河北霧靈山5種人工純林土壤養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)

王慧元，榮 譽(yù)，楊新兵

（1.中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島066000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定071000）

土壤養(yǎng)分作為土壤環(huán)境的一部分，對(duì)植被恢復(fù)有著極其重要的作用［1］。森林土壤養(yǎng)分狀況，與構(gòu)成林分樹(shù)種、樹(shù)種組成及林分結(jié)構(gòu)等林分因子有密切關(guān)系［2］。不同植被類型影響著土壤養(yǎng)分循環(huán)，通過(guò)研究土壤養(yǎng)分變化，對(duì)于了解各群落土壤肥力和營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)機(jī)制有重要意義［3－6］。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)土壤養(yǎng)分的研究很多。本文以河北霧靈山不同林分類型土壤為研究對(duì)象，對(duì)不同林分的土壤養(yǎng)分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析不同林分類型土壤養(yǎng)分特征和綜合效應(yīng)，以確定那種林分的土壤養(yǎng)分排序最高，為評(píng)價(jià)霧靈山森林和土壤生態(tài)系統(tǒng)健康狀況提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

霧靈山位于河北省興隆縣境內(nèi)，地處117°17′—117°35′E，40°29′—40°36′N，與北京市密云縣相鄰，海拔為800～1 900m，其頂峰海拔2 116.2m，為燕山山脈第一高峰。土壤以褐土和棕壤為主，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。霧靈山是河北省多雨地域之一，年降水量763mm。水熱同季，有利于植物生長(zhǎng)。山上空氣濕度大且多霧。由于地形的影響，北坡降水少于南坡。霧靈山優(yōu)越的自然條件和復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境使其具有比較豐富的植物種類，約有高等植物151科，598屬，1 600余種。此外，還有低等植物200余種。霧靈山絕大多數(shù)植物種類屬于華北植物區(qū)系，部分屬于蒙古植物區(qū)系，還受東北植物區(qū)系的影響。油松（Pinus tabulaeformis）、華北落葉松（Larix principic-rupprechtii）、蒙古櫟（Quecus momgolica）、核桃楸（Juglans mandshurica）、山楊（Populus davidi-ana）、白樺（Betula platyphylla）是該區(qū)分布最廣，作用最大的優(yōu)勢(shì)種。單種屬植物較多，還有一定數(shù)量的栽培區(qū)系成分。

2 研究方法

2.1 土壤養(yǎng)分測(cè)試

2008年7月中旬在河北霧靈山選取5種代表性的純林林分進(jìn)行采樣分析，每個(gè)林分類型做3個(gè)重復(fù)，樣地面積為40m×40m，對(duì)其進(jìn)行每木檢尺，各樣地基本特征如表1所示。將5種代表性的純林林分土壤分別按0—10cm，10—20cm，20—40cm三層機(jī)械取樣，把取得的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，過(guò)0.2 mm的篩子用于土壤養(yǎng)分的測(cè)定。用pH酸度計(jì)測(cè)土壤pH，用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，土壤全氮含量采用凱氏定氮法，土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法，土壤全磷為硫酸—高氯酸—鉬銻抗比色法，土壤速效磷為碳酸氫鈉浸提比色方法，土壤速效鉀采用火餡光度計(jì)法［7］。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本概況

2.2 土壤養(yǎng)分主成分分析方法

利用主成分分析法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同林分土壤養(yǎng)分研究結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

綜合評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分的7項(xiàng)指標(biāo)，包括pH值（X1）、有機(jī)質(zhì)（X2）、全氮（X3）、全磷（X4）、速效磷（X5）、速效鉀（X6）、堿解氮（X7）。

本文采用SPSS17.0，對(duì)所測(cè)定的7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。主成分分析法是一種降維的方法，通過(guò)分析多個(gè)變量，篩選出貢獻(xiàn)量最大的成分作為主要成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分土壤pH值比較

