瀘水市干熱河谷山合歡灌叢土壤P、K空間異質(zhì)性初探

字如建

(高黎貢山國家級自然保護(hù)區(qū)貢山管護(hù)分局，云南 怒江 673500)

1 研究目的及意義

云南省怒江州瀘水市干熱河谷地區(qū)由于地理位置、地形和地貌的原因，氣候炎熱干燥、侵蝕強烈，植被較為單純稀疏，森林覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境脆弱 ,加之人類活動的干擾 ,水土流失嚴(yán)重 ,流失面積1080.79km2,占總面積的53.5%。環(huán)境生態(tài)條件惡劣,土壤退化嚴(yán)重,是影響該區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟振興的重要限制因素。因此，對瀘水干熱河谷地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和植被恢復(fù)造林工作刻不容緩。而干熱河谷地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建依賴于植被恢復(fù)、合理利用和現(xiàn)有植被的保護(hù)和發(fā)展。植被的恢復(fù)、發(fā)展與土壤碳、磷、鉀、有機質(zhì)等養(yǎng)分含量及分布密切相關(guān)。這些土壤元素的含量及分布直接影響土壤質(zhì)量的優(yōu)劣和生物產(chǎn)量的高低。本次研究通過測定怒江瀘水市干熱河谷區(qū)山合歡灌叢三棵孤立木周圍4個方向每個方向5個點的土壤有效磷、全磷、緩效鉀、速效鉀含量，分析其分布規(guī)律，一方面驗證灌叢的沃島效應(yīng)的存在，了解該退化生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)變過程，對于進(jìn)一步理解極端干熱逆境下植物-土壤的相互作用機制也具有重要意義，另一方面為進(jìn)一步研究怒江瀘水市干熱河谷地區(qū)植被、土壤情況及研究干熱河谷地區(qū)生態(tài)恢復(fù)、人工造林植被恢復(fù)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供重要的依據(jù)。

2 研究區(qū)概況及方法

2.1 研究區(qū)概況

本研究點設(shè)在瀘水市境內(nèi)的古登鄉(xiāng)(25° 39′ N，101° 46′E)，海拔1150 m，研究點氣候炎熱干燥，年均溫為21.9 ℃，≥10 ℃年積溫為8003 ℃，無霜期360～365 d，年降水量630.7 mm，雨季(6～10月)降水量占全年降水量的90%以上，年蒸發(fā)量約為3426.3 mm。該地區(qū)氣候惡劣，土壤貧瘠，有機質(zhì)含量低，砂石土質(zhì)降水下滲快，土壤水分易于蒸發(fā)，嚴(yán)重影響植物根系的伸展和生長發(fā)育，限制植物所能吸收利用的水量和養(yǎng)分。

2.2 研究方法

2.2.1 土樣采集和處理的方法

(1)土壤采樣方法。利用常規(guī)測量手段與GPS定位設(shè)備，選擇地形相對平坦、植株間隔較大，具有典型沃島現(xiàn)象的3株山合歡，以根莖為中心，分別在東、南、西、北4個方向采集土樣，采樣間距為1 m、2 m、3 m、8 m、12 m，取土壤表層(0～20 cm)樣品，每個土樣采集1.5 kg左右，將采集的土樣放入布袋或塑料袋中，在袋內(nèi)外附上標(biāo)簽，寫明采集地點，采樣號數(shù)，土層深度，采集日期和采樣人等。如1-E1為第一株山合歡東邊距離根部1 m處第1個點采集的土樣，2-N2為第二株山合歡北邊距離根部2 m處第2個采集的土樣，3-W3為第三株山合歡西邊距離根部3 m處第3個點采集的土樣，1-S4為第一株山合歡南邊距離根部8 m處第4個點采集的土樣，2-W5為第二株山合歡西邊距離根部12 m處第5個點采集的土樣，以此類推。

(2)土樣處理方法。采集來的土樣及時風(fēng)干，以免發(fā)霉而引起性質(zhì)的改變。其方法是：將土壤樣品破成碎塊平鋪在干凈的紙上，攤成薄層放于室內(nèi)陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，經(jīng)常加以翻動，加速干燥。切忌陽光直接暴曬，風(fēng)干后的土樣再磨細(xì)分別通過20目、80目和100目的篩并盡可能檢出土樣里面的雜草活體根系和可見植物殘枝等物質(zhì)之后把它們放進(jìn)自封袋里貼上標(biāo)簽。封自封袋時要擠出袋里的空氣否則會氧化土壤。

