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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 11 期摇 摇 2011 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应 沈菊培,贺纪正 (2957)……………………………………
巢湖蓝藻水华形成原因探索及“优势种光合假说冶 贾晓会,施定基,史绵红,等 (2968)………………………
我国甜菜夜蛾间歇性暴发的非均衡性循环波动 文礼章,张友军,朱摇 亮,等 (2978)……………………………
庞泉沟自然保护区华北落叶松林的自组织特征映射网络分类与排序
张钦弟,张金屯,苏日古嘎,等 (2990)
……………………………………………
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上海大莲湖湖滨带湿地的生态修复 吴摇 迪,岳摇 峰,罗祖奎,等 (2999)…………………………………………
芦芽山典型植被土壤有机碳剖面分布特征及碳储量 武小钢,郭晋平,杨秀云,等 (3009)………………………
土壤微生物群落结构对中亚热带三种典型阔叶树种凋落物分解过程的响应
张圣喜,陈法霖,郑摇 华 (3020)
……………………………………
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中亚热带几种针、阔叶树种凋落物混合分解对土壤微生物群落碳代谢多样性的影响
陈法霖,郑摇 华,阳柏苏,等 (3027)
…………………………
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桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征 刘淑娟, 张摇 伟, 王克林, 等 (3036)……………………
重金属 Cd胁迫对红树蚬的抗氧化酶、消化酶活性和 MDA含量的影响
赖廷和,何斌源,范航清,等 (3044)
…………………………………………
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海南霸王岭天然次生林边缘效应下木质藤本与树木的关系 乌玉娜,陶建平,奚为民,等 (3054)………………
半干旱黄土丘陵区不同人工植被恢复土壤水分的相对亏缺 杨摇 磊,卫摇 伟,莫保儒,等 (3060)………………
季节性干旱对中亚热带人工林显热和潜热通量日变化的影响 贺有为,王秋兵,温学发,等 (3069)……………
新疆古尔班通古特沙漠南缘多枝柽柳光合作用及水分利用的生态适应性 王珊珊,陈摇 曦,王摇 权,等 (3082)…
利用数字图像估测棉花叶面积指数 王方永,王克如,李少昆,等 (3090)…………………………………………
野生大豆和栽培大豆光合机构对 NaCl胁迫的不同响应 薛忠财,高辉远,柳摇 洁 (3101)………………………
水磷耦合对小麦次生根特殊根毛形态与结构的影响 张摇 均,贺德先,段增强 (3110)…………………………
应用物种指示值法解析昆嵛山植物群落类型和植物多样性 孙志强,张星耀,朱彦鹏,等 (3120)………………
基于 MSIASM方法的中国省级行政区体外能代谢分析 刘摇 晔,耿摇 涌,赵恒心 (3133)………………………
不同生态区烟草的叶面腺毛基因表达 崔摇 红,冀摇 浩,杨惠绢,等 (3143)………………………………………
B型烟粉虱对 23 种寄主植物适应度的评估和聚类分析 安新城,郭摇 强,胡琼波 (3150)………………………
杀虫剂啶虫脒和毒死蜱对捕食蜘蛛血细胞 DNA的损伤作用 李摇 锐,李生才,刘摇 佳 (3156)…………………
杀真菌剂咪鲜安对萼花臂尾轮虫的影响 李大命,陆正和,封摇 琦,等 (3163)……………………………………
长、短期连续孤雌生殖对萼花臂尾轮虫生活史和遗传特征的影响 葛雅丽,席贻龙 (3170)……………………
专论与综述
区域景观格局与地表水环境质量关系研究进展 赵摇 军, 杨摇 凯,邰摇 俊,等 (3180)…………………………
露水对植物的作用效应研究进展 叶有华,彭少麟 (3190)…………………………………………………………
葡萄座腔菌科研究进展———鉴定,系统发育学和分子生态学 程燕林,梁摇 军,吕摇 全,等 (3197)……………
人工林生产力年龄效应及衰退机理研究进展 毛培利,曹帮华,田文侠,等 (3208)……………………………
树木年轮在干扰历史重建中的应用 封晓辉,程瑞梅,肖文发,等 (3215)…………………………………………
植物中逆境反应相关的 WRKY转录因子研究进展 李摇 冉,娄永根 (3223)……………………………………
研究简报
三江源地区高寒草原土壤微生物活性和微生物量 任佐华,张于光,李迪强,等 (3232)…………………………
3 种黑杨无性系水分利用效率差异性分析及相关 ERECTA基因的克隆与表达
郭摇 鹏,夏新莉,尹伟伦 (3239)
…………………………………
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猕猴桃园节肢动物群落重建及主要类群的生态位 杜摇 超,赵惠燕,高欢欢,等 (3246)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*298*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄06
封面图说: 盘锦市盘山县水稻田———盘锦市位于辽宁省西南部,自古就有“鱼米之乡冶的美称。 这里地处温带大陆半湿润季风
气候,有适宜的温度条件和较长的生长期以供水稻生长发育,农业以种植水稻为主,年出口大米达 1 亿多公斤,是国
家级水稻高产创建示范区和重要的水稻产区。
彩图提供: 沈菊培博士摇 中国科学院生态环境研究中心摇 E鄄mail:jpshen@ reccs. ac. cn
生 态 学 报 2011,31(11):3036—3043
Acta Ecologica Sinica
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基金项目: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 (30800162,30970538);国家科技支撑计划项目课题
(2009BADC6B080);中国科学院亚热带农业生态研究所青年人才领域前沿项目(ISACX鄄LYQY鄄QN鄄0704)
收稿日期:2010鄄04鄄19; 摇 摇 修订日期:2011鄄03鄄11
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征
刘淑娟1,2,3, 张摇 伟1,2, 王克林1,2,*, 陈洪松1,2, 舒世燕1,2,3, 谭卫宁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, 长沙摇 410125; 2. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站,
广西环江摇 547100;3. 中国科学院研究生院,北京摇 100039; 4. 广西木论国家级自然保护区管理局,广西环江摇 547100)
摘要:运用传统统计方法研究了典型喀斯特峰丛洼地 4 个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤
养分的空间分异特征,并分析其成因。 结果表明:(1)不同植被演替阶段土壤养分(有机碳、全氮、碳氮比、全磷、全钾、碱解氮、
