祁连山青海云杉森林土壤的理化性状及其生物学特征研究

2024-10-27 00:00:00陈应锋
农业灾害研究 2024年8期

摘 要:利用祁连山青海云杉森林土壤的物理、化学和生物学指标,采用样方调查和实验室分析方法,探究不同条件下土壤性质的分布规律和变化趋势。结果表明:随着林龄增长和海拔升高,土壤有机质、全氮和碱解氮含量逐渐增加,pH值逐渐降低,土壤酶活性和微生物生物量有所提高。不同区域间土壤的差异较大,其中,高海拔区域土壤性质相对较优,表明海拔是影响土壤性质的重要因素之一。这对青海云杉森林土壤的保护和管理具有一定的参考价值。

关键词:青海云杉森林;土壤物理性质;土壤化学性质;土壤生物学性质

中图分类号:S714 文献标志码:B 文章编号:2095–3305(2024)08–0-03

青海云杉森林是祁连山区域的主要森林类型之一,具有重要的生态和经济价值。土壤是森林生态系统的重要组成部分,其性质的变化对森林生长和生态系统的稳定性具有重要影响。因此,研究土壤的物理、化学和生物学指标,探究其分布规律和变化趋势,对青海云杉森林的保护与管理具有重要意义。以祁连山青海云杉森林为研究对象,采用样方调查和实验室分析方法,研究不同条件下土壤物理、化学和生物学指标的分布特征及其变化规律,以期为青海云杉森林的生态保护和经济利用提供科学依据。

1 研究区域

甘肃祁连山国家级自然保护区位于欧亚大陆腹地,地处青藏、蒙新、黄土三大高原交汇地带的祁连山北麓,南接青海省,北临河西走廊,东连永登县连城林场,西至玉门石油河,地理位置为97°23′34″~103°45′49″E,36°29′57″~39°43′39″N。地跨武威、张掖、金昌三市的八个县(区),东西长600 km,南北宽50~120 km,总面积198.72万hm2。

受大陆性荒漠气候和森林草原气候的影响,加之受植被物群系的影响,该地土壤类型因海拔不同而存在差异,坡向亦受到影响。阴坡从低到高依次分布灰棕漠土、森林褐色土,亚高山灌丛草甸土等。阳坡则多为栗钙土。山坡下为坡积土,各土类母岩主要是前震旦纪的花岗片麻岩、云母石英片岩,也有震旦纪的石英岩、矽质灰岩、千枚状板岩等,林区则主要是绿色片岩。母质主要是第四纪次生黄土。

马蹄林区土壤类型复杂多样,随地势和海拔变化呈地域性和垂直地带性分布。本林区岩石主要有灰千枚岩、绿色硬砂岩、板岩、变质岩等,土壤为栗钙土、灰褐色土、高山草原土、高山草甸土等。海拔2 300~2 600 m为山地栗钙土;海拔2 600~3 200 m的阴坡为山地灰褐色森林土;海拔3 200~3 400 m为阴坡褐色土;海拔3 400~3 600 m的阴坡为亚高山灌丛草甸土;海拔3 600~3 900 m为高山草甸土;海拔3 900~4 200 m为高山寒漠土;4200 m为冰川和永久积雪带[1]。

研究选取祁连山青海云杉森林为研究对象,样方设置为不同林龄、区域和海拔条件下的森林。样方包括4个海拔(2 600、2 800、3 000、3 200 m),3个林龄(20、40、60年)和3个不同的区域(低谷区、山腰区、山顶区)。

2 材料与研究方法

2.1 森林土壤物理指标

此次研究在祁连山青海云杉森林范围内进行,选取具有代表性的样地,采用随机取样法进行土壤采样。根据样地林龄、区域、海拔等因素,将土壤物理指标进行分组分析。土壤物理指标包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、土壤温度等。通过实验室测定,对各组土壤物理指标进行统计分析,探讨其分布特征及变化规律。

2.2 森林土壤化学指标

此次研究在祁连山青海云杉森林设置了不同林龄、区域、海拔的样地,采用随机取样法收集土壤样品。土壤化学指标包括有机质、全氮、全磷、速效钾、pH值等。样品分析方法参照国家标准《土壤农业化学分析方法》(GB/T 22108—2008)。通过实验室测定,对各组土壤化学指标进行统计分析,探讨其分布特征及变化规律。

