guangxi, China. LIU Shu鄄juan1,2,3, ZHANG
Wei1,2, WANG Ke鄄lin1,2, CHEN Hong鄄song1,2, WEI Guo鄄fu4 ( 1Key Laboratory of Subtropical Agri鄄
culture Ecology, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha
410125, China; 2Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Chinese Acade鄄
my of Sciences, Huanjiang 547200, Guangxi, China; 3Graduate University of Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100039, China; 4Mulun National Nature Reserve, Huanjiang 547100, Guangxi,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(9): 2249-2256.
Abstract: Soil samples were collected from the grassland, shrub land, secondary forest, and
original forest on the hill slope in a typical karst peak鄄cluster depression area of northwest Guanxi,
with the spatiotemporal heterogeneity of soil physical properties investigated by classical statistics,
and the formation causes of the heterogeneity analyzed by redundancy analysis (RDA). In 0-15 cm
soil layer, the clay (<0郾 002 mm) and silt (0郾 002-0郾 05 mm) contents of shrub land and original
forest had significant differences with those of grassland and secondary forest, respectively, but the
clay, silt, and sand (0郾 05-2郾 0 mm) contents had no significant differences between grassland and
secondary forest. No significant difference was observed in the soil sand content among the four land
types, but the soil bulk density of grassland was significantly different from that of other three land
types. The soil clay content of grassland increased with increasing elevation, while that of the other
three land types was the highest on medium slope, and had no significant differences for the same
land types among different slope locations. The soil clay content in different layers of 0-30 cm had
a greater variation extent in original forest (14郾 55% ) than in grassland (7郾 12% ), shrub land
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 9 月摇 第 21 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2010,21(9): 2249-2256
(11郾 24% ), and secondary forest (13郾 77% ), and the soil particle size composition was greatly af鄄
fected by the disturbance of human activities. Soil organic carbon (SOC) and vegetation type were
the dominant factors affecting the soil physical properties, and the bare rock ratio had greater effects
on soil sand content.
Key words: karst peak鄄cluster depression; soil physical property; particle size composition; bulk
density; redundancy analysis (RDA).
摇 摇 我国西南喀斯特地区是特殊地质背景制约的脆
弱生态带,与黄土高原、荒漠、寒漠地区并列为我国
四大生态脆弱区[1-2] . 喀斯特土壤具有强烈的空间
异质性,土地利用方式、地貌部位和微地貌形态是影
响土壤理化性质的重要因素[3] . 桂西北喀斯特区素
有“七分山三分田冶之称,坡地面积比例达 70% . 其
中,退耕地区主要分布于山坡地,不同的退耕年限、
地貌条件和土壤性质导致坡地的植被覆盖类型不
同.
土壤颗粒组成、孔隙度、紧实度、含水量、抗蚀性
等物理性质影响着土壤中养分水分循环、气体流动
和作物的生长[4-5] . 罗绪强等[6]研究了喀斯特区不
同石漠化程度和不同干扰方式下土壤颗粒组成和空
间特征;李志等[4]分析了土地利用和地形部位对黄
土塬区土壤物理性质的影响. 土壤颗粒组成还可以
用来解释土壤受侵蚀的强度,有助于对水分、养分迁
移规律的理解.在喀斯特特殊的地质背景下,常规方
法不能进行水分、养分迁移试验,因而利用土壤颗粒
组成进行佐证尤为重要.王克林等[1]及张笑楠[7]在
采用137Cs分析喀斯特土壤侵蚀过程中,利用颗粒组
成进行养分和137Cs活度的拟合,进而推测土壤流失
的途径.研究土壤物理特征对探讨土壤性质以及土
壤侵蚀机理具有重要意义. 但由于喀斯特峰丛洼地
强烈的景观和土壤异质性,土壤基本物理性质的空
间分异及其对植被演替的响应机理还没有系统的认
识.
