武功山山地草甸位于萍乡市芦溪县东南边境, 介于114° 10'-114° 17' E, 27° 25'-27° 35' N, 集中在海拔1 600~1 900 m范围内, 地处江西西部, 地跨吉安市安福县、萍乡市的芦溪县、宜春市袁州区三地的风景名胜区。土壤为花岗岩发育而来的山地草甸土, 由于枯枝落叶丰富以及低温等因素, 有机物腐烂分解缓慢, 土层浅薄, 色泽黝黑, 干后成块。在草甸上, 主要优势种是芒(Miscanthus sinensis)、其次是野古草(Arudinella hirta)作为亚优势种、伴生种有黄海棠(Hypericum ascyron)、白舌紫菀(Aster baccharoides)等植物。草甸主要集中在海拔1 600~1 900 m。

1.2.1 取样设计 对于干扰造成的草地退化的等级划分, 主要是以草地类型^[12]、植被盖度^[10]、放牧强度^[5]、生物多样性^[8]、植被类型^[11]等指标来划分。本研究根据武功山游人踩踏造成草甸退化的现象, 应用植被盖度指标划分了4个不同退化等级。分别为“ 无干扰或无退化(CK)” (植被总盖度100%)、“ 人为轻度干扰或轻度退化(L)” (60%< 植被总盖度< 90%)、“ 人为中度干扰或中度退化(M)” (30%< 植被总盖度< 60%)、“ 人为重度干扰或重度退化(H)” (植被总盖度< 30%)。

2013年8月, 在武功山最高峰1 900 m的金顶峰 (27° 26' N, 114° 07' E) 区域附近采样, 选择样地坡向朝南一侧山脉, 在海拔1 600~1 900 m范围内划分出3个区组, 每个区组在每隔50 m的海拔, 选择一个无干扰或无退化的样地, 每个区组设置7个海拔处理, 共21个样地, 每个样地的面积为10 m× 10 m, 用于探究海拔对有效态微量元素含量的影响。

金顶附近的高山草甸集中在1 600~1 900 m, 而金顶的高山草甸的植被破坏主要在1 800 m左右的游步道, 其中1 900 m样地太少不具代表性, 1 800 m以下干扰程度比较少, 所以在研究不同人为干扰对微量元素的含量影响时采用的海拔高度是1 850 m。样地设置同样是在武功山最高峰1 900 m的金顶峰 (27° 26' N, 114° 07' E) 区域附近采样, 选择样地坡向朝南一侧山脉, 在1 850 m海拔处划分出3个区组, 每个区组中包含“ 无干扰或无退化(CK)” 、“ 人为轻度干扰或轻度退化(L)” 、“ 人为中度干扰或中度退化(M)” 、“ 人为重度干扰或重度退化(M)” 4种试验处理, 共12个样地, 每个样地的面积为10 m× 10 m, 用于探究人为干扰对有效态微量元素含量的影响。

本研究采用五点取样法。在整个10 m× 10 m的样地设置1个中心点, 另外4个点为中心点和对角线的中点。所在样地的每一样方的土壤分上下两层( 0-20和20-40 cm) 进行取样, 将这5个样点的每层土样约1 kg土壤进行同层混匀带回实验室。

1.2.2 测定与统计方法 速效铜、铁、锰、锌采用原子吸收光谱法, 有效硼采用姜黄素比色法^[3]。数据分析采用DPS 7.05统计软件对所有数据进行统计分析, 并用Duncan法进行多重比较。采用Origin 8.1制图。

2.1.1 不同海拔土壤有效态微量元素Fe分布格局 土壤有效态Fe平均含量为169.15 mg· kg^-1。在0-20 cm土层, 虽然海拔对有效态Fe的影响显著(P< 0.05), 但是随海拔增加不呈现递增或递减的规律; 在20-40 cm土层, 海拔对有效态Fe的影响不显著(P> 0.05)。有效态Fe主要受pH影响^[3], 通过调查, 武功山草甸的pH值介于4.08~5.87, 属于酸性土壤。复杂的山地水文条件, 形成的土壤pH差异造就了土壤有效态Fe含量的多变性(图1)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 不同海拔土壤有效态微量元素Fe分布格局 注:不同小写字母表示同一土层不同海拔土壤有效态微量元素差异显著(P< 0.05), 不同的大写字母表示同一土层不同海拔土壤有效态微量元素差异极显著(P< 0.01)。下同。Fig.1 Distribution patterns of available soil Fe along an altitude gradient Note: Different lower case and capital letters for the same soil layer indicate significantly different among different altitudes at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same below.

