泸水市干热河谷山合欢灌丛土壤P、K空间异质性初探

字如建

(高黎贡山国家级自然保护区贡山管护分局，云南 怒江 673500)

1 研究目的及意义

云南省怒江州泸水市干热河谷地区由于地理位置、地形和地貌的原因，气候炎热干燥、侵蚀强烈，植被较为单纯稀疏，森林覆盖率低，生态环境脆弱 ,加之人类活动的干扰 ,水土流失严重 ,流失面积1080.79km2,占总面积的53.5%。环境生态条件恶劣,土壤退化严重,是影响该区农业发展和经济振兴的重要限制因素。因此，对泸水干热河谷地区生态系统的恢复和植被恢复造林工作刻不容缓。而干热河谷地区生态系统的恢复和重建依赖于植被恢复、合理利用和现有植被的保护和发展。植被的恢复、发展与土壤碳、磷、钾、有机质等养分含量及分布密切相关。这些土壤元素的含量及分布直接影响土壤质量的优劣和生物产量的高低。本次研究通过测定怒江泸水市干热河谷区山合欢灌丛三棵孤立木周围4个方向每个方向5个点的土壤有效磷、全磷、缓效钾、速效钾含量，分析其分布规律，一方面验证灌丛的沃岛效应的存在，了解该退化生态系统土壤养分的转运和转变过程，对于进一步理解极端干热逆境下植物-土壤的相互作用机制也具有重要意义，另一方面为进一步研究怒江泸水市干热河谷地区植被、土壤情况及研究干热河谷地区生态恢复、人工造林植被恢复、林业产业发展提供重要的依据。

2 研究区概况及方法

2.1 研究区概况

本研究点设在泸水市境内的古登乡(25° 39′ N，101° 46′E)，海拔1150 m，研究点气候炎热干燥，年均温为21.9 ℃，≥10 ℃年积温为8003 ℃，无霜期360～365 d，年降水量630.7 mm，雨季(6～10月)降水量占全年降水量的90%以上，年蒸发量约为3426.3 mm。该地区气候恶劣，土壤贫瘠，有机质含量低，砂石土质降水下渗快，土壤水分易于蒸发，严重影响植物根系的伸展和生长发育，限制植物所能吸收利用的水量和养分。

2.2 研究方法

2.2.1 土样采集和处理的方法

(1)土壤采样方法。利用常规测量手段与GPS定位设备，选择地形相对平坦、植株间隔较大，具有典型沃岛现象的3株山合欢，以根茎为中心，分别在东、南、西、北4个方向采集土样，采样间距为1 m、2 m、3 m、8 m、12 m，取土壤表层(0～20 cm)样品，每个土样采集1.5 kg左右，将采集的土样放入布袋或塑料袋中，在袋内外附上标签，写明采集地点，采样号数，土层深度，采集日期和采样人等。如1-E1为第一株山合欢东边距离根部1 m处第1个点采集的土样，2-N2为第二株山合欢北边距离根部2 m处第2个采集的土样，3-W3为第三株山合欢西边距离根部3 m处第3个点采集的土样，1-S4为第一株山合欢南边距离根部8 m处第4个点采集的土样，2-W5为第二株山合欢西边距离根部12 m处第5个点采集的土样，以此类推。

(2)土样处理方法。采集来的土样及时风干，以免发霉而引起性质的改变。其方法是：将土壤样品破成碎块平铺在干净的纸上，摊成薄层放于室内阴凉通风处风干，经常加以翻动，加速干燥。切忌阳光直接暴晒，风干后的土样再磨细分别通过20目、80目和100目的筛并尽可能检出土样里面的杂草活体根系和可见植物残枝等物质之后把它们放进自封袋里贴上标签。封自封袋时要挤出袋里的空气否则会氧化土壤。

2.2.2 分析测定项目与方法

本次实验所用方法是参考中国农业技术推广服务中心编写的《土壤分析技术规范》，具体见表1。

表1 测定项目及方法

3 结果与分析

3.1 山合欢灌丛下土壤P、K含量分析

通过测定泸水市干热河谷三棵山合欢孤立木东、南、西、北四个方向上距离分别为1 m、2 m、3 m、8 m、12 m，土层深度0～20 cm处土壤全磷、有效磷、速效钾、缓效钾含量(单位：mg/kg)，并取三棵树同一方向同一距离含量的数据求平均值，结果如表2。

表2 泸水干热河谷山合欢灌丛下不同方向不同距离土壤磷、钾含量 mg/kg

3.2 土壤P、K含量及分布规律分析

根据表2数据，分别作东、西、南、北四个方向同一深度不同距离土壤磷、钾含量分布图，如图1。

3.3 结果分析

3.3.1 全磷含量分析

由图1可知：在东、南、西、北四个方向上，总体看来灌丛下全磷含量随着采样距离的增加而减少，存在显著的“沃岛效应”。其中，北面12m处采样点土壤全磷含量略高于8m处采样点的含量，其原因可能是此点的地势凹陷使养分在此地富集或12m处山合欢的根系已经不是很发达对养分的吸收不强。此外，从图1还可看出在灌丛植株2m内的四个方向上土壤全磷含量北面 >西面 >南面 >东面。山合欢灌丛明显的“沃岛效应”与其所处的生境密切相关,也是灌丛适应干热河谷退化生态系统的主要机制和有效利用土壤养分的主要对策。为适应这种生境，山合欢灌丛形成大量的深层根系,根系活动及其对养分的寻觅对策可能导致较高的元素积累,从而最大限度地满足其生长中的营养需求。

