高黎貢山不同森林類(lèi)型土壤肥力狀況研究

和麗萍，李貴祥，孟廣濤，柴 勇，李寧云

（云南省林業(yè)科學(xué)院，昆明650203）

土壤肥力狀況是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，是土壤提供植物生長(zhǎng)所需水分、養(yǎng)分、熱量和空氣的能力，是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反映［1］。不同林分因其凋落物和凋落量的性質(zhì)不同，養(yǎng)分歸還量不同，故對(duì)林下土壤肥力的影響有很大的差異［2－3］。研究表明，不同森林群落的凋落物、貯量、養(yǎng)分歸還量及凋落物分解速率，對(duì)林下土壤肥力狀況的影響不盡相同；各樹(shù)種凋落物的數(shù)量、化學(xué)成分和分解速率不同，導(dǎo)致不同林分下土壤養(yǎng)分有較大差異，不同樹(shù)種對(duì)同種養(yǎng)分的吸收速率不同，因此，不同林分類(lèi)型對(duì)土壤肥力的影響存在極大的差異［4－6］。

森林土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分和狀態(tài)因子［7］，起著調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外水分的分配及環(huán)境過(guò)濾器的作用，為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了必需的環(huán)境條件［8］。分析不同森林類(lèi)型土壤養(yǎng)分狀況特征的差異，有利于了解森林土壤及其森林類(lèi)型的關(guān)系，為保護(hù)和擴(kuò)大森林資源，建立比較完善的林業(yè)生態(tài)體系提供理論依據(jù)。不同森林類(lèi)型土壤因其氣候、成土母質(zhì)、水文、植被和物質(zhì)遷移堆積特征等因素表現(xiàn)出極大的差異。因此，研究土壤的肥力狀況，揭示其空間變異規(guī)律和分布狀況對(duì)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用以及可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本研究選擇高黎貢山7種不同森林類(lèi)型，測(cè)定其不同層次土壤性質(zhì)，對(duì)不同森林土壤的養(yǎng)分狀況特征進(jìn)行研究，進(jìn)一步了解該地區(qū)土壤肥力和土壤質(zhì)量狀況，旨在為該區(qū)森林土壤資源的科學(xué)管理與評(píng)價(jià)以及森林植被的更新、保護(hù)與恢復(fù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

高黎貢山自然保護(hù)區(qū)南段位于保山市隆陽(yáng)區(qū)、騰沖縣境內(nèi)，北緯24°56′—26°09′，東經(jīng)98°34′—98°50′；土壤垂直分異明顯，垂直帶譜較為完整，從山腳到山頂分布了相當(dāng)于亞熱帶到寒溫帶的土壤類(lèi)型［9－10］。高黎貢山處于我國(guó)西部型季風(fēng)氣候區(qū)［10］，北部地區(qū)的降水具有四季均勻分配的特點(diǎn)，而南部地區(qū)干濕季十分明顯。植被類(lèi)型主要有：熱帶季雨林、亞熱帶常綠闊葉林、硬葉常綠闊葉林、針葉林、灌叢植被、草叢、草甸等類(lèi)型。高黎貢山是東亞植物區(qū)系的搖籃、植物區(qū)系之源、古南大陸和古北大陸植物區(qū)系的融合帶、物種多樣化的中心舞臺(tái)、地球上生物資源最豐富的地區(qū)之一［9－10］。高黎貢山自然保護(hù)區(qū)的土壤類(lèi)型主要根據(jù)海拔高度來(lái)劃分。在高黎貢山南段的東西兩側(cè)坡面，其土壤垂直譜帶有差異。東坡自怒江河谷（820 m）至山頂（3 250m）的森林土壤類(lèi)型依次為：褐紅壤、黃紅壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、亞高山灌叢草甸土。西坡各土壤類(lèi)型的分布高度比東坡高，從中緬16號(hào)界樁（1 740m）起往上為：黃壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、亞高山灌叢草甸土，其土壤類(lèi)型的垂直分布狀況見(jiàn)表1［11］。

1.2 土壤樣品的采集

2013年7月，分別在高黎貢山自然保護(hù)區(qū)南段7種不同森林類(lèi)型：亞高山草甸與灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷，共設(shè)置了21個(gè)樣地（表2），樣地面積為20m×20m，每一個(gè)樣地采樣區(qū)按照S形布點(diǎn)法確定采樣點(diǎn)；每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0—20cm，20—40cm，40—60cm三層剖面土樣并將相應(yīng)土層的土樣混合，再用四分法縮分成為該層的混合土壤樣品，分別裝袋帶回并進(jìn)行室內(nèi)分析。

表1 高黎貢山南段東、西坡面不同土壤類(lèi)型的垂直分布狀況

1.3 土壤樣品的預(yù)處理

采回的土壤樣品放置在無(wú)太陽(yáng)直射、相對(duì)無(wú)風(fēng)、清潔的房間中自然風(fēng)干，然后取風(fēng)干樣品100g，用木錘搗碎后過(guò)20目尼龍篩，再?gòu)闹腥?0g左右樣品在瑪瑙研缽中進(jìn)一步磨細(xì)，充分研磨后使其全部過(guò)100目尼龍篩，將研磨過(guò)后的樣品混勻，裝入袋中密封保存，貼上標(biāo)簽、編上號(hào)，待測(cè)定。