速效磷、速效钾)及 pH值有明显差异(P<0. 05);除全钾外,其他养分含量均随植被正向演替而增加。 (2)地貌部位对养分含量
的影响不尽一致:各植被演替阶段的磷、钾及原生林的碳氮均符合养分的“洼积效应冶,只有受人为干扰较强的草地、灌木林、次
生林的碳氮养分存在随坡位升高而增加的现象。 通过本研究得知,植被演替对养分积累具有积极作用;磷素(速效磷 3郾 55—
11. 41 mg / kg)、钾素(速效钾 64. 05—105. 75 mg / kg)是该区域的养分限制性因子;该区域养分的“倒置现象冶并不普遍存在。
关键词:喀斯特峰丛洼地; 土壤养分; 植被演替; 地貌部位
Spatiotemporal heterogeneity of topsoil nutrients in Karst Peak鄄Cluster
depression area of Northwest Guangxi, China
LIU Shujuan1,2,3, ZHANG Wei1,2, WANG Kelin1,2,*,CHEN Hongsong1,2, SHU Shiyan1,2,3, TAN Weining4
1 Key Laboratory of Subtropical Agriculture Ecology, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences,Changsha 410125, China
2 Karst Station for Ecosystem in Huanjiang, CAS, Huanjiang 547100, China
3 Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China
4 Mulun National Nature Reserve,Huanjiang 547100, China
Abstract: Spatiotemporal heterogeneity of soil nutrients was put forward to indicate the distribution and changes of soil
nutrients. Comparing with non鄄karst regions, former studies had shown that soil nutrients were inversed in karst peak鄄cluster
depression, namely nutrient鄄inversion. The reasons for nutrients inversion in karst peak鄄cluster depression were obscure.
Therefore, this study aimed to explore the impacts of vegetation succession and topographical attributes on surface soil
nutrients and validate whether it is universal for nutrients inversion.
An experiment was designed to compare the distribution of soil nutrients under three mainly vegetations to theoriginal
forest. In order to explore the temporal and spatial variability of soil nutrients and its controlling factors, the soil samples of
topsoil (0—15cm) were collected in two typical Karst peak鄄cluster with four vegetation succession stages ( grassland,
shrubland, plantation forest, original forest) in northwest Guangxi, southwest China. A total of 202 samples were collected
from twelve sampling lines (each vegetation type had three sample lines for comparison), including 48 grassland samples,
46 shrubland samples, 44 plantation forest samples and 64 original forest samples. Analysis of variance (ANOVA) was
utilized to analyze the differences of topsoil nutrient contents for different vegetation types and topographical attributes,
respectively. The results showed that there were significant differences of topsoil nutrients ( soil organic carbon, total
nitrogen, carbon / nitrogen ratio, total phosphorus, total potassium, available nitrogen, available phosphorus, and available
potassium) and soil pH values among different vegetation succession stages. Except for the total potassium, other nutrient
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contents increased with vegetation succession. The slope position had different effects on soil nutrient contents. Many
influencing factors affected the variability of nutrients at the same time, such as human disturbance and its intensity, soil
physical properties, vegetation community, ground litter and so on. Carbon and nitrogen of original forest, as well as
phosphorus and potassium of other vegetation succession stages, was accorded with the “nutrient depression effect冶, which
meant that nutrient reduced with the increase of elevation. In addition, carbon and nitrogen of grassland, shrubland and
artificial forest increased with elevation. It was due to the disturbance of human activities.
