摘要：為探究川西北高寒山地不同海拔高度土壤團(tuán)聚體分布特征及其穩(wěn)定性，通過野外調(diào)查采樣和室內(nèi)試驗(yàn)分析的方式，對(duì)四川西部折多山高寒山地6個(gè)海拔梯度土壤團(tuán)聚體特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：0—20cm土層不同海拔>0.25mm粒徑的土壤中非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量占80%以上，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量占70%以上;0—60cm土層>0.25mm粒徑的土壤非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體總體上呈現(xiàn)隨海拔上升而增加的趨勢(shì)，而水穩(wěn)定性團(tuán)聚體則呈現(xiàn)出隨海拔升高先逐漸減小后增大的趨勢(shì)。不同海拔土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)主要分布在>0.25mm粒級(jí)中，且呈現(xiàn)隨海拔升高先增加而后降低的趨勢(shì)，隨土層深度加深而逐漸降低的趨勢(shì)。平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)均呈現(xiàn)出隨海拔降低而逐漸減小的趨勢(shì)，分形維數(shù)(D)則呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，>20cm土層規(guī)律不明顯。表明川西高寒山地表層土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，防止土壤退化應(yīng)是該區(qū)生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：土壤團(tuán)聚體;穩(wěn)定性;土壤有機(jī)質(zhì);海拔;高寒山地

　　土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本組成單元，不僅綜合了土壤中各種不同形狀、大小、孔隙度和水穩(wěn)性的團(tuán)聚體，而且是土壤中養(yǎng)分的載體和微生物的生存環(huán)境[1]。同時(shí)土壤團(tuán)聚體的粒徑分布不僅反映土壤結(jié)構(gòu)狀況，而且影響著土壤的通氣、抗蝕、滲水性等，與植被類型、氣候條件等外部因子有重大聯(lián)系，是評(píng)價(jià)土壤肥力和抗蝕性的重要指標(biāo)[2-4]。此外>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量(R0.25)、平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)及分形維數(shù)(D)常用來描述團(tuán)聚體的數(shù)量和分布狀況，并作為土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗侵蝕能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]。

　　因此，通過研究土壤團(tuán)聚體的分布特征，對(duì)于改善土壤肥力、增強(qiáng)土壤生產(chǎn)力、降低土壤可侵蝕性等具有重要意義。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開展了關(guān)于土壤團(tuán)聚體及其分布特征的研究，主要集中在不同森林植被類型、不同植被恢復(fù)年限以及不同林分發(fā)育階段等對(duì)土壤團(tuán)聚體分布及其穩(wěn)定性的影響。趙友朋等[6]對(duì)鳳陽(yáng)山主要林分類型土壤團(tuán)聚體及其穩(wěn)定性的研究表明4種林分土壤水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體(WSA)(≥0.25mm)含量均在90%以上。土壤水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體含量及平均質(zhì)量直徑(MWD)和幾何平均直徑(GMD)均以杉木林的最大，竹林的最小。

　　王小紅等[7]研究了格氏栲天然林轉(zhuǎn)化為人工林后的土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的分布，發(fā)現(xiàn)天然林轉(zhuǎn)換成人工林會(huì)導(dǎo)致土壤大團(tuán)聚體數(shù)量減少，團(tuán)聚體穩(wěn)定性下降。莊正等[8]對(duì)不同發(fā)育階段杉木人工林土壤團(tuán)聚體分布特征及其穩(wěn)定性研究表明各發(fā)育階段杉木人工林土壤團(tuán)聚體以>0.25mm大團(tuán)聚體為主，比例皆達(dá)80%以上，且中齡林和成熟林比例在各土層中均高于幼齡林。江仁濤等研究了川西北高寒草地退化對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及穩(wěn)定性的影響[9]。

