青海云杉林大样地土壤养分研究成果

5.1.1　土壤剖面养分含量特征

研究土壤养分在剖面上的垂直分布，为了解土壤形成过程中成土母质、自然因素、气候及土地利用和管理方式的变化等提供基础资料［51］。祁连山青海云杉林大样地土壤剖面不同土层土壤养分含量大小不同（表3），由表3可知，土壤有机碳、全氮、速效氮和全磷含量随土层深度增加其含量不断下降，呈现明显的“表聚性”，主要是受枯落物在表层积累和分解的影响。他们在不同土层中差异显著性也各不相同，其中有机碳和全氮含量在20～30 cm土层差异性不显著（P＞0.05），速效氮含量变化较为明显，至30～40 cm土层差异性不显著（P＞0.05），而全磷含量在不同土层差异性均不显著（P＞0.05），全磷含量分布均匀。不同土层有机碳、全氮、速效氮和全磷的含量变化范围分别为（42.79±16.90）～（102.05±36.71）g/kg、（2.43±0.81）～（5.88±1.47）g/kg、（143.63±56.11）～398.09±45.86）mg/kg和（0.56±0.07）～（0.64±0.06）g/kg，0～60 cm土层均值大小分别为（63.70±12.27）g/kg、（3.80±0.67）g/kg、（264.16±111.75）mg/kg和（0.59±0.05）g/kg。土壤速效磷、全钾和速效钾含量随土层深度增加没有明显的变化规律，可能与土壤微生物活性有很大的关系。土壤速效磷和全钾含量较为稳定（P＞0.05），速效磷和全钾含量分布均匀，而速效钾仅在0～10 cm和10～20 cm土层差异性显著（P＜0.01）。对应的变化范围为（17.00±3.86）～（20.63±10.83）mg/kg、（22.38±4.69～24.60±3.73）g/kg和（124.56±44.90）～（218.69±90.47）mg/kg，0～60 cm土层均值大小分别为（18.51±7.52）mg/kg、（23.99±2.05）g/kg和（152.81±70.92）mg/kg。

表3　土壤剖面养分含量统计

注：n=72；表中数值为平均值±标准差；同列大写字母和小写字母分别表示各土层之间差异显著（1％）和极显著（5％），下同。

5.1.2　土壤养分的空间异质性

土壤养分的频率分布不仅反映了它们在土壤中分布的总貌，而且在某种程度上包含了与表层环境中地球化学过程有关的信息［52］。对样地土壤剖面不同土层有机碳、全氮、全磷和全钾含量的频率分布进行了分析，见图2。正态性检验结果表明，土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量频数分布的高峰向左偏移，长尾向右侧延伸，全量养分均服从正偏态分布，也称右偏态分布。变异系数是土壤性质的内在反映，能够区别不同土壤养分对外界条件的敏感性，土壤剖面有机碳，全效氮、磷、钾的变异系数分别为43.65％、41.72％、11.90％和14.99％。

图2　土壤有机碳、全氮和全磷含量的频数分布图

对样地土壤剖面不同土层速效氮、速效磷和速效钾养分库的频率分布特征变化进行分析，见图3。正态性检验结果表明，土壤速效氮含量呈左偏态分布，而土壤速效磷和速效钾含量呈右偏态分布。土壤速效氮、速效磷和速效钾在剖面中的变异系数分别为42.30％、36.52％和46.41％，结合土壤有机碳和全量氮、磷、钾的变异系数，养分变异系数大小分别为：速效钾＞有机碳＞速效氮＞全氮＞速效磷＞全钾＞全磷，速效钾、有机碳、速效氮、全氮和速效磷变异系数较大，但变异系数差异并不大，而且较为接近，而全钾和全磷的变异系数较小，在土壤养分中相对稳定。可以看出，土壤碳、氮、磷养分的空间异质化程度明显，其中有机碳、全氮和速效养分的空间异质化程度最明显，可能受多种因素的影响和控制，因为这些因素在空间上具有较高的异质性。(www.xing528.com)

图3　土壤速效氮和速效磷含量的频数分布图

5.1.3　土壤养分元素相互关系及影响因素

对大样地土壤全量养分和有效养分相互关系进行了相关性分析（表4），从表4可以看出，土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效钾和速效磷的相关性达到极显著（P＜0.01）和显著正相关水平（P＜0.05）［除与土壤全钾的相关性为显著负相关外（P＜0.05）］，表明土壤养分供应状况在很大程度上取决于土壤有机碳含量。此外，土壤有机碳与氮素养分的相关系数较土壤有机碳与磷素和钾素的相关系数大。土壤全量养分中，全氮与全磷的相关性达到极显著正相关水平（P＜0.01），全氮和全磷与全钾的相关性达到显著负相关水平（P＜0.05）和极显著负相关水平（P＜0.01），全钾与其他养分均呈负相关关系，全量养分中彼此相互制约。土壤速效养分中，速效氮与全氮呈极显著相关（P＜0.01），磷、钾速效养分不受相应全量养分控制（P＞0.05）。

表4　土壤养分相关性分析

为进一步分析碳、氮、磷、钾养分元素影响因素，对土壤养分指标变量进行因子分析，土壤养分指标KMO和Barletts检验值分别为0.744和323.344，df=21，达极显著水平（P＜0.01），进行因子分析效果较好。土壤养分主要受两大因素的影响，其中土壤有机碳、全氮、速效氮和全磷归结为因素一，特征根为3.028，解释异质量为45.830％，而速效磷、全钾和速效钾归结为因素二，特征根较小，解释异质量为18.178％，两大因素累计解释异质量为64.008％，全磷归结为因素一，说明在青海云杉林林地中，土壤全磷主要来源于生物富集，原因是研究区地处高山地区，青海云杉林地土壤环境阴冷潮湿，土壤微生物活性较低，土壤动物种类结构单一，使得来自土壤母质中的磷素含量很少，主要来自植物的生物归还量，所以将因素一命名为植被因素。土壤速效磷和速效钾主要取决于土壤生物化学活性，全钾属于因素二，表明其主要来源于成土母质，原因是该地区土壤发育于千枚岩、玄武岩、砂砾岩、火山岩等矿物，这些矿物钾素丰富，通过物理、化学和生物作用为土壤提供钾，所以将因素二命名为土壤因素。由此可见，样地碳、氮、磷全量养分和速效养分主要取决于植被及土壤环境因子对青海云杉林土壤养分产生的影响。

表5　土壤养分指标变量的因子分析结果