1.4 試驗(yàn)方法

根據(jù)植被對(duì)土壤理化性質(zhì)和肥力的影響，選擇土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀和pH值等8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法；全氮、速效氮測(cè)定采用硫酸—高氯酸消化—堿解擴(kuò)散法、堿解擴(kuò)散法；全磷、速效磷測(cè)定采用硫酸—高氯酸消化—鉬銻抗比色法、氟化銨—鹽酸提取—鉬銻抗比色法；全鉀、速效鉀測(cè)定分別采用硫酸—高氯酸消化—火焰分光光度法、乙酸銨提取—火焰分光光度法；土壤pH值采用電位法［12］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Duncan新復(fù)極差法（SSR法）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同森林類(lèi)型土壤pH和有機(jī)質(zhì)的剖面分異特征

從圖1可看出，研究區(qū)7個(gè)不同森林類(lèi)型中干熱河谷土壤pH值最大為7.31，最小為6.95，平均為7.10，呈堿性，其余6個(gè)森林類(lèi)型土壤pH值均介于4.09～5.26，呈酸性。且隨深度增加，pH 呈現(xiàn)出稍微增大的趨勢(shì)（除干熱河谷外），隨著海拔的升高，pH值呈下降趨勢(shì)。干熱河谷與其他6個(gè)森林類(lèi)型pH差異性顯著。由此可見(jiàn)，土壤酸性的強(qiáng)弱與殘落物分解不完全和極大的降雨量有密切的關(guān)系，由于研究區(qū)除了干熱河谷其他6個(gè)森林類(lèi)型土壤表層有大量的枯枝落葉覆蓋和強(qiáng)降雨引起鹽基離子的下移［7，13］。

表2 樣地基本狀況

圖1 不同森林類(lèi)型土壤不同剖面層次土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成部分，是植物養(yǎng)分和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來(lái)源［14］。此外，它還是土壤結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因子［15］，由此土壤有機(jī)質(zhì)的含量大小可作為土壤肥力高低的一個(gè)重要指標(biāo)。研究區(qū)不同森林類(lèi)型土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著性差異，且由于植物枯落物在土壤表層具有“表聚性”造成了有機(jī)質(zhì)含量總體上隨土層深度的增加而降低。從圖1可知，0—20cm土層有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為：中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；20—40cm土層表現(xiàn)為：灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞干熱河谷；40—60cm土層表現(xiàn)為：灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞干熱河谷。中山濕性常綠闊葉林0—20cm土層除與灌叢土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著外，與草甸、鐵杉林、季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷差異顯著，干熱河谷與其他6個(gè)森林類(lèi)型差異均達(dá)到顯著水平；20—40cm土層和40—60cm土層存在同樣的情況，草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷之間的差異也不顯著，而前四個(gè)類(lèi)型與后三個(gè)類(lèi)型之間的差異就達(dá)到了顯著水平。綜合看來(lái)，土壤有機(jī)質(zhì)含量中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞干熱河谷，表明中山濕性常綠闊葉林土壤的肥力較高，而干熱河谷肥力較低。

2.2 不同森林類(lèi)型土壤全量養(yǎng)分的剖面分異特征

土壤全量養(yǎng)分特征分析土壤中全磷、全氮和全鉀的含量能反映土壤“營(yíng)養(yǎng)庫(kù)”中養(yǎng)分總儲(chǔ)量水平［16］。從圖2可知，土壤全磷含量總體表現(xiàn)為草甸＞季風(fēng)常綠闊葉林＞灌叢＞鐵杉林＞中山濕性常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；土壤全氮含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；土壤全鉀含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。

不同剖面層草甸和季風(fēng)常綠闊葉林、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林全磷含量的差異均不顯著，而和干熱河谷的差異達(dá)到了顯著水平，干熱河谷和季風(fēng)常綠闊葉林、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林全磷含量的差異也均不顯著；草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林0—20cm土層土壤全氮含量差異不顯著，和鐵杉林、季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷存在顯著性差異，20—40cm，40—60cm土層干熱河谷土壤全氮含量與其余6個(gè)森林類(lèi)型的差異顯著，而其余6個(gè)森林類(lèi)型的全氮含量之間差異性不顯著；草甸、灌叢、季風(fēng)常綠闊葉林不同層次全鉀含量差異不顯著，鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林不同層次全鉀含量差異也不顯著，而干熱河谷與其他的森林類(lèi)型土壤全鉀含量差異均表現(xiàn)為顯著。

2.3 不同森林類(lèi)型土壤速效養(yǎng)分的剖面分異特征

土壤速效氮、磷和鉀的含量水平對(duì)于植物的生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用，是反映土壤供應(yīng)養(yǎng)分能力的重要指標(biāo)。研究表明，植物的物種組成和結(jié)構(gòu)與營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)有關(guān)［16－17］。由此可見(jiàn)，土壤速效氮、磷、鉀的分布特征對(duì)于了解森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤肥力和營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)有著重要的意義。

圖2 不同森林類(lèi)型土壤不同剖面層次土壤全量養(yǎng)分含量

由圖3可看出，土壤速效養(yