祁连山南坡不同植被类型枯落物及其土壤持水特性分析

袁杰, 曹广超, 2,*, 曹生奎, 赵青林



祁连山南坡不同植被类型枯落物及其土壤持水特性分析

袁杰1, 曹广超1, 2,*, 曹生奎1, 赵青林1

1. 青海师范大学, 青海省自然地理与环境过程重点实验室, 西宁 810008 2. 青海师范大学, 研究生院, 西宁 810008

祁连山南坡地处青藏高原东北部, 是西北内陆重要的水源涵养区和高寒生态脆弱区, 近年来由于全球变暖和人类活动共同影响, 该区生态环境发生了明显变化, 基于此对该区不同植被类型枯落物和土壤持水性能进行分析, 并利用不同植被类型土壤理化性质对其持水差异原因进行分析。研究发现: 不同植被类型枯落物持水性能存在显著差异, 其中枯落物蓄积量为青海云杉(17.80 t·hm–2)>混合灌丛(15.50 t·hm–2)>祁连圆柏(6.08 t·hm–2)>高寒草甸(4.08 t·hm–2)>高山草地(3.33 t·hm–2), 自然含水量为混合灌丛 (7.58 t·hm–2) >青海云杉(2.13 t·hm–2) >高寒草甸(1.25 t·hm–2) >高山草地(1.17 t·hm–2) >祁连圆柏 (0.75 t·hm–2), 最大持水量为青海云杉(30.33 t·hm–2)>混合灌丛(19.67 t·hm–2)>祁连圆柏(10.25 t·hm–2)>高寒草甸(4.08 t·hm–2)>高山草地(3.17 t·hm–2); 不同植被类型土壤质量含水量(<0.01)、贮水量(<0.05)及饱和蓄水量(<0.001)之间存在显著差异; 不同植被类型土壤容重、总孔隙度、砂含量、粉砂含量、黏粒含量及有机质含量因不同植被类型立地条件和生长环境的影响而具有明显差异。经分析后发现, 各土壤理化指标都不同程度的影响着各植被类型的持水性能, 其中土壤容重和砂粒越大, 相应的土壤持水能力越差, 土壤粉砂、黏粒、总孔隙度及有机质越大, 相应的土壤持水能力越好。

不同植被类型; 枯落物; 土壤持水性能; 相关性

1 前言

水是生命之源, 是人类赖以生存的基础, 进入21世纪以来随着水资源破坏和水环境恶化, 水资源短缺问题日益突出。祁连山地处青藏高寒区、西北干旱区和东部湿润区交界带, 是西北地区重要的水源涵养区[1], 由于境内海拔梯度高、水系分布广泛、植被水源涵养功能强而担负着青藏高原东北部乃至整个河西绿洲的生态安全[2]。然而近些年来由于全球变化和人为活动的影响下, 该区的生态系统功能正在发生着明显变化, 并且引起国家领导人和国内外相关学者广泛关注[3]。国家层面习总书记提出了“绿水青山就是金山银山”的论证, 并在青海考察时强调“尊重自然、顺应自然、保护自然, 坚决筑牢国家生态安全屏障”; 学术界方面则由2017年1月一篇名为《两位生态学博导四问祁连山生态保护》被广泛转载而得到了有关部门的重视, 并采取了相应惩处措施, 由此可见“生态保护”被提升到了一个前所未有的高度。基于此, 国内外学者在祁连山地区进行了大量研究, 如刘贤德、牛赟、张学龙等分别对祁连山区森林土壤水文特征[4]、森林土壤碳、氮[5]和不同灌丛生物量分配特征[6]进行了相关研究, 发现祁连山林地土壤的贮水性能和调节水分的潜在能力明显好于无林地, 而林地土壤碳氮直接受祁连山成土母质和人为活动的直接影响; 车宗玺、王雅琼、王顺利[7–9]等分别对祁连山草地土壤抗冲性、温度、水分变化进行了相关研究, 发现草地类型中亚高山灌丛草甸土壤持水性能最好并且草地土壤温度和海拔高度呈线性正相关关系, 另外与海拔、坡度、地上生物量、植物多样性相比, 植被盖度和根系密度对土壤抗冲性的影响更为突出。但从现有研究来看, 这些研究都集中在祁连山北坡且对不同植被类型枯落物及土壤持水性能方面的研究较少。基于此, 本研究以青海省境内祁连山南坡为研究对象, 采集该区域不同植被类型枯落物及土壤, 并对其持水特性进行分析, 以期为该区生态保护、水资源合理配置提供科学的理论基础和科学依据。