In addition, Our study indicates that vegetation succession plays a positive role in soil nutrient accumulation and
thegovernment should keep on carrying out to protect vegetation from human disturbance. Phosphorus (available phosphorus
3. 55—11. 41 mg / kg) and potassium (available potassium 64. 05—105. 75 mg / kg) are always limiting nutrient factors in
karst peak鄄cluster depression regions. Additionally, nutrient鄄inversion is not a common phenomenon and if there was no
interference of human, the distribution of soil nutrients in Karst peak鄄cluster depression will accord with other regions,
following the “nutrient depression effect冶 .
Key Words: Karst Peak鄄Cluster depression;soil nutrients;vegetation succession;hillslope
土壤是植物生长的基础,在裸岩率达到 70%—80%的桂西北喀斯特峰丛洼地区,土壤显得弥足珍贵。 土
壤养分是土壤肥力的重要标志,能供应和协调植物生长的营养元素与环境条件,对土地的可持续利用具有重
要作用[1鄄2]。 峰丛洼地坡面土壤养分具有高度的空间异质性,影响着该地区植被格局的形成及景观结构。 胡
忠良、潘根兴等[3]在贵州喀斯特区,结合植被对养分的利用归还特性及养分元素的迁移循环特性对土壤碳、
氮、磷含量的空间异质性进行了深入分析。 何加林、曹洪麟等[4]就地形及典型小生境对土壤养分的影响做了
有针对性的探讨。 张伟等[5鄄6]利用地统计学方法,分析了该区域土壤养分的空间异质特征,并发现了部分样
地存在养分随海拔升高而增加的“养分倒置冶现象。 宋同清等[7]在受过人为干扰的原生林样地也发现了相同
的现象。 然而“养分倒置冶现象在喀斯特峰丛洼地是否具有普遍性,是否每种植被类型下都存在着这种现象?
“养分倒置冶产生的原因是什么,是植被群落结构、地貌部位的影响、还是多种因素综合作用的结果? 目前还
没有得出明确的结论。
本文借鉴前人的研究成果和存在的问题,探讨了桂西北典型峰丛洼地植被演替及不同地貌部位对表层土
壤养分的影响,以期能够揭示土壤养分随植被演替的变化规律,阐明地貌部位对土壤养分的影响,探究喀斯特
区域“养分倒置冶现象是否具有普遍性,揭示其原因,进而为评价“退耕还林冶的生态学意义提供依据,为峰丛
洼地适应型生态设计提供养分状况的科学支撑。
1摇 研究地区与研究方法
1. 1摇 研究区概况及样地布设
本实验共选择两个实验区,均属典型喀斯特峰丛洼地,分别位于广西壮族自治区环江毛南族自治县下南
乡古周村和木论国家级自然保护区。 古周村(107毅55忆 E, 24毅50忆 N),面积 65 km2,属于亚热带季风气候,多年
平均气温 16. 5—20. 5 益,多年平均降雨量为 1389. 1 mm,雨季平均持续 130—140 d,主要集中在 4—9 月,该
地区土壤主要是由石灰岩风化形成的石灰土。 古周村是生态移民迁出区,虽已实行退耕还林,但仍有村民居
住。 由于受人类干扰和封育年限不同,目前区内草、灌、乔不同演替阶段植被群落均有分布。 草地封育 8—15
a,为退耕后形成;灌木林封育 20—30 a,至今仍偶有砍伐;次生林封育 40—50 a,少有砍伐。
木论自然保护区(107毅53忆29义—108毅05忆45义 E, 25毅06忆09义—25毅12忆25义 N)位于环江县西北部,北与贵州省
(荔波)茂兰国家级自然保护区相接。 属中亚热带季风气候区,年均气温 15. 0—18. 7 益,年无霜期 310 d,年
均降雨量 1530—1820 mm,雨季为 4—8 月。 本实验所选峰丛洼地面积 10 km2,主要是由白云岩、石灰岩风化
形成的石灰土,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,分布广泛,主要分布于石山的中下部,土层相对较厚,一般在 30 cm以上,层次明显。 木论保护区封
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育时间 300 a左右,生长着中亚热带隐域性的喀斯特森林顶极植被群落[8]。
根据 2 个峰丛洼地的主要植被覆盖类型,依照植被演替序列,本实验主要选取 4 种植被覆盖类型:草地、
灌木林、次生林和原生林,其中前三者是古周(图 1)的典型植被类型,占峰丛洼地面积的 80% ,而木论自然保
护区(图 1)则主要覆盖原生林一种植被类型。
样本点的布设采用线形(链形)方法,在研究区内选择出一条由坡脚至坡顶植被覆盖尽量一致的主样线。
每条主样线设置样地 5—6 个,视具体峰丛坡地的坡长而定,样地纵向间隔 30 m,取样样地大小为 20 m伊30 m。
为了更好的说明坡位对土壤养分的影响,在每种植被类型主样线的两个相对坡向选择两条辅助样线,分别在
上、中、下坡位设置 3 个重复样地。 共设置草地样地 12 个,灌木林样地 12 个,次生林样地 11 个,原生林样地
16 个。 采集 202 个表层土壤(0—15 cm)样品,其中草地样品 48 个,灌木林样品 46 个,次生林样品 44 个,原
生林样品 64 个。
木论国家级自然保护区 古周村
样地类型
草地
灌木林
次生林
0 2 km 0 500 1000m
图 1摇 试验样地土壤分布图
Fig. 1摇 Soil sampling locations in catchment
4 个演替阶段植被群落的主要组成为:(1)草地,优势种主要以五节芒 (Miscanthus floridulus)、类芦
(Neyraudia reynaudiana)、白茅( Imperata cylindrica)等为主。 (2)灌木林,优势种主要为红背山麻杆(Alchornea