为此,本文基于系统采样,研究了植被覆盖、地
貌特征对桂西北峰丛洼地表层及剖面土壤机械组成
和容重等物理性质的影响,及其时空分异特征,以期
为认识喀斯特生态系统土壤养分的迁移循环,评价
退耕还林还草政策实施效应提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究地点位于广西区环江毛南族自治县下南乡
的古周村和木论国家级自然保护区(简称木论保护
区),均为典型喀斯特峰丛洼地.
古周村位于 24毅50忆 N,107毅55忆 E,面积 65 km2,
海拔 376 ~ 816 m,属于亚热带季风气候,多年平均
气温 16郾 5 益 ~ 20郾 5 益,多年平均降雨量为 1389郾 1
mm,雨季平均持续 130 ~ 140 d,主要集中在 4—9
月,土壤为石灰岩风化形成的石灰土.灌木林和次生
林土层较浅薄,大部分在 15 ~ 30 cm,差异性较大;
草地土层相对较厚,平均为 40 cm左右.古周村是喀
斯特生态移民迁出区,虽已进行退耕还林,但仍有村
民居住.由于人类干扰强度和封育年限不同,不同演
替阶段的植被均有分布.其中,退耕草地封育 8 ~ 15
年,优势种主要以五节芒(Miscanthus floridulus)、类
芦(Neyraudia reynaudiana)等为主;灌木林封育 50
~ 60 年,至今偶有砍伐,优势种主要为红背山麻杆
(Alchornea trewioides)、广西密花树(Rapanea kwang鄄
siensis)等;次生林封育 50 ~ 60 年,少有砍伐,优势种
为聚果羊蹄甲 ( Bauhinia brachycarpa var. cav鄄
aleriei)、灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)等;乔木
林内伴生有扁担藤(Tetrastigma planicaule)、藤黄檀
(Dalbergia hancei)、麒麟尾(Epipremnum pinnatum)、
肾蕨(Nephrolepis cordifolia)等林下物种.
木论保护区(25毅06忆09义—25毅12忆25义 N,107毅53忆
29义—108毅05忆45义 E)位于环江县西北部,北与贵州省
茂兰国家级自然保护区相接,以峰丛洼地为主,海拔
在 400 ~ 1000 m.该地属中亚热带季风气候区,年均
气温在 15郾 0 益 ~ 18郾 7 益,年均降雨量在 1530 ~
1820 mm,雨季为 4—8 月,年无霜期 310 d. 本试验
所选峰丛洼地面积 10 km2,土壤为石灰土,局部出
现由燧石石灰岩风化形成的硅质土,均属非地带性
土壤,其中,棕色石灰土是保护区的主要土种,主要
分布于石山的中下部,平均土层厚度可达 50 cm 左
右,层次明显.木论保护区封育时间 300 年以上,生
长着中亚热带隐域性的石灰岩森林植被顶极群
落[8],优势种主要为青冈栎 (Cyclobalanopsis glau鄄
ca)、野独活(Miliusa chunii)等.
1郾 2摇 样地布设与采样方法
采用线形(链形)方法,在研究区内选择一条由
坡脚至坡顶植被覆盖尽量一致的样线. 根据两个峰
0522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
丛洼地的主要植被覆盖类型,依照植被演替序列,选
取草地、灌木林、次生林和原生林 4 种植被覆盖类
型.其中前 3 种为古周村的典型植被类型,占峰丛洼
地面积的 80% ;木论保护区主要为原生林一种植被
类型.取样样地大小为 20 m伊30 m,纵向样地间隔 30
m,每条样线取样 5 ~ 6 个,视具体峰丛洼地的坡长
而定.在每种植被类型样线的两个相对坡向,分别设
置上、中、下坡位 3 个重复样地 郾 用 GPS(E640+Mo鄄
bileMapper)记录每个样地 4 个顶点的经纬度、高程
等地理信息,同时调查记录各样地的利用历史或耕
种年限、裸岩率(忽略植被覆盖时的岩石覆盖率)、
植被覆盖情况、土层厚度、小生境类型[9](石面、土
面、石土面、石沟、石缝、石坑、石洞)、坡度、坡向等
环境信息.采样时将样地分为 a、b、c、d 4 个小区.每
个小区随机取 8 个表层(0 ~ 15 cm)土壤进行混合,
作为一个小区样品,而后再将4个小区的样品再次
图 1摇 试验样地分布
Fig. 1摇 Locations of sampling sites.
a)古周村 Guzhou Village; b)木论国家级自然保护区 Mulun National
Nature Reserve.