　　但對(duì)于高海拔山地生態(tài)系統(tǒng)土壤團(tuán)聚體分布特征及其穩(wěn)定性的研究少見報(bào)道。川西高寒山地海拔較高，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，對(duì)環(huán)境及氣候變化尤為敏感。近年來隨著人口增長(zhǎng)和放牧強(qiáng)度的增加，對(duì)植被、土壤和生態(tài)系統(tǒng)過程干擾尤為強(qiáng)烈。尤其是高海拔地區(qū)凍融作用使土壤容重減小、孔隙度增大、團(tuán)聚體水穩(wěn)性減小[3]，從而使土壤結(jié)構(gòu)改變，穩(wěn)定性降低，進(jìn)而對(duì)土壤肥力及生態(tài)環(huán)境的屏障作用產(chǎn)生重大影響。因此，對(duì)川西北高寒山地不同海拔土壤團(tuán)聚體分布特征及其穩(wěn)定性進(jìn)行研究，探討海拔梯度及植被類型對(duì)土壤團(tuán)聚體的粒徑分布、組成和穩(wěn)定水平，為科學(xué)評(píng)價(jià)高寒山地生態(tài)系統(tǒng)土壤結(jié)構(gòu)及應(yīng)對(duì)氣候變化提供參考依據(jù)。

　　1研究地區(qū)與方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　研究區(qū)位于四川省甘孜州折多山西部(30°00′—30°08′N，101°44′—101°51′E)，折多山為大雪山一脈，屬于青藏高原東緣，最高海拔4962m，埡口海拔4298m。研究區(qū)氣候類型為亞寒帶季風(fēng)氣候與高原大陸性氣候交匯，氣候溫和偏寒，年日照2000～2500h以上，年平均降水量1600mm，年均溫8℃以下，冬季漫長(zhǎng)，無明顯夏季。主要土壤種類為高山暗棕壤和高山灌叢草甸土，植被垂直分布帶由云冷杉針葉林過渡到海拔為3800m的高山林線再到4000～4200m的高山灌叢草甸。

　　1.2土壤樣品采集與處理

　　2016年8月在康定縣折多山東坡進(jìn)行土壤樣品的采集，根據(jù)當(dāng)?shù)亓志�海拔約在3800m的實(shí)際情況，樣地設(shè)置以3800m林線上下每隔200m各設(shè)兩個(gè)海拔梯度，即為3400m，3600m，3800m，4000m，4200m共5個(gè)海拔梯度。每個(gè)海拔梯度根據(jù)小地型植被的差異各設(shè)置3個(gè)20×20m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，并用五點(diǎn)采樣法分剖面深度為0—20cm，20—40cm，>40cm采集樣品，同時(shí)用塑料盒采集原狀土做團(tuán)聚體分析及不同粒徑風(fēng)干團(tuán)聚體做有機(jī)質(zhì)含量分析。

　　1.3指標(biāo)測(cè)定及計(jì)算方法

　　根據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T-1999)測(cè)定相關(guān)指標(biāo)[10]。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定;土壤團(tuán)聚體分為水穩(wěn)性團(tuán)聚體和非水穩(wěn)性團(tuán)聚體，非水穩(wěn)性團(tuán)聚體用干篩法，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分級(jí)采用濕篩法測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)含量重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定。

　　1.4數(shù)據(jù)處理

　　采用Excel軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，采用SPSS20.0軟件對(duì)各處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1不同海拔土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

　　團(tuán)聚體作為組成土壤的重要部分，通過穩(wěn)定土壤的結(jié)構(gòu)而降低其水土流失，從而起到水土保持的作用。土壤中不同粒級(jí)大小聚體所占百分比，可表明團(tuán)聚體的機(jī)械穩(wěn)定性。各海拔土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體0—60cm土層各粒徑含量大小為(>2mm)>(2～1mm)>(1～0.5mm)>(<0.25mm)>(0.5～0.25mm)，其中>2mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量最多，0.5～0.25mm含量最小。