2.3 森林土壤生物学指标

此次研究在祁连山青海云杉森林选取具有代表性的样地,采用随机采样法收集土壤样品。土壤生物学指标包括土壤微生物、土壤酶活性、土壤生物多样性等。通过测定不同林龄、区域、海拔条件下的土壤生物学指标,分析其分布特征及变化规律。

3 样方调查

在祁连山地区选取了具有代表性的林木类型,包括青海云杉、油松、落叶松等。根据海拔、地理位置和林龄差异,设置了一系列野外调查样地。在每个样方中,选取10个随机点作为采样点,每个采样点采集土壤样品。土壤样品采集深度为0~30 cm,集中混合后取适量样品送至实验室进行分析。

4 实验室分析

4.1 土壤物理性质

此次研究分析了土壤颗粒组成、土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量等物理性质指标。采用EXCEL和SPASS软件进行数据处理和统计分析。

4.2 土壤化学性质

土壤样品经风干、研磨、过筛后,分析了土壤有机质、全氮、全磷、速效钾、pH值等化学性质的分析。分析方法参照《土壤农业化学分析方法》。

4.3 土壤生物学特征

选取了祁连山典型森林类型,包括幼龄林、中龄林、成熟林3个林龄阶段。同时,根据地理位置和海拔的不同,将研究区域划分为3个区域:低谷区、山腰区和山顶区。采用土壤取样方法,分析不同林龄、区域和海拔条件下森林土壤的生物学性质。将土壤样品称取10 g放入90 mL无菌水中,放在磁力搅拌器搅拌10 min,然后配制成不同浓度的土壤悬浮液,用1 mL吸管移取1滴于培养基表面进行稀释分离。细菌用牛肉膏蛋白胨培养基平板涂抹法、真菌用马丁氏平板涂抹法、放线菌用高氏1号平板涂抹法。细菌培养温度28 ℃,培养3 d。真菌培养温度28 ℃,培养4 d。放线菌培养温度为30 ℃,培养10 d。待各培养基上长出均匀菌落时计数。

5 结果与分析

5.1 土壤物理性质

不同林龄、区域和海拔条件下土壤物理性质的变化如表1所示。结果表明,不同条件下土壤物理性质存在一定的差异。随着年龄的增长,土壤颗粒组成中黏粒含量逐渐增加,砂粒含量减少;土壤容重降低,土壤孔隙度增大;土壤含水量呈上升趋势。随着林龄的增加,森林土壤物理性质逐渐改善。随着海拔的降低,土壤容重逐渐增大,土壤孔隙度逐渐减小,这与土壤中有机质和微生物生物量的增加有关[2]。

5.1.1 不同林龄条件下森林土壤物理性质特点

结果显示:随着年龄的增长,土壤颗粒组成中黏粒含量逐渐增加,砂粒含量减少;土壤容重降低,土壤孔隙度增大;土壤含水量呈上升趋势。说明随着林龄的增加,森林土壤物理性质逐渐改善。

5.1.2 不同区域条件下森林土壤物理性质特点

不同区域土壤物理性质存在一定差异。低谷区的土壤层较厚,质地较为均匀,水分充足,有利于土壤有机质的积累和土壤动物的活动。土壤结构较好,通气性和渗透性较佳,这有助于植物根系的生长和水分及养分的吸收;山腰区地处山坡,土壤受水土流失的影响,土壤层较薄。该地土壤的质地和结构介于低谷区和山顶区之间,通气性和渗透性较好,但受到坡度影响,土壤的稳定性稍差;山顶区的土壤层薄,质地粗糙,含有较多的石子和砾石。又因海拔较高,温度较低,水分条件较差,导致土壤有机质积累较少,土壤结构和通气性较差。此外,山顶风力较大使得土壤受到更多的侵蚀。