trewioides)、广西密花树(Rapanea kwangsiensis )、粉苹婆(Sterculia euosma)、灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)
等。 (3) 次生林,优势种为聚果羊蹄甲 ( Bauhinia brachycarpa var. cavaleriei)、灰毛浆果楝 ( Cipadessa
cinerascens)、粉苹婆(Sterculia euosma)等,乔木林内伴生有扁担藤(Tetrastigma planicaule)、藤黄檀(Dalbergia
hancei)等藤本及麒麟尾(Epipremnum pinnatum)、肾蕨(Nephrolepis cordifolia)等林下物种。 (4)原生林,森林覆
盖率 93. 4 % ,生长着以灰岩棒柄花(Cleidion bracteosum)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)、野独活(Miliusa
chunii)、等优势种组成的顶极群落。
1. 2摇 土壤取样与分析方法
在每块样地用 GPS(E640+MobileMapper)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者耕种年限、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。 采样时将样地等分为 4 个小
区,即 a、b、c、d等 4 个小区(10 m伊15 m)。 在 4 个小区随机取 8 个左右的表层(0—15 cm)土壤进行混合,作
为一个样品,用四分法取 1 kg土壤带回实验室以备分析。
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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,全氮(TN)采用半微
量开氏法———流动注射仪(FIAstar 5000)(GB7173—87) [10]测定,全磷(TP)、全钾(TK)采用氢氧化钠碱熔—
钼锑抗比色法———原子吸收仪(GBC932)(GB7852—87、GB7854—87) [10]测定,碱解氮(AN)采用碱解扩散法
(康卫皿法) [11]测定,速效磷(AP)采用 0. 5mol / L碳酸氢钠浸提鄄钼锑抗比色法———紫外分光光度计[11]测定,
速效钾(AK)采用乙酸铵浸提———原子吸收仪(GBC932) [11]测定。 pH值用 pH计(GB7859—87) [10]测定。
本实验数据分析采用 Excel 2003 及 SPSS13. 0 进行统计分析和检验。 利用 SPSS13. 0 分析土壤养分含量
的基本概况,借助变异系数 Cv说明样品的变异情况,变异系数 Cv = S / 軃x ,式中,S 为标准偏差, 軃x 为均值。 根
据变异程度分级,Cv臆0. 1 属于弱变异性,0. 1
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同植被类型土壤养分含量的差异
根据表层土壤养分变异分析(表 1)得知,各养分含量(SOC、TN、C / N、TP、TK、AN、AP、AK)均属中等变异
程度,其中以磷素变异最强。 pH值属弱变异程度。 第二次全国土壤普查[13]将速效磷分成 6 个等级,分别为
>40、20—40、10—20、5—10、3—5、<3 mg / kg。 土壤速效钾分级标准分别为>200、150—200、100—150、50—
100、30—50、<30 mg / kg。 依据表 2,草地、灌木林、次生林的 AP、AK 属于第 4、5 级,处于较低的水平,原生林
处于第 3 等级,处于中等水平。
表 1摇 4 个植被演替阶段表层(0—15 cm)土壤养分变异系数(草地、灌木林、次生林、原生林 4 个阶段)
Table 1摇 Topsoil (0—15 cm) nutrients Variance Coefficient under four vegetation types ( include four stages: grassland, shrubland, artificial
forestland, original forestland)
演替阶段
Vegetation
草地
Grassland
灌木林
Shrubland
次生林
Artificial forestland
原生林
Original forestland
SOC 0. 18 0. 24 0. 38 0. 38
TN 0. 21 0. 26 0. 46 0. 38
C / N 0. 09 0. 15 0. 14 0. 07
TP 0. 47 0. 48 0. 39 0. 36
TK 0. 18 0. 24 0. 49 0. 36
AN 0. 18 0. 19 0. 32 0. 24
AP 0. 56 0. 41 0. 41 0. 55
AK 0. 29 0. 20 0. 21 0. 22
pH 0. 05 0. 06 0. 06 0. 08
由表 2 可知,植被覆盖类型对土壤养分有明显影响,且达到极显著水平。 SOC、TN、TP、AN、AP、AK 等养
分含量均随植被正向演替而增加,C / N随演替序列方向而降低,TK的变化特征不够明显,波动不大,可能是与
TK移动能力较弱有关[14]。 通过方差分析得知,草地与其他 3 种植被类型在 7 种养分含量上均有显著差异
(P臆0. 05),且除 TK外均为最低值。 灌木林与次生林在 SOC、TN、AN、TK、AK、AP含量上没有显著差异,但在
TP含量上次生林显著高于灌木林(P<0. 02)。 除 TP外,原生林与其他 3 种植被类型在 SOC、TN、TK、AN、AP、
AK含量上均有显著差异(P<0. 02)。
2. 2摇 不同地貌部位土壤养分的差异
根据对以往研究[15鄄17]得知,由于长期地表径流侵蚀和淋溶作用,我国大部分地区土壤养分存在着明显的
“洼积效应冶,即随着坡位的升高,土壤养分含量会逐渐降低。 但在喀斯特峰丛洼地土壤养分含量受地貌部位
影响的研究中却初步发现了“养分倒置冶的现象,即坡地的土壤养分含量高于洼地,上坡位的土壤养分含量高
于下坡位[6鄄7]。 为排除植被类型对土壤养分的影响,本实验在坡面选取自上而下均为同一植被类型的样线,
以便主要考虑地貌部位因素,并以各样地凋落物中养分含量和土壤的物理性质作为背景信息探讨其成因。
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表 2摇 4 个植被演替阶段表层(0—15 cm)土壤养分
Table 2摇 Topsoil (0—15 cm) nutrients under four vegetation types (mean依SE)
项目 Item
演替阶段 Vegetation
草地
Grassland
灌木林
Shrubland
次生林
Artificial forestland
原生林
Original forestland F
SOC / (g / kg) 29. 10依0. 75c 64. 05依2. 25b 57. 57依3. 42b 73. 92依3. 55a 45. 86**
TN / (g / kg) 2. 48依0. 07c 6. 86依0. 26b 6. 83依0. 49b 8. 10依0. 39a 51. 98**
C / N 11. 85依0. 16a 9. 48依0. 21b 8. 84依0. 19c 9. 19依0. 08bc 75. 33**
TP / (g / kg) 0. 72依0. 05c 1. 19依0. 08b 1. 51依0. 09a 1. 60依0. 07a 29. 09**
TK / (g / kg) 7. 27依0. 42b 9. 61依0. 87a 8. 84依0. 68a 5. 31依0. 24c 12. 91**
AN / (mg / kg) 88. 02依2. 36c 175. 77依4. 86b 168. 90依8. 65b 246. 62依7. 34a 113. 663**
AP / (mg / kg) 3. 55依0. 29c 7. 28依0. 43b 6. 25依0. 44b 11. 41依0. 79a 32. 20**
AK / (mg / kg) 64. 05依2. 66c 73. 11依2. 12b 76. 24依2. 52b 105. 75依2. 99a 51. 42**
pH 6. 85依0. 05b 6. 78依0. 06b 7. 21依0. 07a 7. 12依0. 07a 10. 69**
摇 摇 不同小写字母表示差异显著(P< 0. 05); **表示差异极显著(P<0. 01)
由图 2 可知,草地土壤的 SOC和 TN含量几乎不随坡位变化而变化,灌木林和次生林的 SOC、TN 则存在
着“倒置冶现象,即随着坡位的升高 SOC和 TN含量增加。 而在未受人为干扰的原生林则不存在“倒置冶现象,
养分随坡位的升高而逐渐降低,洼地略低于下坡位。 宋同清等[7]在木论原生林干扰区的研究结果也出现养
分“倒置冶现象,这表明干扰历史对木论保护区的养分空间分布特征存在较大的影响。 古周地区 3 种植被类
型下土壤养分的“倒置冶现象很可能与强烈的人类活动有关。
各植被类型下 TP均呈现出养分随坡位升高而降低的规律。 AP 的分布规律不尽一致,草地和原生林的
AP含量随坡位升高而降低,灌木林和原生林呈相反的分布规律。 草地、灌木林、次生林的 TK 含量随坡位升
高而降低,与 TP分布规律类似,原生林的 TK随坡位变化不显著。 AK含量除草地随坡位升高而降低之外,灌
木林、次生林、原生林在各坡位均无显著差异。
3摇 结论与讨论
3. 1摇 植被演替对土壤养分的影响
本研究针对植被演替对土壤养分状况的影响设计了较为系统的实验。 结果表明,不同植被类型土壤养分
(SOC、TN、C / N、TP、TK、AN、AP、AK)及土壤 pH值都有极显著差异(P<0. 01)。 并且除 TK 外,其他养分含量
均随植被正向演替而增加。 这与何加林[1]、王韵[18]、戴礼洪[19]等人的研究结果相一致。 詹书侠等[20]在亚热
带红壤区也发现了类似规律,即土壤有机 C、全 N、净矿化速率、中性磷酸酶活性随森林正向演替逐步升高,而
TP的变化趋势则与本研究区不同,这可能由红壤特性所致,P 素是红壤区植被生长的主要限制因子,含量仅
为 0. 2 g / kg左右,远远低于本研究区域。 胡忠良[4]和王军[3]等分别在贵州喀斯特区域和黄土高原区进行养
分异质性研究中发现,植被对磷素利用能力的差异可能是导致土壤速效磷素资源空间分配异质较大的主要原
因。 邹丽娜[21]等认为植物归还是土壤中有效磷的重要来源。 由于植物群落组成和分布格局及土壤自身特性
的共同作用,使得土壤磷素变异性较大。 另外,石灰土中全磷的含量并不低,但是较高的 pH值使得土壤有很
强的固磷作用,形成难溶的磷灰石导致磷的有效性降低[22]。 因此速效磷可能成为该地区植被生长的限制性
因子。
钾素受成土母质制约较大[23],迁移能力不强。 在广西亚热带岩溶地区,钾素是主要养分限制因子[24]。
朱永官、罗家贤[25]对我国南方土壤钾素状况研究中得出,母质为沉积岩的土壤非交换性钾与粘粒含量呈显著
正相关,其含钾量随粒径增大而减小,含钾量主要集中于 0. 002 mm和 0. 002—0. 01 mm两个粒级。 本实验的
土壤物理性质研究结果表明,草地、灌木林、次生林的粘粒含量显著高于原生林粘粒含量[26]。 这可能是导致
草地、灌木林、次生林全钾含量较原生林高的主要原因。 只占全钾极小部分的交换性钾受粘粒含量影响不大,
交换性钾易溶于水且可直接为作物所吸收,因此主要受植被群落结构特征和侵蚀淋溶作用影响。 由此可见,
TK和 AK受着不同因素的影响,致使 TK和 AK在统计中不具有显著相关性。
0403 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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ab
a
b b
a
a
b b ab
a
a a b
020
4060
80100
120
草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林
草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林
草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林 草地 灌木林 次生林 原生林
SOC
/(g/k
g) ab
a
a b
a
a
a b ab
a
a a b
02
46
810
1214
TN/(
g/kg)
a
a
a a b
b
b ac
b c
a d
00.5
1.5
2.53.02.0
1.0TP/(g
/kg)
a
a a a
ab
a
b ac b b a
02
46
810
1214
16
TK/(
g/kg)
aa
a c
a
b a
b ab
b
a
a
b
6.5
7.5
8.0
7.0
6.0
pH
a
a
a b
a
a
a a
a
a
a a a
50100
150200
250300
350
AN/(
mg/k
g) a
