摘 要：【目的】青海云杉是我國(guó)青藏高原東北邊緣的特有樹種，研究其天然更新對(duì)土壤物理性質(zhì)的響應(yīng)，從而為祁連山青海云杉次生林的恢復(fù)和管理及可持續(xù)利用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^(guò)對(duì)分布在祁連山排露溝流域的青海云杉林設(shè)置海拔梯度固定樣地，進(jìn)行天然更新苗調(diào)查和土壤容重、水分、pH、有機(jī)碳、氮磷鉀全量及其速效養(yǎng)分等理化性質(zhì)的取樣和測(cè)定，分析青海云杉林天然更新苗對(duì)土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)?！窘Y(jié)果】各海拔區(qū)段的青海云杉林更新指數(shù)從大到小依次為2 800～2 900 m（0.63）>2 700～2 800 m（0.58）>3 100～3 300 m（0.57）>2 900～3 100 m（0.56），其中更新狀況最好的海拔區(qū)段是2 800～2 900 m。土壤質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮含量在海拔區(qū)段H1和H2處顯著小于海拔區(qū)段H3和H4（P<0.05）；土壤容重、pH、全鉀和速效鉀的含量在不同海拔區(qū)段之間的差異性不顯著（P>0.05），土壤全磷和速效磷含量在海拔區(qū)段H2顯著大于其他海拔區(qū)段（P<0.05），其他海拔區(qū)段全磷差異性不顯著（P>0.05），速效磷在海拔區(qū)段H4含量最小，海拔區(qū)段H1和H3速效磷差異性不顯著（P<0.05）。相關(guān)性分析表明，海拔區(qū)段2 800～2 900 m的更新指數(shù)僅與土壤容重、全磷、速效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05），更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的最大值主要集中在該海拔區(qū)段。更新指數(shù)與土壤剖面不同土層的質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮均呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與容重、全磷含量均呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；與20～40 cm土層的速效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。主成分分析表明，土壤有機(jī)碳、速效磷和全磷含量是影響青海云杉林天然更新的主要因子?！窘Y(jié)論】祁連山青海云杉林天然更新與土壤理化性質(zhì)之間的相互作用是密切的，特別是土壤中的有機(jī)碳累積和磷素養(yǎng)分的釋放。

關(guān)鍵詞：青海云杉林；天然更新；土壤理化性質(zhì)；祁連山排露溝流域

中圖分類號(hào)：S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-923X（2024）07-0090-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32060247）；甘肅省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目（22ZY2QG001）；張掖市市級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZY2022KY03）。

Response of natural regeneration of Picea crassifolia forest to soil physical and chemical properties in the northern foot of Qilian mountains

XU Erwen1， NIU Yun2， ZHAO Weijun1， JING Wenmao1， WU Xiurong1， ZHAO Jingzhong1， MA Xue’e1， REN Xiaofeng1

（1. Gansu Qilian Mountains Forest Eco-system of the State Research Station， Gansu Province Academy of Water Resources Conservation Forest of the Qilian Mountains， Zhangye 734000， Gansu， China； 2. Huaiyin Normal University， Huai’an 223300， Jiangsu， China）

