北京九龍山不同立地類型土壤有機質研究

法 蕾，郭 嘉，馬淑敏，賀淑霞，孫長忠

（中國林業(yè)科學研究院華北林業(yè)實驗中心，北京 102300）

北京九龍山不同立地類型土壤有機質研究

法 蕾，郭 嘉，馬淑敏，賀淑霞，孫長忠*

（中國林業(yè)科學研究院華北林業(yè)實驗中心，北京 102300）

采用土壤剖面方式研究了九龍山不同林型林下土壤有機質的分布動態(tài)及差異，以及植被類型、海拔、郁閉度等影響因子對土壤有機質的影響。結果表明：九龍山不同立地類型土壤有機質含量為8.49 ～ 77.29 g/kg，最高的為灌木林，最低的為日本落葉松林；闊葉林下土壤有機質高于針葉林，混交林高于純林；土壤中有機質含量動態(tài)受環(huán)境條件影響大，土壤有機質含量與土層深度呈顯著負相關，與海拔、郁閉度、土壤結合水含量等呈顯著正相關。

九龍山；立地類型；土壤；有機質

土壤有機質是指土壤中所有含碳的物質，包括各類動植物的殘體、微生物以及其合成與分解而成的各類物質，是土壤中不可或缺的一部分。對土壤的肥力以及結構等方面均有著非常重要的意義，具有供肥、保肥和緩沖等功效，可以影響速效養(yǎng)分的轉化速度與數量，進而直接影響地表植被的生長。作為森林土壤的一個重要參數和時空連續(xù)變異體，有機質受物理環(huán)境、自然干擾、人為干擾、樹種特性、樹種對干擾的反應等因素及相互作用所控制，植被類型不同，環(huán)境特點不同，土壤有機質含量也不同。本文以北京九龍山為試驗基地，對該區(qū)的不同立地條件下的土壤有機質分布狀況進行了研究。北京九龍山地處暖溫帶，具有典型的華北石質山區(qū)特點，地帶性植被是暖溫帶落葉闊葉林，由于長期受人為干擾，山地的現狀植被大多已是次生類型，特別在海拔低于800 m的山區(qū)，自然植被幾乎都是屢遭破壞的灌叢和灌草叢，植被種類較多，土壤營養(yǎng)狀況差異較大。對九龍山不同立地類型森林土壤有機質異質性的研究，不僅有助于了解該地區(qū)土壤的形成過程、結構和功能，以確保土壤能夠有更好的保持肥力，促進該地區(qū)森林植被的生長，而且對了解暖溫帶落葉闊葉林植物與土壤的關系也具有重要的參考價值，為當地人工林地建設提供理論依據。

1 實驗區(qū)概況與研究方法

1.1 實驗區(qū)自然概況

試驗地位于北京市門頭溝區(qū)，116° 6′ E，39° 42′ N，屬太行山低山丘陵區(qū)，年均氣溫11.8℃，平均降水量623.0 mm，平均蒸發(fā)量1 870.7 mm。土壤為砂巖、頁巖風化坡積物上發(fā)育的淋溶褐土和褐土，由于長期遭受不同程度的侵蝕，土壤表現為粗骨性特征。結構發(fā)育不良，石礫含量高達30% ～ 40%，土層較薄，一般為40 ～ 50 cm，保水性能差。植被以灌木為主，有荊條（Vitex negundo var.heterophylla）、酸棗（Ziziphus jujuba var.spinosa）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、螞蚱腿子（Myripnois dioica）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata）、雀兒舌頭（Leptopus chinensis）等。另有成片的側柏（Platycladus orientalis）林、栓皮櫟（Quercus variabilis）林和油松（Pinus tabuliformis）人工林。該地區(qū)經過40 a的封山育林、植樹造林，植被在一定程度上得到了更新和恢復，形成了針、闊葉林與大量天然次生植被類型鑲嵌狀分布。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調查 試驗區(qū)處于九龍山林場大楊樹溝和增產路北坡，根據地形因子（如海拔、坡向、坡度），針對各個植物群落布設樣方，于2012年8月對植物群落進行了調查。樣方涉及九龍山主要林型（表1），共設樣地28個，包含各類植物的純林、混交林等。樣方大小設置為：人工林樣地面積為 20 m×20 m；灌叢樣方面積為5 m×5 m。用剖面法進行土壤采樣，混合土壤樣品呈“S”形均勻分布。采樣分為三層，分別為深度0 ～ 10 cm，＞ 10 ～ 20 cm，＞ 20 ～ 30 cm；每層各取1 kg左右的土壤樣品，裝袋帶回實驗室。樣品采集區(qū)情況如表1。

