黔中馬尾松成熟林土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性研究

黔中馬尾松成熟林土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性研究摘要:在貴州平壩8200m2的馬尾松成熟林中設(shè)82個(gè)10mx10m的網(wǎng)格樣地，分別采集網(wǎng)格中心。?5c<(a層)、5?10cm(b層)和10?20cm(c層)3個(gè)垂直土樣，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀(AK)7項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)，采用經(jīng)典與地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析土壤空間分布特征,為黔中馬尾松林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論參考。研究結(jié)果表明:①土壤SOC、TP、AP、TN、AN、TK和AK變異系數(shù)為24.25%?60.48%，均屬于中等變異程度;SOCc變異最大,TPb變異最小;SOCc、TKc和TNc最大值與最小值倍數(shù)為26.13、23.45和11.63倍,CV分別是60.48%、45.74%和50.48%,變異程度相對(duì)較大。土壤中除AP、TK兩種養(yǎng)分外,SOC、TN、TP、AN和AK含量隨土層厚度的增加而變小。②除TPa、TNc外,其余土壤養(yǎng)分R2決定系數(shù)均>0.5,說(shuō)明其模型擬合度較好;ANb、AKb結(jié)構(gòu)方差比<0.75,兩者空間屬于中等相關(guān)，其余結(jié)構(gòu)方差比均>0.75,說(shuō)明土壤養(yǎng)分在研究尺度上存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。③AP空間分布呈帶狀,含量由西向東逐漸降低,SOC、TP、TN、AN、TK和AK空間分布呈斑塊狀和環(huán)狀分布；SOC、TP、AN、TP西北與西南呈相反分布，且西北含量最高，西南最低；TN、TK和AK中坡位含量相對(duì)較高，由中心向四周逐漸遞減。關(guān)鍵詞：土壤養(yǎng)分；空間異質(zhì)性；變異系數(shù);黔中馬尾松成熟林土壤養(yǎng)分水平和垂直分布特征會(huì)直接或間接影響林地生產(chǎn)力和森林生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。Zhang等(2004)田將GIS技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，對(duì)愛(ài)爾蘭東南部草原地區(qū)的土壤有機(jī)碳空間異質(zhì)性進(jìn)行了研究。陳春燕(2015)何利用GIS分析九寨溝縣域土壤養(yǎng)分空間分布，突出土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性特征。在不同區(qū)域、尺度、背景下,沈凌等(2012)乳宋曰欽等(2015)四、顏耀(2017)F5G分別對(duì)廣西與貴州、黃山市屯溪區(qū)和紅壤侵蝕區(qū)不同區(qū)域作了研究,認(rèn)為土壤養(yǎng)分在水平和垂直空間分布上存在差異。研究黔中馬尾松成熟林土壤養(yǎng)分空間變異及其規(guī)律,對(duì)開(kāi)展黔中馬尾松林林分結(jié)構(gòu)調(diào)整、林木生長(zhǎng)、分布、功能等有重要的意義，能為黔中馬尾松林合理、有效經(jīng)營(yíng)提供理論參考。1研究區(qū)概況研究區(qū)位于貴州省安順市平壩區(qū)白云鎮(zhèn)東部(26°19'00"?26°19'32"N,106°15,8”?106°15'49”E),屬于亞熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)氣候，海拔為963-1646m,年降雨量為1146.3mm,降雨主要集中在6一9月，年均氣溫為18.34,1月平均氣溫為65,最低溫度為一7.46,7月平均氣溫為23.57,年日照時(shí)長(zhǎng)為1079.581220.1h,無(wú)霜期為293d。海拔由西北向東逐漸降低，中部較平整，土壤類(lèi)型為黃壤、黃棕壤。林層明顯，喬木主要有馬尾松(PinusmassonianaLamb)、杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook)、黑松(PinusthunbergiiPari.)、光皮樺(BetulaluminiJraH.Winkl)等；灌木層包括杜鵑(RhododendronsimsiiPlanch.)、麻棟(QuercusacutissimaCarruth.)、鼠刺(IteachinensisHook.etArn.)、山/(CamelliajaponicaL.)等；草本層包括芒草(Miscanthus)、蕨類(lèi)(Pteridophyta)、粉枝莓(RubusbiHorus)等。2材料與方法2.1樣地設(shè)置在貴州平壩8200m2的馬尾松成熟林中設(shè)82個(gè)10m910m的網(wǎng)格樣地,共劃分82個(gè)網(wǎng)格樣地。