Abstract：【Objective】Picea crassifolia is a unique tree species on the northeastern edge of Qinghai-Tibet Plateau in our country， this study provides a theoretical basis for the restoration， management and sustainable utilization of P. crassifolia secondary forest in Qilian mountains.【Method】By setting up a fixed plot with an elevation gradient in the P. crassifolia forest distributed in the Pailugou valley of Qilian mountains， investigation of natural regeneration seedlings and sampling and determination of soil bulk density， water， pH， organic carbon， total N， p， K and their available nutrients were carried out， the response of natural regeneration seedlings of P. crassifolia forest to soil physical and chemical properties was analyzed.【Result】The regeneration index of P. crassifolia forest at different altitudes was 2 800-2 900 m （0.63）>2 700-2 800 m （0.58）>3 100-3 300 m （0.57）>2 900-3 100 m （0.56） ， the best updated altitude was 2 800-2 900 m. Soil water content， organic carbon， total nitrogen， and hydrolyzed nitrogen in H1 and H2 were significantly lower than those in H3 and H4 （P<0.05）. Soil bulk density， pH， total potassium and available potassium had no significant difference（P>0.05）. Soil total phosphorus and available phosphorus were significantly higher in H2 than in other altitudes （P<0.05）， there was no significant difference in total phosphorus （P>0.05）. The content of available phosphorus was the lowest in H4， and there was no significant difference in H1 and H3 （P<0.05）. The correlation analysis showed that the regeneration index of 2 800-2 900 m was only positively correlated with soil bulk density， total phosphorus and available phosphorus （P<0.05）， the maximum of the absolute value of correlation coefficient between renewal index and soil physical and chemical properties mainly concentrated in this altitude region. The regeneration index was negatively correlated with soil water content， organic carbon， total nitrogen and hydrolyzed nitrogen （P<0.05）， and positively correlated with bulk density and total phosphorus （P<0.05）. There was a significant positive correlation between available phosphorus and 20-40cm soil layer （P<0.05）. Principal component analysis showed that the contents of soil organic carbon， available phosphorus and total phosphorus were the main factors affecting natural regeneration of P. crassifolia forest.【Conclusion】The interaction between natural regeneration of P. crassifolia forest in Qilian mountains and soil physical and chemical properties is close， especially the accumulation of organic carbon and the release of phosphorus in soil.

Keywords： Picea crassifolia forest； natural renewal； physical and chemical properties of soil； Pailugou watershed of Qilian mountains

林木天然更新作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林生態(tài)系統(tǒng)資源再生產(chǎn)過(guò)程中重要且復(fù)雜的生態(tài)學(xué)過(guò)程，它對(duì)維護(hù)林分穩(wěn)定、維持生態(tài)平衡具有重要的作用[1]。土壤作為林木生長(zhǎng)最重要的生境[2]，其狀況反映了群落環(huán)境因子的好壞，直接影響林木的生長(zhǎng)發(fā)育，決定著生態(tài)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力，也是衡量生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和生態(tài)功能恢復(fù)的關(guān)鍵指標(biāo)之一[3]。許多專家和學(xué)者已開展了這方面的研究工作，如曾思齊等[4]研究表明，影響湖南木荷次生林的土壤特性當(dāng)中，土壤含水量、有機(jī)碳和全氮是決定其天然更新的關(guān)鍵因素。李璟等[5]基于山西關(guān)帝山的4 hm2次生林試驗(yàn)樣地研究了更新苗與土壤養(yǎng)分的空間關(guān)聯(lián)性，研究結(jié)果表明土壤速效養(yǎng)分有效氮和有效鉀和土壤微量元素有效鋅、有效錳、有效銅、有效鐵、有效鎳、有效鋁及pH值對(duì)云杉次生林更新分布的影響占總解釋量的19.7%。羅忠等[6]對(duì)閩楠群落4個(gè)自然更新階段過(guò)程中的土壤質(zhì)量研究表明，不同更新階段植被群落的養(yǎng)分質(zhì)量綜合指數(shù)從大到小依次為：第Ⅲ階段>第IV階段>第Ⅱ階段>第I階段。很顯然，不同地區(qū)、不同林分天然更新對(duì)土壤理化性質(zhì)及其空間分布的響應(yīng)各不相同。因此，研究林木天然更新和土壤的相互關(guān)系及其響應(yīng)，具有一定的科學(xué)意義和實(shí)踐意義。

分布在祁連山的優(yōu)勢(shì)種或建群種青海云杉Picea crassifolia，是我國(guó)青藏高原東北邊緣的特有樹種，是山地寒溫性針葉林的主要林分類型之一。雖然在全球都有青海云杉林分布，但又是生態(tài)幅度較窄的植被類型，加上長(zhǎng)期的不合理人為因素和自然因素的綜合影響，現(xiàn)有的青海云杉林多為天然次生林，天然更新能力差，形成了“只見幼苗，不見幼樹”的現(xiàn)象，使得林地的生產(chǎn)力低下，降低了生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。目前對(duì)祁連山青海云杉的更新開展了大量的研究，包括非生物因素和生物因素對(duì)天然更新的影響，如Zhao等[7]對(duì)青海云杉的種內(nèi)相互作用和環(huán)境異質(zhì)性對(duì)其（成熟樹木和幼樹）空間結(jié)構(gòu)和內(nèi)部維持機(jī)制的綜合影響進(jìn)行了研究；劉濟(jì)萌等[8]研究了青海云杉天然更新幼苗和幼樹的胸徑和株高等指標(biāo)對(duì)土壤水熱的響應(yīng)；蘆雄英等[9]研究了青海云杉更新苗密度、平均冠幅、平均基徑和平均株高對(duì)海拔、凹凸度、坡度等地形因子的響應(yīng)；王清濤[10]研究了青海云杉林下苔蘚植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)幼苗幼樹死亡率的影響以及苔蘚植物化感物質(zhì)對(duì)青海云杉出苗的影響等。這些研究從多角度研究了青海云杉天然更新對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)，但影響林木更新的因素多種多樣，其中土壤便是影響林木更新存活的關(guān)鍵因素。本研究綜合大量文獻(xiàn)和祁連山青海云杉林土壤理化性質(zhì)的研究實(shí)踐[4-12]，主要考慮土壤容重、水分、酸堿度、有機(jī)碳和氮磷鉀全量及其速效養(yǎng)分對(duì)更新苗的影響。