2 材料和方法

2.1 研究区概况

祁连山南坡地处祁连山中段腹地, 位于青藏高原东北缘, 黄土高原西缘, 为黄土高原向青藏高原的过渡地带, 是青藏高原特征和黄土高原特征的综合体[10], 地理位置为98°08′13″—102°38′16″ E, 37°03′17″—39°05′56″ N, 面积约为2.4万 km2。区内以山地地貌为主, 地形复杂, 相对高差较大, 海拔范围介于2257 m—5235 m。太阳辐射强, 气温日较差大, 祁连山南坡年均气温在-5.9 ℃, 年极端最高温为30.5 ℃, 极端最低气温为-37.1 ℃, 属于大陆性高寒半湿润山地气候[11]。土壤类型主要有高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、山地草甸土、山地栗钙土、山地灰褐土、黑钙土、栗钙土、草甸土和沼泽土10大类, 又根据不同土质分为淋溶高山草甸土、碳酸盐高山草甸土等26个亚类。主要植被类型有高山草地、灌丛、针叶林, 其中草地优势种为小蒿草、线叶蒿草、针茅、芨芨草、禾草等, 主要灌丛类型为金露梅、银露梅、高山柳、箭叶锦鸡儿、白刺、沙棘、小叶锦鸡儿等, 森林植被类型中天然乔木主要包括青海云杉、祁连圆柏、油松林、山杨林、桦木林等, 人工林植被主要为杨树林[12], 主要承担水源涵养和产水功能, 以及栖息野生动物、制造氧气和保持水土功能。

2.2 研究方法

2.2.1 样品采集

于2017年7—8月对研究区全面调查的基础上, 进行实地样品采集, 分别对海拔梯度范围在3000—4000 m之间的草地、灌丛、林地进行采样, 其中草地类型选择高寒草甸和高山草地, 灌丛选取具有代表性的混合灌丛, 林地选择青海云杉和祁连圆柏, 待样地选择结束后, 为了降低空间异质性, 分别对每类样地设立20 m*20 m样方, 每类样地样方内随机布设3个大小均为1 m*1 m样方进行枯落物采集, 并用直径为5 cm的土钻钻取0—50 cm(钻取间隔为10 cm)的土壤样品, 共采集枯落物15件(表1), 土壤样品75件, 具体样地信息见表1。

2.2.2 试验处理及方法

所有样品经现场称重后带回实验室进行处理, 各植被类型枯落物采用室内浸水法测定, 将枯落物自然晾干后放入大小统一的纱布袋, 称重, 放入水中浸泡24 h称重, 计算其持水性能和吸水速率; 各植被类型土壤样品测其容重后, 自然风干, 称重, 其中土壤水分-物理性质测定采取下列计算公式(表2),土壤粒度由英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪进行测定, 测量时待遮光度分布在17%—20%之间, 重复测量三次, 取其平均值为最后结果[13], 土壤有机质含量采用经典重铬酸钾氧化滴定法测定[14]。所有指标测定计算完成后利用Excel 2016和SPSS 21.0软件对数据进行分析, 采用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行差异性分析(<0.05), 利用Grapher 10.0进行图表制作。上述各指标计算公式[15-16]见表2。

