坡向和坡位對(duì)夾金山灌叢土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響

　　摘要：研究坡向和坡位如何影響土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性對(duì)于理解地貌復(fù)雜的高山峽谷地區(qū)土壤穩(wěn)定性的維持具有重要意義，然而目前對(duì)高山灌叢土壤特征特點(diǎn)研究還相對(duì)薄弱。文章以四川夾金山高山灌叢土壤為研究對(duì)象，分析了不同坡向和坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑分布、穩(wěn)定性及分形特征的影響，構(gòu)建偏最小二乘路徑模型(PLSPM)，分析坡向和坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的作用機(jī)制。結(jié)果表明：①土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體粒徑分布僅受坡向影響，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布受坡向、坡位影響且二者存在交互作用;②中坡位土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性較優(yōu)于下坡位，3個(gè)坡向中陰坡土壤穩(wěn)定性最次;③坡向是影響土壤團(tuán)聚體的主要因素，其作用主要是通過(guò)影響土壤物理性質(zhì)(容重、含水率、孔隙度)而間接決定的，同時(shí)坡向通過(guò)影響群落灌木層特征(多度、豐度和生物量)作用于土壤化學(xué)性質(zhì)(TN、TP、TK、SOM、pH)，最終對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在一定影響，坡向作用下的群落草本層特征并未顯示出對(duì)土壤理化性質(zhì)和團(tuán)聚體穩(wěn)定性的作用;④使用土壤分形維數(shù)表征團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有可行性。

　　關(guān)鍵詞：地形因子;土壤團(tuán)聚體;分形維數(shù);偏最小二乘路徑模型;夾金山

　　土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，其穩(wěn)定性是重要的土壤性質(zhì)，是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[12]，特別是在地貌特征復(fù)雜且易受侵蝕的高山峽谷地區(qū)，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是控制坡體穩(wěn)定、水土保持、生產(chǎn)力維持和養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵變量之一，了解土壤穩(wěn)定性是防止高寒生態(tài)系統(tǒng)土壤退化的第一步[3]。土壤團(tuán)聚體的形成及其穩(wěn)定性與物理、化學(xué)、生物因素息息相關(guān)，其穩(wěn)定性首先必然由土壤本身的質(zhì)地類(lèi)別、結(jié)構(gòu)特征和物理性質(zhì)所決定[45]。

　　土壤化學(xué)性質(zhì)的影響也不可忽視，已有較多研究表明土壤養(yǎng)分物質(zhì)的累積可以促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成，土壤有機(jī)質(zhì)含量是影響土壤團(tuán)聚體數(shù)量及穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，其作為“膠結(jié)物質(zhì)”直接參與團(tuán)聚體的形成[3,6]，另外也有研究表明土壤磷素、氮素也與團(tuán)聚體穩(wěn)定性存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系[7]。

　　土壤的演化受植物群落影響[8]，例如植物生物量的大小影響土壤有機(jī)質(zhì)的輸入量，也有學(xué)者認(rèn)為物種多樣性對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性有積極作用，其作用機(jī)制可能是通過(guò)增加根系類(lèi)型的多樣性從而間接作用于土壤的穩(wěn)定性[9]，植物根系對(duì)土體進(jìn)行穿插擠壓，根系分泌的代謝物質(zhì)是良好的膠結(jié)劑，在一定程度上利于土壤團(tuán)聚體的形成[810]。

　　此外，地形因子、生物活動(dòng)以及人為管理措施等也會(huì)產(chǎn)生一定影響[1112]。一般研究土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的經(jīng)典方法是用干篩法和濕篩法綜合反映土壤團(tuán)聚體性質(zhì)[3,13]。近年來(lái)，有關(guān)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的研究已有較多報(bào)道，多集中于黃土地區(qū)[2]、喀斯特地區(qū)[7]、低山丘陵區(qū)[12]等，對(duì)于川西高山峽谷區(qū)還鮮少涉及，且關(guān)于坡向和坡位等基于環(huán)境因子的研究也較少。

