哈巴雪山自然保护区东坡土壤钾素垂直分布特征研究

苏 骅 王 平 侯洪波 任宾宾

（1.保山学院 资源环境学院，云南 保山 678000；2.云南师范大学 地理学部，昆明 650050；3.呼伦贝尔学院 旅游管理与地理科学学院，内蒙古 呼伦贝尔 021008）

在山地研究中，土壤钾素的研究一直是较为重要的研究方向，钾素是植物必须的三种大量营养元素之一[1]。其中对植物生长发育起到关键作用的主要是交换性钾和非交换性钾。一般以速效钾为主要指标同时考虑缓效钾的含量来评价土壤钾素对当季作物的有效性[2]。从植物营养的意义看，土壤中的钾素大体上可以分为三部分，一部分是植物难以利用的钾，以原生矿物形态分布在粗粒部分，这是土壤全钾含量的主体；另一部分是缓效性钾，这类钾素是土壤速效性钾的贮备；第三部分是速效性钾，以交换性钾为主，也包括少量水溶性钾[3]。

哈巴雪山自然保护区位于滇西北迪庆藏族自治州香格里拉县境内，东经100°02＇20″～100°14＇30″，北纬27°10＇00″～27°22＇40″之间，保护区主要保护我国纬度最南的现代海洋性冰川、高山垂直带自然景观、寒温性针叶林生态系统及珍稀动植物种质资源，是滇西北地区著名的高山峡谷区之一，保护区较为完整的保持了原生的自然环境和生态系统。研究保护区东坡土壤钾素的垂直分布特征，对研究哈巴雪山各自然要素、垂直自然带、生物多样性的垂直分异，具有一定的基础意义和价值；研究保护区东坡的土壤钾素垂直分异特征，能更好的了解土壤微生物、土壤养分及凋落物分解动态等生态过程；同时可以间接反映保护区植被及生物垂直分异的特点，对保护区内土壤生态系统提出相应的预警对策，更好地发挥保护区的生态保护功能，有利于整个保护区生态建设及管理。

1 研究方法

1.1 样品采集和制备

土壤样品按剖面分层采集1 kg装入土样收集袋内，至实验室依照土样制备标准，风干、研磨、过筛后以待钾素分析。采样点信息见表1。

表1 东坡土壤样品采集信息

1.2 土壤钾素含量分析方法

1.2.1 全钾

采用NaOH熔融—火焰光度法[4]。方法原理：用NaOH熔融土壤以增加盐基成分，促进硅酸盐的分解，加速溶解各种元素。当NaOH熔点为321℃时，可以在比较低的温度下分解土样，并能缩短熔化土样所需要的时间。经过碱熔后，难溶的硅酸盐可以分解成可溶性化合物，之后用酸溶解、稀释后可直接用火焰光度法进行全钾的测定。

采用NH4OAC浸提—火焰光度法[4]。方法原理：土壤中交换性钾离子和水溶性钾离子用NH4OAC作为浸提剂提取，浸提中铵离子可与土壤胶体上吸附的阳离子起交换作用，交换作用能使土壤溶液中交换性钾和水溶性钾进入溶液中，从而提取土壤速效钾。

2 数据分析

2.1 土壤全钾

2.1.1 剖面分布

从图1可以看出，土壤全钾的含量在不同土地利用下垂直分布没有很明显的特征，最大值并没有出现在A层，而是出现在了海拔最高的BC层。如表2所示，A层土壤全钾含量在1.32 g.kg-1～14.31 g.kg-1之间，最小值出现在02号剖面，最大值出现在08号剖面；B层土壤全钾含量在1.30 g.kg-1～14.10 g.kg-1之间，土壤全钾含量最小值在01号剖面，土壤全钾含量最大值出现在05号剖面；BC层土壤全钾含量在1.30 g.kg-1～22.35 g.kg-1之间，最小值出现在03号剖面，最大值出现在08号剖面。东坡土壤全钾含量剖面平均值最大值为高山草甸土，该土样分布高度为4 310 m，土壤中有机物质较为丰富；剖面全钾平均值最小值出现在海拔3 150 m的棕壤剖面，该土样整体全钾含量较低，A层土壤全钾含量仅1.36 g.kg-1，B层土壤全钾含量1.30 g.kg-1，BC层土壤全钾含量1.31 g.kg-1。参照全国土壤普查养分含量分级标准[5]，保护区东坡土壤剖面全钾含量均属于1级标准，土壤全钾含量丰富。

