祁连山东段哈溪林区不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全钾分布特征

杨秋香，牛赟，敬文茂

( 1.张掖市肃南县环境保护和林业局甘肃张掖734016; 2.甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃省森林生态与冻土水文水资源重点实验室，甘肃张掖734000; 3.甘肃张掖生态科学研究院甘肃省祁连山生态科技创新服务平台，甘肃张掖734000)

祁连山东段哈溪林区不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全钾分布特征

杨秋香1，牛赟2，3，敬文茂2，3

( 1.张掖市肃南县环境保护和林业局甘肃张掖734016; 2.甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃省森林生态与冻土水文水资源重点实验室，甘肃张掖734000; 3.甘肃张掖生态科学研究院甘肃省祁连山生态科技创新服务平台，甘肃张掖734000)

摘要选取祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤为研究对象，研究和分析了不同海拔高度青海云杉林土壤全磷和全钾的分布特征。结果表明:全磷含量随海拔高度降低而增加，同一海拔高度下，不同土层全磷含量变化不大，3 016 m和2 786 m海拔处随土层加深略有下降，2 536 m海拔处增加;全钾含量亦随海拔高度降低而增加，同一海拔高度下，不同土层全钾含量变化不明显，与全磷不同的是，3 016 m海拔处随土层加深先减小后增大，2 786 m和2 536 m海拔处一直增大。

关键词全磷;全钾;青海云杉林;哈溪林区;分布特征

磷和钾作为植物生长不可或缺的两种元素，在土壤中的含量是土壤质量好坏评价的重要指标。土壤作为地球陆地生态系统的基础，是地球陆地表面的大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的连接纽带;同时，它也是人类进行农林牧业生产的重要基地。对于土壤而言，土壤养分是土壤质量变化最基本的表征和核心研究内容［1］，是土壤从环境条件和营养条件两方面来影响植物的生长发育和植物的物种组成，历来受到土壤学、植物营养学和生态学研究领域的众多专家和学者的关注［2，3］，而土壤养分中全磷全钾的含量高低对土壤肥力的评价有很高的指标价值。

青海云杉是我国特有树种，集中分布在甘、青两省交界的祁连山，面积为169 564 hm2，蓄积量18 107 932 m3，祁连山青海云杉林生态系统对维系林区生物多样性、涵养水源、保持水土起着非常重要的作用［4］。

对于土壤全磷和全钾的研究，国内外基本上都是在研究土壤养分的大框架下进行研究和分析。特别是植物根际附近的土壤养分更是目前国内外研究的热点。因为根际附近的土壤养分受植物根系和微生物等生命活动不同理化过程的影响，形成了一种特殊的生态微域［5，6］。由于土壤中的全磷易被固定，土壤中的有效磷含量较低，如何提高土壤中的有效磷含量是土壤生态微域研究的重要内容;土壤中的钾以多种形态存在，不同形态的钾对植物生命活动的有效性不同。各种形态的钾素之间，经常保持一种动态平衡。在这种动态平衡中，钾素的固定和释放是土壤微域研究的另一重要内容［7］。

祁连山是我国西北地区的高大山系之一，按地形可分为东、中、西段，祁连山森林植被自东南向西北植被逐渐荒漠化，祁连山东段哈溪林区为我国的主要天然保护林区，青海云杉是主要的成材树种，虽然我国目前对对原始森林已经采取保护措施，但仍根据实际情况进行有计划的森林采伐［8，9］。所以进行相关影响青海云杉生长的土壤全磷全钾等土壤养分的研究，对青海云杉原始森林的合理利用、云杉次生林的经营、人工培育等方面具有重要的理论指导意义。目前对祁连山建群种青海云杉土壤养分的研究并不多，对于祁连山东段青海云杉土壤中全磷全钾的分布特征在不同海拔高度下的变化的研究更是少之又少。因此，本文通过对祁连山东段青海云杉林土壤全磷和全钾分布特征进行研究分析，以期为提高祁连山西段青海云杉林生态系统土壤肥力、生产力以及指导青海云杉可持续经营和管理提供参考。