　　坡向和坡位是影響太陽(yáng)輻射和降水分布的重要地形因子，在空間上對(duì)光照熱量、養(yǎng)分、水分等再分配[14]。在局域尺度下，坡位和坡向是生境小氣候差異的重要驅(qū)動(dòng)因素，影響植物群落類(lèi)型及物種分布，也是影響土壤性質(zhì)空間格局的重要因子[1415]，但坡向和坡位對(duì)團(tuán)聚體的作用機(jī)制還不明朗。

　　基于此，本文以具備典型川西高山峽谷區(qū)特征且為大熊貓國(guó)家公園四川片區(qū)核心保護(hù)區(qū)的夾金山為研究區(qū)，以高山灌叢土壤為研究對(duì)象，研究不同坡向、坡位土壤團(tuán)聚體分布、分形特征以及穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上通過(guò)偏最小二乘路徑模型(PartialLeastSquaresPathModeling,PLSPM)對(duì)灌叢植物群落、土壤理化性質(zhì)與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性之間的關(guān)系進(jìn)行分析，基于模型分析結(jié)果，準(zhǔn)確理解坡向坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的作用機(jī)制，以期為維持川西高山峽谷區(qū)灌叢土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定提供理論基礎(chǔ)，對(duì)生態(tài)脆弱區(qū)土壤恢復(fù)和植被重建具有一定的參考價(jià)值。

　　1研究區(qū)域與研究方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　調(diào)查區(qū)域位于夾金山山脈，夾金山(102°24′56″~102°38′38″E，30°38′14″~30°54′22″N)地處四川省盆地西北部，青藏高原東部邊緣，與臥龍國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)相鄰，是國(guó)家級(jí)森林公園、大熊貓國(guó)家公園核心保護(hù)區(qū)。該區(qū)域大地構(gòu)造單元處于松潘—甘孜褶皺系，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，山體多由變質(zhì)巖、花崗巖構(gòu)成。

　　主峰海拔為4930m，受高空西風(fēng)環(huán)流和印度洋西南季風(fēng)的影響，居于亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的濕潤(rùn)季風(fēng)氣候帶，山地氣候類(lèi)型，年均降水量776.5mm，年日照時(shí)數(shù)1400h。夾金山屬岷江水系青衣江流域，土壤山地暗棕壤，呈微酸性。據(jù)前序研究[16]，區(qū)域內(nèi)灌叢群落陰坡主要物種有亮葉杜鵑Rhododendronvernicosum、西南花楸Sorbusrehderiana、蹄葉橐吾Ligulariafischeri等，半陽(yáng)坡主要物種是高山櫟Quercussemicarpifolia、高山栒子Cotoneastersubadpressus、蕨Pteridiumaquilinum等，陽(yáng)坡主要物種是高山櫟、高山栒子、平車(chē)前Plantagodepressa等。

　　1.2樣地選擇與設(shè)置

　　2019年7月，在實(shí)地踏查的同時(shí)考慮到灌叢實(shí)際分布狀況設(shè)置樣地，由于夾金山高山區(qū)的地理環(huán)境要素錯(cuò)綜復(fù)雜，研究中涉及到樣地可達(dá)性，在陽(yáng)坡、陰坡和半陽(yáng)坡的下坡位、中坡位各設(shè)置4個(gè)20m×30m樣地，共計(jì)24個(gè)。坡向在0°～45°和315°～360°為陰坡，45°～135°為半陽(yáng)坡，135°～225°為陽(yáng)坡。記錄經(jīng)度、緯度、海拔，測(cè)定坡度、坡向、坡位等環(huán)境因子特征。物種多樣性、植被生物量和土壤理化性質(zhì)作為本研究樣地的屬性，數(shù)據(jù)來(lái)源于同時(shí)期、同批次及同樣地采樣的研究實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[16]。

