河北平山片麻巖山區(qū)微地形表層土壤養(yǎng)分異質性分析

袁 振, 魏松坡, 賈黎明, 張亞雄, 劉龍龍

(北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室, 北京100083)

河北平山片麻巖山區(qū)微地形表層土壤養(yǎng)分異質性分析

袁 振, 魏松坡, 賈黎明, 張亞雄, 劉龍龍

(北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室, 北京100083)

以河北平山片麻巖山區(qū)7種微地形(坡頂、塌陷、巨石背陰、緩臺、陡坎、谷坡、U形溝)及原狀坡的表層土壤養(yǎng)分測定數(shù)據為基礎，對比分析不同微地形及原狀坡之間表層土壤養(yǎng)分的異質性，為片麻巖山區(qū)植被恢復提供科學依據。結果表明：(1) 微地形、坡向、風化層厚度均影響了表層土壤養(yǎng)分的變化，而微地形是引起這種變化的主要因子。(2) 微地形的表層土壤養(yǎng)分特征多數(shù)優(yōu)于原狀坡。其中，U形溝、塌陷和巨石背陰處有機質含量最大(68.94 g/kg，60.71 g/kg，62.77 g/kg)，顯著高于其他微地形和原狀坡，坡頂處最小(22.58 g/kg)。(3) 全氮與全磷含量規(guī)律基本一致，都在U形溝、塌陷和巨石背陰處最大，緩臺和坡頂處較小。全鉀含量在坡頂、陡坎、谷坡處最大(11.88 g/kg，12.56 g/kg，11.67 g/kg)，塌陷、巨石背陰處較小(9.39 g/kg，9.69 g/kg)。(4) 堿解氮含量在U形溝、塌陷和巨石背陰處最大(6.87 mg/kg，6.54 mg/kg，5.93 mg/kg)，顯著高于其他微地形及原狀坡，坡頂處最小(3.75 mg/kg)。U形溝處速效磷含量最大(3.55 mg/kg)，塌陷、巨石背陰、陡坎和谷坡次之，這5種微地形顯著高于坡頂和原狀坡，坡頂處最小(1.27 mg/kg)。速效鉀含量在坡頂、陡坎達到最大(60.09 mg/kg，58.27 mg/kg)，這2種微地形顯著高于其他微地形和原狀坡。(5) 通過對7種微地形和原狀坡的3個坡向的表層土壤養(yǎng)分進行灰色關聯(lián)分析，得出U形溝、塌陷和巨石背陰的土壤養(yǎng)分條件最好，坡頂和原狀坡的土壤養(yǎng)分條件最差。

片麻巖山區(qū); 微地形; 土壤養(yǎng)分; 異質性; 灰色關聯(lián)分析

土壤是地球上植物生長的基礎，其理化性質受成土母質、地形條件、氣候條件、人為活動等因素的綜合作用[1]，在大尺度上，這些因素促使土壤理化性質具有較強的空間異質性。而在小尺度上，土壤的理化性質則因微地形的變化表現(xiàn)出一定的空間規(guī)律性[2-5]。微地形通過地表的起伏變化，導致局部的光照、熱量、土壤水分、養(yǎng)分等資源進行再分配[6-8]。因此，微地形的變化勢必對土壤的理化性質產生影響，而土壤的理化性質的差異又會導致不同微地形及原狀坡的植物群落特征和功能產生異質性[9-11]。因此，研究不同微地形下土壤的空間異質性，對于指導困難立地植被恢復具有重要意義。