鑒于此，以分布在祁連山國(guó)家公園西水林區(qū)排露溝流域的青海云杉原始次生林為研究對(duì)象，在對(duì)青海云杉林天然更新調(diào)查和土壤理化性質(zhì)測(cè)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合在該流域其他研究成果進(jìn)行海拔區(qū)段的劃分[13-14]，計(jì)算不同海拔區(qū)段青海云杉林的更新指數(shù)和土壤理化性質(zhì)變化特征，分析青海云杉林更新指數(shù)與土壤理化指標(biāo)的相互作用規(guī)律及其主要影響因子，以期為提升青海云杉林的天然更新能力、增強(qiáng)林地生產(chǎn)能力和實(shí)現(xiàn)林地生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮提供可靠的數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)，有助于青海云杉林的恢復(fù)和管理及其可持續(xù)利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

祁連山排露溝流域位于祁連山國(guó)家公園內(nèi)的西水林區(qū)，流域地處東經(jīng)100°17′～100°18′、北緯38°32′～38°33′，該流域面積大小為2.71 km2。年均氣溫為1.6 ℃，年均降水量為368 mm，其氣候?qū)儆诟吆降厣植菰瓪夂?。流域熱量和水分受山體垂直高度的影響，形成了具有明顯垂直的分布帶，其中2 700～3 300 m海拔梯度上的寒溫性針葉林分布帶的植被類型僅有青海云杉林分布帶，其土壤類型分布帶是具有粗糙質(zhì)地的灰褐土，平均厚度為60 cm，土壤肥力相對(duì)較高。林下分布的灌木優(yōu)勢(shì)種主要有濕性灌叢鬼箭錦雞兒Caragana jubata、吉拉柳Salix gilashanica、金露梅Potentilla fruticosa等，草本優(yōu)勢(shì)種主要有黑穗薹草Carex atrata、珠芽蓼Polygonum viviparum、馬先蒿Scrophulariaceae等[15]。干擾程度相對(duì)較小，主要是附近牧民的分區(qū)輪流放牧和采集野蘑菇等人為活動(dòng)。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與數(shù)據(jù)采集

祁連山排露溝流域有甘肅祁連山森林生態(tài)站已建立在青海云杉林內(nèi)的長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)樣地（圖1），樣地分布在該流域海拔2 700～3 300 m的陰坡青海云杉林分布帶內(nèi)，除G2樣地的大小為20 m×36 m（該樣地為1994年建立的舊樣地，而且該樣地布設(shè)多臺(tái)氣象、水文、土壤、物候等觀測(cè)設(shè)備），其他樣地的大小均為20 m×20 m（建于2007年），同時(shí)在每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3～5個(gè)5 m×5 m的灌木層調(diào)查樣方和3～5個(gè)1 m×1 m的草本層調(diào)查樣方及3～5個(gè)20 cm×20 cm的枯落物層調(diào)查樣方，調(diào)查記錄所在樣地的郁閉度，灌木的種名、株數(shù)（叢數(shù)）、株高、蓋度，草本的種名、株數(shù)（叢數(shù)）、株高、蓋度和枯落物層的厚度，固定樣地概況見表1。