　　1.3實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

　　1.3.1土壤樣品的采集與處理

　　2019年7月取混合原狀土壤樣，在采集和運(yùn)輸過(guò)程中盡量減少對(duì)土樣的擾動(dòng)，以免破壞團(tuán)聚體，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，沿著土壤紋路輕輕掰成10mm大小土塊，置于自然陰涼處風(fēng)干備用。樣品室內(nèi)分析測(cè)試于次月完成。土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的組成采用干篩法測(cè)定，水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的測(cè)定采用濕篩法[13,17]，套篩尺寸為5、2、1、0.5mm和0.25mm，該實(shí)驗(yàn)使用設(shè)備為土壤團(tuán)粒分析儀(型號(hào)DIK2012)。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1不同坡向和坡位土壤團(tuán)聚體的分布情況

　　雙因素方差分析結(jié)果表明，從機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體來(lái)看，坡向?qū)α��?gt;1mm的土壤團(tuán)聚體占比影響顯著(P<0.05p>0.05);從水穩(wěn)性團(tuán)聚體來(lái)看，坡向和坡位對(duì)土壤微團(tuán)聚體含量的影響交互作用顯著(P<0.05>5mm以及粒徑0.5~1mm的團(tuán)聚體含量均無(wú)顯著影響(P>0.05)。

　　夾金山不同坡向坡位土壤機(jī)械性穩(wěn)定團(tuán)聚體主要以>1mm粒徑團(tuán)聚體組成，其中陰坡兩個(gè)坡位土壤團(tuán)聚體以粒徑>5mm為絕對(duì)組成部分，占比達(dá)到60.0%以上，而粒徑0.25~0.5mm、0.5~1mm以及1~2mm團(tuán)聚體占比均較少，均不足6.0%;半陽(yáng)坡粒徑>5mm的土壤團(tuán)聚體含量在下坡位與中坡位間大致相同，其余兩個(gè)坡向均表現(xiàn)為下坡位>中坡位;除陽(yáng)坡中坡位粒徑>5mm團(tuán)聚體占比僅15%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他5個(gè)類(lèi)型外，半陽(yáng)坡和陽(yáng)坡團(tuán)聚體分布狀況相似;不同坡向坡位土壤機(jī)械性穩(wěn)定團(tuán)聚體占比都在粒徑0.25~0.5mm時(shí)最少。

　　與干篩法不同，濕篩法所測(cè)得不同坡向坡位土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布有較大改變，可以看出各類(lèi)型粒徑>5mm團(tuán)聚體占比明顯降低，除半陽(yáng)坡中坡位外，現(xiàn)占比均不足20.0%;粒徑<0.25mm40.80.25mm>0.25 mm)和微團(tuán)聚體(<0.25mm>0.25mm的團(tuán)聚體是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，可以看出夾金山不同坡向坡位機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體數(shù)量遠(yuǎn)大于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體數(shù)量。

　　2.2不同坡向坡位土壤團(tuán)聚體分形特征及穩(wěn)定性

　　雙因素方差分析結(jié)果表明，坡向和坡位對(duì)團(tuán)聚體破壞率PAD、干篩條件下分形維數(shù)Ddry、濕篩條件下分形維數(shù)Dwet和團(tuán)聚體穩(wěn)定指數(shù)ASI均存在顯著和極顯著影響(P<0.05)，且坡向和坡位對(duì)上述4個(gè)指標(biāo)的影響均存在交互作用。