充分混合,得到样地样品. 用四分法取 1 kg 土壤带
回实验室,备测. 共采集 51 个表层(0 ~ 15 cm)样
品,其中草地样品 12 个,灌木林样品 12 个,次生林
样品 11 个,原生林样品 16 个.
在每种植被覆盖类型的上、中、下坡位样地及原
生林洼地均开挖剖面,其中草地 12 个,灌木林 12
个,次生林 11 个,原生林 15 个.剖面深度为 1 m,不
足 1 m的剖面挖至母质层为止 郾 取剖面样时,先去
除地面凋落物,按照 0 ~ 10 cm、10 ~ 20 cm、20 ~ 30
cm、30 ~ 50 cm、50 ~ 70 cm、70 ~ 90 cm 和 90 cm 以
下进行分层.然后将剖面分层样品去除石砾、根系和
土壤动物等,带回室内自然风干后,进行土壤机械组
成和化学性质分析.共采集 195 个剖面样品.
容重采用环刀法采样,带回室内进行测定.每个
小区取 3 个容重样品,求平均值作为小区容重,剖面
容重每个土层也取 3 个容重样品,用平均值作为该
土层容重.
土壤机械组成采取吸管法进行测定. 根据《土
壤物理性质测定法》 [10]中的土壤颗粒分级标准(美
国制),将土壤颗粒分为 3 级:粘粒( <0郾 002 mm)、
粉粒(0郾 002 ~ 0郾 05 mm)、砂粒(0郾 05 ~ 2郾 0 mm).土
壤有机碳(SOC)采用重铬酸钾氧化—外加热法(油
浴)(GB7857—87) [10]测定,取凋落物烘干样粉碎,
采用 KCr2O7 鄄H2SO4 氧化法测定凋落物全 C 含量,
采用 H2SO4 鄄H2O2 消煮—FIA 流动注射仪测定凋落
物全 N含量.
1郾 3摇 统计分析方法
利用 SPSS 13郾 0 进行描述性统计,采用变异系
数 CV 说明样品的变异程度:CV = S /軃x(S 为标准差;
軃x为均值). CV臆0郾 1 属于弱变异性,0郾 1中等变异性,CV逸1 属于强变异性[4] .采用 K鄄S检验
对数据的差异性进行判断,运用 T检验(Paired鄄sam鄄
ples T test)、方差分析(one鄄way ANOVA)进行差异
显著性检验.通过回归分析方法进行非线性拟合,对
剖面的土壤物理性质按土层深度进行规律性分析.
利用 Canoco 4郾 5 软件的冗余分析( redundancy
analysis,RDA)方法对影响土壤物理性质的因素进
行排序分析.该方法是将线性相关分析和排序分析
相结合形成多元排序分析[11],在对应分析的迭代过
程中,将每次得到的排序值与环境因子进行多元线
性回归,使之直接反映环境因子对排序结果的影
响[12-15] .在 RDA排序图中,分布于各象限的无文字
标注点代表样方(质心),有文字标注的点代表定性
环境因子(质心),虚线箭头代表待解释变量(即土
15229 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘淑娟等: 桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因摇 摇 摇 摇 摇
壤物理性质指标),实线箭头代表定量环境因子.环
境因子箭头的长短代表环境因子对待解释变量影响
程度的大小.待解释变量与环境因子箭头夹角的余
弦值表示该变量与环境因子之间的相关性. 样方点
到定性变量(质心)的距离表示它们之间的关系,距
离越近,该变量的概率越高.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同植被类型表层土壤物理性质
由表 1 可以看出,古周村草地、灌木林、次生林
3 种植被覆盖土壤均为粉砂质粘壤土,粘粒含量均
在 30%以上;木论保护区原生林土壤为粉砂质壤
土,粘粒含量仅为 20%左右. 以上指标除粉粒含量
(CV = 0郾 05 ~ 0郾 10)和草地的容重(CV = 0郾 07)为弱
变异外,其他均为中等变异程度 ( CV = 0郾 13 ~
0郾 69).