3 结果和分析

3.1 不同植被类型枯落物持水特性分析

不同植被类型枯落物的多少受植被类型种类、海拔高度、坡度等因素影响, 枯落物蓄积量的大小直接决定着不同植被类型滞留水分从而发挥涵养水源的能力, 影响着土壤持水性能[17-18], 通过对不同植被类型单位面积枯落物蓄积量分析(图1), 青海云杉枯落物蓄积量最大(17.80 t·hm-2), 其次为混合灌丛(15.50 t·hm-2)、祁连圆柏(6.08 t·hm-2), 高寒草甸(4.08 t·hm-2)和高山草地(3.33 t·hm-2)蓄积量最小, 经LSD检验, 青海云杉和混合灌丛蓄积量与其它植被类型存在显著差异(<0.05), 祁连圆柏、高寒草甸与高山草地枯落物蓄积量差异性不显著, 表明就不同植被枯落物而言, 青海云杉和混合灌丛的持水性能潜力强于其它3类植被类型。

表2 枯落物及土壤相关指标计算公式

注: 不同小写字母表示不同植被类型之间差异性显著(P<0.05)

另外通过不同植被类型枯落物层各持水性能指标发现(表3), 混合灌丛自然含水量均值最大(7.58 t·hm-2), 其次为青海云杉(2.13 t·hm-2)、高寒草甸(1.25 t·hm-2)、高山草地(1.17 t·hm-2), 祁连圆柏最小(0.75 t·hm-2), 经方差分析, 混合灌丛和其它植被类型自然含水量方面存在显著差异(<0.05); 各植被类型枯落物层最大持水量均值大小依次为青海云杉(30.33 t·hm-2)>混合灌丛(19.67 t·hm-2)>祁连圆柏(10.25 t·hm-2)>高寒草甸(4.08 t·hm-2)>高山草地(3.17 t·hm-2),青海云杉和混合灌丛最大持水量之间存在显著差异且分别与其它3类植被类型差异显著(< 0.05);各植被类型枯落物层最大和有效拦蓄量大小顺序一致, 依次为青海云杉>混合灌丛>祁连圆柏>高寒草甸>高山草地, 经方差分析可知青海云杉和混合灌丛枯落物层最大和有效拦蓄量与其余3类植被类型存在显著差异(<0.05); 各植被类型枯落物层最大持水率大小依次为混合灌丛(289.18%)>青海云杉(240.89%)>祁连圆柏(212.46%)>高山草地(162.50%)>高寒草甸(152.46%); 各植被类型枯落物最大拦蓄率和有效拦蓄率大小一致, 依次为青海云杉>祁连圆柏>混合灌丛>高山草地>高寒草甸。上述枯落物持水性能指标中, 枯落物的有效拦蓄量可以更真实反映枯落物对降雨的实际拦蓄能力[19], 从而反映枯落物持水性能的强弱, 结合不同植被类型枯落物蓄积量可以看出青海云杉枯落物蓄积量最大且有效拦蓄量也较其它植被类型大, 其次为混合灌丛、祁连圆柏、高寒草甸和高山草地, 说明枯落物综合持水性能由强至弱依次为青海云杉、混合灌丛、祁连圆柏、高寒草甸、高山草地。

3.2 不同植被类型土壤持水特性分析

土壤持水性能是除植被枯落物外另一个评价植被类型涵养水源的重要体现, 可以反映植被类型土壤持水和调蓄能力, 评价枯落物层下土壤的水文功能[20], 由图2(a)可以看出, 高寒草甸土壤质量含水量变化范围在14.02%—21.45%, 在0—50 cm内变化不大, 呈表层向下先减后增的趋势, 高山草地土壤质量含水量变化范围7.24%—28.67%, 在10—20 cm处达到最大, 自20 cm开始逐层递减, 混合灌丛土壤质量含水量变化范围在13.80%—38.88%, 呈现自表层开始向下逐层递减趋势, 青海云杉土壤质量含水量变化范围47.03%—56.55%, 以30 cm为界, 界上质量含水量高于界下, 祁连圆柏土壤质量含水量变化范围在9.47%—16.48%, 整体偏低, 在30—40 cm处达到最大值; 各植被类型土壤贮水量如图2(b)所示, 在不同土层存在明显差异, 其中高寒草甸和高山草地变化趋势一致, 变化范围在11.67 mm—24.70 mm, 大致以30 cm为界, 界上土壤贮水量明显大于界下, 混合灌丛土壤贮水量变化范围在20.61 mm—36.67 mm, 明显大于其它植被类型并在20 cm处达到最大, 20 cm开始递减, 青海云杉和祁连圆柏土壤贮水量变化范围在11.07 mm—31.72 mm, 最大值分别出现在20 cm和50 cm层, 都呈现出先增后减再增的趋势, 各植被类型土壤饱和蓄水量基本呈自表层向下逐层递减趋势, 变化范围在398.05 t·hm-2—815.37 t·hm-2, 其中青海云杉各土层土壤饱和蓄水量明显大于其它植被类型。