　　從土壤團(tuán)聚體破壞率(PAD)分析，其均值范圍為15.69%~37.16%，下坡位土壤團(tuán)聚體破壞率PAD值表現(xiàn)為陰坡顯著最高(37.16%,P<0.05padp>0.05)。當(dāng)坡向一致時(shí)，土壤團(tuán)聚體破壞率PAD值僅在陰坡兩個(gè)坡位間存在顯著差異(P<0.05)，PAD值越大，表明土壤結(jié)構(gòu)越容易崩解破碎，土壤越容易被侵蝕。從土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定指數(shù)ASI來(lái)看，陰坡團(tuán)聚體穩(wěn)定指數(shù)ASI顯著最低(P<0.05asi>下坡位，其中僅陰坡兩個(gè)坡位間存在顯著差異(P<0.05)。分形維數(shù)是反映土壤結(jié)構(gòu)幾何形狀的參數(shù)。

　　可知干篩、濕篩條件下團(tuán)聚體分形維數(shù)(D)隨坡向坡位的變化并不一致。在干篩條件下，各坡向坡位土壤分形維數(shù)Ddry范圍為2.18~2.54，可以看出，當(dāng)坡向相同時(shí)，土壤分形維數(shù)僅在陽(yáng)坡的兩個(gè)坡位間存在顯著差異(P<0.05)，表現(xiàn)為下坡位Ddry值顯著高于中坡位Ddry值。

　　當(dāng)坡位一致，即下坡位時(shí)，坡向間Ddry值大小表現(xiàn)為陰坡(2.54)顯著高于半陽(yáng)坡(2.32)顯著高于陽(yáng)坡(2.21)(P<0.05)，當(dāng)坡位為中坡位時(shí)，Ddry值表現(xiàn)為陰坡(2.47)顯著高于半陽(yáng)坡(2.27)顯著高于陽(yáng)坡(2.18)(P<0.05);在濕篩條件下，濕篩分形維數(shù)較干篩分形維數(shù)均有所上升，范圍是2.56~2.76，3個(gè)坡向土壤分形維數(shù)均表現(xiàn)為下坡位高于中坡位，且陰坡兩個(gè)坡位間、陽(yáng)坡兩個(gè)坡位間存在顯著差異(P<0.05);當(dāng)坡位在下坡位時(shí)，土壤Dwet值為陰坡(2.76)顯著最高(P<0.05dwet2.622.61dwetp>0.05)。整體來(lái)看，陰坡土壤分形維數(shù)D值更高。

　　2.3坡向坡位影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的PLSPM分析

　　為了進(jìn)一步探討坡向、坡位是如何對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，并研究分形維數(shù)與團(tuán)聚體穩(wěn)定性的關(guān)系，我們構(gòu)建了偏最小二乘路徑模型(PLSPM)�？梢钥闯�，各觀測(cè)變量在隱變量上的荷載系數(shù)均通過(guò)α=0.05水平上顯著性檢驗(yàn)(坡位除外，此處是將坡向坡位合并展示)，表明選用的觀測(cè)變量能很好地表征其隱變量意義。各變量能夠較好地解釋土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)(ASI)和干篩條件下土壤分形維數(shù)Ddry。模型整體的擬合優(yōu)度(GOF)為0.626，整體表現(xiàn)良好。

　　結(jié)果顯示坡向的影響效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于坡位。綜上，坡向坡位對(duì)Ddry和ASI的總效應(yīng)分別為0.803、0.709，其作用于ASI的主要路徑有2條，可以分解為坡向通過(guò)直接影響土壤物理性質(zhì)(0.731)，土壤物理性質(zhì)直接決定Ddry(0.749)，Ddry最終決定ASI(該路徑特定的間接效應(yīng)為0.414);坡向通過(guò)影響群落灌木植被(0.848)，灌叢植被影響土壤化學(xué)性質(zhì)(0.898)，土壤化學(xué)性質(zhì)影響Ddry(0.231)進(jìn)而影響ASI，但該路徑的間接效應(yīng)較弱(特定的間接效應(yīng)為0.111)。