1　研究区概况

研究区位于祁连山东段的甘肃省武威市天祝藏族自治县西北部，地理位置为102°01'—102°51' E，37°16'—37°45' N，属高寒半湿润气候。林区年降水量约400 mm，雨量主要集中分布在5—9月，占全年降水量的76%，年蒸发量1 234.8 mm，无霜期110 d。年平均气温1.8℃，极端最高气温28.5℃，极端最低气温－27.8℃，平均温较差26.4℃。林区土壤为山地灰褐土，有轻微的水土流失，林下苔藓、草本和灌丛植被分布较少，草本层优势种主要有珠牙蓼( Polygonum viviparum)，苔草( Carex tristachya)，藓生马先蒿( Pedicularis muscicola)等。灌木层优势种主要有吉拉柳( Salix gilashaniea)，金露梅( Potentilla fruticasa)，高山绣线菊( Spiraea alpina)等。青海云杉林主要分布在海拔2 500～3 200 m的阴坡、半阴坡。

2　研究方法

2.1样地设置

根据典型性和代表性的原则，在试验区选择代表性青海云杉林设置典型样地3个，样地面积大小为25 m×25 m，样地在平均海拔3 016 m、平均海拔2 786 m、平均海拔2 536 m共3个不同海拔高度处结合祁连山东段哈溪林区自身地形地貌特点不同坡面和坡位上设置。样地具体情况如下:

调查地1:哈溪林区黄草岭神树沟顶，海拔3 014 ～3 018 m，样地坡向北偏西20°，坡度10°，郁闭度0.6，天然保护林，有较轻微的水土流失，林下苔藓，草本较少，土层厚度0.8 m，土壤类型为森林灰褐土。

调查地2:哈溪林区黄草岭大阴屲峡，海拔2 772 ～2 799 m，样地坡向北偏西40°，坡度17°，郁闭度0.5，天然保护林，有较轻微的水土流失，林下苔藓，草本较少，土层厚度0.8 m，土壤类型为森林灰褐土。

调查地3:哈溪林区友爱十队，海拔2 517～2 626 m，样地坡向北偏西60°，坡度21°，郁闭度0.4，天然保护林，有较轻微的水土流失，林下苔藓，草本较少，土层厚度0.8 m，土壤类型为森林灰褐土。

2.2调查方法

在对样地林木利用典型抽样法进行标准地抽样调查后，进行土壤取样，分别采集0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm 3层土样，每层3次重复。把环刀取的分层土样用自封袋密封，带回实验室用于土壤含水量、土壤养分、土壤容重的测定。全P用碱熔－钼锑抗比色法;全K用氢氧化钠熔融－火焰光度计法［10］。

2.3数据分析方法

所有数据采用Excel 2003进行数据统计、分析和作图处理。

3　结果与分析

3.1不同海拔高度青海云杉林土壤全磷含量的变化

由表1可以看出，祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全磷含量变化范围介于0.061～0.084 mg

·kg－1。青海云杉林土壤的全磷含量随着海拔的降低而增加，其中以10～20 cm土层全磷增长最为明显。在0～10 cm土层，海拔在3 017 m、2 786 m、2 536 m处的土壤全磷含量分别为0.066 mg·kg－1、0.071 mg·kg－1、0.076 mg·kg－1，其中2 536 m的比2 786 m的高了0.005 mg·kg－1，比3 017 m处的高了0.010 mg·kg－1;在10～20 cm土层，不同海拔高度的全磷含量关系可以归纳为: 2 536 m( 0.082 mg·kg－1)＞2 786 m( 0.071 mg·kg－1)＞3 017 m ( 0.060 mg·kg－1) ;在20～40 cm土层，海拔从3 017 m降到2 536 m过程中，对应的土壤全磷含量从0.059 mg·kg－1增加到0.093 mg·kg－1。总体来看，研究区不同海拔青海云杉林土壤P平均含量变化可以表示为: 2 536 m( 0.084 mg·kg－1)＞2 786 m( 0.070 mg·kg－1)＞3 017 m( 0.061 mg·kg－1)。