　　不同海拔梯度土壤中，0—60cm土壤>2mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均值大小順序?yàn)椋?200m(52.3%)>3600m(50.23%)>3400m(42.38%)>4000m(42.21%)>3800m(41.06%)，且隨海拔梯度變化規(guī)律不明顯，呈現(xiàn)出隨海拔升高逐漸減小而又后增大的趨勢(shì)。其中海拔4200m的土壤>2mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體所占比例最高，而海拔3800m最低。但>2mm非水穩(wěn)性團(tuán)聚體在0—20cm土層范圍中，所占比例大小依次為：4200m(60.42%)>3800m(55.74%)>3600m(53.07%)>4000m(49.37%)>3400m(38.87%，)，除4000m外呈現(xiàn)出隨海拔增高而逐漸上升的趨勢(shì)，表明0—20cm土層中所含大粒徑團(tuán)聚體較多，且隨著土層的加深而降低，但其余粒徑規(guī)律則不明顯。一般將>0.25mm的團(tuán)聚體稱為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，其含量越高，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越大[7.8]。

　　計(jì)算得到不同海拔土壤>0.25mm粒徑的非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量組成大小為：4200m(87.06%)>3600m(86.61%)>3800m(86.08%)>3400m(81.70%)>4000m(80.58%)，其中最大是海拔4200m的土壤，最小的為海拔4000m的土壤，差異不明顯，總體上呈現(xiàn)隨海拔上升而增加的趨勢(shì)，4000m處較低可能與該海拔放牧強(qiáng)度較高，植被破壞相對(duì)于其他海拔嚴(yán)重有關(guān)。

　　2.2不同海拔土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體特征

　　土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性尤其是水穩(wěn)性團(tuán)聚體是反映土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，與土壤的抗侵蝕能力以及環(huán)境質(zhì)量有著密切的關(guān)系[11]。不同海拔的土壤>2mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體在各粒徑中比例最高，均值大小順序?yàn)椋?600m(35.34%)>3800m(34.19%)>4200m(33.88%)>4000m(31.06%)>3400m(30.35%)，呈現(xiàn)出隨海拔升高先降低后增加的趨勢(shì)，但差異不顯著。從0—20cm土層看，>2mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚除4000m外呈現(xiàn)出隨海拔增高而逐漸增加的趨勢(shì)，表明0—20cm土層中所含水穩(wěn)性大粒徑團(tuán)聚體比例較高，且隨著土層的加深而降低，其余粒徑規(guī)律則不明顯。

　　>0.25mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量組成大小為：3800m(80.18%)>3600m(78.67%)>4200m(75.01%)>3400m(74.14)>4000m(72.03%)。>0.25mm粒徑的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含并隨海拔升高呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，在3800m林線處最高，說明海拔3800m林線附近土壤的抗水力侵蝕性相對(duì)較好，低于和高于林線的土壤水穩(wěn)定性相對(duì)較差。不同海拔土壤<0.25mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量則呈現(xiàn)相反的規(guī)律，均值大小順序?yàn)椋?000m(27.97%)>3400m(25.85%)>4200m(25.00%)>3600m(21.34%)>3800m(19.82%)。另外，同一粒徑同一土層不同海拔差異性不顯著。

　　2.3不同海拔土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量

　　土壤腐殖質(zhì)是土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑，同時(shí)也是土壤有機(jī)質(zhì)保存的重要場(chǎng)所，對(duì)土壤的肥力和結(jié)構(gòu)特征尤其在提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性方面具有重要的意義。由表4可以看出，從整體來看，有機(jī)質(zhì)含量主要集中在>0.25mm粒徑的大團(tuán)聚體中，占比在80%左右，含量大小順序?yàn)椋?800m(361.25g/kg)>4200m(315.01g/kg)>3600m(276.19g/kg)>4000m(269.14g/kg)>3400m(265.05g/kg)，以3800m處最高，隨海拔升高呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì)，隨著土層深度加深而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。