图1 哈巴雪山自然保护区东坡剖面土壤全钾含量分布图

表2 哈巴雪山自然保护区土壤剖面各土层土壤全量钾含量

2.1.2 垂直分异规律

通过对A层、B层、BC层全钾含量（Y）与其海拔高度（X）进行线性回归分析，得出二者存在以下关联：

剖面A层土壤全钾含量与海拔相关方程：Y=0.007X-15.29R2=0.8538

剖面B层土壤全钾含量与海拔相关方程：Y=0.0044X-5.5856R2=0.5039

剖面BC层土壤全钾含量与海拔相关方程：Y=0.0063X-6.0906R2=0.8840

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二者回归分析表明，哈巴雪山东坡土壤A层、BC层土壤全钾含量与海拔高度之间存在着较为显著的线性相关，相关系数均≥0.8500，而B层土壤全钾含量分布则与海拔高度相关性不大，R2=0.5039。全钾含量垂直分布图见图2-4。

图2 A层土壤全钾含量分布图

图3 B层土壤全钾含量分布

图4 BC层土壤全钾含量分布

气候因素对土壤的水、热状况产生较大影响，土壤的水、热状况会直接或间接的影响土壤中岩石矿物的风化过程，岩石矿物的风化作用对土壤矿质元素、有机质的合成与分解、植物生长及微生物活动产生影响。保护区位于北亚热带，降水较为丰富，加之山体海拔较高，在冷湿条件下，土壤物质迁移明显，淋溶作用较强，土壤钾素的溶解度较大，极易淋失，土壤表层有效钾含量较低，土壤全钾含量最大值出现在海拔较高的08号剖面的BC层。

2.2 土壤速效钾

速效钾是指土壤溶液中含有的钾以及土壤有机质和黏粒矿物上负电荷所吸附的钾，它对作物生长有着重要作用，是植物生长所需的重要元素。土壤速效钾含量不仅反映土壤的供钾能力和供钾程度，在一定程度上也是土壤质量评价考量的重要指标。土壤中速效养分含量主要与土壤的矿化作用、植物的吸收量以及动物残体及排泄物等因素有关。土壤速效钾中以交换性钾为主，占95%以上，水溶性钾仅占极小部分[4]。

2.2.1 剖面分布

哈巴雪山自然保护区东坡土壤速效钾含量情况如表3所示：A层土壤速效钾含量在45.456 mg.kg-1～698.831 mg.kg-1之间，土壤速效钾最小值出现在02号剖面，土壤速效钾最大值出现在04号剖面；B层土壤速效钾含量在3.250 mg.kg-1～223.118 mg.kg-1之间，土壤速效钾最小值出现在03号剖面，土壤速效钾最大值出现在09号剖面；BC层土壤速效钾含量在3.285 mg.kg-1～141.228 mg.kg-1之间，土壤速效钾最小值出现在03号剖面，土壤速效钾最大值出现在05号剖面。