植被覆盖类型对粘粒、粉粒、容重等土壤物理性
质有显著影响(表 1).原生林土壤的粘粒、粉粒含量
与草地、灌木林、次生林均有极显著差异,原生林的
粘粒含量较低、粉粒较高.其原因可能是:1)原生林
与其他 3 种植被类型处于不同的研究区域,地质背
景不尽相同,木论保护区母岩岩性为白云岩与石灰
岩混合,而古周村母岩主要是岩性较纯的石灰岩;
2)木论保护区已封育 300 余年,没有人类活动干扰,
尤其是没有受到翻耕等农业活动的影响. Liang
等[16]研究发现,随土层深度加深,粘粒含量增大,土
壤未经翻耕使得表层土壤未与下层粘粒含量较高的
土壤混合,因此原生林表土层较受扰动土壤的粘粒
含量低.
灌木林土壤的粘粒、粉粒含量与草地、次生林、
原生林有显著差异.调查发现,灌木林通常是封山育
林后发育起来的植被类型,现在偶有砍伐作为薪柴.
灌木林地裸岩率高达 79郾 69% ,土壤的砂粒含量高,
不便进行翻耕. 相比之下,草地的裸岩率只有
55郾 33% ,未受人类翻耕活动干扰的时间较短,土壤
熟化程度高,土壤为地带性红壤,因而草地表土粘粒
含量高而砂粒含量低. 次生林的平均裸岩率为
68郾 48% ,亦低于灌木林.
草地土壤的容重为 1郾 12 g·cm-3,而其他 3 种
植被类型土壤容重在 0郾 8 g·cm-3左右,差异达到极
显著水平.容重小的土壤疏松有利于降水入渗,减缓
径流冲刷[17-18] . 高容重值通常表明土壤有退化趋
势,由此推断草地更易退化. 林昌虎[19]对砂页岩土
壤粒级侵蚀的研究表明,土壤最易受侵蚀的粒级是
0郾 25 ~ 1 mm,其次是 0郾 05 ~ 0郾 25 mm.根据本试验结
果 (表 2),草地 0郾 05 ~ 0郾 25 mm 粒级含量仅为
4郾 72% ,是 4 种植被类型中最低的,0郾 25 ~ 1 mm 粒
级含量仅为 2郾 47% ,这说明侵蚀对草地颗粒组成的
变化起到重要作用.
2郾 2摇 不同地貌部位表层土壤物理性质
由图 2 可以看出,灌木林、次生林、原生林中坡
位土壤的粘粒含量最高,随坡位升高粘粒含量先升
高后降低.草地粘粒含量随坡位升高呈上升趋势,上
坡位的粘粒含量最高,而粉粒含量则最低.草地不同
地貌部位的土壤物理性质没有显著差异. 地形对土
壤的侵蚀冲积有着重要的影响[20] ,这可能与侵蚀的
表 1摇 不同植被类型表层(0 ~ 15 cm)土壤颗粒含量
Tab. 1摇 Particle composition of topsoil (0-15 cm) under different vegetation types (mean依SE)
植被类型
Vegetation type
粘粒含量
Clay content
(<0郾 002 mm) (% )
粉粒含量
Silt content
(0郾 002 ~ 0郾 05 mm) (% )
砂粒含量
Sand content
(0郾 05 ~ 2郾 0 mm) (% )
容摇 重
Bulk density
(g·cm-3)
草地 Grassland 39郾 62依1郾 62a 52郾 18依1郾 36c 8郾 19依0郾 94a 1郾 12依0郾 02a
灌木林 Shrubland 32郾 17依2郾 11b 57郾 49依1郾 47b 10郾 35依1郾 13a 0郾 83依0郾 03b
次生林 Secondary forest 39郾 55依2郾 28a 51郾 53依1郾 62c 8郾 92依1郾 12a 0郾 80依0郾 06b
原生林 Original forest 20郾 57依1郾 86c 64郾 78依1郾 10a 14郾 65依0郾 95a 0郾 79依0郾 04b
F 22郾 88** 22郾 28** 2郾 91 16郾 82**
*P<0郾 05;**P<0郾 01.同列数据后不同字母表示差异显著(P<0郾 05) Values in each column with different letters meant significant difference a鄄
mong vegetation types at 0郾 05 level. 下同 The same below.