土壤采樣分別采集網(wǎng)格中心a、b和c層土樣裝袋混勻帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩;用。具體測(cè)定方法有SOC-重；酸鉀氧化法、TN-凱氏定氮法、AN-擴(kuò)散吸收法、TP氫氧化鈉堿溶-CD抗比色法、AP碳酸氫鈉浸提-CD抗比色法、TK-火焰光度法、AK乙酸H浸提-火焰光度法回。2.3指標(biāo)分析方法2.3.1經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS17.0軟件計(jì)算a、b和c層土壤養(yǎng)分的最大值(Max)、最小值(Min)、均值(Mean)、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)及變異系數(shù)(CV),CV大小差異表示土壤養(yǎng)分之間變異的強(qiáng)弱,CV<10%,為弱變異性；10%!CV<100=為中等變異性;CV>100%為強(qiáng)變異性7〕。對(duì)3個(gè)土層的SOC、TP、TN、TK、AP、AN和AK等7項(xiàng)土壤養(yǎng)分空間分布進(jìn)行描述性分析，用相關(guān)分析法分析土壤a、b和c層養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系，利用K-S檢驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，各養(yǎng)分指標(biāo)均符合正態(tài)分布。地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析主要采用半變異函數(shù)中的指數(shù)和高斯模型,擬合最優(yōu)變異函數(shù)模型及其參數(shù),定量分析各土壤養(yǎng)分空間變異特征。模型參數(shù)包括塊金值(C0)、拱高(C)、基臺(tái)值(C0+C)、變程(A)和結(jié)構(gòu)方差比[1-C0/(C0+C)],結(jié)構(gòu)方差比的大小反映土壤養(yǎng)分

空間自相關(guān)變異，結(jié)構(gòu)方差比！25%時(shí)，空間自相關(guān)弱變異;結(jié)構(gòu)方差比為25%?75%時(shí)，自相關(guān)中等變異;結(jié)構(gòu)方差比&75%時(shí)，自相關(guān)強(qiáng)烈變異。變程（A）的大小表示樣本間自相關(guān)范圍距離大小。其中，經(jīng)典統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析基于SPSS17.0（描述性統(tǒng)計(jì)，Pearson相關(guān)性分析）、地統(tǒng)計(jì)分析GS+7.0（半變異分析）、ArcGIS10.2（克里金格插值）等軟件完成。3結(jié)果與分析3.1水平變異分析由表1得出，a、b、c3層土壤的SOC、TP、AP、TN、AN、TK和CK水平空間變異系數(shù)為24.25%?GO.'#%，均屬于中等變異程度;SOCc變異最大,RPb變異最??；SOCc、TKc和TNc最大值與最小值倍數(shù)為26.13、23.45和11.-3倍，CV分別是60.48%、45.74%和50.48%,變異程度相對(duì)較大。土壤除AP、TK兩種養(yǎng)分外,SOC、TN、TP、AN和AK含量隨土層厚度的增加而減少。研究區(qū)a、b、c3層土壤養(yǎng)分7項(xiàng)指標(biāo)K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明，均符合正態(tài)分布，符合地統(tǒng)計(jì)分析。3.2垂直變異分析從表2可以看出,APc、ANb和Akb高斯模型擬合，其余均用指數(shù)模型模擬，除TPa、TNc外，其余土壤養(yǎng)分R2決定系數(shù)均＞0.5,說(shuō)明其模型擬合度較好;ANb、AKb結(jié)構(gòu)方差比＜0.75,兩者空間屬于中等相關(guān)，其余結(jié)構(gòu)方差比均＞0.75，說(shuō)明土壤養(yǎng)分在研究尺度上存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。1土壤各養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)特征指標(biāo)分層均值標(biāo)準(zhǔn)差最大值最小值變異系數(shù)/%偏度峰度K-S檢驗(yàn)SOC/(g,kg|-a38.1414.8277.768.9438.850.523.270.47b21.299.6546.922.0045.341.507.310.88c16.9610.2653.022.0360.481.625.680.05TPa0.260.070.480.1527.110.913.490.16/(g，kg|-b0.240.060.370.1024.250.262.780.66c0.220.060.430.1126.360.044.640.87AP/(mg-kg"1)a11.603.2019.653.6427.630.483.000.01b12.973.9323.474.1930.320.883.470.03c13.445.2626.634.7339.110.702.940.00TN/(mg-kg")a12.715.1929.053.9740.881.144.070.23b9.454.6122.873.3248.850.883.250.17c8.184.1319