a b b
a
b b ab
ab
b
a a b
5
10
15
20
AP/(
mg/k
g)
a
a a a aab a a
a
b a a
a
020
4060
80100
120140
AK/(
mg/k
g) aabb ab
a
aba
a
02
46
810
1214
C/N
aa
洼地 下坡 中坡 上坡
0
图 2摇 4 个演替阶段在不同地貌部位的养分含量变化规律
Fig. 2摇 Rule of soil particle composition at different hillslope under four vegetable type
草地 Grassland; 灌木林 Shrubland; 次生林 Artificial forest; 原生林 Original forest
3. 2摇 地貌部位对土壤养分的影响
不同的地貌部位不仅受到的降雨和地表径流侵蚀冲刷程度不同,自身的地貌特征和受人类干扰的强度也
有所不同。 上坡位的裸岩率一般较下坡位高,农业利用难度更大,所受人为干扰也相应较小。 而且是否受过
人为干扰、干扰强度的大小对坡面土壤碳氮的分布有着重要影响。 例如上下坡位受干扰程度相近的草地,
SOC没有统计上的显著差异;而上坡位裸岩率高于下坡位的灌木林和次生林,便存在着随坡位升高 SOC 含量
增加的现象;而未受人类干扰的原生林则是 SOC 含量随坡位升高而降低,与之对比,历史时期受过干扰的原
生林出现了相反的分布。 由此可见,如果没有人为干扰,石灰土的坡地也会跟其他地区一样,存在养分的“洼
积效应冶,但是一旦受到破坏,就出现了上坡高下坡低的“倒置冶现象。
有研究表明,喀斯特地区,高钙的石灰土对有机碳具有保护作用,因为钙与胡敏酸结合能生成不易分解的
胡敏酸钙。 而长期耕作和扰动造成土壤中的有机质大量分解与流失,阳离子也大量流失,石灰土逐渐失去其
固碳能力,有机碳含量也相应减少[27]。 由于上坡位的裸岩率高于下坡位,耕作难度亦明显高于下坡位,所以
人类对下坡位的干扰更强,使下坡位的 SOC 含量骤减。 另有研究表明,石灰岩地区坡地土壤中,砂粒的有机
碳平均含量最高,粉粒次之,粘粒最低。 但是这种与砂粒结合的有机碳属于非稳定有机碳,极易流失,而与粘
粒结合的有机碳则属于稳定有机碳(如黄土区、红壤区) [28]。 因此,一旦喀斯特地区植被遭到破坏,土壤物理
结构受损,有机碳会迅速减少。 这也是石灰土易退化的主要原因。
土壤中的磷素根据其存在的化合物性质一般可分为无机磷和有机磷两部分,其中难溶性的无机磷和有机
磷占土壤总磷量的 95%以上,这部分磷不能为植物直接利用。 在石灰土条件下,难溶性无机磷极易与碱性土
壤中的钙结合生成 Ca10 鄄P沉淀,并包裹在土壤团聚体中,不易淋失,只有少量随地表径流流失[29]。 喀斯特地
区地表产流能力不强,通过地表径流流失的磷素很少。 由于生成的无机磷与钙形成稳定形态,人为干扰对其
影响不大,因此在受干扰较严重的草地、灌木林、次生林以及未受干扰的原生林的 TP 均有较明显的洼积效
应。 速效磷可以直接为植物所吸收,易溶于水,其受影响因素较多,植物群落分布、凋落物中磷含量、地形地
貌、降雨强度、耕作方式等对速效态磷均有较大影响,因此变异性较强。
1403摇 11 期 摇 摇 摇 刘淑娟摇 等:桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征 摇
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历史干扰区坡地的下坡位人为活动强烈,母岩风化加速,风化后的钾素通过植被的表聚作用聚集于表土,
使得下坡位的表层土 TK含量高于上坡位。 在进行农业活动过程中,坡脚及部分下坡位曾有耕种历史,经调
查得知,农民曾在农用地施用草木灰来提高土壤肥力,这也可能是下坡位土壤全钾含量高于上坡位的原因。
“退耕还林还草冶对土壤有机质积累和养分含量增加具有积极作用。 与其他地区相比,喀斯特土壤的全
量养分含量并不低,但是“石多土少冶的现状限制了农业的发展。 如果盲目开发坡地用于农业用途,将会造成
土壤养分含量急剧下降,区域生态系统服务功能水平也会极大降低。 有研究表明,喀斯特地区土地利用变化
对土壤性质的影响明显大于其它地区,喀斯特地区土壤经过干扰后,要恢复到干扰前土壤养分水平需要更长
时间[30]。
目前现有研究已经从多个角度来解释喀斯特地区养分流失快、恢复慢的原因。 石灰土的高钙、高 pH 值
特性使得其易结合有机碳,但土壤与母岩之间缺少黏着层,受到破坏之后 SOC 极易流失[6],这些研究从地球
化学角度分析了喀斯特地区受到人为干扰后土壤有机碳易流失的机理。
通过本文研究,明晰了峰丛洼地土壤养分的时空分异特征,并分析了植被演替阶段和不同地貌部位等因
素对土壤养分分异产生的影响。 但是关于养分物质流失迁移的途径,地表流失和地下漏失的比例等问题,都
有待于结合土壤物理性质、利用同位素示踪等技术,进行深入研究。
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3403摇 11 期 摇 摇 摇 刘淑娟摇 等:桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 11 June,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Responses of microbes鄄mediated carbon and nitrogen cycles to global climate change SHEN Jupei, HE Jizheng (2957)………………
Formation of cyanobacterial blooms in Lake Chaohu and the photosynthesis of dominant species hypothesis
JIA Xiaohui, SHI Dingji, SHI Mianhong,et al (2968)
……………………………
………………………………………………………………………………
Unbalanced cyclical fluctuation pattern of intermittent outbreaks of beet armyworm Spodoptera exigua (H俟bner) in China
WEN Lizhang, ZHANG Youjun, ZHU Liang, et al (2978)
……………
…………………………………………………………………………