2022年7月，將固定樣地劃分為16個(gè)5 m×5 m的小樣方（其中G2樣地劃分為28個(gè)5 m×5 m的小樣方），調(diào)查每個(gè)小樣方的更新苗（小樣方內(nèi)更新苗的株數(shù)大于等于3株時(shí)，稱之為更新苗小樣方）。本研究將DBH（胸徑）<1 cm的青海云杉林活的有機(jī)體定義為更新苗，調(diào)查更新苗個(gè)體的地徑、株高、枝下高、冠幅、相對(duì)坐標(biāo)（x，y）等信息。另外本研究根據(jù)青海云杉林更新苗的實(shí)際情況，將DBH<1 cm且高度大于100 cm的更新苗作為大苗處理。

1.2.2 土壤樣品采集與處理

在每個(gè)固定樣地選擇3～5個(gè)更新苗小樣方進(jìn)行土壤剖面挖掘，共挖掘132個(gè)土壤剖面，土壤剖面的選點(diǎn)設(shè)置在每個(gè)更新苗小樣方的任一條對(duì)角線的首末和中心點(diǎn)處，使用100 cm3容積的環(huán)刀沿剖面自下而上分別采集0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm土層的土樣，用于土壤容重和質(zhì)量含水量的測(cè)定，每個(gè)層次平行取樣2個(gè)。同時(shí)利用小鐵鏟取不同土層的土壤樣品，并將同一更新小樣方的同一土層的土樣置于矩形鐵盤上進(jìn)行均勻混合，按照“四分之一”法取分析樣帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，共132份土壤混合樣，用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定分析。土壤容重和質(zhì)量含水量用經(jīng)典的環(huán)刀法測(cè)定，土壤pH值、有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效磷、速效鉀等指標(biāo)的具體測(cè)定方法依據(jù)《森林土壤分析方法》[16]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1）海拔區(qū)段劃分

通過(guò)對(duì)該流域青海云杉林植被分布特征的實(shí)地調(diào)查，結(jié)合趙維俊等[13]對(duì)該流域青海云杉林種群結(jié)構(gòu)和張雷等[14]對(duì)該流域青海云杉林生物量隨海拔梯度變化規(guī)律的研究，將該流域劃分為4個(gè)海拔區(qū)段，分別是海拔區(qū)段H1：2 700～2 800 m（G1、B7、B8）、H2：2 800～2 900 m（G2、G3、B2）、H3：2 900～3 100 m（G4、G5、B3、B4、B5）和H4：3 100～3 300 m（G6、G7、B6）。

2）更新指數(shù)的計(jì)算

參考已有的研究，青海云杉林天然更新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建采用熵值法[4，17]，包括分布狀況（單位面積株數(shù)，因?yàn)槭羌兞?，不考慮頻度）、生長(zhǎng)狀況（平均株高、平均地徑）和年齡結(jié)構(gòu)（大苗百分比）等3個(gè)準(zhǔn)則層，其4個(gè)指標(biāo)層的權(quán)重應(yīng)用熵值法計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算更新指數(shù)[17]。熵值法因?qū)颖镜臄?shù)量要求較少，加上客觀性強(qiáng)，常被用來(lái)評(píng)判不同類別因子之間的離散程度，其指標(biāo)權(quán)重值大小具體的計(jì)算過(guò)程詳見參考文獻(xiàn)[18]。

3）相關(guān)性分析和主成分分析

利用SPSS19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，其中更新指數(shù)與土壤理化指標(biāo)的相關(guān)性分析用Pearson相關(guān)分析法，不同更新指數(shù)下的土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)利用主成分分析法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔區(qū)段青海云杉林更新指數(shù)

采用熵值法對(duì)不同海拔區(qū)段的青海云杉林更新樣地的更新指標(biāo)包括分布狀況、生長(zhǎng)狀況和年齡結(jié)構(gòu)的3個(gè)準(zhǔn)則層的4個(gè)指標(biāo)層的權(quán)重值進(jìn)行了計(jì)算（表2），各指標(biāo)權(quán)重值大小順序依次為：?jiǎn)挝幻娣e株數(shù)>平均地徑>平均株高>大苗百分比，其中單位面積株數(shù)所占權(quán)重值較大，其數(shù)值為0.28，而平均株高、平均地徑和大苗百分比等指標(biāo)層所占的權(quán)重值較小，而且各指標(biāo)層的權(quán)重值大小差異不明顯，分布狀況、生長(zhǎng)狀況和年齡結(jié)構(gòu)系數(shù)所占的比例依次為28%、49%和23%。由此可見，生長(zhǎng)狀況系數(shù)對(duì)更新指數(shù)的計(jì)算影響最大，其次為分布狀況系數(shù)和年齡結(jié)構(gòu)系數(shù)。