已有學者通過對微地形與土壤理化性質之間的關系進行相關研究，得出微地形對土壤的理化性質具有一定的影響[12-13]。高凱等[14]系統(tǒng)分析了渾善達克沙地不同微地形下土壤營養(yǎng)物質含量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)微地形對土壤營養(yǎng)物質含量有顯著影響。張宏芝等[15]對黃土區(qū)自然恢復狀態(tài)下的微地形土壤化學性質進行研究發(fā)現(xiàn)，不同微地形間的土壤化學性質有顯著差異，并通過灰色關聯(lián)分析得出，塌陷和緩臺的土壤化學性質最優(yōu)。趙秀芳等[16]分析了微地形坡面(坡頂、坡腰、坡底)對濱海吹填土土壤養(yǎng)分的影響，發(fā)現(xiàn)3種微地形間土壤養(yǎng)分含量差異顯著。劉孝陽等[17]對平朔礦區(qū)微地形養(yǎng)分的研究也表明微地形的變化對土壤養(yǎng)分有很大的影響。羅光杰等[18]，張忠華等[19]研究發(fā)現(xiàn)，喀斯特山區(qū)地面巖石裸露所形成的石面、石溝、石縫等微地形均對土壤養(yǎng)分的空間分布產生重要影響。

我國片麻巖山地分布廣泛，形成的風化物或土壤保水保肥能力差，是開展植被恢復較為困難的立地之一[20]。平山縣是太行山地區(qū)典型的片麻巖山區(qū)，由于巖石風化、坡面徑流，在片麻巖山區(qū)內形成許多形形色色的微地形。微地形一般是指小尺度的地形變化，Kikuchi[21]，Nagamatsu等[22]將丘陵地區(qū)微地形分為頂坡、上部邊坡、谷頭凹地、下部邊坡、麓坡、泛濫性階地和谷床等7類。朱清科等[23]將黃土高原地區(qū)坡面內地表的起伏形成的微地形分為淺溝、切溝、塌陷、緩臺、陡坎等5類。本研究根據片麻巖山區(qū)的地形特征，通過廣泛踏查，將片麻巖山區(qū)微地形分為坡頂、塌陷、巨石背陰、緩臺、陡坎、谷坡和U形溝等7類。由于地形的差異，使光照、土壤水分、養(yǎng)分及風化層厚度等小生境在局部范圍內產生微小的變化，從而導致地上植物群落特征和類型的不同，對生態(tài)系統(tǒng)結構的形成具有重要影響[24]。

目前，已有大量有關微地形的研究，但多集中于微地形對植物群落特征的影響[25-26]，對于微地形土壤理化性質的相關研究較少[15]，針對片麻巖山區(qū)微地形與土壤理化性質的研究尚未見報道。因此，本研究以河北平山自然恢復狀態(tài)下的片麻巖區(qū)微地形為研究對象，系統(tǒng)分析片麻巖山區(qū)不同微地形條件下表層土壤養(yǎng)分含量的異質性，以期為區(qū)域片麻巖山區(qū)植被恢復提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

平山縣位于河北省西部太行山中段東麓。地理位置為東經113°31′—114°15′，北緯38°9′—38°47′，是太行山地區(qū)典型的片麻巖山區(qū)，全縣地貌屬于丘陵山地類型，海拔變化于111～2 281 m。該地區(qū)的母巖為變質深厚的片麻巖和頁巖等，片麻巖山區(qū)的主要特點是：土壤干旱，土層淺薄、土壤沙性強，侵蝕嚴重。片麻巖是變質巖，因此具有比其他巖石容易風化的特點，一般易松動，易破碎，地表的松散固體物質豐富，未成土的半風化巖層厚度可達30～60 cm。山頂土層瘠薄，植被的退化往往產生水土流失，導致基巖裸露。年降水量約500 mm，集中于7—9月，一年中大部分時間多干旱少降雨。由于植被稀疏，土層較薄，降水多以地表徑流的形式輸出?，F(xiàn)有的天然植被較稀疏，覆蓋度較低且分布不均勻，植被主要以灌木和草本為主，溝谷地帶有人工種植的喬木。灌木主要有：酸棗(Zizyphusjujuba)，荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)，薄皮木(Leptodermisoblonga)等。草本植物主要有：鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)，白羊草(Bothriochloaischaemum)，達呼里胡枝子(Lespedezadavurica)，阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)等。