表1 樣品采集區(qū)概況Table 1 Information for sample plots

1.2.2 室內實驗測定 土樣在室內剔除礫石和根系進行自然風干后，取風干土樣約50 g研磨全部過0.25 mm篩，用于土壤有機質的測定。測定采用重鉻酸鉀容量法外加熱法，同時進行3次平行，取平均值，測定值保留2位小數。

1.3 數據統(tǒng)計與分析

土壤有機質和全氮的分級參照全國第二次土壤普查肥力分級標準。數據統(tǒng)計及相關性分析采用Exce1 2007和SPSS17.0。

2 結果與結論

2.1 土壤有機質分級

根據全國第二次土壤普查肥力分級標準將九龍山土壤有機質的含量進行分級（表 2），九龍山土壤有機質含量處于I級豐富水平的達14.29%，Ⅱ級豐富水平的達28.57%，Ⅲ級中等水平的達到了35.71%，第Ⅳ級有機質缺乏的樣本共占21.43%，說明九龍山地區(qū)土壤的有機質含量總體在中等偏上水平（表3）。

表2 土壤有機質含量分級Table 2 Grading of soil organic matter in Jiulong Mountain

表3 不同立地土壤有機質含量Table 3 The soil organic matter content in different site types g·kg－1

2.2 各類型林地土壤有機質含量統(tǒng)計特征

用SPSS做描述性統(tǒng)計（Description statistics）中的頻數分布分析（Frequencies），得表4。由表4可知，九龍山不同立地類型有機質含量為8.49 ～ 77.29 g/kg，平均值為30.78 g/kg，偏度系數1.007，表明土壤有機質含量呈現正偏，峰度系數0.778，中位數27.30 g/kg，小于但接近平均值，最小眾數48.61 g/kg在平均數之上，其他都大于平均值，表明不同立地有機質含量的高值區(qū)與低值區(qū)有較大差異。實際調查表明，土壤有機質含量最高值在灌木林，最低值在日本落葉松林。從統(tǒng)計信息看，土壤有機質含量呈正態(tài)分布，

表4 土壤有機質含量統(tǒng)計特征Table 4 The soil organic matter content characteristic value

2.3 不同立地類型土壤有機質含量變化

土壤有機質含量與土地利用方式、植被類型等密切相關。九龍山地區(qū)森林土壤有機質平均含量 30.78 g/kg，從圖 1可以看出，在不同的立地類型中，有機質含量最高的是灌木林，達到了52.04 g/kg，其次是華北落葉松林，含量為49.13 g/kg，有機質含量最低的是日本落葉松林，含量為13.93 g/kg。闊葉林平均土壤有機質含量為28.05 g/kg，針葉林平均土壤有機質含量為27.26 g/kg，表明闊葉林土壤有機質水平稍高。這是因為闊葉林地凋落物量多，植被覆蓋度和生物量相對較高，土壤有機質積累多分解少，所以土壤有機質含量普遍較高。

圖1 九龍山不同林型土壤有機質含量Figure 1 Soil organic matter content under different site types

混交林與純林相比，混交林平均土壤有機質含量為43.62 g/kg，純林平均土壤有機質含量為27.69 g/kg，經方差分析，混交林土壤有機質與純林土壤有機質差異顯著，因此，混交林土壤有機質含量要明顯高于純林土壤有機質含量，這可能與混交林下土壤微生物活動更為活躍，導致枯落物回歸更為迅速相關。

混交林有機質含量為38.34 ～ 77.25 g/kg，其中，灌木 ＞ 丁香混交林 ＞ 油松混交林；純林有機質含量為18.77～ 60.34 g/kg；其中闊葉林土壤有機質含量為：栓皮櫟 ＞ 椴樹 ＞ 油松 ＞ 五角楓 ＞ 白蠟 ＞ 黃櫨 ＞ 山楂，針葉林土壤有機質含量為：華北落葉松 ＞ 側柏 ＞ 樟子松 ＞ 日本落葉松。闊葉純林有機質含量平均值為28.97 g/kg，針葉純林土壤有機質含量平均值為28.11 g/kg，闊葉純林土壤有機質含量略高于針葉純林，但二者差異不顯著。