同時(shí)為消除4個(gè)指標(biāo)層的單位、量綱、數(shù)量級(jí)等因素造成的差異而不能進(jìn)行可比性，本研究對(duì)4個(gè)指標(biāo)層的4組原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理（表3），使其異質(zhì)指標(biāo)同質(zhì)化。

利用更新指數(shù)的計(jì)算方法對(duì)不同海拔區(qū)段青海云杉林更新狀況進(jìn)行了計(jì)算。從表4可以看出，不同海拔區(qū)段青海云杉林更新指數(shù)有差異，各海拔區(qū)段的更新指數(shù)排序從大到小的排序依次為H2（0.63）>H1（0.58）>H4（0.57）>H3（0.56），其中更新指數(shù)較好的海拔區(qū)段是H2，該海拔區(qū)段的分布狀況系數(shù)雖然小于H1和H4、等于H3，但其生長(zhǎng)狀況和年齡結(jié)構(gòu)的系數(shù)均大于其他海拔區(qū)段，說(shuō)明海拔區(qū)段H2更新苗的分布狀況系數(shù)雖然小于其他海拔區(qū)段，但生長(zhǎng)狀況和年齡結(jié)構(gòu)系統(tǒng)均大于其他海拔區(qū)段，更新狀況最好；其他海拔段的更新指數(shù)較為接近，更新狀況較差。

2.2 不同海拔區(qū)段青海云杉林土壤特性

單因素方差分析表明，不同海拔區(qū)段青海云杉林更新樣地的土壤理化性質(zhì)差異顯著性各不相同（圖2），其中：土壤質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮在不同海拔區(qū)段的變化規(guī)律相同，其含量在海拔區(qū)段H1和H2處顯著小于海拔區(qū)段H3和H4（P<0.05），海拔區(qū)段H4含量最大，即：隨海拔梯度增加，土壤的質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮含量是逐漸增加的；土壤容重、pH、全鉀和速效鉀的含量在不同海拔區(qū)段的變化規(guī)律亦相同，但其在不同海拔區(qū)段之間的差異性不顯著（P>0.05），即：隨海拔梯度增加，土壤容重、pH、全鉀和速效鉀含量變化不明顯；土壤全磷和速效磷含量在海拔區(qū)段H2顯著大于其他海拔區(qū)段（P<0.05），其他海拔區(qū)段全磷差異性不顯著（P>0.05），速效磷在海拔區(qū)段H4含量最小，海拔區(qū)段H1和H3速效磷差異性不顯著（P>0.05）。結(jié)合不同海拔區(qū)段的青海云杉林更新指數(shù)大小發(fā)現(xiàn)，適宜的土壤質(zhì)量、含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮、全磷和速效磷含量更有利于青海云杉林天然更新。

2.3 更新指數(shù)與土壤特性相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明，不同海拔區(qū)段青海云杉林更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性存在差異，包括正負(fù)相關(guān)性和相關(guān)系數(shù)的大?。▓D3）。整體來(lái)看，不同海拔區(qū)段的青海云杉林更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性多數(shù)沒達(dá)到顯著水平，僅海拔區(qū)段H2中的更新指數(shù)與土壤容重、全磷和速效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。同時(shí)分析還發(fā)現(xiàn)，青海云杉林更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)之間相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的最大值主要集中在海拔區(qū)段H2。

通過(guò)挖掘土壤剖面發(fā)現(xiàn)，青海云杉林更新苗的平均根系深度為40 cm。因此，僅分析更新指數(shù)與3個(gè)不同土層的理化性質(zhì)的關(guān)系（圖4）。從圖4可以看出，更新指數(shù)與土壤剖面不同土層的質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），與容重、全磷含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；與20～40 cm土層的速效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05），更新指數(shù)與土壤剖面不同土層的pH、全鉀和速效鉀等指標(biāo)沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（P>0.05），與0～20 cm土層的速效磷相關(guān)性亦不顯著（P>0.05）。