1.2 片麻巖山區(qū)微地形類型劃分

微地形一般指小尺度的地形變化。片麻巖表層風化程度深，未成土的半風化層厚度達40 cm左右，巖體有裂隙易松動、崩塌，容易在坡面形成大小不等、形狀各異的局部小地形[20]。本文參考朱清科等[23]對黃土高原、楊永川等[24]對丘陵地區(qū)微地形的劃分，通過廣泛調查和分析，將河北平山片麻巖微地形劃分為：坡頂、塌陷、巨石背陰、緩臺、陡坎、谷坡、U形溝等7種(圖1)，各自特征見表1。

圖1 片麻巖山區(qū)微地形

1.3 研究方法

1.3.1 樣地設置 于2015年7—9月，選取自然恢復的片麻巖區(qū)域，對該區(qū)域微地形的分布進行調查，選取陽坡、陰坡、半陰半陽坡，在每個坡向上根據微地形的實際大小進行樣方設置，同時取與微地形相鄰的原狀坡作為對照樣方。共計設置樣方142個。

1.3.2 微立地因子測定 GPS測定樣方經緯度、海拔，手持羅盤儀測坡向、坡度，同時記錄坡位。土壤硬度采用中山式土壤硬度計測定，每個樣方測量5次，求平均值，單位為mm。風化層厚度采用鋼釬法，垂直樣方插入，用鋼卷尺測量深度，每個樣方隨機測量5次，求平均值[27]。每個樣方取0—20 cm土層土壤1 kg，3次重復，風干后，過2 mm篩測定直徑大于2 mm的石礫含量，計算表土層含石率。

1.3.3 土樣采集及分析 采集土樣時先去除地表的凋落物，在每個樣方用土鉆隨機鉆取5個0—20 cm表層土樣，充分混勻后放入采集袋中帶回實驗室，風干研磨后，測定土壤養(yǎng)分。土壤有機質的測定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；全氮的測定采用凱氏定氮法；全磷的測定采用NaOH熔融，鉬藍比色法；全鉀的測定采用NaOH熔融，火焰光度法；堿解氮的測定采用堿解擴散法；速效磷的測定采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提，鉬藍比色法；速效鉀的測定采用NH4OAc浸提，火焰光度法。

1.3.4 灰色關聯(lián)分析法 對于兩個系統(tǒng)之間共有的影響因素，其隨時間或不同對象而變化的關聯(lián)性大小的量度，稱為關聯(lián)度。在系統(tǒng)發(fā)展過程中，若兩個因素變化的趨勢具有一致性，即同步變化程度較高，即可謂二者關聯(lián)程度較高；反之則較低。因此，灰色關聯(lián)分析方法[28]，是根據因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，作為衡量因素間關聯(lián)程度的一種方法。在進行數(shù)據列關聯(lián)分析時，必須先確定參考數(shù)列，然后比較其他數(shù)列同參考數(shù)列的接近程度，這樣才能對其他數(shù)列進行比較，進而做出判斷。

設x0={x0(k)k=1，2，…，n}為參考數(shù)列(又稱母數(shù)列)，xi={xi(k)k=1，2，…，n}，(i=1，2，…，m)為比較數(shù)列(又稱子數(shù)列)。比較數(shù)列的所有指標對應于參考數(shù)列的所有指標的關聯(lián)系數(shù)λi(k)為：

式中：α是分辨系數(shù)，取值(0～1)，一般取值0.5；Δi(k)=|x0(k)-xi(k)|，為第k個指標x0與xi的絕對差。其中，min minΔi(k)為兩級最小差，max maxΔi(k)為兩級最大差。最終我們得到的是各比較數(shù)列與參考數(shù)列在各點的關聯(lián)系數(shù)值λi(k)。

從關聯(lián)系數(shù)的計算方法來看，得到的是各比較數(shù)列與參考數(shù)列在各點的關聯(lián)系數(shù)值，結果較多，信息過于分散，不便于比較，為此有必要將每1個比較數(shù)列各個指標的關聯(lián)系數(shù)集中體現(xiàn)在1個值上，這個數(shù)值就是灰色關聯(lián)度，平均值法是最常用的方法?；疑P聯(lián)度常記作Ri，灰色關聯(lián)度越大，表明二者的幾何曲線形狀越接近，即發(fā)展變化趨勢越接近。