.301.6650.481.043.820.07AN/(mg-kg")a78.8528.77164.2322.3436.490.943.920.31b47.8816.5693.4319.0234.591.527.160.53c35.8912.3271.2610.4734.330.844.090.92TK/(g-kg"1)a12.565.4334.314.7143.191.332.390.12b15.116.1636.713.6740.770.981.360.23c15.206.9544.373.7345.731.503.560.15AK/(mg-kg")a97.7834.74226.1939.9435.531.212.610.38b64.6319.87110.6031.8330.740.32(0.77)0.57c62.4923.56140.4923.9437.701.151.650.19

2土壤養(yǎng)分變異函數(shù)擬合模型及參數(shù)養(yǎng)分指標(biāo)分層最適模型塊金值CO基臺(tái)值C0+C結(jié)構(gòu)方差比[1"C0/(C=C0)]主變程A決定系數(shù)R2SOC/(g,kg|-a指數(shù)23.10230.700.90017.70.864料b指數(shù)0.3086.500.99724.90.820料c指數(shù)12.90111.900.8859.30.511*TP/(g，kg|-a指數(shù)0.00030.0050.95014.90.467b指數(shù)0.00040.0040.88721.00.649*c指數(shù)0.00020.0030.93016.50.695*AP/(mg-kg"1)a指數(shù)0.5110.200.9509.60.714**b指數(shù)0.4815.050.9687.20.720**c高斯3.0928.910.89316.30.522*TN/(mg-kg")a指數(shù)0.0020.270.9907.80.802**b指數(shù)0.0140.210.9340.90.700**c指數(shù)0.0130.180.92715.00.308AN/(mg-kg")a指數(shù)33.00815.700.96017.70.876**b高斯188.00586.900.680172.50.953***c指數(shù)0.70143.300.99512.30.603*TK/(g-kg"1)a指數(shù)3.7332.110.88034.20.911***b指數(shù)8.6048.550.82359.40.959***c指數(shù)12.8061.630.79261.80.937***AK/(mg-kg")a指數(shù)18.001420.000.9907.60.573*b高斯186.20429.600.56728.40.784**c指數(shù)74.00598.700.87615.60.731**注產(chǎn)表示PV0.001；群表示0.001<P<0.01；*表示0.01VPV0.053.3土壤空間分布特征分析運(yùn)用Arcgisl0.2中地統(tǒng)計(jì)擴(kuò)展模塊(GeostatisticalAnalyst)下的克里金(Kriging)插值方法，利用5%的采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行交叉檢驗(yàn)，精度均符合插值要求。通過(guò)插值可知,CO空間分布呈帶狀，含量由西向東逐漸降低,SOC、RP、^N、A+、Tk和Ck空間分布呈斑塊狀、環(huán)狀分布，且分布變化趨勢(shì)平緩穩(wěn)定;SOC、RP、A+、RP西北與西南呈相反分布，西北含量最高，西南最低；!N、Tk和Ak中坡位含量相對(duì)較高，由中心向四周逐漸遞減；土壤養(yǎng)分空間分布格變化過(guò)度緩慢平穩(wěn)，過(guò)渡距離小，數(shù)值分布均勻：4結(jié)論土壤SOC、RP、AP、!N、A+、IK和AK水平空間變異系數(shù)在24.25%?60.48%之間，均屬中等變異程度;SOCc變異最大,RPb變異最小;SOCc、RKc和RNc最大值與最小值倍數(shù)為26.13、23.45和11.63倍,CV分別是60.48%、45.74%和50.48%，變異程度相對(duì)較大。除AO、K兩種養(yǎng)分之外，SOC、!N、RP、AN和AK養(yǎng)分含量隨土層厚度的增加而減少。除RPa、RNc外,其余土壤養(yǎng)分R2決定系數(shù)均(0.5,說(shuō)明其模型擬合度較好;ANb、AKb結(jié)構(gòu)方差比<0.75，兩者空間屬于中等相關(guān),其余結(jié)構(gòu)方差比均*0.75，說(shuō)明土壤養(yǎng)分在研究尺度上存在強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。AP空間分布呈帶狀，含量由西向東呈逐漸減少,SOC、RP、!N、AN、TK和AK空間分布呈斑塊狀、環(huán)狀分布；SOC、RP、AN、RP西北與西南呈相反分布，西北含量最高，西南最低;!N、IK和AK中坡位含量相對(duì)較高，由中心向四周逐漸遞減：5討論在受活動(dòng)影響較小的情況下，黔中馬尾松成熟林土壤養(yǎng)分具有空間分布特征。鄭姍姍等(2014)隊(duì)呂貽忠(2005)等㈣、王琳等(2004)㈣在不同地區(qū)的森林土壤空間研究表明，土壤養(yǎng)分的空間分布規(guī)律具有明顯垂直分布特征,受海拔、坡向、坡度等環(huán)境因子影響:本次研究與之前的研究相