　　進(jìn)一步計(jì)算各因素的總效應(yīng)(直接和間接效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)之和)發(fā)現(xiàn)，坡向和Ddry是影響團(tuán)聚體穩(wěn)定性最主要的因素(0.706、0.756)，其次是土壤物理性質(zhì)(0.567)、土壤化學(xué)性質(zhì)(0.419)、灌木層植物特征(0.239)和草本層植物特征(0.146)，灌木層對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響大于草本層，可能是由于灌木層植物高度更高，根系更發(fā)達(dá)，對(duì)光照和水分的競(jìng)爭(zhēng)能力更強(qiáng)，使得草本層植物的生長(zhǎng)發(fā)育受限于灌木層。Ddry對(duì)ASI有極顯著且負(fù)向的影響(路徑系數(shù)為0.756,P<0.001)，說(shuō)明在本研究區(qū)域，分形維數(shù)越大，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性指數(shù)越小，土壤越不穩(wěn)定。

　　3討論

　　3.1坡向和坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體分布的影響

　　坡向和坡位影響光照以及降水分配，進(jìn)而影響水分空間分布，是導(dǎo)致土壤空間異質(zhì)性的重要因素[20]。不同研究中，團(tuán)聚體粒徑分布狀況存在差別，Zou等[21]研究了坡位對(duì)紅壤丘陵區(qū)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)坡位越高，小粒徑(<0.25mm>5mm)團(tuán)聚體分布越多;De等[22]的研究表明坡底的大團(tuán)聚體(>2mm)占比遠(yuǎn)高于坡頂。

　　本研究對(duì)夾金山不同坡向坡位土壤團(tuán)聚體組成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)除半陽(yáng)坡粒徑>5mm的土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體占比在下坡位與中坡位間大致相同，其余兩個(gè)坡向均表現(xiàn)為下坡位>中坡位，可能是由于重力因素，導(dǎo)致大團(tuán)聚體發(fā)生遷移并在下坡位沉積聚集，其占比升高[5,22]。一般認(rèn)為≥0.25mm團(tuán)聚體是評(píng)價(jià)土壤生態(tài)效應(yīng)的重要指標(biāo)，也是提升土壤抗侵蝕能力的關(guān)鍵[8]，濕篩之后，粒徑<0.25mm的團(tuán)聚體占比有所上升，說(shuō)明在水的崩解作用下，大粒徑團(tuán)聚體有向更小粒徑的團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化的傾向[4]，土壤生態(tài)功能變差。

　　本研究中，隨粒徑變小，陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡團(tuán)聚體含量的變化趨勢(shì)與謝賢健等[19]的研究結(jié)論相同，均呈現(xiàn)“增加減少增加”的變化趨勢(shì)，而陰坡則呈先減小后增大的變化態(tài)勢(shì)。坡向是影響土壤團(tuán)聚體粒徑分布的主要因素，坡位及二者的交互作用對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒徑分布產(chǎn)生影響，可能是由于地形因子共同作用導(dǎo)致的小氣候差異能夠影響土壤溫度、土壤含水量、土壤有機(jī)碳含量及土壤呼吸速率等因子，進(jìn)而形成特定的小生境，導(dǎo)致了坡位坡向間土壤團(tuán)聚體分布不均勻[23]。

　　3.2坡向坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分形特征的影響

　　本研究中坡向、坡位對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及分形特征均有顯著影響，且二者存在交互作用。雷斯越[24]對(duì)不同地形條件下退耕草地黃綿土土壤理化性質(zhì)展開(kāi)研究得到了陰坡水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性較差，抗侵蝕能力較弱的結(jié)論。本研究結(jié)果與之相似，綜合土壤團(tuán)聚體破壞率(PAD)以及土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定指數(shù)(ASI)來(lái)看，研究區(qū)半陽(yáng)坡中坡位土壤結(jié)構(gòu)最優(yōu)，整體來(lái)看，同一坡向的中坡土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較優(yōu)于下坡，3個(gè)坡中陰坡土壤穩(wěn)定性最次�？赡苁怯捎谘芯繀^(qū)域?qū)儆诟吆０蔚貐^(qū)，地形因子在坡向間千差萬(wàn)別，相較于陰坡，陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡土壤受冷熱交替作用更強(qiáng)，使得土壤可能具有更為疏松的結(jié)構(gòu)。