1.3.5 數(shù)據處理 運用Excel 2007進行數(shù)據的整理，運用SPSS 22.0進行Pearson相關分析，檢驗表層土壤養(yǎng)分與微立地因子之間的相關關系；單因素方差分析(one-way ANOVA)檢驗不同坡向上，微地形之間表層土壤養(yǎng)分的差異，并采用LSD最小顯著差異法進行多重比較(a=0.05)。運用灰色關聯(lián)分析法對7種微地形及原狀坡進行排序。

2 結果與分析

2.1 微立地因子與表層土壤養(yǎng)分指標的相關性分析

由表2可知，微地形與有機質含量、全磷含量呈極顯著正相關，與全氮含量、速效磷含量、堿解氮含量顯著正相關，與全鉀含量呈極顯著負相關；風化層厚度與有機質含量呈極顯著正相關，與全磷含量、全氮含量、速效磷含量顯著正相關，與全鉀含量顯著負相關；坡向與有機質含量、全磷含量、全氮含量顯著正相關。相關分析表明，微地形、風化層厚度、坡向等微立地因子均影響著表層土壤養(yǎng)分含量的異質性，而其中微地形因子是引起這種異質性的主要因子。

2.2 不同坡向微地形表層土壤養(yǎng)分含量

2.2.1 不同微地形表層土壤有機質含量 由表3可知，在陰坡，U形溝的有機質含量最大為76.12 g/kg，塌陷和巨石背陰次之，這3種微地形有機質含量顯著高于其他微地形和原狀坡，坡頂?shù)挠袡C質含量最小，僅為26.53 g/kg。在半陰半陽坡，U形溝的有機質含量最大為71.39 g/kg，是含量最少的坡頂?shù)?.94倍。塌陷和巨石背陰的次之，介于60.00～66.00 g/kg。在陽坡，U形溝、巨石背陰和塌陷的有機質含量較大且顯著高于其他微地形和原狀坡，分別是含量最小的坡頂?shù)?.50倍、3.30倍和3.14倍。以上結果表明，無論在陰坡、半陰半陽坡和陽坡，U形溝、塌陷和巨石背陰處的有機質含量最豐富，坡頂處最低。

表2 微立地因子與表層土壤養(yǎng)分之間的相關分析

注：**表示在0.01水平上極顯著相關，*表示在0.05水平上顯著相關。

2.2.2 不同微地形表層土壤氮素含量 由表3可知，在陰坡，全氮含量在U形溝達到最大，為3.33 g/kg，塌陷和巨石背陰次之，介于2.80～3.20 g/kg，緩臺的全氮含量最小，僅為1.35 g/kg，其他微地形及原狀坡間的全氮含量差異不顯著。U形溝的堿解氮含量最高，達到7.02 mg/kg，塌陷和巨石背陰次之分別為6.65 mg/kg和6.03 mg/kg，這3種微地形堿解氮含量顯著高于其他微地形和原狀坡，其中U形溝的堿解氮含量是坡頂?shù)?.80倍。在半陰半陽坡，全氮含量在塌陷達到最大，為2.49 g/kg，各微地形及原狀坡間差異不顯著。U形溝、塌陷和巨石背陰的堿解氮含量顯著高于其他微地形和原狀坡，其中塌陷堿解氮含量最大，達到6.76 mg/kg，是含量最少的坡頂?shù)?.82倍。在陽坡，全氮含量在U形溝達到最大，為2.89 g/kg，巨石背陰和塌陷次之，在2.50 g/kg左右，緩臺的全氮含量最小，僅為1.47 g/kg。堿解氮含量在U形溝達到最大，為6.91 mg/kg，塌陷和巨石背陰次之，介于5.80～6.20 mg/kg，這3種微地形的堿解氮含量顯著高于其他微地形和原狀坡。其中，U形溝的堿解氮含量是坡頂?shù)?.88倍。由此可以得出，氮素和有機質含量在各個微地形中的變化規(guī)律基本一致，土壤氮素含量取決于土壤有機質的積累和分解能力的強弱。全氮含量在U形溝、塌陷處最高，緩臺處最低；堿解氮含量在U形溝、塌陷處最高，坡頂處最低。