Self鄄organizing feature map classification and ordination of Larix principis鄄rupprechtii forest in Pangquangou Nature Reserve
ZHANG Qindi, ZHANG Jintun, Suriguga, et al (2990)
…………
……………………………………………………………………………
Ecological effects of lakeside wetlands restoration in Dalian Lake, Shanghai WU Di,YUE Feng, LUO Zukui, et al (2999)…………
Soil organic carbon storage and profile inventory in the different vegetation types of Luya Mountain
WU Xiaogang, GUO Jinping, YANG Xiuyun,et al (3009)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Response of soil microbial community structure to the leaf litter decomposition of three typical broadleaf species in mid鄄subtropical
area, southern China ZHANG Shengxi, CHEN Falin, ZHENG Hua (3020)………………………………………………………
The decomposition of coniferous and broadleaf mixed litters significantly changes the carbon metabolism diversity of soil microbial
communities in subtropical area, southern China CHEN Falin, ZHENG Hua, YANG Bosu, et al (3027)………………………
Spatiotemporal heterogeneity of topsoil nutrients in Karst Peak鄄Cluster depression area of Northwest Guangxi, China
LIU Shujuan, ZHANG Wei, WANG Kelin,et al (3036)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of cadmium stress on the activities of antioxidant enzymes, digestive enzymes and the membrane lipid peroxidation of the
mangrove mud clam Geloina coaxans (Gmelin) LAI Tinghe,HE Binyuan,FAN Hangqing,et al (3044)…………………………
The edge effects on tree鄄liana relationship in a secondary natural forest in Bawangling Nature Reserve, Hainan Island, China
WU Yuna,TAO Jianping,XI Weimin,et al (3054)
………
…………………………………………………………………………………
Soilwater deficit under different artificial vegetation restoration in the semi鄄arid hilly region of the Loess Plateau
YANG Lei, WEI Wei, MO Baoru, et al (3060)
……………………
……………………………………………………………………………………
The diurnal trends of sensible and latent heat fluxes of a subtropical evergreen coniferous plantation subjected to seasonal drought
HE Youwei,WANG Qiubing,WEN Xuefa,et al (3069)
…
……………………………………………………………………………
Ecologicaladaptability of photosynthesis and water use for Tamarix ramosissima in the southern periphery of Gurbantunggut Desert,
Xinjiang WANG Shanshan, CHEN Xi, WANG Quan, et al (3082)………………………………………………………………
Estimation of leaf area index of cotton using digital Imaging WANG Fangyong, WANG Keru, LI Shaokun, et al (3090)……………
Different response of photosynthetic apparatus between wild soybean (Glycine soja) and cultivated soybean (Glycine max) to NaCl
stress XUE Zhongcai, GAO Huiyuan, LIU Jie (3101)……………………………………………………………………………
Effects of water and phosphorus supply on morphology and structure of special root hairs on nodal roots of wheat (Triticum
aestivum L. ) ZHANG Jun, HE Dexian, DUAN Zengqiang (3110)………………………………………………………………
Applications of species indicator for analyzing plant community types and their biodiversity at Kunyushan National Forest Reserve