　　分形幾何學(xué)能夠描述自然物體如土壤的不規(guī)則幾何形狀，能客觀表征土壤粒徑大小組成，與土壤質(zhì)地息息相關(guān)，表現(xiàn)出黏粒占比越高，質(zhì)地越細(xì)，分形維數(shù)越高[18,2526]。本研究中，當(dāng)坡向相同時(shí)，機(jī)械穩(wěn)定性土壤團(tuán)聚體與水穩(wěn)性土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)均表現(xiàn)為下坡位高于中坡位(除半陽(yáng)坡Ddry相反);當(dāng)坡位相同時(shí)，則表現(xiàn)為陰坡土壤分形維數(shù)大于陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡，這與學(xué)者黃安等[12]的研究結(jié)論相似，這是由于坡向坡位影響土壤粒徑組成，從而對(duì)分形維數(shù)產(chǎn)生影響。

　　3.3影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素分析

　　本文結(jié)合PLSPM分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)坡向是土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性重要的驅(qū)動(dòng)因素，而坡位對(duì)其影響卻不顯著，這與雙因素方差分析得到的坡位顯著影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的結(jié)果不同，這可能是由于還有其他影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素并沒(méi)有考慮進(jìn)結(jié)構(gòu)方程模型中，如土壤微生物、鐵鋁等氧化物等的影響[6]。本研究還發(fā)現(xiàn)，夾金山灌叢群落土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性還受到群落灌草層特征、土壤理化性質(zhì)的影響。同時(shí)，本研究展示了坡向坡位通過(guò)植物群落以及土壤理化性質(zhì)進(jìn)而作用于土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的路徑。

　　從群落特征來(lái)看，坡向坡位對(duì)草本層和灌木層物種豐富度和生物量的影響正好相反，即一層的物種多樣性增加意味著另一層次物種多樣性的降低[27]，且各層次內(nèi)，多樣性與生物量呈現(xiàn)相反的關(guān)系，可能是由于競(jìng)爭(zhēng)排斥降低了物種多樣性[28]，具體表現(xiàn)為坡向越朝北，意味著更低的灌木生物量和更低的草本物種豐富度，對(duì)應(yīng)了更高的土壤分形維數(shù)和更低的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，但本研究中草本層影響作用的路徑系數(shù)均不顯著。

　　說(shuō)明草本層物種豐富度對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的促進(jìn)作用是有限的，灌木生物量越高，土壤分形維數(shù)就越低，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性就越高，這可能是由于生物量越高，植物群落對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的輸入就越大，并且植物地下部分與土壤直接接觸，在植物和土壤之間進(jìn)行著頻繁的物質(zhì)交換，通過(guò)其代謝過(guò)程中所形成的物質(zhì)的分解和再合成，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成[910,29]。

　　土壤物理性質(zhì)主要是受坡向坡位因素的直接作用，土壤容重是土壤物理性質(zhì)的綜合反映，土壤孔隙度對(duì)土壤持水和通氣狀況具有重要作用，陳春峰等[29]對(duì)西雙版納地區(qū)膠農(nóng)(林)復(fù)合系統(tǒng)的磚紅壤團(tuán)聚體研究中，發(fā)現(xiàn)土壤容重和土壤孔隙度與各團(tuán)聚體穩(wěn)定性指標(biāo)呈極顯著相關(guān)，張治偉等[26]對(duì)石灰?guī)r區(qū)土壤的研究表明，分形維數(shù)與土壤容重正相關(guān)。

