祁連山青海云杉森林土壤的理化性狀及其生物學(xué)特征研究

摘 要：利用祁連山青海云杉森林土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)，采用樣方調(diào)查和實驗室分析方法，探究不同條件下土壤性質(zhì)的分布規(guī)律和變化趨勢。結(jié)果表明：隨著林齡增長和海拔升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量逐漸增加，pH值逐漸降低，土壤酶活性和微生物生物量有所提高。不同區(qū)域間土壤的差異較大，其中，高海拔區(qū)域土壤性質(zhì)相對較優(yōu)，表明海拔是影響土壤性質(zhì)的重要因素之一。這對青海云杉森林土壤的保護(hù)和管理具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：青海云杉森林；土壤物理性質(zhì)；土壤化學(xué)性質(zhì)；土壤生物學(xué)性質(zhì)

中圖分類號：S714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

青海云杉森林是祁連山區(qū)域的主要森林類型之一，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值。土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其性質(zhì)的變化對森林生長和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響。因此，研究土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)，探究其分布規(guī)律和變化趨勢，對青海云杉森林的保護(hù)與管理具有重要意義。以祁連山青海云杉森林為研究對象，采用樣方調(diào)查和實驗室分析方法，研究不同條件下土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)的分布特征及其變化規(guī)律，以期為青海云杉森林的生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域

甘肅祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)位于歐亞大陸腹地，地處青藏、蒙新、黃土三大高原交匯地帶的祁連山北麓，南接青海省，北臨河西走廊，東連永登縣連城林場，西至玉門石油河，地理位置為97°23′34″～103°45′49″E，36°29′57″～39°43′39″N。地跨武威、張掖、金昌三市的八個縣（區(qū)），東西長600 km，南北寬50～120 km，總面積198.72萬hm2。

受大陸性荒漠氣候和森林草原氣候的影響，加之受植被物群系的影響，該地土壤類型因海拔不同而存在差異，坡向亦受到影響。陰坡從低到高依次分布灰棕漠土、森林褐色土，亞高山灌叢草甸土等。陽坡則多為栗鈣土。山坡下為坡積土，各土類母巖主要是前震旦紀(jì)的花崗片麻巖、云母石英片巖，也有震旦紀(jì)的石英巖、矽質(zhì)灰?guī)r、千枚狀板巖等，林區(qū)則主要是綠色片巖。母質(zhì)主要是第四紀(jì)次生黃土。

馬蹄林區(qū)土壤類型復(fù)雜多樣，隨地勢和海拔變化呈地域性和垂直地帶性分布。本林區(qū)巖石主要有灰千枚巖、綠色硬砂巖、板巖、變質(zhì)巖等，土壤為栗鈣土、灰褐色土、高山草原土、高山草甸土等。海拔2 300～2 600 m為山地栗鈣土；海拔2 600～3 200 m的陰坡為山地灰褐色森林土；海拔3 200～3 400 m為陰坡褐色土；海拔3 400～3 600 m的陰坡為亞高山灌叢草甸土；海拔3 600～3 900 m為高山草甸土；海拔3 900～4 200 m為高山寒漠土；4200 m為冰川和永久積雪帶[1]。

研究選取祁連山青海云杉森林為研究對象，樣方設(shè)置為不同林齡、區(qū)域和海拔條件下的森林。樣方包括4個海拔（2 600、2 800、3 000、3 200 m），3個林齡（20、40、60年）和3個不同的區(qū)域（低谷區(qū)、山腰區(qū)、山頂區(qū)）。

2 材料與研究方法

2.1 森林土壤物理指標(biāo)

此次研究在祁連山青海云杉森林范圍內(nèi)進(jìn)行，選取具有代表性的樣地，采用隨機(jī)取樣法進(jìn)行土壤采樣。根據(jù)樣地林齡、區(qū)域、海拔等因素，將土壤物理指標(biāo)進(jìn)行分組分析。土壤物理指標(biāo)包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤溫度等。通過實驗室測定，對各組土壤物理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，探討其分布特征及變化規(guī)律。

2.2 森林土壤化學(xué)指標(biāo)

此次研究在祁連山青海云杉森林設(shè)置了不同林齡、區(qū)域、海拔的樣地，采用隨機(jī)取樣法收集土壤樣品。土壤化學(xué)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、pH值等。樣品分析方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》（GB/T 22108—2008）。通過實驗室測定，對各組土壤化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，探討其分布特征及變化規(guī)律。

2.3 森林土壤生物學(xué)指標(biāo)