表3 不同植被类型枯落物层持水性能

注: 同列不同小写字母表示不同样地之间差异显著(<0.05)。

对不同植被类型和同一植被类型不同土层土壤蓄水指标进行差异性分析可知(表4), 不同植被类型土壤质量含水量之间存在显著差异(<0.01), 同一植被类型不同土层间质量含水量同样存在差异(<0.01), 不同植被类型之间土壤贮水量也表现出显著差异(<0.05), 但同一植被类型不同土层间土壤贮水量差异不明显(0.4089), 各植被类型土壤饱和蓄水量存在极显著差异(<0.001), 同一植被类型不同土层间土壤饱和蓄水量同样呈极显著差异(<0.0001)。综上分析, 通过各植被类型土壤质量含水量、贮水量及饱和蓄水量可以看出, 青海云杉土壤持水性能最强, 其次为混合灌丛、高山草地、高寒草甸, 祁连圆柏综合持水性能较弱, 且不同植被类型之间各蓄水指标存在不同程度差异性。

图2 不同植被类型土壤蓄水指标

表4 不同植被类型土壤蓄水指标差异性分析

3.3 不同植被类型土壤物理性质分析

土壤容重、总孔隙度、质地及有机质是土壤基本特性之一, 能直观的反映土壤的松紧、孔隙大小、颗粒组成和发育情况[21], 通过上述指标进一步分析可以间接性分析土壤蓄水性能差异的原因。其中, 土壤自然容重越大说明土壤越紧实, 孔隙数量越少, 从而导致土壤的水分和空气状况变差, 由图3(a)可以看出, 各植被类型土壤容重基本随土壤层的增加而递增且自10 cm开始各植被类型土壤容重发生较大变化, 高寒草甸和高山草地土壤容重明显高于其它植被类型, 青海云杉各土层土壤容重最小; 土壤总孔隙是影响土壤渗透性能、决定地表产流的关键因素, 其高低直接决定着土壤的蓄水性能, 各类型土壤总孔隙度和土壤容重沿土层呈相反趋势, 自表层开始向下逐层递减(图3b), 其中以青海云杉为例, 其土壤容重低, 相应的土壤就松散, 其孔隙度也就越高, 相应的其蓄水能力也就越强。

各植被类型土壤黏粒(<4 μm)沿土层变化趋势如图4(a)所示, 混合灌丛土壤黏粒组分各土层明显低于其它植被类型, 呈先增后减趋势, 高寒草甸土壤黏粒自表层向下逐层递减, 40 cm处黏粒成分增加, 高山草地土壤黏粒基本呈表层向下逐层递减趋势, 青海云杉土壤黏粒在各土壤层变化趋势不明显, 祁连圆柏土壤黏粒含量变化趋势与高山草地相同, 呈自表层向下逐层递减趋势; 祁连圆柏和青海云杉各土层粉砂(4—63 μm)含量明显大于其它植被类型且以30 cm为界呈先增后减趋势, 混合灌丛土壤粉砂含量在20 cm处达到最大值, 20 cm开始向下呈递减趋势, 高寒草甸土壤粉砂含量在0—40 cm呈递减趋势, 40 cm开始粉砂含量明显增加, 高山草地土壤粉砂含量沿土层变化混乱, 无明显变化规律4(b); 高寒草甸、高山草地及混合灌丛各土层砂含量(>63 μm)明显大于青海云杉和祁连圆柏, 其中混合灌丛土壤砂含量波动最明显, 随土层深度增加砂含量占比越大, 高寒草甸和高山草地砂含量变化趋势分别和各自粉砂含量变化趋势一致4(c)。各植被类型土壤有机质相较于土壤质地, 在土层变化趋势较为一致, 基本自表层向下逐层递减4(d), 其中青海云杉各土层有机质最大, 其次为混合灌丛, 高寒草甸和高山草地土壤有机质含量在10—30 cm差异较大, 祁连圆柏土壤有机质含量整体小于其它植被类型。