土壤酸堿性（pH值）是土壤化學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要方面。微生物的活動(dòng)、土壤有機(jī)質(zhì)的分解、土壤中養(yǎng)分元素的釋放、轉(zhuǎn)化以及遷移都與酸堿度有關(guān)［8］。由圖1可知，5種不同林分的土壤pH值均為弱酸性，其變化范圍為4.61～6.31，蒙古櫟純林和白樺純林隨土層增加pH值減小；油松純林和核桃楸純林均隨土層增加先減小后增大，落葉松純林隨土層增加先增大后減小。這是由于林地土壤表層森林枯落物的分解產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，而且鹽基又從礦質(zhì)土壤表層淋失出來(lái)所致，與趙廣亮等人在北京市八達(dá)嶺林場(chǎng)的研究結(jié)果一致［9］，進(jìn)一步證實(shí)了凋落物對(duì)pH值的影響。

圖1 不同林分不同土層土壤pH值

3.2 不同林分土壤有機(jī)質(zhì)含量比較

如圖2所示，在0—10cm和10—20cm土層內(nèi)，有機(jī)質(zhì)排序均為白樺純林最大，油松純林最小，20—40cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)排序?yàn)楹颂议奔兞肿畲?，油松純林最小。只有油松純林?—10cm的表層土壤其有機(jī)質(zhì)含量高于下層，其他林分類型均是表層土壤有機(jī)質(zhì)高于下層土壤有機(jī)質(zhì)。從三層土壤層有機(jī)質(zhì)來(lái)看，0—10cm土層土壤有機(jī)質(zhì)最大，為8.50g／kg；10—20cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)居中，為4.41g／kg；20—40cm土層土壤有機(jī)質(zhì)最小，僅為3.12g／kg。從三層土壤有機(jī)質(zhì)均值來(lái)看，白樺純林（9.60g／kg）最大，油松純林（2.53g／kg）最小，白樺純林是油松純林的3.79倍。從針闊林角度來(lái)看，闊葉林的土壤有機(jī)質(zhì)普遍大于針葉林，說(shuō)明闊葉林的土壤肥力大于針葉林，其原因是土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于地上植物的凋落物及地下根系，闊葉樹(shù)種其根系多于針葉樹(shù)種，凋落物量也相對(duì)較多。

圖2 不同林分不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量

3.3 不同林分土壤全P、全N含量比較

由表2可知，隨土壤厚度的增加，只有蒙古櫟純林全P含量呈逐漸遞增的趨勢(shì)，其他林分類型均呈逐漸遞減的趨勢(shì)。土壤全P含量每10cm均值的變化趨勢(shì)為：白樺純林＞核桃楸純林＞蒙古櫟純林＞落葉松純林＞油松純林。

表2顯示，隨土層增加，核桃楸純林全N含量先減小后增大；其他林分類型均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。土壤全N含量每10cm均值的變化趨勢(shì)為：油松純林＞蒙古櫟純林＞白樺純林＞核桃楸純林＞落葉松純林，即油松純林的土壤供N的總水平最高為3.45g／kg。

不同林分全P和全N養(yǎng)分含量均是闊葉林大于針葉林，全P和全N比較，不論是不同土層還是養(yǎng)分含量均值都是全N含量大于全P含量。

3.4 不同林分土壤速效養(yǎng)分含量比較

表3顯示，隨著土壤深度的增加，土壤中速效K含量呈逐漸減少的趨勢(shì)。不同林分土壤速效K含量每10cm均值在67.54～169.88mg／kg之間，變化趨勢(shì)為：蒙古櫟純林＞白樺純林＞核桃楸純林＞落葉松純林＞油松純林，速效K含量均值最大的蒙古櫟純林（169.88mg／kg）是最小的油松純林（67.54mg／kg）的2.52倍。

表2 不同林分土壤全P全N含量

表3 不同林分土壤速效養(yǎng)分含量

由表3可知，不同林分土壤速效P含量每10cm均值在0.84～6.84mg／kg之間，排序?yàn)椋喊讟寮兞郑?.84mg／kg）＞蒙古櫟純林（4.50mg／kg）＞核桃楸純林（4.42mg／kg）＞油松純林（4.41mg／kg）＞落葉松純林（0.84mg／kg），白樺純林的土壤速效P含量最大，是最小的油松純林的8.14倍。