2.4 土壤有機質及環(huán)境因子關系

土壤中有機質的含量也會受不同環(huán)境因子的影響。分析表明，北京市九龍山地區(qū)土壤有機質含量與土壤垂直層次呈極顯著負相關，與采樣海拔呈現極顯著正相關，與采樣地郁閉度呈現極顯著正相關。說明土壤有機質隨土壤層次的加深而逐漸減少，這主要是因為表層土壤通氣性、結構性均好于下層，地表枯落物多，微生物活動頻繁，有利于有機質的積累；而隨著層次加深，土壤通氣性明顯下降，微生物較少，不利于土壤結構發(fā)展，養(yǎng)分循環(huán)較慢，因而土壤有機質含量顯著低于表層。

圖2 針葉林土壤有機質含量Figure 2 Soil organic matter content under coniferous forest

圖3 闊葉林土壤有機質含量Figure 3 Soil organic matter content under broad-leaved forest

由圖2至圖4可以看出，各林型土壤表層0 ～ 10 cm的土壤有機質含量均遠高于＞10 ～ 20 cm、＞20 ～ 30 cm層，且表層土與下層土有機質含量差異達到了顯著水平，這說明不同林型土壤有機質的垂直分布規(guī)律較為一直。不同林型土壤有機質地上與地下分布規(guī)律接近。除山楂純林＞20 ～ 30 cm層高于＞10 ～ 20 cm層外，其余各林型＞10 ～ 20 cm層與＞20 ～ 30 cm層差異不顯著。這是因為土壤有機質含量與微生物的活動相關。在深層土壤中，土壤有機質含量完全取決于母質及生物因素的影響，因而有機質含量遠低于地表。

土壤有機質的含量與海拔、郁閉度、坡度及胸徑均呈現顯著正相關，這主要是與九龍山的地形特點相關的，九龍山地屬華北石質山區(qū)，山體整體土層較薄，但山頂頂部地勢多為開闊平坦，水土流失少，土層深厚，林下枯落物較多，利于有機質積累，因而養(yǎng)分含量較高。郁閉度越大，植被胸徑越大，表明森林植被生長越旺盛，土壤有機質含量也就越高。土壤結合水與土壤有機質的相關性也很明顯，考慮與土壤微生物活動相關，九龍山屬于華北石質山區(qū)，氣候干旱，水分含量較高的土壤微生物活動頻繁，利于養(yǎng)分的回歸。

圖4 混交林土壤有機質含量Figure 4 Soil organic matter content under mixed forest

表5 土壤有機質的相關性分析Table 5 Correlation analysis on soil organic matter content

3 結論

九龍山各立地類型土壤有機質含量差異較大，總體來說土壤有機質含量最高的為灌木林，最低的為日本落葉松林；闊葉林下土壤有機質要高于針葉林；混交林林下土壤有機質含量要高于純林。土壤中有機質含量動態(tài)受環(huán)境條件影響大，土壤有機質含量與土層深度呈顯著負相關，隨土層加深而含量降低，表層0 ～ 10 cm土壤有機質明顯高于下層；與海拔、郁閉度、土壤結合水含量等呈顯著正相關。土壤有機質的補給主要來源于土壤微生物的活動和地表植被凋落物的分解回歸，土壤中的微生物大多聚集在地表0 ～ 10 cm的土層中，該層次土壤微生物活動活躍，枯落物分解迅速，有機質含量較高。隨土層的深入，這種補給越來越少，有機質含量也逐漸降低。

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Soil Organic Matter Distribution in Different Site Types in Jiulong Mountain

FA Lei，GUO Jia，MA Shu-min，HE Shu-xia，SUN Chang-zhong*
（Experimental Center of Forestry in North China, CAF, Beijing 102300, China）

Survey by soil profile was made on organic matter distribution and difference in different site types in Jiulong Mountain, Beijing.The results showed that soil organic matter content under different site types varied from 8.49 to 77.29 g/kg, the highest content was under shrub, the lowest under Larix kaempferi forest.Broad-leaved forest had more soil organic matter than coniferous forest, and mixed forest had more than pure forest.Dynamic soil organic matter content was influenced by environmental conditions, and had significant negative relation with the depth of soil layer, but positive relation with elevation, crown density and soil water content.

Jiulong Mountain; site type; organic matter

S714.2

A

1001-3776（2014）06-0045-05

2014-03-09；

2014-09-20

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務專項（CAFYBB2012004）

法蕾（1977－），女（回族），河北石家莊人，高級工程師，博士，從事森林生態(tài)、微生物生態(tài)研究；*通訊作者。