图3 不同植被类型土壤容重和总孔隙度

图4 不同植被类型土壤质地和有机质分析

综上可以看出, 青海云杉由于各土层容重较小, 所以其土壤结构较其它植被类型松散, 孔隙多, 加之土壤黏粉比大决定了青海云杉土壤有机质含量高且持水性能优于其它植被类型, 混合灌丛土壤容重较剩余植被类型小, 孔隙度高, 其蓄水性能也随之较其余植被类型高, 高寒草甸和高山草地土壤容重较大, 土壤结构紧密, 导致其土壤中孔隙偏少, 加之两类草地各层土壤黏粒含量稳定, 导致土壤吸收土壤水分能力较差, 所以两类草地土壤持水性能较青海云杉和混合灌丛弱, 祁连圆柏在研究区基本生长在坡度较大的阳坡, 其土层厚度一般不超过50 cm, 50 cm下为成土母质, 土壤发育强度低于其它植被类型, 其土壤自然含水量和贮水量明显低于其它植被类型, 所以相较于其它植被类型, 祁连圆柏土壤持水性能较差。

4 讨论

祁连山南坡即是我国西北内陆的重要水源涵养区又是高寒地区生态脆弱带, 各植被类型土壤持水性能直接决定该区整体的水源涵养功能, 而不同植被类型由于其生长环境不同而影响各自的持水性能, 本研究分别对地上枯落物和地下土壤进行了分析。对于前者, 枯落物的多少直接决定了不同植被类型的地上持水性能, 对于后者本研究分别对不同植被土壤持水指标和物理性质进行了分析, 那么影响植被类型土壤持水性能的因素到底是什么？影响程度如何？本研究尝试性的做了一些分析, 分别对各植被类型土壤持水指标和物理性质指标进行了相关性分析, 分析发现高寒草甸土壤质量含水量分别与总孔隙度(<0.01)和粉砂含量(<0.05)呈显著正相关(图5-b、c), 与土壤容重(<0.01)和砂含量(<0.05) 呈显著负相关(图5-a、d); 高寒草甸土壤饱和蓄水量和土壤容重(图5e)呈显著负相关(<0.0001), 和土壤总空隙度(<0.0001)、有机质(<0.05)和黏粒(<0.05)呈显著正相关(图5-f、g、h), 高寒草甸土壤贮水量和各物理性质均无显著相关性(未在图中列出), 综上可以看出, 土壤容重、质地及土壤有机质的大小是影响高寒草甸土壤蓄水和含水能力强弱的关键因子, 其中土壤容重的大小直接决定了土壤总孔隙度的多少, 进而直接影响了土壤质量含水量和土壤饱和蓄水量, 土壤粉砂和砂含量间接的影响土壤中含水量的大小, 土壤有机质和黏粒含量作为土壤发育指标之一, 影响着土壤饱和蓄水量的大小。

图5 高寒草甸持水性能影响因素

高山草地土壤物理指标和持水指标相关性分析见图6(a—j), 其中土壤质量含水量和土壤容重呈显著负相关(<0.0001), 与土壤总空隙度和土壤有机质呈显著正相关(<0.0001), 土壤贮水量分别和土壤总孔隙度(<0.001)、容重(<0.001)、有机质(<0.0001)和粉砂含量(<0.05)呈显著正相关, 土壤饱和蓄水量和容重呈显著负相关(<0.0001), 和土壤有机质呈显著正相关(<0.001), 相较高寒草甸, 高山草地质量含水量的大小除受土壤容重影响外, 还受土壤有机质的影响, 有机质含量越高, 质量含水量也越大, 此外与高寒草甸不同, 高山草地土壤贮水量分别不同程度受到土壤容重、总孔隙度、有机质和粉砂含量的影响, 土壤饱和蓄水量和高寒草甸相似, 其值大小受土壤容重和土壤有机质影响。