2.2.3 不同微地形表層土壤磷素含量 由表3可知，在陰坡，全磷含量在U形溝、塌陷和巨石背陰處較大，且這3種微地形的全磷含量顯著高于其他微地形和原狀坡，坡頂?shù)娜缀孔畹蛢H為1.62 g/kg。U形溝的速效磷含量最高，達到3.56 mg/kg，塌陷、巨石背陰、陡坎和谷坡的速效磷含量次之，介于2.90～3.15 mg/kg，這5種微地形的速效磷含量顯著高于坡頂和原狀坡，坡頂?shù)乃傩Я缀孔钚H為1.28 mg/kg。在半陰半陽坡，塌陷的全磷含量最大，為3.10 g/kg，U形溝和巨石背陰次之，且3種微地形全磷含量顯著高于其他微地形和原狀坡，坡頂?shù)娜缀孔钚。瑑H為1.59 g/kg。速效磷含量在U形溝達到最大，為3.60 mg/kg，谷坡、陡坎、塌陷和巨石背陰次之，介于2.80～3.15 mg/kg，坡頂?shù)乃傩Я缀孔钚。瑑H為1.32 mg/kg。在陽坡，全磷含量在U形溝達到最大，為3.13 g/kg，塌陷和巨石背陰次之，在2.90 g/kg左右，這3種微地形的全磷含量顯著高于其他微地形和原狀坡。速效磷含量在U形溝達到最大，為3.49 mg/kg，坡頂?shù)乃傩Я缀孔钚H為1.22 mg/kg。以上結果說明，U形溝處全磷和速效磷含量都是最高的，坡頂處最低。

2.2.4 不同微地形表層土壤鉀素含量 由表3可知，在陰坡，全鉀含量在陡坎達到最大，為13.90 g/kg，坡頂次之，而塌陷、U形溝和巨石背陰處含量較小，在9.50 g/kg左右。速效鉀含量在坡頂達到最大，為62.87 mg/kg，陡坎次之為59.67 mg/kg，且這2種微地形的速效鉀含量顯著高于其他微地形和原狀坡。在半陰半陽坡，全鉀含量在坡頂達到最大，但各個微地形及原狀坡間無顯著差異。速效鉀含量在陡坎最大，達到57.19 mg/kg，坡頂次之為56.73 mg/kg，這2種微地形的速效鉀含量顯著高于其他微地形和原狀坡。在陽坡，全鉀含量在陡坎達到最大，為13.11 g/kg，坡頂次之，塌陷的最小，僅為8.86 g/kg。速效鉀含量在坡頂達到最大，為60.67 mg/kg，是含量最少的U形溝的1.40倍，陡坎次之為57.96 mg/kg，這2種微地形的速效鉀含量顯著高于其他微地形和原狀坡。由此可以得出，坡頂、陡坎處全鉀含量和速效鉀含量最優(yōu)，U形溝、塌陷處的最差，這與有機質和氮素含量的情形恰恰相反。

表3 不同坡向各類微地形間表層土壤養(yǎng)分含量(平均值±標準差)

注：不同的小寫字母表示同一坡向上不同微地形間差異顯著(p<0.05)。

2.3 基于灰色關聯(lián)的微地形表層土壤養(yǎng)分評價分析

在不同坡向上，不同微地形的土壤有機質、全效養(yǎng)分、速效養(yǎng)分含量可以看出，土壤養(yǎng)分的各指標在不同的微地形間變化趨勢不是一致的，為了定量評價不同微地形及原狀坡對土壤養(yǎng)分改良的效果，選取土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等指標中的最大值作為參考數(shù)列，以不同微地形的土壤有機質、全效養(yǎng)分、速效養(yǎng)分等指標測定值作為比較數(shù)列，進行無量綱化處理，然后采用灰色關聯(lián)分析法，計算各微地形的關聯(lián)度值，關聯(lián)度越大，表示微地形的比較數(shù)列與參考數(shù)列的變化趨勢越接近，即該微地形對提高土壤養(yǎng)分的含量，改良土壤肥力的效果較好。