表 2摇 不同植被类型表层土壤易被侵蚀粒级含量
Tab. 2摇 Contents of soil erosion particle under different vegetation types (%)
易侵蚀粒级等级
Grade of eroded
soil particle
草 地
Grassland
灌木林
Shrubland
次生林
Secondary
forest
原生林
Original
forest
F
玉 (0郾 05 ~ 0郾 25 mm) 4郾 72依0郾 72a 5郾 20依0郾 96a 6郾 53依1郾 16a 8郾 72依1郾 70a 2郾 09
域 (0郾 25 ~ 1 mm) 2郾 47依0郾 33b 3郾 87依0郾 37ab 1郾 65依0郾 13b 5郾 32依1郾 00a 6郾 01**
2522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
图 2摇 不同植被类型不同坡位的土壤颗粒组成及容重
Fig. 2摇 Soil particle composition and bulk density at different hillslopes under different vegetable types.
玉:草地 Grassland;域:灌木林 Shrubland;芋:次生林 Secondary forest;郁:原生林 Original forest. 下同 The same below. A:洼地 Depression; B:下坡
Downslope; C:中坡 Middleslope; D:坡 Upslope.
粒级选择作用有关[19] 郾 由于草地的裸岩率最低,草
地土壤中的粉粒、砂粒被大量侵蚀,沉积于下坡位,
随坡位升高,粘粒含量上升,粉砂、砂粒下降.说明草
地受到的顺坡侵蚀最为严重.
随坡位上升,原生林(洼地除外)和灌木林的粉
粒含量升高,次生林和草地的粉粒含量降低,说明原
生林和灌木林对粉粒的侵蚀有一定的减缓作用. 另
外,原生林的母岩与其他 3 种类型不同,可能影响到
颗粒组成的坡面分布.灌木林上坡位的裸岩率尤高,
也可能是导致上坡粉粒含量高的原因.
摇 摇 由图 2 可见,古周村的草地、灌木林、次生林的
土壤容重均为上坡最小、下坡最大,与黄土高原地区
相一致[4] .而木论保护区原生林的土壤容重是下坡
位最小、上坡位最大,洼地与中坡位相当. 土壤容重
除与土壤颗粒组成、含水量、孔隙度、紧实度和有机
质含量等因素密切相关外,表层土壤容重还与地表
凋落物有关[4,6,17] .古周村属于人类干扰频繁区域,
下坡位的坡地受人类农耕活动干扰最大,使得粘粒
含量较高的深层土壤与表土混合,加大了表土的粘
粒含量,且人类的踩踏对土壤有夯实作用.原生林受
到人类活动影响较小(只有洼地偶尔有放牧现象),
下坡位凋落物 C、N 含量最高,土壤含水量最大,土
壤有机碳(soil organic carbon, SOC)含量也最高(表
3),而其他 3 种样地类型中则无此规律,甚至相反.
这可能是原生林下坡位土壤容重低的原因.