此次研究在祁連山青海云杉森林選取具有代表性的樣地，采用隨機(jī)采樣法收集土壤樣品。土壤生物學(xué)指標(biāo)包括土壤微生物、土壤酶活性、土壤生物多樣性等。通過測定不同林齡、區(qū)域、海拔條件下的土壤生物學(xué)指標(biāo)，分析其分布特征及變化規(guī)律。

3 樣方調(diào)查

在祁連山地區(qū)選取了具有代表性的林木類型，包括青海云杉、油松、落葉松等。根據(jù)海拔、地理位置和林齡差異，設(shè)置了一系列野外調(diào)查樣地。在每個樣方中，選取10個隨機(jī)點作為采樣點，每個采樣點采集土壤樣品。土壤樣品采集深度為0～30 cm，集中混合后取適量樣品送至實驗室進(jìn)行分析。

4 實驗室分析

4.1 土壤物理性質(zhì)

此次研究分析了土壤顆粒組成、土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量等物理性質(zhì)指標(biāo)。采用EXCEL和SPASS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

4.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩后，分析了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀、pH值等化學(xué)性質(zhì)的分析。分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》。

4.3 土壤生物學(xué)特征

選取了祁連山典型森林類型，包括幼齡林、中齡林、成熟林3個林齡階段。同時，根據(jù)地理位置和海拔的不同，將研究區(qū)域劃分為3個區(qū)域：低谷區(qū)、山腰區(qū)和山頂區(qū)。采用土壤取樣方法，分析不同林齡、區(qū)域和海拔條件下森林土壤的生物學(xué)性質(zhì)。將土壤樣品稱取10 g放入90 mL無菌水中，放在磁力攪拌器攪拌10 min，然后配制成不同濃度的土壤懸浮液，用1 mL吸管移取1滴于培養(yǎng)基表面進(jìn)行稀釋分離。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基平板涂抹法、真菌用馬丁氏平板涂抹法、放線菌用高氏1號平板涂抹法。細(xì)菌培養(yǎng)溫度28 ℃，培養(yǎng)3 d。真菌培養(yǎng)溫度28 ℃，培養(yǎng)4 d。放線菌培養(yǎng)溫度為30 ℃，培養(yǎng)10 d。待各培養(yǎng)基上長出均勻菌落時計數(shù)。

5 結(jié)果與分析

5.1 土壤物理性質(zhì)

不同林齡、區(qū)域和海拔條件下土壤物理性質(zhì)的變化如表1所示。結(jié)果表明，不同條件下土壤物理性質(zhì)存在一定的差異。隨著年齡的增長，土壤顆粒組成中黏粒含量逐漸增加，砂粒含量減少；土壤容重降低，土壤孔隙度增大；土壤含水量呈上升趨勢。隨著林齡的增加，森林土壤物理性質(zhì)逐漸改善。隨著海拔的降低，土壤容重逐漸增大，土壤孔隙度逐漸減小，這與土壤中有機(jī)質(zhì)和微生物生物量的增加有關(guān)[2]。

5.1.1 不同林齡條件下森林土壤物理性質(zhì)特點

結(jié)果顯示：隨著年齡的增長，土壤顆粒組成中黏粒含量逐漸增加，砂粒含量減少；土壤容重降低，土壤孔隙度增大；土壤含水量呈上升趨勢。說明隨著林齡的增加，森林土壤物理性質(zhì)逐漸改善。

5.1.2 不同區(qū)域條件下森林土壤物理性質(zhì)特點

不同區(qū)域土壤物理性質(zhì)存在一定差異。低谷區(qū)的土壤層較厚，質(zhì)地較為均勻，水分充足，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累和土壤動物的活動。土壤結(jié)構(gòu)較好，通氣性和滲透性較佳，這有助于植物根系的生長和水分及養(yǎng)分的吸收；山腰區(qū)地處山坡，土壤受水土流失的影響，土壤層較薄。該地土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)介于低谷區(qū)和山頂區(qū)之間，通氣性和滲透性較好，但受到坡度影響，土壤的穩(wěn)定性稍差；山頂區(qū)的土壤層薄，質(zhì)地粗糙，含有較多的石子和礫石。又因海拔較高，溫度較低，水分條件較差，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)積累較少，土壤結(jié)構(gòu)和通氣性較差。此外，山頂風(fēng)力較大使得土壤受到更多的侵蝕。