SUN Zhiqiang, ZHANG Xingyao, ZHU Yanpeng, et al (3120)
…
……………………………………………………………………
Societal metabolism for chinese provinces based on multi鄄scale integrated analysis of societal metabolism(MSIASM)
LIU Ye, GENG Yong, ZHAO Hengxin (3133)
…………………
……………………………………………………………………………………
Comparative gene expression analysis for leaf trichomes of tobacco grown in two different regions in China
CUI Hong, JI Hao, YANG Huijuan, et al (3143)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Performance evaluation of B biotype whitefly, Bemisia tabaci on 23 host plants AN Xincheng, GUO Qiang, HU Qiongbo (3150)……
Studies of hemocytes DNA damage by two pesticides acetamiprid and chlorpyrifos in predaceous spiders of Pardosa astrigera Koch
LI Rui, LI Shengcai, LIU Jia, (3156)
…
………………………………………………………………………………………………
Effects of the fungicide prochloraz on the rotifer Brachionus calyciflorus LI Daming,LU Zhenghe,FENG Qi, et al (3163)……………
Effects of long鄄 and short鄄term successive parthenogenesis on life history and genetics characteristics of Brachionus calyciflorus
GE Yali, XI Yilong (3170)
………
…………………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Review of the relationship between regional landscape pattern and surface water quality
ZHAO Jun, YANG Kai, TAI Jun, et al (3180)
………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Review of dew action effect on plants YE Youhua, PENG Shaolin (3190)………………………………………………………………
Advances in Botryosphaeriaceae: identification, phylogeny and molecular ecology
CHENG Yanlin,LIANG Jun,L譈 Quan,et al (3197)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Advances inresearch on the mechanisms of age鄄related productivity decline of planted forests
MAO Peili, CAO Banghua,TIAN Wenxia,et al (3208)
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The application of tree鄄ring on forest disturbance history reconstruction
FENG Xiaohui,CHENG Ruimei,XIAO Wenfa,et al (3215)
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Research advances on stress responsive WRKY transcription factors in plants LI Ran, LOU Yonggen (3223)…………………………
Scientific Note
The soil microbial activities and microbial biomass in Sanjiangyuan Alpine glassland
REN Zuohua, ZHANG Yuguang, LI Diqiang,et al (3232)
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The differences of water use efficiency (WUE) among three Populus deltoids clones, and the cloning and characterization of
related gene, PdERECTA GUO Peng, XIA Xinli, YIN Weilun (3239)……………………………………………………………
Arthropod community reestablishment and niche of the main groups in kiwifruit orchards
DU Chao, ZHAO Huiyan, GAO Huanhuan, et al (3246)
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 11 期摇 (2011 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 11摇 2011
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