混合灌丛生长环境较为特殊, 是介于草地-林地垂直地带中间的一类植被类型, 这也导致了其土壤理化性质的复杂性, 分析发现混合灌丛土壤质量含水量和所有土壤物理性质都有显著相关且呈极显著相关(图7a—f), 土壤贮水量与黏粒(<0.01)、粉砂(<0.001)、有机质含量(<0.05)呈正相关(图7-g, h, j), 和砂含量(图7i)呈显著负相关(<0.05), 混合灌丛土壤饱和蓄水量分别与土壤容重(<0.0001)和砂含量(<0.01)呈显著负相关, 与土壤黏粒(<0.01)、粉砂(<0.01)及有机质含量(<0.001)呈显著正相关(图7k~o), 可以看出混合灌丛土壤蓄水和持水受影响因素较其它植被类型多。

图6 高山草地持水性能影响因素

青海云杉和祁连圆柏土壤蓄水和持水指标与各物理性质相关性分析如图8所示, 其中图8a、b、c为青海云杉与各指标相关性, 图8d、e、f为祁连圆柏与各指标相关性, 可以看出青海云杉土壤质量含水量与各物理指标无显著相关性, 土壤贮水量和黏粒含量呈显著正相关(<0.05), 土壤饱和蓄水量和土壤容重呈显著负相关(<0.0001), 和土壤有机质呈显著正相关(<0.05); 祁连圆柏土壤质量含水量和贮水量与各物理指标无显著相关性, 土壤饱和蓄水量和粉砂含量呈显著正相关(<0.01), 与土壤砂含量(<0.05)和土壤容重(<0.0001)呈显著负相关。研究区地处青藏高原东缘属典型高寒生态圈, 受立地条件、生长环境及各植被类型土壤理化性质的影响, 各植被类型持水和蓄水能力都具有显著的差异, 其中各植被类型枯落物蓄积量青海云杉>混合灌丛>祁连圆柏>高寒草甸>高山草地, 枯落物蓄积量的多少直接导致不同植被类型枯落物持水性能强弱, 经分析发现, 各类型枯落物持水能力强弱和蓄积量大小顺序相同, 这与赵锦梅、王洪英[22-23]等人的研究结果一致, 另外各植被类型土壤持水能力由于受到各类型土壤理化性质的影响, 也具有明显的差异, 各植被类型土壤质量含水量均值青海云杉>混合灌丛>高山草地>高寒草甸>祁连圆柏, 土壤贮水量均值混合灌丛>青海云杉>高山草地>高寒草甸>祁连圆柏, 土壤饱和蓄水量均值青海云杉>混合灌丛>祁连圆柏>高寒草甸>高山草地, 可以看出各植被类型土壤持水能力由于不同的生境而产生明显差异, 分析后发现青海云杉土壤持水性能受土壤黏粒、容重、有机质的影响较大, 祁连圆柏土壤持水性能受土壤粉砂、砂、容重的影响较大, 混合灌丛由于地处草地-林地-草甸过渡带, 其土壤持水能力受土壤容重、质地、有机质及总空隙度等因子的共同影响, 高山草地和高寒草甸土壤持水性能受土壤容重、粉砂、砂及有机质的影响较大, 可以看出土壤容重、质地、有机质作为土壤最基本的理化性质指标, 不同程度的影响着各植被类型的土壤持水能力。本研究对不同植被类型土壤持水性能的差异性做了相关分析, 分析中发现一些值得后续进行分析的问题, 如4类植被类型土壤持水性能受理化指标影响差异为什么不同, 为什么混合灌丛土壤持水性能受理化指标影响明显多余其它植被类型等, 这些问题都需要更进一步分析探讨。