　　<0.25mm粒徑的團(tuán)聚體則規(guī)律不明顯。在0—20cm土層中，各粒徑非水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)3800m>4200m>3600m>4000m>3400m，即呈現(xiàn)出較為明顯的隨海拔升高先增加而后降低的趨勢(shì)、20—40，40—60cm的變化規(guī)律不明顯。>0.25mm粒徑的團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)相同海拔土壤同一層中，隨著土壤團(tuán)聚體粒徑的變化其有機(jī)質(zhì)含量變化沒有明顯規(guī)律性且差異不明顯。

　　3討論

　　3.1不同海拔土壤團(tuán)聚體特征

　　土壤團(tuán)聚體組成以及其穩(wěn)定性是評(píng)估土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一[12]。一般將>0.25mm的團(tuán)聚體稱為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體，是維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，其含量越高，土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越大[6]。本研究發(fā)現(xiàn)在川西高寒山地不同海拔>0.25mm粒徑的土壤中非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量均較高，其中非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量各海拔均達(dá)到80%以上，最高達(dá)87.06%，水穩(wěn)定性體含量占70%以上，最高達(dá)到80.18%，尤其是在0—20cm土層中，>2mm粒徑團(tuán)聚體含量在各粒徑中含量也最高，說明研究區(qū)川西高寒山地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性高。這與大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為土壤中>0.25mm粒徑的土壤中團(tuán)聚體含量占比大，團(tuán)聚體穩(wěn)定性也就好的結(jié)論相符[11-19]。

　　從分布規(guī)律來看，0—60cm土層>0.25mm粒徑的土壤非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體均值總體上呈現(xiàn)隨海拔上升而增加的趨勢(shì)，而水穩(wěn)定性團(tuán)聚體則呈現(xiàn)出隨海拔升高先逐漸減小后增大的趨勢(shì)。說明海拔3800m林線附近土壤的抗水力侵蝕性相對(duì)較好，低于和高于林線的土壤水穩(wěn)定性相對(duì)較差。表明土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與植被類型密切相關(guān)，3800m林線是一個(gè)轉(zhuǎn)折，林線以上海拔較高的灌叢草甸植被雖然風(fēng)干團(tuán)聚體較高，但其水穩(wěn)性團(tuán)聚體則相對(duì)較低，說明其更容易被破壞。因此，保護(hù)高山林線植被對(duì)高寒山地生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定及防止水土流失具有重要意義。

　　3.2不同海拔土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量

　　團(tuán)聚體和有機(jī)碳的關(guān)系密切，土壤有機(jī)碳是團(tuán)聚體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤有機(jī)碳的分解轉(zhuǎn)化受團(tuán)聚體影響，從而影響到土壤肥力的發(fā)揮[7]。本研究發(fā)現(xiàn)不同海拔土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)主要分布在>0.25mm粒級(jí)中，這與江仁濤[17]、李柏橋[18]、苑亞茹等[20]學(xué)者的研究結(jié)果相同。從海拔梯度分布情況看，土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)隨海拔升高呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì)，其中以3800m處最高，與>0.25mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布規(guī)律類似，<0.25mm粒徑的團(tuán)聚體則規(guī)律不明顯。

　　不同海拔、不同粒徑的土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨著土層深度加深而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。本研究中，不同海拔各土層中土壤各粒徑團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為隨著土層加深而減少的趨勢(shì)。這與黃曉強(qiáng)等[19]北京山區(qū)典型人工林土壤團(tuán)聚體研究和苑亞茹等[20]對(duì)東北黑土區(qū)的研究也表明隨著土壤層次的加深，土壤有機(jī)碳含量均呈現(xiàn)了逐漸降低趨勢(shì)的結(jié)果相同。