2.4 影響更新的主成分分析

在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，林分更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)一些指標(biāo)的相關(guān)性雖然沒達(dá)到顯著或極顯著性，但相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值較大，說(shuō)明土壤理化性質(zhì)與更新指數(shù)存在信息上的重疊。因此，通過(guò)“分析—降維—因子”方法對(duì)影響更新的10個(gè)土壤理化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表5～6）。由表5可以看出，青海云杉林不同更新指數(shù)下的土壤理化指標(biāo)特征根大于1的主成分是前3項(xiàng)，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了86%，剩余7項(xiàng)主成分貢獻(xiàn)率僅占14%，為以最少變量來(lái)解釋最多信息，本研究只選擇了3個(gè)主成分。

從表6可以看出，對(duì)不同更新指數(shù)影響最大的第一主成分是土壤pH、有機(jī)碳、全氮和水解氮；影響較大的第二主成分是土壤速效磷和速效鉀；影響其次的第三主成分是土壤全磷和全鉀。因此，可以將第一，第二和第三主成分看作是這些指標(biāo)的復(fù)合因子。在第一主成分中，有機(jī)碳、全氮和水解氮特征向量相差無(wú)幾，但有機(jī)碳特征向量最大，說(shuō)明有機(jī)碳在青海云杉林更新中起到了很重要的影響；在第二主成分中，速效磷的特征向量最大，說(shuō)明速效磷是影響林木更新好壞的重要指標(biāo)；在第三主成分中，全磷的特征向量最大，說(shuō)明全磷也是林分更新的重要指標(biāo)。綜上所述，影響青海云杉林分更新最主要的土壤因子是有機(jī)碳、速效磷和全磷。

3 討 論

1）研究區(qū)青海云杉林更新苗的平均株高和平均地徑的權(quán)重值大小對(duì)更新指數(shù)的計(jì)算影響最大，最能表征青海云杉林更新苗的更新能力大小。更新指數(shù)是林業(yè)上常用的一個(gè)綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)，能避免人為主觀因素的影響，可直觀表征林地樹木的更新效果[4]。同時(shí)已有研究表明，海拔梯度因子強(qiáng)烈地影響更新苗的分布[19]。本研究的更新指數(shù)僅海拔區(qū)段H2的更新指數(shù)表現(xiàn)更為明顯，說(shuō)明海拔2 800～2 900 m的環(huán)境因子為青海云杉林天然更新提供了一個(gè)更適宜的生境，該海拔區(qū)段的單位面積更新苗的株數(shù)雖然小于其他海拔區(qū)段，但其平均株高和平均地徑及大苗百分比明顯大于其他海拔區(qū)段，更新質(zhì)量較高，即：更新苗中的幼苗成功存活成為幼樹，度過(guò)了苗木存活的“瓶頸期”。

2）研究區(qū)不同海拔區(qū)段的青海云杉林土壤理化性質(zhì)隨海拔梯度增加的變化規(guī)律與已有的研究結(jié)果基本一致[20]。同時(shí)已有研究表明，研究區(qū)土壤中的磷存在供給不足的情況[21]。海拔區(qū)段H2土壤磷素含量最高，可能該海拔區(qū)段的土壤水熱條件更有利于土壤微生物的活性，使得林地的凋落物、土壤母質(zhì)中的磷素更容易被釋放出來(lái)。而且已有研究證明，土壤微生物是土壤養(yǎng)分循環(huán)和轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)力。結(jié)合不同海拔區(qū)段的青海云杉林更新指數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，并不是土壤質(zhì)量含水量、有機(jī)碳、全氮和水解氮含量越高的海拔區(qū)段其更新狀況就越好，但在本研究中發(fā)現(xiàn)更新指數(shù)較好的海拔區(qū)段H2所在樣地內(nèi)其土壤全磷和速效磷含量顯著高于其他海拔區(qū)段，這說(shuō)明豐富的土壤磷素養(yǎng)分有助于青海云杉林的天然更新。