图7 混合灌丛持水性能影响因素

5 结论

(1) 不同植被类型枯落物持水性能存在显著差异, 青海云杉和混合灌丛枯落物层蓄水持水能力明显优于其它植被类型, 综合持水性能由强至弱依次为青海云杉、混合灌丛、祁连圆柏、高寒草甸、高山草地。

(2) 青海云杉土壤持水性能最强, 其次为混合灌丛、高山草地、高寒草甸, 祁连圆柏综合持水性能较弱且不同植被类型之间各蓄水指标存在差异性。

(3) 土壤容重、总孔隙度及有机质不同程度影响着植被类型蓄水能力, 土壤容重、总孔隙度、粉砂(4~63 μm)、砂(>63 μm)及黏粒(<4 μm)是影响不同植被类型土壤蓄水能力的主要因子, 其中土壤容重和砂粒含量与土壤蓄水能力呈负相关, 土壤总孔隙度、粉砂及黏粒含量和土壤蓄水能力呈正相关。

图8 青海云杉和祁连圆柏持水性能影响因素

[1] 车宗玺, 刘贤德, 李秉新, 等. 祁连山自然保护区不同高度带气候差异性分析[J]. 中国沙漠, 2010, 30(4): 940–945.

[2] 王洁, 贾文雄, 赵珍, 等. 祁连山北坡草甸草原地上生物量与土壤理化性质的关系[J]. 水土保持研究, 2017 (1): 36–42.

[3] 胡晓芬, 陈兴鹏, 逯承鹏, 等. 西北生态脆弱地区甘肃的生态安全时空演化格局[J]. 生态科学, 2017, 36(6): 165–172.

[4] 刘贤德, 李效雄, 张学龙, 等. 干旱半干旱区山地森林类型的土壤水文特征[J]. 干旱区地理, 2009, 32(5): 691–697.

[5] 牛赟, 刘贤德, 李新, 等. 祁连山大野口流域森林空间结构及水源涵养功能[J]. 中国沙漠, 2014, 34(6): 1685–1691.

[6] 张学龙, 赵维俊, 车宗玺. 祁连山青海云杉林土壤氮的含量特征[J]. 土壤, 2013, 45(4): 616–622.

[7] 车宗玺, 李进军, 汪有奎, 等. 祁连山西段草地土壤温度、水分变化特征. 生态学报, 2018, 38(1): 105–111．

[8] 王雅琼, 张建军, 李梁, 等. 祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性影响因子[J]. 生态学报, 2018, 38(1): 122–131.

[9] 王顺利, 王荣新, 敬文茂, 等.祁连山干旱山地草地生物量对水分条件的响应[J].干旱区地理, 2017, 40(4): 772–779.

[10] 刘贤德, 张学龙. 祁连山天然林-河西走廊生命线[J]. 森林与人类, 2004, 24(4): 16–19.

[11] 陈京华, 贾文雄, 赵珍, 等. 1982–2006年祁连山植被覆盖的时空变化特征研究[J]. 地球科学进展, 2015, 30(7): 834–845.

[12] 杨正国. 浅析祁连山森林草原可燃物种类数量及特征[J]. 中国科技博览, 2011, (11): 207–208.

[13] 鹿化煜, 安芷生. 黄土高原黄土粒度组成的古气候意义[J]. 中国科学 D 辑, 1998: 28(3): 278–283.

[14] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000.

[15] 张峰, 彭祚登, 安永兴, 等. 北京西山主要造林树种林下枯落物的持水特性[J].林业科学, 2010, 46(10): 6–14.

[16] 胡晓聪, 黄乾亮, 金亮. 西双版纳热带山地雨林枯落物及土壤水文功能[J].应用生态学报, 2017, 28(1): 55–63.

[17] 陈波, 杨新兵, 赵心苗, 等.冀北山地６种天然纯林枯落物及土壤水文效应[J].水土保持学报, 2012, 26(2): 196–202.

[18] BONKOWSKI M, SCHEU S, SCHAEFER M. Interactions of earthworms(), millipedes() and plants() in a beechwood on a basalt hill: Implications for litter decomposition and soil formation[J]. Applied Soil Ecology, 1998, 9(3): 161–166.