2.2.2 分析測定項目與方法

本次實驗所用方法是參考中國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心編寫的《土壤分析技術(shù)規(guī)范》，具體見表1。

表1 測定項目及方法

3 結(jié)果與分析

3.1 山合歡灌叢下土壤P、K含量分析

通過測定瀘水市干熱河谷三棵山合歡孤立木東、南、西、北四個方向上距離分別為1 m、2 m、3 m、8 m、12 m，土層深度0～20 cm處土壤全磷、有效磷、速效鉀、緩效鉀含量(單位：mg/kg)，并取三棵樹同一方向同一距離含量的數(shù)據(jù)求平均值，結(jié)果如表2。

表2 瀘水干熱河谷山合歡灌叢下不同方向不同距離土壤磷、鉀含量 mg/kg

3.2 土壤P、K含量及分布規(guī)律分析

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，分別作東、西、南、北四個方向同一深度不同距離土壤磷、鉀含量分布圖，如圖1。

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 全磷含量分析

由圖1可知：在東、南、西、北四個方向上，總體看來灌叢下全磷含量隨著采樣距離的增加而減少，存在顯著的“沃島效應(yīng)”。其中，北面12m處采樣點土壤全磷含量略高于8m處采樣點的含量，其原因可能是此點的地勢凹陷使養(yǎng)分在此地富集或12m處山合歡的根系已經(jīng)不是很發(fā)達(dá)對養(yǎng)分的吸收不強。此外，從圖1還可看出在灌叢植株2m內(nèi)的四個方向上土壤全磷含量北面 >西面 >南面 >東面。山合歡灌叢明顯的“沃島效應(yīng)”與其所處的生境密切相關(guān),也是灌叢適應(yīng)干熱河谷退化生態(tài)系統(tǒng)的主要機制和有效利用土壤養(yǎng)分的主要對策。為適應(yīng)這種生境，山合歡灌叢形成大量的深層根系,根系活動及其對養(yǎng)分的尋覓對策可能導(dǎo)致較高的元素積累,從而最大限度地滿足其生長中的營養(yǎng)需求。

3.3.2 土壤效磷含量分析

從表2和圖1中可以看出：在東面，5個采樣點的含量靠近灌叢的最高，5個采樣點的有效磷含量順序為1 m>8 m>3 m>12 m>2 m，這種分布規(guī)律的原因可能是3～12 m處的地勢處于凹陷地帶致使養(yǎng)分在此富集。在南面，第一個采樣點土壤有效磷含量略低于第二、第三個采樣點的量，可能是由地勢原因或灌叢根系吸收能力導(dǎo)致的。但總體來講從樣點2～5點，土壤有效磷含量依次向外減少。在西面，有效磷含量在采樣點上的分布為1 m>2 m>8 m>3 m>12 m。在北面，有效磷的含量除了采樣點3外，其余4個采樣點土壤有效磷的含量隨著采樣距離的增加而逐漸減少，其中采樣點3的含量明顯小于點4和5點的含量，這種現(xiàn)象可能是有很多外在因素引起的，如植物根系的發(fā)達(dá)程度和其吸收情況，再者就是地勢的凹凸情況等這些都會影響到養(yǎng)分的空間分布。

綜上所述，灌叢下東、南、西、北4個方向上土壤有效磷含量基本隨著采樣距離的增加而減少，存在“沃島效應(yīng)”。

3.3.3 土壤速效鉀含量分析

從圖1和表2中可以看出：在山合歡灌叢東、南、北3個方向上，土壤速效鉀含量基本呈現(xiàn)隨著采樣距離的增加含量逐漸減少的趨勢，此三個方向上的趨勢都較為典型，西面12 m處的采樣點的土壤速效鉀含量顯著高于3 m和8 m處采樣點的含量，原因可能是采樣點1～4的地勢比較平坦而12 m處的采樣點的地勢凹陷致使養(yǎng)分富集，或灌叢的根系在12 m處已經(jīng)不發(fā)達(dá)對養(yǎng)分的吸收不強，總體來看西面上的速效鉀含量分布規(guī)律能體現(xiàn)出沃島現(xiàn)象的存在。從圖1中可以看出山合歡灌叢下4個方向上的速效鉀含量相差不大。