　　從整體來看，各海拔高度的土壤中大團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，據(jù)王淑平等[21]研究表明隨著海拔高度增加水分適宜但溫度較低，土壤微生物的活動(dòng)受到抑制，有利于有機(jī)質(zhì)的積累，所以海拔高度的變化影響土壤溫度和土壤水分的變化，在這兩種因素共同作用下，土壤中有機(jī)物含量隨著海拔高度升高呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果相似。

　　3.3不同海拔土壤團(tuán)聚體

　　MWD，GMD及D的變化特征土壤團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)和分形維數(shù)(D)，是用于評(píng)價(jià)團(tuán)聚體穩(wěn)定性十分重要的指標(biāo)，常用來反映團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以表示團(tuán)聚體顆粒大小和粒級(jí)分布情況[17]。MWD和GMD值越大，表明土壤大團(tuán)聚體含量越高，土壤團(tuán)聚程度越高，土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[9，22]。

　　本研究中，0—20cm土層各海拔高度土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD，GMD都呈現(xiàn)隨海拔高度的升高變化趨勢(shì)，20—40，40—60cm土層規(guī)律不明顯。隨土層深度的增加，非水穩(wěn)性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD，GMD均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。趙友朋[6]、劉艷等[22]研究表明，同一林分中，隨土層的加深，土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量和穩(wěn)定性均呈下降趨勢(shì)，與本研究結(jié)果類似，不同海拔高度非水穩(wěn)性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體分形維數(shù)(D)則與MWD，GMD呈現(xiàn)相反的規(guī)律性。本研究發(fā)現(xiàn)>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)，與團(tuán)聚結(jié)構(gòu)破壞率呈負(fù)相關(guān)，說明不同海拔高度土壤大團(tuán)聚體含量越多，土壤團(tuán)粒大小分布越均勻，團(tuán)聚結(jié)構(gòu)被破壞的程度就越低，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越強(qiáng)。

　　4結(jié)論

　　(1)不同海拔>0.25mm粒徑的土壤中非水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量占80%以上;水穩(wěn)定性體含量占70%以上，尤其是在0—20cm土層中，>2mm粒徑團(tuán)聚體含量在各粒徑中含量也最高，說明研究區(qū)川西高寒山地土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性高。從分布規(guī)律看，0—60cm土層>0.25mm粒徑的土壤非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體總體上呈現(xiàn)隨海拔上升而增加的趨勢(shì)，而水穩(wěn)定性團(tuán)聚體則呈現(xiàn)出隨海拔升高先逐漸減小后增大的趨勢(shì)。

　　(2)從整體來看，有機(jī)質(zhì)含量主要集中在>0.25mm粒徑的大團(tuán)聚體中，占比在80%左右。以3800m處最高，隨海拔升高呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢(shì)，隨著土層深度加深而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。<0.25mm粒徑的團(tuán)聚體則規(guī)律不明顯。不同海拔、不同粒徑的土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨著土層深度加深而呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。

　　(3)0—20cm土層各海拔高度土壤非水穩(wěn)性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD，GMD都呈現(xiàn)隨海拔高度的升高變化趨勢(shì)，0—20cm土層土壤不同海拔土壤隨土層深度的增加，非水穩(wěn)性團(tuán)聚體與水穩(wěn)性團(tuán)聚體MWD，GMD均呈現(xiàn)出隨海拔降低而逐漸減小的趨勢(shì)，分形維數(shù)D則呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。>20cm土層規(guī)律不明顯。研究發(fā)現(xiàn)在高寒山地土壤中>0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量與非水穩(wěn)定性團(tuán)聚體呈顯著正相關(guān)，與團(tuán)聚結(jié)構(gòu)破壞率呈負(fù)相關(guān)，表明表層土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，一旦破壞將對(duì)高寒山地生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重后果，防止土壤退化應(yīng)是該區(qū)生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)。

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　　土壤論文投稿刊物：土壤通報(bào)是中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)土壤學(xué)會(huì)主辦、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)承辦的土壤學(xué)與肥料學(xué)學(xué)術(shù)期刊。