5.1.3 不同海拔条件下森林土壤物理性质特点

随着海拔的升高,土壤颗粒组成中黏粒含量增加,砂粒含量减少,土壤容重降低,土壤孔隙度和含水量增大。这表明海拔升高有利于改善森林土壤物理性质。

5.2 土壤化学性质

不同林龄、区域和海拔条件下土壤化学性质的变化如表2所示。结果表明,随着林龄的增加和海拔的升高,土壤有机质、全氮和碱解氮含量逐渐增加,pH值逐渐降低。不同区域间土壤化学性质的差异较大,高海拔区域土壤的有机质、全氮和碱解氮含量相对较高,说明海拔是影响土壤化学性质的重要因素之一[3]。

5.2.1 不同林龄条件下森林土壤化学性质

结果显示:随着林龄的增加,土壤有机质、全氮、全磷和速效钾含量呈上升趋势。其中,成熟林土壤有机质含量最高,表明随着林龄的增长,土壤有机质积累逐渐增多。

5.2.2 不同区域条件下森林土壤化学性质

随着海拔的升高,土壤有机质、全氮、全磷和速效钾含量逐渐增加。一般情况下,低谷区气温相对较高,微生物的活性强,土壤呼吸作用强,有机质的矿化速率加快,从而有利于有机质的积累;山腰区介于低谷区和山顶区之间。山顶区气温较低,导致微生物的活性降低,土壤呼吸作用减弱,有机质的矿化速率减慢,从而有利于有机质的积累;而山顶区植被覆盖率通常较高,生物量也较大。植被的枯枝落叶和根系等有机物质输入土壤中,增加了土壤有机质的来源。此外,山顶区的淋溶作用较强,有助于将有机质带入土壤深层。

5.2.3 不同海拔条件下森林土壤化学性质

随着海拔的升高,土壤有机质、全氮、全磷和速效钾含量呈下降趋势。此外,高海拔区域土壤pH值较低,表明土壤酸度较大。

5.3 土壤生物学性质

不同林龄、区域和海拔条件下土壤生物学性质的变化如表3所示。结果表明,不同条件下土壤生物学性质存在一定的差异。随着林龄的增加和海拔的升高,土壤酶活性和微生物生物量逐渐减少。不同区域间土壤生物学性质的差异较小,说明不同区域间土壤生物学性质的差异主要受其他因素的影响。

5.3.1 不同林龄条件下森林土壤生物学性质特点

(1)幼龄林:土壤微生物数量较多,土壤酶活性较高。

(2)中龄林:土壤微生物数量和酶活性逐渐降低。

(3)成熟林:土壤微生物数量、酶活性均较低。

5.3.2 不同区域条件下森林土壤生物学性质特点

(1)低谷区:土壤微生物数量和酶活性较高。

(2)山腰区:土壤微生物数量和酶活性逐渐降低。

(3)山顶区:土壤微生物数量、酶活性最低。

5.3.3 不同海拔条件下森林土壤生物学性质特点

(1)低海拔区:土壤微生物数量和酶活性较高。

(2)中海拔区:土壤微生物数量和酶活性逐渐降低。

(3)高海拔区:土壤微生物数量、酶活性均较低。

6 结论

此次研究对祁连山青海云杉森林不同条件下土壤物理、化学和生物学指标的变化进行了研究,结果表明:随着林龄的增加和海拔的升高,森林土壤物理性质逐渐改善,土壤有机质、全氮、全磷、速效钾和碱解氮含量逐渐增加,pH值逐渐降低,土壤酶活性降低,微生物生物量减少。不同区域间土壤的差异较大。总体而言,高海拔区域土壤性质相对较优,由此表明海拔和林龄是影响森林土壤性质的重要因素。

参考文献

[1] 赵维俊,刘贤德,徐丽恒,等.祁连山青海云杉林动态监测样地土壤pH和养分的空间异质性[J].干旱区地理,2015, 38(6):1179-1189.

[2] 解欢欢,马文瑛,赵传燕,等.苔藓和凋落物对祁连山青海云杉林土壤呼吸的影响[J].生态学报,2017,37(5):1379-1390.

[3] 杨建红,赵传燕,臧飞,等.祁连山中部不同植被群落土壤呼吸对覆盖物类型的响应[J].兰州大学学报(自然科学版),2022,58(3):392-403.