3）研究區(qū)不同海拔區(qū)段H2的更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)較大，說(shuō)明青海云杉林更新受制于這些土壤因子的綜合作用，其中與土壤容重、土壤全磷和速效磷存在顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤容重大小和土壤磷素含量高低都會(huì)對(duì)青海云杉林的天然更新產(chǎn)生影響。其他海拔區(qū)段的更新指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性不顯著，其原因可能是調(diào)查樣地的各土壤理化指標(biāo)其含量剛好滿足林木更新生長(zhǎng)發(fā)育的需要[22]。更新指數(shù)與土壤質(zhì)量含水量呈顯著負(fù)相關(guān)，表明地被物的覆蓋對(duì)土壤水分的正向作用對(duì)青海云杉林的更新產(chǎn)生了副作用。低海拔相對(duì)低的土壤含水量使得分布狀況系數(shù)相對(duì)較大，即：?jiǎn)挝幻娣e更新苗的密度較大，而高海拔相對(duì)高的土壤含水量其更新苗密度相對(duì)較小，其原因可能是低海拔適宜的含水量能保證更新苗的根系對(duì)水分的吸收保持較好的協(xié)同作用，而高海拔較高的含水量引起土壤溫度的降低，使得更新苗的根系發(fā)育不良而死亡[23]。一般來(lái)講，土壤容重越大，土壤越緊實(shí)，土壤退化程度越大；有機(jī)碳含量越大，土壤養(yǎng)分供應(yīng)越好。但本研究表明，青海云杉林更新指數(shù)與土壤容重呈顯著正相關(guān)、與有機(jī)碳呈顯著負(fù)相關(guān)，這說(shuō)明土壤容重和有機(jī)碳的含量大小是否存在一個(gè)閾值需要綜合考慮。另外與土壤有機(jī)碳呈負(fù)相關(guān)，原因是青海云杉林內(nèi)未及時(shí)分解并長(zhǎng)期累積的苔蘚枯落物覆蓋在地表，阻礙了青海云杉林更新苗特別是幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。而且已有研究表明，土壤有機(jī)碳的豐富或缺乏對(duì)更新苗具有明顯的制約作用[24]。土壤有機(jī)碳與土壤氮素呈正相關(guān)[22]，其對(duì)更新苗的影響同土壤有機(jī)碳對(duì)更新苗影響作用一致。更新指數(shù)與土壤剖面全磷顯著正相關(guān)，結(jié)合不同海拔區(qū)段的更新指數(shù)分析，豐富的磷素含量有利于青海云杉林更新。僅與20～40cm土壤速效磷呈正相關(guān)，一定程度上說(shuō)明青海云杉林土壤磷素的風(fēng)化能力弱，能提供林木生長(zhǎng)的磷素能力有限。

4）目前主成分分析中對(duì)主成分個(gè)數(shù)的確定主要有2個(gè)依據(jù)，依據(jù)特征值大于等于1或依據(jù)前幾個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于等于85%[25]。本研究所確定的3個(gè)主成分其特征值大于1且累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%。因此，本研究的主成分分析中確定的3個(gè)主成分是合理的，具有一定的代表性，即：影響青海云杉林天然更新的最主要因子是土壤有機(jī)碳、速效磷和全磷，其含量大小是決定該地區(qū)青海云杉林天然更新好壞的關(guān)鍵土壤因子。這在相關(guān)的研究中能夠得到佐證，一是研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量豐富，二是研究區(qū)植物磷素與土壤磷耦合性較差的緣故[12]。

山地森林的空間異質(zhì)性高，僅研究森林更新與土壤之間的關(guān)系存在一定的局限性，今后應(yīng)綜合考慮建立更多的試驗(yàn)樣地，同時(shí)納入更多的因子包括生物因子和非生物因子，以期深刻的揭示青海云杉林天然更新與生境因子的關(guān)系，為祁連山退化的青海云杉林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)和管理提供基礎(chǔ)的。

4 結(jié) 論

祁連山青海云杉林林木更新與土壤理化性質(zhì)部分因子之間的相互作用是密切的，適宜的土壤質(zhì)量、含水量、有機(jī)碳、全氮、水解氮、全磷和速效磷含量更有利于青海云杉林天然更新。特別是土壤中的有機(jī)碳、速效磷和全磷，這與青海云杉林相對(duì)陰冷潮濕環(huán)境影響下的土壤強(qiáng)的碳累積能力和弱的可供林木生長(zhǎng)所需的磷素釋放能力有關(guān)。因此在對(duì)青海云杉林經(jīng)營(yíng)和管理的過(guò)程中，需要重視林下土壤養(yǎng)分狀況所帶來(lái)的影響。

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[本文編校：吳 毅]