表3 哈巴雪山自然保护区土壤剖面各土层土壤速效钾含量

土壤速效钾在剖面中的分布情况与土壤全钾分布情况相反，表土层土壤速效钾含量明显地高于心土层、底土层，这与土壤有机质的剖面变化状况相类似。当土壤有机质大量积累时，比如04号和08号，其土壤速效钾含量也较高。但同时土壤速效钾还与土壤酸碱度有一定关系，通常pH呈酸性的土壤，土壤速效钾含量较高；pH呈碱性的土壤，土壤速效钾含量较低。东坡各土壤剖面速效钾含量随深度递减，唯有03号剖面，递减率较大，A层含量为93.616 mg.kg-1，至B层、BC层骤降为3.250 mg.kg-1、3.285 mg.kg-1。土壤养分主要集中在表层，随深度的增加呈下降趋势，表层土壤养分含量是底层土壤的1.4倍。通常，制约土壤中钾含量变化趋势的是植被的返还能力，在剖面上，随深度的加大，生物的返还能力减弱，进而也就导致了速效钾的分布特点。

作为非地带性土壤07号石灰土，剖面分异规律也与其它地带性土壤一致，自上而下呈逐层减少的趋势。06号A层、C层则差异较不明显。

按照全国土壤普查养分含量分级标准[5]，东坡土壤剖面中速效钾含量属1～5级标准，其中属1级含量的有：07号石灰土、01号棕壤、09号暗棕壤、04号灰化土；属2级含量的有：06号紫色土、08号高山草甸土；属3级含量的有：HT号红壤、05号黄棕壤；属4级含量的有：HD号燥红土、10号棕壤、XS号高山寒漠土；属5级标准的有：02号黄棕壤、03号亚高山草甸土。其中属1级标准的土类有4个，其中3个为地带性土壤，1个为非地带性土壤，总体含量较为丰富。

图5 哈巴雪山自然保护区各土壤剖面土壤速效钾含量分布图

2.2.2 垂直分异规律

通过对A层、B层、BC层土壤速效钾含量（Y）与其海拔高度（X）进行回归分析，得出二者存在以下关联：

剖面A层土壤速效钾含量与海拔相关方程：Y=0.5168X-1355.2R2=0.7744

剖面B层土壤速效钾含量与海拔相关方程：Y=0.132X-296.81R2=0.6587

剖面BC层土壤速效钾含量与海拔相关方程：Y=-0.0607X+288.13R2=0.7318

二者的回归分析表明，哈巴雪山东坡土壤A层速效钾含量与海拔高度之间较为相关，相关系数为0.7744，B层及BC层速效钾含量分布与海拔高度相关性略低，R2值在0.6587～0.7318之间。

图6～8可以看出，B层土壤，本身速效钾含量偏低，散点分布较为分散，增加趋势稍弱一些；土壤剖面速效钾含量最大值出现在04号灰化土土样，而不是分布在海拔4 700 m的高山寒漠土剖面，由此可见速效钾分布虽然总体呈现出随海拔升高而增加的趋势，但也不是绝对增加。

图6 A层土壤速效钾含量分布

图7 B层土壤速效钾含量分布

图8 BC层土壤速效钾含量分布

3 结论

哈巴雪山东坡土壤A层、BC层全钾含量与海拔高度之间存在着较为显著的线性相关，相关系数均≥0.850，而B层全钾含量分布则与海拔高度相关性不大，R2=0.5039。各土层土壤全钾含量分布较为松散，这也是土壤全钾分布的一大特点，没有很明确的规律性。表土层及心土层，全钾分布范围均在15 g.kg-1之间，底土层则分布范围较高，在20 g.kg-1以上。随着海拔降低，气温逐渐升高，化学反应速度逐渐加快，矿物分解逐渐加快，即脱硅富铝化作用加强，表层有效钾含量也就相应的呈下降趋势。

哈巴雪山东坡土壤A层速效钾含量与海拔高度之间较为相关，相关系数为0.7744，B层及BC层土壤速效钾含量分布与海拔高度相关性略低，R2值在0.6587～0.7318之间。土壤速效钾在剖面中的变化与全钾相反，A层土壤速效钾含量明显地高于B层、BC层，A层土壤速效钾含量随海拔高度升高而增加的趋势较为明显，散点分布范围在0 mg.kg-1～700 mg.kg-1之间。