祁连山生态水文研究：土壤养分空间变化

祁连山青海云杉林下土属于自然土壤，它的土壤养分主要源自土壤母质的分化作用、地表有机质的降解过程、土壤微生物参与的矿化作用。在这些作用下，结合周围环境的温湿度变化、降水、植被、土壤动物、地形等综合因子的参与，决定了释放出土壤养分的速率与大小。研究土壤养分的空间变化，对青海云杉林的生长健康状况也是一个很好的判断，以便日后土壤改良。这里研究的土壤养分特指土壤中的全氮、全磷和全钾。

4.4.1　哈溪林区土壤养分的空间变化

本文所测得的土壤全氮、全磷和全钾的含量，可以很好地反映土壤中氮、磷、钾素稳定的储量，从整体水平上体现土壤供给植物养分能力的大小。哈溪林区土壤全氮沿海拔梯度变化的结果见图8。从图8可以看出，各海拔下土壤全氮含量最大值为0.177％，最小值为0.880％，变异系数为18.41％。土壤表层和中层全氮量随海拔的升高而增加，表层总体增幅较大。下层土壤含氮量较中、上两层整体偏低，并随海拔梯度呈波浪形递减趋势，其中最小值位于海拔2900 m地下20～40 cm处。

图8　哈溪林区土壤全氮沿不同海拔梯度的变化

哈溪林区土壤全磷在不同海拔的变化见图9。从图9可看出，该林区在一定海拔范围内土壤全磷的变化范围为0.065％～0.093％，变异系数为10.67％。其中海拔2600、2800、3000 m的全磷含量均高于海拔2700、2900 m的全磷含量。土壤底层含磷量整体高于中、上层，分析得该层多为沙壤土，矿物质分解的磷素比较多，海拔3300 m出现异常的原因是沙壤土在中层居多。

图10反映了土壤全钾含量沿海拔梯度的变化规律。由图可得，在该海拔范围内土壤全钾含量的分布范围为1.967％～2.487％，变异系数为1.88％。其中最高值出现在海拔2900 m，各海拔段的最低值都比较接近。土壤上层和下层在海拔梯度上的变化范围接近，且小于中层。

图9　哈溪林区土壤全磷沿不同海拔梯度的变化

图10　哈溪林区土壤全钾沿不同海拔梯度的变化

4.4.2　西水林区土壤养分的空间变化

由图11所示，西水林区土壤全氮含量随海拔梯度逐渐增大，且各土层增加趋势一致。其原因为，林内枯落物不仅能够快速提升土壤中有效氮的含量，同时也能长久保存土壤氮素［52］。枯落物积累量在高海拔地区大于低海拔地区，氮素总量大部分来源于枯落物的分解，所以较高海拔的土壤含氮量较大。综合来看，林区土壤含氮量沿土壤剖面由上到下逐层减小，即0～10 cm＞10～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm。表层（0～10 cm）土壤含氮量最大值为0.510％，在海拔3200 m处，最小值为0.364％，在海拔2900 m处，变异系数为13.82％；下层（40～60 cm）土壤含氮量最大值为0.382％，在海拔3300 m处，最小值为0.225％，在海拔2900 m处，变异系数为19.18％。

图11　西水林区土壤全氮沿不同海拔梯度的变化

从图12可以看出，上层（0～10 cm）、中上层（10～20 cm）、中下层（20～40 cm）土壤全磷含量沿海拔梯度表现为先减小后增大的趋势，下层（40～60 cm）土壤全磷含量变化不明显，即比较稳定，说明下层土壤的磷素主要来自成土母质长久而缓慢的释放，与外界环境关系不大。除海拔2900 m外，上层土壤全磷含量大于中上层、中下层和下层，并沿着海拔升高，差值越来越大。该林区青海云杉林土壤全磷的变化范围是0.052％～0.083％，变异系数为7.29％，在森林土壤中表现出较高的含量，只有保证土壤全磷含量丰富，才会有充足的有效磷供植物吸收利用。在森林生态系统中，土壤中的钾素主要是由枯落物的矿化和土壤颗粒的风化而产生的［53］。(www.xing528.com)

图12　西水林区土壤全磷沿不同海拔梯度的变化

图13为西水林区土壤全钾在不同土层、不同海拔分布的规律。从中可以看出，土壤全钾在海拔梯度上呈现出波动下降的趋势。各海拔20～40 cm、40～60 cm土层全钾的含量均非常接近，10～20 cm土层随海拔梯度稳定下降，其含量接近剖面平均水平。0～10 cm土层全钾含量小于或接近40～60 cm土层，海拔3000 m除外。纵观整个海拔段，全钾的变化范围是1.146％～1.999％，变异系数为16.24％，即全钾在海拔梯度上为中等变异性。

图13　西水林区土壤全钾沿不同海拔梯度的变化

4.4.3　祁丰林区土壤养分的空间变化

下面就祁丰林区的土壤全氮、全磷和全钾的含量变化展开分析。从图14可以看出，在海拔2700～3100 m土壤全氮变化范围是0.159％～0.364％，变异系数是21.57％，属中等变异性。土壤剖面上层（0～10 cm）土壤全氮明显高于中层（10～20 cm）和下层（20～40 cm），中、下层全氮含量非常接近。这主要是由表层土壤枯落物分解形成较多的腐殖质，供给氮素的来源充足所致。而且，上、中、下三层沿海拔梯度变化趋势一致，表现为海拔2700、2900、3100 m全氮含量接近，且均高于海拔2800 m和3000 m。与祁连山东段和中段相比较，位于西段的祁丰林区林下枯落物较少，再加上气候的差异，所转化的土壤养分也相对减少。比较土壤全氮含量均值：哈溪林区（0.514％）＞西水林区（0.379％）＞祁丰林区（0.283％）。

祁丰林区土壤全磷在不同土层沿海拔梯度的变化如图15所示，其含量范围为0.037％～0.058％，变异系数为13.64％。剖面上层、中层和下层全磷含量在海拔梯度上变化趋势一致，在海拔2700～2800、3000～3100 m表现为升高趋势，在海拔2800～3000 m处表现为降低趋势。且剖面上层和中层含磷量接近，下层在其值附近表现为小范围浮动。总之，祁丰林区全磷含量在土壤剖面上变化不大，其原因为全磷含量小。比较土壤全磷含量均值：哈溪林区（0.077％）＞西水林区（0.064％）＞祁丰林区（0.050％）。

图14　祁丰林区土壤全氮沿海拔梯度的变化

图15　祁丰林区土壤全磷沿海拔梯度的变化

土壤全钾在不同土层沿海拔梯度的变化如图16所示，其含量范围为1.766％～2.072％，变异系数为3.51％。表层（0-10 cm）土壤全钾含量较小，表层以下全钾含量较大，主要是由于研究区土壤母质富含钾，而表层土壤受到了土壤有机质等的“稀释效应”［54］，并且表层K素经水分的淋溶向下有部分转移。土壤全K沿海拔梯度变化无明显规律。比较土壤全钾含量均值：哈溪林区（2.108％）＞祁丰林区（1.970％）＞西水林区（1.440％）。

图16　祁丰林区土壤全钾沿海拔梯度的变化