圖1 土壤磷、鉀含量分布

3.3.4 土壤緩效鉀含量

從圖1中可以看出：在山合歡灌叢的東、南、西、北4個方向上，灌叢的東面和北面兩個方向上的緩效鉀含量都呈現(xiàn)出隨著采樣距離的增加含量逐漸減少的趨勢，其含量規(guī)律能明顯體現(xiàn)出沃島現(xiàn)象的存在。南面去掉8 m處采樣點，此方向上的緩效鉀含量都是依次向外減少的，8 m處采樣點明顯高于3 m處采樣點的含量卻少于2 m處采樣點的含量，原因可能是8 m處地形凹陷而處于積累過程，數(shù)米外的另一點可能由于地形隆起而處于沖刷或裸露狀況，導(dǎo)致灌叢土壤的緩效鉀的含量分布不規(guī)律，但此方向上的緩效鉀含量規(guī)律能體現(xiàn)出沃島現(xiàn)象的存在。西面灌叢下的緩效鉀的含量分布情況是從1～8 m這4個采樣點是呈現(xiàn)出隨著采樣距離的增加含量逐漸減少的趨勢，但12 m處采樣點高于8 m處采樣點的含量小于3 m處采樣點的含量，原因可能是1～8 m這4個采樣點的地勢較為平坦而12 m處采樣點的地勢凹陷致使養(yǎng)分在此富集，此方向的緩效鉀含量分布規(guī)律能很好體現(xiàn)出沃島現(xiàn)象的存在。此灌叢4個方向上緩效鉀含量分布規(guī)律對沃島現(xiàn)象存在的體現(xiàn)強度是：北面>東面>西面>南面。在灌叢植株2 m內(nèi)的4個方向上土壤緩效鉀含量：北面>東面>>西面>南面，在3～12 m范圍內(nèi)4個方向的土壤緩效鉀的平均含量差距不大。

綜上所述，怒江瀘水干熱河谷山實驗點合歡灌叢下東、南、西、北4個方向不同距離的土壤全磷、速效磷、速效鉀、緩效鉀含量基本呈現(xiàn)出：隨著采樣距離的增加養(yǎng)分含量逐漸減少的趨勢。這一趨勢正是沃島效應(yīng)存在的重要體現(xiàn)。

4 結(jié)論

由實驗數(shù)據(jù)分析可知，怒江瀘水市干熱河谷山合歡灌叢下土壤P、K的含量及其分布大致規(guī)律是：土壤全磷、有效磷、速效鉀、緩效鉀的含量以灌叢孤立木為基點在不同方向隨著離山合歡植株的距離的增加其養(yǎng)分趨于減少，這種規(guī)律是沃島效應(yīng)存在的重要體現(xiàn)。

但有些并不成此規(guī)律，引起其空間異質(zhì)性的可能因素有：①干熱河谷林地地表起伏不定，即使地形上的微小差別，也可能造成有機質(zhì)等元素的積累條件的很大不同，某一點由于微地形凹陷而處于積累過程，數(shù)米外的另一點可能由于微地形隆起而處于沖刷或裸露狀況，導(dǎo)致林地土壤養(yǎng)分的含量存在明顯的空間變異性。②還跟山合歡灌叢的根系發(fā)達(dá)程度及吸收情況也有一定關(guān)系。

本研究驗證了怒江州瀘水市干熱河谷地區(qū)山合歡灌叢沃島效應(yīng)的存在，而灌叢所具有的沃島效應(yīng)有利于山合歡孤立木的生長，導(dǎo)致大量養(yǎng)分聚集在植物根部，而根系的活動又促進(jìn)了沃島的進(jìn)一步發(fā)育。干熱河谷山合歡灌叢沃島形成的機制可能是通過對土壤風(fēng)蝕物質(zhì)、凋落物、塵降物的截獲形成了養(yǎng)分的局部匯集，并通過發(fā)達(dá)的灌木植物的根系的匯集再將養(yǎng)分反饋給土壤，使灌叢周圍土壤肥力得以改善并形成沃島現(xiàn)象，沃島形成了有利于灌叢及灌叢下草本植物生長的小氣候。從長期來看干熱河谷灌叢的優(yōu)先生長及形成的沃島現(xiàn)象能引來更多的生物如鳥類、蟲蟻等聚集于此區(qū)域，“沃島”的形成對于灌木和喬木的更新提供了更加有利的場所,對該地區(qū)的植被正向演替和生態(tài)的恢復(fù)是有利的。