利用灰色關聯(lián)分析方法對片麻巖山區(qū)微地形的土壤養(yǎng)分情況進行分析排序，結果見表4?？梢钥闯觯宏幤?，U形溝的關聯(lián)度值最大為0.892 4，塌陷次之，原狀坡最小為0.494 2；半陰半陽坡，基本與陰坡規(guī)律一致，U形溝最大為0.852 5，坡頂最小為0.493 0；陽坡，U形溝最大為0.877 2，巨石背陰次之，坡頂最小為0.473 2。在這3個坡向上，U形溝、塌陷和巨石背陰的關聯(lián)度值最高，坡頂和原狀坡的最低。說明U形溝、塌陷和巨石背陰的土壤養(yǎng)分條件最好，而坡頂和原狀坡的土壤養(yǎng)分條件較差。

表4 各個坡向上微地形及原狀坡的灰色關聯(lián)度

3 結論與討論

微地形作為反映地表起伏變化的指標，會影響徑流的產生、流向、匯流和徑流量[29]，是困難立地地區(qū)植被恢復的重要影響因子，它對溫度、養(yǎng)分、水分、光照等生態(tài)因子有再分配的作用，會導致小氣候、小環(huán)境的異質性[30]。相關性分析表明，微立地因子中的微地形、風化層厚度、土壤硬度、坡向都影響有機質含量、全磷含量、全氮含量、全鉀含量的變化。其中，微地形的不同是引起這個變化的首要因素。因此，微地形作為主導因子與其他立地因子共同影響著微地形養(yǎng)分含量的空間異質性，這與前人研究的結論一致[31]。本研究通過分析片麻巖山區(qū)不同坡向上各個微地形及原狀坡間土壤養(yǎng)分含量的差異性得出，U形溝、塌陷和巨石背陰處有機質含量最大，顯著高于其他微地形和原狀坡，坡頂處最小。全氮與全磷含量規(guī)律基本一致，都在U形溝、塌陷和巨石背陰處最大，緩臺和坡頂處較小。全鉀含量在坡頂、陡坎、谷坡處最大，塌陷、巨石背陰處較小。堿解氮含量在U形溝、塌陷和巨石背陰處最大，顯著高于其他微地形及原狀坡，坡頂處最小。U形溝處速效磷含量最大，塌陷、巨石背陰、陡坎和谷坡次之，這5種微地形顯著高于坡頂和原狀坡，坡頂處最小。速效鉀含量在坡頂、陡坎達到最大，這2種微地形顯著高于其他微地形和原狀坡。從整體上看，U形溝、塌陷和巨石背陰處土壤有機質、氮素、磷素的含量較高，而鉀素含量最高的微地形是陡坎和坡頂，這與有機質、全氮、全磷的情況相反，說明陡坎和坡頂有利于鉀素的富集[15]，這與前人的研究結論基本一致[32-34]。究其原因，有以下兩點：首先，由于U形溝、塌陷等微地形有利于坡面徑流的匯集，土壤的水分和養(yǎng)分含量比較豐富[35-36]，這在一定程度上改善了土壤的微環(huán)境，使土壤中微生物的數(shù)量和活動性增強[37]，有助于土壤中的枯落物及植物殘體的分解，進而使U形溝、塌陷和巨石背陰處土壤的養(yǎng)分含量高于其他微地形及原狀坡。其次，與微地形的植物群落特征有關，U形溝、塌陷和巨石背陰處植物群落的數(shù)量特征和多樣性優(yōu)于其他微地形和原狀坡[25]，在土壤表層殘留有大量的凋落物和死亡殘體，這些物質最終分解會導致這些微地形的土壤養(yǎng)分含量增加。同時，植被在一定程度上能有效地減少水土流失，根系也能改善土壤的物理性質，能夠使土壤的養(yǎng)分得到保存，這可能也是U形溝、塌陷等微地形土壤養(yǎng)分含量高的一個原因。