5種不同林分中（表3），土壤堿解N含量每10 cm均值在65.68～147.88mg／kg之間，變化趨勢(shì)為：白樺純林（147.88mg／kg）＞ 核桃楸純林（117.13 mg／kg）＞油松純林（100.72mg／kg）＞落葉松純林（80.07mg／kg）＞蒙古櫟純林（65.68mg／kg），白樺純林的堿解N均值含量是蒙古櫟純林的2.25倍。闊葉林分的速效N含量高于針葉林。

3.5 不同林分土壤養(yǎng)分綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)

研究5個(gè)林分類型綜合評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分效應(yīng)，對(duì)各樣地所測(cè)的三層原始數(shù)據(jù)的加權(quán)平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)表4。將5個(gè)林分類型的7項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為7個(gè)成分。由表5可以看出，前3個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為99.645%，表明前3個(gè)主成分已經(jīng)把5個(gè)林分類型的99.645%信息反映出來(lái)，且前3個(gè)主成分的特征值均大于1，介于1.418～4.000。因此，前3個(gè)成分可以較好的反映出各評(píng)價(jià)指標(biāo)所包含的綜合信息。根據(jù)各性狀相關(guān)矩陣的特征向量（表6）可構(gòu)造土壤養(yǎng)分效應(yīng)評(píng)價(jià)函數(shù)，3個(gè)主成分的權(quán)重依次為：0.573，0.223，0.203；5種不同林分的綜合得分和排名如表7所示。

表4 不同林分評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

表5 主成分初始特征值

由表7可知，不同林分類型土壤養(yǎng)分效應(yīng)評(píng)價(jià)值表現(xiàn)為：白樺純林（1.122）＞核桃楸純林（0.203）＞蒙古櫟純林（0.106）＞油松純林（－0.261）＞落葉松純林（－0.819）。

表6 主成分得分系數(shù)矩陣

表7 不同林分類型綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論與討論

5種不同林分綜合排序?yàn)榘讟寮兞郑竞颂议奔兞郑久晒艡导兞郑居退杉兞郑韭淙~松純林。白樺純林的林齡最大，為39a，且其土壤有機(jī)質(zhì)、全P、全N、速效P和堿解N含量均是5種林分類型中最高的；且處于半陰坡，坡度21°較平緩，郁閉度0.7也較大，海拔1 480m，是5種林分類型中最大的。核桃楸純林和蒙古櫟純林均為闊葉林，其枯枝落葉層積累的腐殖質(zhì)均高于針葉林，且樹(shù)種根系發(fā)達(dá)，有助于有機(jī)質(zhì)的積累，核桃楸純林土壤類型為褐土，而蒙古櫟純林土壤類型為棕壤，本有的土壤肥力核桃楸純林高于蒙古櫟純林。油松純林和落葉松純林均為針葉樹(shù)種，根和枝葉積累的有機(jī)質(zhì)較少；油松純林海拔最低，且處于陽(yáng)坡，樹(shù)木生長(zhǎng)狀況較好，枯枝落葉層分解速度較快，積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高于落葉松純林；落葉松純林，坡度較低，僅為11°，枯枝落葉不易積累，處于陰坡，接收陽(yáng)光較少，生長(zhǎng)狀況不良，枯枝落葉層不易分解，積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)最少。

5種不同林分的土壤pH值均為弱酸性，蒙古櫟純林和白樺純林隨土層增加pH值減小；油松純林和核桃楸純林均隨土層增加先減小后增大，落葉松純林隨土層增加先增大后減??；土壤有機(jī)質(zhì)含量油松純林隨土層深度增加而增大，其它林分類型隨土層增加而減小，闊葉林的土壤有機(jī)質(zhì)普遍大于針葉林的；隨土壤厚度的增加，土壤速效養(yǎng)分含量和土壤全量養(yǎng)分含量呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，全N含量大于全P含量，闊葉林大于針葉林；土壤速效K含量均值蒙古櫟純林最大油松純林最小，土壤速效P含量白樺純林最大油松純林最小，堿解N含量白樺純林最大蒙古櫟純林最小。不同林分類型土壤養(yǎng)分綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)白樺純林最大，落葉松純林最小。

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