表1　不同海拔高度下青海云杉林土壤全磷的变化

3.2不同海拔高度青海云杉林土壤全钾含量的变化

由表1可以看出，祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全磷含量变化范围介于1.895～2.091 mg ·kg－1。青海云杉林土壤的全钾含量亦随着海拔的降低而增加。在0～10 cm土层，海拔在3 017 m、2 786 m、2 536 m处的土壤全钾含量分别为1.866、2.127、2.144 mg·kg－1，其中2 536 m的比2 786 m的高了0.017 mg·kg－1，比3 017 m处的高了0.278 mg·kg－1;在10～20 cm土层，不同海拔高度的全钾含量关系可以归纳为: 0.082 mg·kg－1( 2 536 m) ＞0.071 mg·kg－1( 2 786 m)＞0.060 mg·kg－1( 3 017 m) ;在20～40 cm土层，海拔从3 017 m降到2 536 m过程中，土壤全钾含量变化规律和前两土层略有变化，可以表示为: 1.978 mg·kg－1( 3 017 m) ＞1.890 mg·kg－1( 2 786 m)＜1.991 mg·kg－1( 2 536 m)。总的来说，研究区不同海拔青海云杉林土壤P平均含量还是随海拔降低而增加，平均含量变化可以表示为: 1.895 mg·kg－1( 3 017 m)＜2.017 mg·kg－1( 2 786 m)＜2.091 mg·kg－1( 2 536 m)。

3.3青海云杉林土壤全磷、全钾垂直变化

从表1也可看出，祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全磷含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和3 017 m海拔处随土层深度加深呈减少趋势，但减少幅度不大;相反的，2 536 m海拔处反而随土层加深而增加。在海拔3 017 m处，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm三土层对应的全磷含量分别为0.066、0.060、0.059 mg·kg－1，依次递减;在海拔2 786 m处，0～10 cm和10～20 cm土层的全磷含量持平，同为0.071 mg·kg－1，20～40 cm土层减少为0.067 mg·kg－1;在海拔2 536 m处，土壤全磷含量0.076 mg·kg－1( 0～10 cm)＜0.082 mg·kg－1( 10～20 cm)＜0.093 mg·kg－1( 20～40 cm)。

从表2看出，祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全钾含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和2 536 m海拔处随土层加深而减少，3 017 m海拔处先减少后增加。在海拔3 017 m处，全钾含量变化表现为: 1.886 mg·kg－1( 0～10 cm)＞1.821 mg·kg－1( 10 ～20 cm)＜1.978 mg·kg－1( 20～40 cm) ;在海拔2 786 m处，全钾含量变化表现为: 2.127 mg·kg－1( 0～10 cm)＞2.033 mg·kg－1( 20～40 cm)＞1.890 mg·kg－1( 20～40 cm) ;在海拔2 536 m处，全钾含量变化表现为: 2.144 mg·kg－1( 0～10 cm)＞2.139 mg·kg－1( 20～40 cm)＞1.991 mg·kg－1( 20～40 cm)。

表2　不同海拔高度下青海云杉林土壤全钾的变化

4　讨论

4.1不同海拔高度对青海云杉林土壤全磷的影响

祁连山东段哈溪林区青海云杉林不同样地土壤全磷含量差异显著，可能是磷的风化、淋溶、富集迁移等多种因素共同作用的结果，其中生物富集迁移是影响磷素积累的主导因素［11］。海拔高度是一个重要的地形因子，温度受其影响最大。土壤温度影响土壤化学过程的速度和成土母质中原生矿物的风化，也影响到凋落物的分解速率，因此影响到可提供给植物的有效营养元素的供给，植物对P的吸收利用也受到影响。高海拔林地空气稀薄，温度低，生物活性弱，光照强度大，紫外辐射强，紫外线是决定很多植物分布的一个重要因子［12，13］，造成高海拔林地全磷含量较中低海拔林地全磷含量低。研究表现为海拔在3 014～3 018 m区间段的祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全磷含量比在海拔2 772～2 799 m和2 517～2 626 m区间段的土壤全磷含量低。

4.2不同海拔高度对青海云杉林土壤全钾的影响

土壤有机质含量能影响到土壤的许多性质，其

中包括供给氮、磷、钾和微量元素的能力［14］，土壤有机质是影响林分生产力与土壤肥力的重要因素。由于土壤肥力随海拔降低，而使植物在海拔梯度上的分布上限也降低［15］。随着海拔高度的上升，气温和土壤温度逐渐减低，土壤温度的降低可能导致微生物活动的减弱，使有机质降解速率减小而促进有机质的积累。同时，随着海拔高度的增加，温度下降，植物生长量下降，从而引起有机质含量的降低。因此，试验反映出海拔在2 517～2 626 m处的K平均含量分别高于海拔在2 772～2 799 m处和3 014～3 018 m处的K平均含量，间接反映出海拔在2 517～2 626 m处的有机质含量较其他两海拔高处的高。此外，土壤中的K主要来自含K的矿物质，因而还受到地质、淋溶等因素的影响。

