论文部分内容阅读
钙素作为喀斯特山区的重要循环物质之一,与喀斯特山区中母岩的溶蚀风化过程、土壤的形成演化过程和植物的生长发育过程密切相关。对喀斯特山区植物-土壤钙素的空间异质性研究可为该区的石漠化恢复和土壤资源管理提供依据。本文以贵州省花江干热河谷山区不同海拔处(500 m,700 m,900 m,1100 m)的优势树种(香椿(Toona sinensis),翅荚香槐(Cladrastis platycarpa),栾树(Koelreuteria paniculata),构树(Broussonetia papyrifera))及土壤为研究对象,研究树种叶片和土壤中的钙素含量在区域中的垂直分布特征及影响因素。深入探讨不同海拔梯度下,优势树种对喀斯特石漠化地区的适应特性,为喀斯特石漠化地区土壤养分的合理利用和生态修复中的树种选择提供参考。本论文主要取得的研究成果如下:(1)研究区内土壤总钙含量的变化范围介于18.82~36.48 g·kg-1,水溶态钙含量介于0.017~0.22 g·kg-1,交换态钙含量介于0.96~4.95g·kg-1,酸溶态钙含量介于0.088~0.43 g·kg-1,有机结合态钙含量介于0~0.06 g·kg-1。在海拔梯度上,700 m处总钙含量有最大值33.39 g·kg-1,900 m处有最小值22.53 g·kg-1。各形态钙的最大值皆出现在700 m海拔处,各海拔处土壤钙形态的占比皆表现为交换态>酸溶态>水溶态>有机态。在土壤层次中,除了500 m处土壤总钙含量随土层加深而增大外,其余各海拔处土壤总钙、水溶态钙、交换态钙、酸溶态钙含量皆随着土层加深而逐渐减小。在环境因子中,各海拔处石漠化程度、植被覆盖率、气候条件的变化可能是引起土壤钙素含量出现海拔分异的原因,700 m海拔处水气均衡且适宜于微生物活动的生存环境使得各土壤养分含量都处于较高水平。通过相关性分析和冗余分析可知,影响土壤钙素含量出现海拔分异的理化因子主要是p H值、总碳、有机碳、总镁、总氮、总磷(各理化因子与土壤总钙或形态钙的相关性达显著水平以上,且对整体土壤钙素的重要性水平较高)。(2)各优势树种的叶片钙素含量在不同海拔梯度间均存在不同程度的差异。香椿叶片钙素含量介于28.49~38.99 g·kg-1,随海拔的上升而逐渐减小,在500 m处有最大值,1100 m处有最小值;翅荚香槐叶片钙素含量介于27.66~41.42 g·kg-1,随海拔的上升呈现出先增加后减少的规律,在900 m处有最大值,700 m处有最小值;栾树叶片钙素含量介于34.24~44.72 g·kg-1,随海拔上升呈先减少后增加再减少的规律,在1100 m处有最大值,700处有最小值;构树叶片钙素含量介于33.21~51.21 g·kg-1,随海拔上升而增大,在1100 m处有最大值,500 m处有最小值。各树种叶片的钙素含量大小为:构树>栾树>香椿>翅荚香槐。在土壤理化因子中,土壤钾含量的增加会促进香椿叶片的钙素储蓄能力,相关系数为0.474(P<0.01)。水分充足、p H值较高、碳含量丰富的土壤环境能促进构树叶片的钙素储蓄能力,相关系数分别为0.552、0.464、0.591(P<0.01)。在土壤形态钙中,促进栾树和翅荚香槐叶片钙素储蓄能力的主要是水溶态钙,相关系数分别为0.441和0.595(P<0.05)。促进香椿和构树叶片钙素储蓄能力的主要是交换态钙,相关系数分别为0.421和0.536(P<0.05)。根据叶片钙素含量与土壤交换态钙含量的相关程度,划分香椿和构树为随遇型植物,翅荚香槐和栾树为高钙型植物。(3)4个优势树种对土壤钙素的生物吸收系数随海拔上升呈现出两种变化趋势,一种是以香椿和翅荚香槐为主的先上升后下降型,另一种是以栾树和构树为主的先下降后上升型。香椿的钙生物吸收系数介于1.67~2.71,翅荚香槐的钙生物吸收系数介于0.53~1.07,两者随海拔上升皆呈先升高后降低的变化趋势,并在900 m处有最大值;栾树的钙生物吸收系数介于0.79~1.53,构树的钙生物吸收系数介于0.80~1.41,两者随海拔上升皆呈先下降后升高的变化趋势,并在900m处有最小值。各树种的钙生物吸收系数大小为:香椿>栾树>构树>翅荚香槐。高海拔的气候条件更有利于香椿和翅荚香槐对土壤钙素的吸收利用,而低海拔的气候条件更有利于栾树和构树对土壤钙素的吸收利用。土壤有机质含量的增加会降低栾树、构树的钙素吸收效率,相关系数分别为0.366和0.44(P<0.05)。土壤钾、钠含量的增加会提升香椿的钙素吸收效率(相关系数分别为0.359和0.413(P<0.05)),但会降低栾树的钙素吸收效率(相关系数分别为0.469和0.464(P<0.05))。人为扰动强度的增加,会提升栾树和构树的钙素吸收效率,但会降低香椿和翅荚香槐的钙素吸收效率。各树种的钙素吸收效率与土壤总钙含量的相关性较好(P<0.01),而与土壤形态钙的相关性较弱。在西南石漠化地区的生态恢复重建中,在充分挖掘植物对土壤养分利用效率的基础上,应优先选择香椿和翅荚香槐作为中高海拔处植被恢复的先锋树种,栾树和构树作为低海拔处植被恢复的先锋树种。