　　本研究得到了類(lèi)似的結(jié)論，也發(fā)現(xiàn)土壤容重與分形維數(shù)呈正關(guān)聯(lián)，與土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性負(fù)相關(guān)，土壤孔隙度正好相反，具體表現(xiàn)為陰坡土壤容重大，土壤孔隙度和土壤含水率均較小，此時(shí)土壤物理結(jié)構(gòu)更差，分形維數(shù)更高，土壤越板結(jié)，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性就越低。這是由于分形維數(shù)是由土壤粒徑的重量分布計(jì)算得到，受土壤黏粒占比影響很大[18]，且土壤顆粒直徑越小，細(xì)粒物質(zhì)占比越高，對(duì)空間的填充能力就越強(qiáng)，土壤孔隙度被黏粒填充越多，土壤容重就越大，因此在某種程度上，分形維數(shù)也能夠表征土壤緊實(shí)程度，分形維數(shù)越大，表征了土壤容重大，通透能力弱的土壤物理結(jié)構(gòu)特性[12]。

　　已有較多研究表明土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)、土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與土壤肥力存在一定的關(guān)系[4,68,24]，本研究發(fā)現(xiàn)土壤整體養(yǎng)分狀況與分形維數(shù)存在具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的負(fù)關(guān)聯(lián)，與團(tuán)聚體穩(wěn)定性呈正相關(guān)，即土壤養(yǎng)分越差，分形維數(shù)越高，土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性越低，說(shuō)明養(yǎng)分物質(zhì)的累積可以促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體團(tuán)聚形成水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，這與張先鳳等[6]的研究結(jié)論相同。

　　其中，土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤團(tuán)聚體的膠結(jié)劑，其含量越高，可能會(huì)減緩?fù)寥缊F(tuán)聚體崩解速度以及加快膠結(jié)速度，有利于團(tuán)聚體穩(wěn)定[4]，由于SOM是土壤中氮、磷的主要來(lái)源之一，這三種養(yǎng)分的來(lái)源具有一致性，因此SOM、TN、TP的荷載相同[7]，這與吳夢(mèng)瑤等[8]對(duì)賀蘭山不同植被的土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的研究得到的結(jié)論一致，即較高含量的有機(jī)質(zhì)、TN、TP有助于團(tuán)聚體的穩(wěn)定。研究表明，本區(qū)域土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)在一定程度上反映了土壤化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)狀況，表征了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定程度。

　　4結(jié)論

　　(1)夾金山不同坡向坡位土壤機(jī)械性穩(wěn)定團(tuán)聚體主要以>1mm粒徑為組成;水穩(wěn)性微團(tuán)聚體(粒徑<0.25mm)較機(jī)械穩(wěn)定性微團(tuán)聚體占比有所上升，陰坡下坡位水穩(wěn)性微團(tuán)聚體占比最高(40.8%)。(2)綜合ASI指數(shù)和PAD指數(shù)來(lái)看，中坡位土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較優(yōu)于下坡位，陰坡土壤穩(wěn)定性最次。(3)坡向、坡位均對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和分形特征產(chǎn)生影響，且二者存在交互作用，其中坡向是主要影響因素，這種影響主要是通過(guò)坡向?qū)ν寥牢锢硇再|(zhì)的影響決定的，植物群落特征和土壤化學(xué)性質(zhì)也存在一定作用。

　　在本研究區(qū)域土壤團(tuán)聚體分形維數(shù)不僅能反映土壤結(jié)構(gòu)幾何形狀特征，還能表征土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且具有一定的環(huán)境指示作用，可以作為綜合衡量團(tuán)聚體穩(wěn)定性的指標(biāo)。對(duì)于水土流失嚴(yán)峻的夾金山高山灌叢區(qū)域，應(yīng)該以保護(hù)現(xiàn)有植被為主，并輔以適宜的水保措施，對(duì)改善高山峽谷區(qū)灌叢群落土壤結(jié)構(gòu)，減少水土流失和促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有一定意義。

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　　作者：李禹江1，張榮2，王琴1，張瀚文1，李婧1，王芳1，涂利華1，郝建鋒1,3**

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