2郾 3摇 土壤物理性质空间分异的成因
依据样地背景信息,将可能影响土壤物理性质空
间分异的因素归纳为:SOC、裸岩率、坡度、植被覆盖
类型和坡位等. RDA分析结果表明,SOC 含量和植被
演替阶段可以解释土壤物理性质形成原因的 85%,
解释能力分别为 75郾 35%和 9郾 40%,说明 SOC和植被
覆盖类型对土壤物理性质的形成有较大的影响.
由图 3 可以看出,SOC与砂粒、粉粒含量呈较强
正相关,而与粘粒含量呈较弱负相关. 本研究中,灌
木林的颗粒组成与同一研究区的草地、次生林类型
都有显著差异,其中,粘粒含量显著降低,而粉粒和
表 3摇 原生林不同坡位凋落物 C、N含量、土壤含水量和土壤有机碳含量比较
Tab. 3摇 Comparison of litter C, N contents, soil moisture and soil organic content among hillslopes under original forest
坡 位
Slope position
凋落物 C
Litter carbon
(mg·g-1)
凋落物 N
Litter nitrogen
(mg·g-1)
土壤含水量
Soil moisture
(% )
土壤有机碳
Soil organic carbon
(g·kg-1)
下坡 Downslope 401郾 74依6郾 62a 22郾 48依0郾 67a 53郾 27依2郾 07a 83郾 26依6郾 63a
中坡 Middleslope 381郾 97依9郾 90a 21郾 38依0郾 57a 40郾 72依1郾 59b 75郾 60依7郾 92ab
上坡 Upslope 385郾 82依7郾 09a 20郾 13依0郾 54a 35郾 15依1郾 44c 59郾 89依3郾 97b
35229 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘淑娟等: 桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 土壤物理性质与环境因子的 RDA排序
Fig. 3摇 RDA order graph of topsoil physical properties and envi鄄
ronmental factors.
Br:裸岩率 Bare rock ratio; Sd:坡度 Slope degree; Sp坡位 Slope posi鄄
tion; S1: 粘粒(<0郾 002 mm)含量 Clay content; S2:粉粒含量 Silt con鄄
tent; S3:砂粒含量 Sand content; B:容重 Bulk density.
砂粒含量显著升高. 裸岩率与砂粒和粉粒含量的相
关性较强.灌木林高的裸岩率可能是三者差异显著
的主要原因.从样方点向代表粘粒、粉粒的虚线箭头
做投影,灌木林土壤的两个粒级均处于均值水平;原
生林的粘粒含量低于均值、粉粒含量高于均值;草地
和次生林则与原生林相反. 砂粒含量与裸岩率有较
强的相关性,粉粒含量受植被和裸岩率的影响较大.
2郾 4摇 剖面土壤物理性质的异质性特征
2郾 4郾 1 不同植被类型剖面土壤物理性质摇 对土壤剖
面各土层粘粒、粉粒、砂粒含量及容重进行 K鄄S 检
验,结果表明其差异均不显著,剖面土壤各粒级及容
重沿垂直方向具有连续性.原生林的土层较厚,58%
的剖面可达 90 cm,其中洼地在 90 cm以下.对同种植
被类型、同一土层的粘粒含量求平均值,结果表明,随
土壤厚度的加深,粘粒含量增高,但在 90 cm 土层剖
面中,有三分之二 70 cm以下剖面的粘粒含量会略微
下降(图 4).这可能是成土过程中,母岩快速风化,导
致土壤底层靠近母岩的土壤砂粒含量较高.
通过非线性拟合,利用三次方程对粘粒、粉粒含
量与土层深度的拟合效果最好(R2 >0郾 95). 大多数
剖面的粘粒含量与土层深度呈显著正相关,而粉粒
图 4摇 不同植被类型土壤剖面粘粒含量
Fig. 4摇 Clay content of profile under different vegetable types.
与土层厚度呈显著负相关. 草地剖面粘粒含量变幅
均值最小,为 16郾 38% ,原生林的变幅均值最大,达
到 24郾 49% .在土壤剖面 0 ~ 30 cm 范围内,原生林
粘粒含量随土层深度变化较大,达 14郾 55% ;而草
地、灌木林和次生林分别为 7郾 12% 、 11郾 24% 和
13郾 77% .可见人类活动对剖面土壤颗粒组成有着重
要的影响.