4.3土层对青海云杉林土壤全磷和全钾的影响

土壤有机质是土壤各营养元素尤其是N和P的重要来源。丰富的有机质可以促进微生物的活动，增加土壤养分，促进林木生长，其来源是地上部分枯枝落叶的积累和分解，而非地下部分的根系死亡。青海云杉的生长和发育在一定程度上使得林地土壤向地带性土壤即山地森林灰褐土发育，土壤剖面表现出很多共同的特征，诸如土壤的成土过程主要为较强的腐殖质积累过程，土壤质地由轻壤过渡到中壤等［4］。植物体养分循环过程和土壤的成土母岩类型(主要是磷、钾)决定了土壤中全氮，全磷，全钾的含量［16］。土壤有机质含量能影响到土壤的许多性质，其中包括供给氮、磷、钾和微量元素的能力［17］。一般情况下，当全磷含量低于0.8～1.0g/kg时，土壤的供磷能力不足，表明研究区土壤全磷含量缺乏［18］。影响土壤中全磷和全钾含量的因素有很多，成土母岩性质、外界分化剥蚀、土壤水分、土壤孔隙度、土壤Eh、土壤Ph、生物循环等等。中表层可能主要是由于风蚀等外界因素以及枯枝落叶的腐殖化等动植物的生理作用而产生变化，深层影响因素可能更倾向于地下水的循环等。

5　结论

5.1祁连山东段哈溪林区青海云杉林下土壤全磷含量变化范围介于0.061～0.084 mg·kg－1。青海云杉林土壤的全磷含量随着海拔的降低而增加，其中以10～20 cm土层全磷增长最为明显。

5.2祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全钾含量变化范围介于1.895～2.091 mg·kg－1之间。青海云杉林土壤的全钾含量亦随着海拔的降低而增加。

5.3祁连山东段哈溪林区青海云杉林土壤全磷含量在垂直土壤剖面上，2 786 m和3 017 m海拔处随土层深度加深呈减少趋势，但减少幅度不大;相反的，2 536 m海拔处反而随土层加深而增加。全钾含量在2 786 m和2 536 m海拔处随土层加深而减少，3 017 m海拔处先减少后增加。

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Distribution Characteristics of Total Phosphorus and Total Potassium for Soil in Picea crassifolia Plantation at Different Altitudes in Haxi Forest Area at the East Segment of Qilian Mountains

Yang Qiuxiang1，Niu Yun2，3，Jing Wenmao2，3
( 1.Bureau of Environment Protection and Forestry in Sunan County，Zhangye City，Zhangye 734016，China; 2.Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province，Key Laboratory of Forest Ecology and Frozen-soil Hydrology and Water Resources，Gansu Province，Zhangye 734000，China; 3.Academy of Ecology Science of Zhangye City，Science and Technology Innovation Service Platform of Ecology in Qilian Mountains，Gansu Province，Zhangye 734000，China )

AbstractSoil of Picea crassifolia plantation in east segment of Qilian Mountains was selected as the research object.Distribution characteristics of total phosphorus and total potassium for soil in Picea crassifolia plantation under different altitudes were analyzed.Result shows that the content of total phosphorus increases with the decrease of altitude; under the same altitude，the content of total phosphorus for soil with different layers changed little，3 016 m and 2 786 m altitude fell slightly with the deepen of soil layer，to 2 536 m altitude increased.Total potassium content also increases with the decrease of the altitude，under the same altitude，total potassium content within different soil layers changed little，and the difference is that with the total phosphorus，the total potassium content at 3 016 m altitude decreased firstly and then increased with the deepen of the soil layer，the total potassium content at 2 786 m and 2 536 m altitude has been increased.

Key wordstotal phosphorus; total potassium; Picea crassifolia plantation; Haxi forest zone; distribution characteristics

作者简介:杨秋香( 1966－)，女，甘肃张掖人，大学，工程师，主要从事森林资源管理方面的研究.

基金项目:甘肃省基础研究创新群体课题( 145RJIG337) ;国家自然科学基金项目( 41461004) ;甘肃省祁连山生态科技创新服务平台( 144JTCG254)

收稿日期:2015－06－19

文章编号:1005－5215( 2015)09－0014－04

中图分类号:S791.18

文献标识码:Adoi:10.13601/j.issn.1005－5215.2015.09.005