2.1.2 不同海拔土壤有效态微量元素Cu分布格局 土壤有效态Cu平均含量为0.94 mg· kg^-1。在0-20 cm以及20-40 cm土层, 海拔都对有效态Cu的含量影响显著(P< 0.01)。全Cu含量与土壤母质类型、腐殖质量、成土过程和培肥条件等有关, 而有效态Cu与全Cu的相对分配比率取决于矿物质种类结构、母质、土壤有机质含量等^[3]。虽然0-20 cm土层和20-40 cm土层, 海拔间都具有显著差异, 但是没有随海拔变化显著上升或者下降的趋势, 很难找到有效态Cu与海拔变化的规律, 这可能和局部有机质含量差异有关(图2)。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 不同海拔土壤有效态微量元素Cu分布格局Fig.2 Distribution patterns of available soil Cu along an altitude gradient

2.1.3 不同海拔土壤有效态微量元素Mn分布格局 土壤有效态Mn平均含量为3.73 mg· kg^-1。在0-20以及20-40 cm土层, 海拔都对有效态Mn的含量影响显著(P< 0.05)。其中0-20 cm土层, 有效态Mn的含量随着海拔增加有减少的趋势, 由于土壤中Mn的总含量因母质的种类、质地、成土母质以及土壤的酸度、有机质的积累程度而异, 其中有效态Mn受pH、氧化还原状况、有机质等综合影响^[3], 所以造成这一现象的原因可能和低海拔温度高, 植被生长较高海拔旺盛, 有机质积累程度较高有关。通过分析可以得出, 0-20 cm有效态Mn对海拔变化敏感, 且随着海拔增加, 呈现减少的趋势(图3)。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 不同海拔土壤有效态微量元素Mn分布格局Fig.3 Distribution patterns of available soil Mn along an altitude gradient

2.1.4 不同海拔土壤有效态微量元素Zn分布格局 土壤有效态Zn平均含量为1.60 mg· kg^-1。在0-20 cm以及20-40 cm土层, 海拔对有效态Zn的含量影响不显著(P> 0.05)。土壤含Zn量与成土母质中的矿物种类及其风化程度有关, 在成土母质相似的武功山草甸区域^[3], 有效态Zn对海拔变化不敏感(图4)。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 不同海拔土壤有效态微量元素Zn分布格局Fig.4 Distribution patterns of available soil Zn along an altitude gradient

2.1.5 不同海拔土壤有效态微量元素B分布格局 土壤有效态B平均含量为0.28 mg· kg^-1。在0-20 cm以及20-40 cm土层, 海拔对有效态B的含量影响不显著(P> 0.05)。有效态B主要受土壤质地、pH等影响, 当土壤pH低于7时, 溶液中B主要以H₃BO₃形态存在, 很少被土壤粘粒吸附^[3], 所以在土壤质地相似、pH为酸性的武功山草甸区域内, 有效态B对海拔变化不敏感(图5)。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 不同海拔土壤有效态微量元素B分布格局Fig.5 Distribution patterns of available soil B along an altitude gradient

土壤有效态Fe、Mn、Zn元素具有空间异质性。其中, Fe元素0-20 cm土壤(161.3 mg· kg^-1)显著(P< 0.05)低于20-40 cm土壤(177.0 mg· kg^-1), 这可能与山地草甸降水淋溶有关, 降水能够促进土壤脱硅富铝铁化, 呈现上层土壤Fe含量高于下层土壤; Mn、Zn元素0-20 cm土壤(分别为5.9、2.1 mg· kg^-1)均显著高于20-40 cm土壤(分别为1.6、1.1 mg· kg^-1), 其他元素差异不显著(P> 0.05), 这可能和草甸植被为草本, 根系较浅有关, 有效态微量元素Mn、Zn主要集中在上层土壤(图6)。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 不同土层土壤有效态微量元素分布格局 注:不同小写字母和大写字母分别表示同一元素不同土层间差异显著(P< 0.05)和极显著(P< 0.01)。Fig.6 Distribution patterns of available soil across different soil layer Note: Different lower case and capital letters for the same available soil microelement indicate significant different among different soil layer at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same below.

不同人为干扰程度对土壤有效态Fe、Mn、Zn、B的含量影响不显著(P> 0.05)。但是, 不同人为干扰程度对0-20 cm以及20-40 cm土层的土壤有效态Cu的含量影响都差异显著(P< 0.05), 在0-20 cm土层, 有效态Cu在中度干扰(M)最大(1.03 mg· kg^-1), 比无干扰(CK)含量(0.43 mg· kg^-1)高139.5%; 在20-40 cm土层, 有效态Cu在重度干扰(H)最大(0.93 mg· kg^-1), 比无干扰(CK)含量(0.33 mg· kg^-1)高181.8%, 且随着人为干扰程度的增加, 有效态微量元素Cu的含量呈现富集现象, 这可能和人为踩踏造成植被盖度减少, 在土壤中的Cu元素, 随着植被减少, 吸收量减少, 持续在土壤中富集有关(图7)。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 土壤有效态微量元素对人为干扰的响应 注:CK、L、M、H分别表示无干扰或无退化、人为轻度干扰或轻度退化、人为中度干扰或中度退化及人为重度干扰或重度退化。Fig.7 Available soil microelement response to human disturbance Note: CK, no disturbance or no degradation; L, light disturbance intensity of light degradation; M, moderate disturbance intensity or moderate degradation; H, high disturbance intensity or high degradation.