2郾 4郾 2 不同地貌部位剖面土壤物理性质摇 配对样本
T检验结果表明,草地中、上坡位与下坡位的差异显
著,中、上坡位之间无显著差异;灌木林下、中坡位与
上坡位有显著差异,而下、中坡位之间无显著差异;
表 4摇 不同地貌部位剖面粘粒含量比较
Tab. 4摇 Comparison of clay content at different hillslopes under four vegetable types (%)
地貌部位
Hillslope
草 地
Grassland
灌木林
Shrubland
次生林
Secondary forest
原生林
Original forest
洼地 Depression - - - 29郾 96依3郾 90c
下坡 Downslope 39郾 65依1郾 74b 42郾 29依8郾 63a 44郾 82依3郾 25a 38郾 58依5郾 37a
中坡 Middleslope 49郾 17依3郾 16a 46郾 31依5郾 12a 55郾 38依6郾 78a 33郾 71依3郾 42bc
上坡 Upslope 47郾 94依3郾 49a 21郾 05依2郾 82b 56郾 31依7郾 95a 36郾 60依5郾 68b
同列不同字母表示不同地貌部位间差异显著(P<0郾 05) Different small letters meant significant difference among hillslopes at 0郾 05 level.
4522 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
次生林各坡位的剖面粘粒含量均没有统计意义的显
著差异;原生林洼地和中坡位之间无显著差异,与
下、上坡位均差异显著(表 4).不同土层深度粘粒含
量随坡位变化没有明显的规律.
3摇 讨摇 摇 论
喀斯特地区土壤存在较强的时空变异性,不同
植被类型覆盖的表层土壤中大部分指标均为中等变
异程度.原生林土壤的粘粒和粉粒含量、草地容重均
与其他 3 种类型有极显著差异,说明不同植被类型
覆被对土壤物理性质有显著影响. 植被演替阶段是
形成土壤物理性质空间分异的主要原因,并且随着
植被的正向演替,土壤的物理结构更加优化,更有利
于植物生长和微生物活动,抗蚀性也有所增强[21] .
张笑楠[7]研究表明,137Cs面积活度、土壤养分含
量随坡面变化呈先升高后波动下降的趋势. 而137Cs
面积活度、土壤养分含量与粘粒含量有很好的线性
关系[7,22] .本研究中,灌木林、次生林和原生林中坡
位的土壤粘粒含量最高,是由于坡面上部土层薄、质
地粗,易发生冲刷剥蚀型侵蚀,裸岩上浅薄土壤的易
冲蚀和相对封闭的石槽石沟的易沉积[20,23] .
SOC含量对土壤物理性质的异质性解释能力最
强,影响着土壤的紧实度、孔隙度等指标. SOC 与砂
粒和粉粒含量呈正相关,与刘涛泽等[24]在石灰岩地
区的相关研究规律相似 郾 其研究发现,土壤砂粒中
平均有机碳含量最高,粉粒次之,粘粒最低. 以往研
究中通常认为 SOC 与粘粒含量呈正相关关系[25],
本研究结果表明,在石灰岩地区,SOC 更易于与砂
粒、粉粒结合,可能与石灰岩地区较大粒级的土壤颗
粒发育时间短,钙镁含量较高有关 郾 此现象的影响
机理还需进一步研究. SOC 与土壤容重呈极显著负
相关,主要与土壤有机质流失使容重升高有关[26] .
由于喀斯特地区的 SOC易与砂粒结合,形成非稳定
性有机碳,所以该地区土壤一旦受到翻耕、踩踏等物
理性破坏,SOC极易流失,从而导致喀斯特地区土壤
生态环境较其他地区脆弱.
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作者简介摇 刘淑娟,女,1984 年生,硕士研究生.主要从事喀
斯特土壤养分迁移研究. E鄄mail: liujuan_407@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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