3.3.2 土壤效磷含量分析

从表2和图1中可以看出：在东面，5个采样点的含量靠近灌丛的最高，5个采样点的有效磷含量顺序为1 m>8 m>3 m>12 m>2 m，这种分布规律的原因可能是3～12 m处的地势处于凹陷地带致使养分在此富集。在南面，第一个采样点土壤有效磷含量略低于第二、第三个采样点的量，可能是由地势原因或灌丛根系吸收能力导致的。但总体来讲从样点2～5点，土壤有效磷含量依次向外减少。在西面，有效磷含量在采样点上的分布为1 m>2 m>8 m>3 m>12 m。在北面，有效磷的含量除了采样点3外，其余4个采样点土壤有效磷的含量随着采样距离的增加而逐渐减少，其中采样点3的含量明显小于点4和5点的含量，这种现象可能是有很多外在因素引起的，如植物根系的发达程度和其吸收情况，再者就是地势的凹凸情况等这些都会影响到养分的空间分布。

综上所述，灌丛下东、南、西、北4个方向上土壤有效磷含量基本随着采样距离的增加而减少，存在“沃岛效应”。

3.3.3 土壤速效钾含量分析

从图1和表2中可以看出：在山合欢灌丛东、南、北3个方向上，土壤速效钾含量基本呈现随着采样距离的增加含量逐渐减少的趋势，此三个方向上的趋势都较为典型，西面12 m处的采样点的土壤速效钾含量显著高于3 m和8 m处采样点的含量，原因可能是采样点1～4的地势比较平坦而12 m处的采样点的地势凹陷致使养分富集，或灌丛的根系在12 m处已经不发达对养分的吸收不强，总体来看西面上的速效钾含量分布规律能体现出沃岛现象的存在。从图1中可以看出山合欢灌丛下4个方向上的速效钾含量相差不大。

图1 土壤磷、钾含量分布

3.3.4 土壤缓效钾含量

从图1中可以看出：在山合欢灌丛的东、南、西、北4个方向上，灌丛的东面和北面两个方向上的缓效钾含量都呈现出随着采样距离的增加含量逐渐减少的趋势，其含量规律能明显体现出沃岛现象的存在。南面去掉8 m处采样点，此方向上的缓效钾含量都是依次向外减少的，8 m处采样点明显高于3 m处采样点的含量却少于2 m处采样点的含量，原因可能是8 m处地形凹陷而处于积累过程，数米外的另一点可能由于地形隆起而处于冲刷或裸露状况，导致灌丛土壤的缓效钾的含量分布不规律，但此方向上的缓效钾含量规律能体现出沃岛现象的存在。西面灌丛下的缓效钾的含量分布情况是从1～8 m这4个采样点是呈现出随着采样距离的增加含量逐渐减少的趋势，但12 m处采样点高于8 m处采样点的含量小于3 m处采样点的含量，原因可能是1～8 m这4个采样点的地势较为平坦而12 m处采样点的地势凹陷致使养分在此富集，此方向的缓效钾含量分布规律能很好体现出沃岛现象的存在。此灌丛4个方向上缓效钾含量分布规律对沃岛现象存在的体现强度是：北面>东面>西面>南面。在灌丛植株2 m内的4个方向上土壤缓效钾含量：北面>东面>>西面>南面，在3～12 m范围内4个方向的土壤缓效钾的平均含量差距不大。

综上所述，怒江泸水干热河谷山实验点合欢灌丛下东、南、西、北4个方向不同距离的土壤全磷、速效磷、速效钾、缓效钾含量基本呈现出：随着采样距离的增加养分含量逐渐减少的趋势。这一趋势正是沃岛效应存在的重要体现。

4 结论

由实验数据分析可知，怒江泸水市干热河谷山合欢灌丛下土壤P、K的含量及其分布大致规律是：土壤全磷、有效磷、速效钾、缓效钾的含量以灌丛孤立木为基点在不同方向随着离山合欢植株的距离的增加其养分趋于减少，这种规律是沃岛效应存在的重要体现。

但有些并不成此规律，引起其空间异质性的可能因素有：①干热河谷林地地表起伏不定，即使地形上的微小差别，也可能造成有机质等元素的积累条件的很大不同，某一点由于微地形凹陷而处于积累过程，数米外的另一点可能由于微地形隆起而处于冲刷或裸露状况，导致林地土壤养分的含量存在明显的空间变异性。②还跟山合欢灌丛的根系发达程度及吸收情况也有一定关系。

本研究验证了怒江州泸水市干热河谷地区山合欢灌丛沃岛效应的存在，而灌丛所具有的沃岛效应有利于山合欢孤立木的生长，导致大量养分聚集在植物根部，而根系的活动又促进了沃岛的进一步发育。干热河谷山合欢灌丛沃岛形成的机制可能是通过对土壤风蚀物质、凋落物、尘降物的截获形成了养分的局部汇集，并通过发达的灌木植物的根系的汇集再将养分反馈给土壤，使灌丛周围土壤肥力得以改善并形成沃岛现象，沃岛形成了有利于灌丛及灌丛下草本植物生长的小气候。从长期来看干热河谷灌丛的优先生长及形成的沃岛现象能引来更多的生物如鸟类、虫蚁等聚集于此区域，“沃岛”的形成对于灌木和乔木的更新提供了更加有利的场所,对该地区的植被正向演替和生态的恢复是有利的。