5.1.3 不同海拔條件下森林土壤物理性質(zhì)特點

隨著海拔的升高，土壤顆粒組成中黏粒含量增加，砂粒含量減少，土壤容重降低，土壤孔隙度和含水量增大。這表明海拔升高有利于改善森林土壤物理性質(zhì)。

5.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

不同林齡、區(qū)域和海拔條件下土壤化學(xué)性質(zhì)的變化如表2所示。結(jié)果表明，隨著林齡的增加和海拔的升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量逐漸增加，pH值逐漸降低。不同區(qū)域間土壤化學(xué)性質(zhì)的差異較大，高海拔區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量相對較高，說明海拔是影響土壤化學(xué)性質(zhì)的重要因素之一[3]。

5.2.1 不同林齡條件下森林土壤化學(xué)性質(zhì)

結(jié)果顯示：隨著林齡的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量呈上升趨勢。其中，成熟林土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，表明隨著林齡的增長，土壤有機(jī)質(zhì)積累逐漸增多。

5.2.2 不同區(qū)域條件下森林土壤化學(xué)性質(zhì)

隨著海拔的升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量逐漸增加。一般情況下，低谷區(qū)氣溫相對較高，微生物的活性強，土壤呼吸作用強，有機(jī)質(zhì)的礦化速率加快，從而有利于有機(jī)質(zhì)的積累；山腰區(qū)介于低谷區(qū)和山頂區(qū)之間。山頂區(qū)氣溫較低，導(dǎo)致微生物的活性降低，土壤呼吸作用減弱，有機(jī)質(zhì)的礦化速率減慢，從而有利于有機(jī)質(zhì)的積累；而山頂區(qū)植被覆蓋率通常較高，生物量也較大。植被的枯枝落葉和根系等有機(jī)物質(zhì)輸入土壤中，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的來源。此外，山頂區(qū)的淋溶作用較強，有助于將有機(jī)質(zhì)帶入土壤深層。

5.2.3 不同海拔條件下森林土壤化學(xué)性質(zhì)

隨著海拔的升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效鉀含量呈下降趨勢。此外，高海拔區(qū)域土壤pH值較低，表明土壤酸度較大。

5.3 土壤生物學(xué)性質(zhì)

不同林齡、區(qū)域和海拔條件下土壤生物學(xué)性質(zhì)的變化如表3所示。結(jié)果表明，不同條件下土壤生物學(xué)性質(zhì)存在一定的差異。隨著林齡的增加和海拔的升高，土壤酶活性和微生物生物量逐漸減少。不同區(qū)域間土壤生物學(xué)性質(zhì)的差異較小，說明不同區(qū)域間土壤生物學(xué)性質(zhì)的差異主要受其他因素的影響。

5.3.1 不同林齡條件下森林土壤生物學(xué)性質(zhì)特點

（1）幼齡林：土壤微生物數(shù)量較多，土壤酶活性較高。

（2）中齡林：土壤微生物數(shù)量和酶活性逐漸降低。

（3）成熟林：土壤微生物數(shù)量、酶活性均較低。

5.3.2 不同區(qū)域條件下森林土壤生物學(xué)性質(zhì)特點

（1）低谷區(qū)：土壤微生物數(shù)量和酶活性較高。

（2）山腰區(qū)：土壤微生物數(shù)量和酶活性逐漸降低。

（3）山頂區(qū)：土壤微生物數(shù)量、酶活性最低。

5.3.3 不同海拔條件下森林土壤生物學(xué)性質(zhì)特點

（1）低海拔區(qū)：土壤微生物數(shù)量和酶活性較高。

（2）中海拔區(qū)：土壤微生物數(shù)量和酶活性逐漸降低。

（3）高海拔區(qū)：土壤微生物數(shù)量、酶活性均較低。

6 結(jié)論

此次研究對祁連山青海云杉森林不同條件下土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)的變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：隨著林齡的增加和海拔的升高，森林土壤物理性質(zhì)逐漸改善，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀和堿解氮含量逐漸增加，pH值逐漸降低，土壤酶活性降低，微生物生物量減少。不同區(qū)域間土壤的差異較大。總體而言，高海拔區(qū)域土壤性質(zhì)相對較優(yōu)，由此表明海拔和林齡是影響森林土壤性質(zhì)的重要因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙維俊，劉賢德，徐麗恒，等.祁連山青海云杉林動態(tài)監(jiān)測樣地土壤pH和養(yǎng)分的空間異質(zhì)性[J].干旱區(qū)地理，2015， 38（6）：1179-1189.

[2] 解歡歡，馬文瑛，趙傳燕，等.苔蘚和凋落物對祁連山青海云杉林土壤呼吸的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2017，37（5）：1379-1390.

[3] 楊建紅，趙傳燕，臧飛，等.祁連山中部不同植被群落土壤呼吸對覆蓋物類型的響應(yīng)[J].蘭州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，58（3）：392-403.