[19] 李学斌, 吴秀玲, 陈林, 等. 荒漠草原4种主要植物群落枯落物层水土保持功能[J].水土保持学报, 2012, 26(4): 189–193.

[20] 陈波, 孟成生, 赵耀新, 等.冀北山地不同海拔华北落叶松人工林枯落物和土壤水文效应[J].水土保持学报, 2012, 26(3): 216–221.

[21] 乔有明, 王振群, 段中华.青海湖北岸土地利用方式对土壤碳氮含量的影响[J].草业学报, 2009, 18(6): 105–112.

[22] 赵锦梅, 徐长林, 马亚萍, 等.祁连山东段高寒灌丛地被物与土壤的水文特征[J].林业科学, 2014, 50(10): 146–150.

[23] 王洪英, 杨文文, 张学培.晋西黄土区坡面林地土壤持水性能研究[J].干旱地区农业研究, 2005, 23( 6) : 147–150.

Analysis on litterfall and soil water retention properties of different vegetation types on the South Slope of Qilian Mountains

YUAN Jie1, CAO Guangchao1, 2*, CAO Shengkui1, ZHAO Qinglin1

1. Key Laboratory of Qinghai Province Physical Geography and Environmental Process, Qinghai Normal University, Xi'ning 810008, China 2. Graduate school of Qinghai Normal university , Xining 810008, China

Located in the northeastern of Qinghai-Tibet plateau, the southern slope of Qilian Mountains is the significant water conservation and alpine ecologically vulnerable area in northwestern inland of China. In recent years, the ecological environment of the southern slope has significantly changed due to global warming and human activities. This paper studied the water-holding capacity of litter and soil in different vegetation types and the reasons for water-holding variability among different vegetation types using the physicochemical properties of soils. The results showed that there were significant differences in water-holding capacity of litter among different vegetation types. The litter amount of growing stock were followed the following order:(17.80 t·hm–2)> Mixed shrub (15.50 t·hm–2)>(6.08t·hm–2)> Alpine meadow (4.08 t·hm–2)> Alpine grassland (3.33 t·hm–2). Natural moisture content of shrubs (7.58t·hm–2)>(2.13 t·hm–2)> Alpine meadow (1.25 t·hm–2)> Alpine grassland (1.17 t·hm–2)>(0.75 t·hm–2); the maximum water-holding capacity of(30.33 t·hm–2)> Mixed shrub (19.67 t·hm–2)>(10.25 t·hm–2)> Alpine meadow (4.08 t·hm–2)> Alpine grassland (3.17 t·hm–2). There were significant differences in soil water content (), soil water storage (), and soil saturated storage () among different vegetation types. The bulk density, total porosity, sand content, silt content, clay content, and organic matter content of the soils among vegetation types were significantly different due to their site conditions and growth micro-environment. It was found that the physicochemical properties of the soils had significant effects on the water-holding performance of vegetation types. Soil bulk density and sand content were negatively correlated with the soil water-holding capacity, respectively; while soil silt content, clay content, total porosity and organic matter content were positively correlated with the soil water-holding capacity, respectively.

different vegetation types; litterfall; water-holding capacity of soils; correlation

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.05.024

K903

A

1008-8873(2018)05-180-12

2018-06-25;

2018-09-06

国家自然基金(41361005); 青海省“高端创新人才千人计划”(青人才字[2016]11号); 青海省“135高层次人才培养工程”

袁杰(1989—), 男, 青海西宁人, 博士研究生, 主要从事地表环境过程研究, E-mail: yuanjie8903@126.com

通信作者:曹广超, 男, 博士生导师, 教授, 主要从事自然地理与地表环境过程研究, E-mail: caoguanchao@126.com

袁杰, 曹广超, 曹生奎, 等. 祁连山南坡不同植被类型枯落物及其土壤持水特性分析[J]. 生态科学, 2017, 37(5): 180-190.

YUAN Jie, CAO Guangchao, CAO Shengkui, et al. Analysis on litterfall and soil water retention properties of different vegetation types on the South Slope of Qilian Mountains[J]. Ecological Science, 2017, 37(5): 180-190.