利用灰色關聯(lián)分析方法對片麻巖山區(qū)微地形的養(yǎng)分情況進行分析排序得出：在3個坡向上，U形溝、塌陷和巨石背陰的關聯(lián)度值都是最高的，坡頂和原狀坡都較低。說明U形溝、塌陷和巨石背陰的養(yǎng)分條件最好，坡頂和原狀坡的養(yǎng)分條件較差，這與張宏芝等[15]在黃土區(qū)的研究結論較一致。片麻巖山區(qū)是太行山典型的困難立地，土壤養(yǎng)分含量的高低及空間分布格局，直接影響著土壤的生產力和植被恢復的途徑和方向，揭示微地形的土壤養(yǎng)分異質性規(guī)律，有助于指導片麻巖山區(qū)的植被恢復和生態(tài)重建。

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DifferentiationCharacteristicsofTopsoilNutrientsoftheMicro-topographyinGneissMountainousAreaofPingshanCounty,HebeiProvince

YUAN Zhen, WEI Songpo, JIA Liming, ZHANG Yaxiong, LIU Longlong

(Province-MinistryCo-constructedKeyLaboratoryofSilvicultureandConservation,MinistryofEducation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Based on the determination data of topsoil nutrients in gneiss mountainous area in Pingshan County of Hebei Province, we analyzed the differences of topsoil nutrients on seven micro-topographies including slope crest, collapse, stone shadow, platform, scarp, brae and U-gully, with the undisturbed slope as the control, in order to provide scientific reference for the revegetation of gneiss mountainous area. The results showed that: (1) according to correlation analysis, micro-topography, aspect and the weathered layer thickness influenced the change of topsoil nutrients, among which micro-topography was the main factor; (2) the topsoil nutrient conditions on most of the micro-topographies were better than the undisturbed slope; U-gully, collapse, stone shadow contained significant higher organic matter contents (68.94 g/kg, 60.71 g/kg, 62.77 g/kg) than other micro-topographies and the undisturbed slope, and the lowest on slope crest (22.58 g/kg); (3) changes of total nitrogen content and total phosphorus content are similar, and the thire contents were highest on U-gully, collapse, stone shadow, the lowest on platform, slope crest; total potassium contents on slope crest, scarp, brae were the highest (11.88 g/kg, 12.56 g/kg, 11.67 g/kg), while the least contents (9.39 g/kg, 9.69 g/kg) were observed on collapse, stone shadow; (4) U-gully, collapse, stone shadow contained significantly higher available nitrogen contents (6.87 mg/kg, 6.54 mg/kg, 5.93 mg/kg) than the other micro-topographies and the undisturbed slope, the lowest on slope crest (3.75 mg/kg). U-gully had the highest available phosphorus content (3.55 mg/kg), followed by collapse, stone shadow, scarp and brae; contents of available phosphorus on the five micro-topographies were significantly higher than the undisturbed slope and slope crest(1.27 mg/kg) which had the lowest available phosphorus content; available potassium contents on slope crest (60.09 mg/kg) and scarp (58.27 mg/kg) were significantly higher than other micro-topographies and the undisturbed slope; (5) through the grey correlation analysis on the topsoil nutrients of seven micro-topographies, it can be concluded that the conditions of topsoil nutrients on U-gully, collapse, stone shadow were best, worst on slope crest and the undisturbed slope.

gneiss mountainous area; micro-topography; soil nutrients; spatial variability; grey correlation analysis

S151.9

A

1005-3409(2017)06-0084-07

2016-12-01

2016-12-18

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD07B02)困難立地植被恢復技術研究與示范

袁振(1990—),男,河南項城人,碩士研究生,主要從事困難立地植被恢復。E-mail:279938085@qq.com

賈黎明(1968—),男,山西忻州人,教授,博士生導師,主要從事森林培育理論與技術。E-mail:jlm@bjfu.edu.cn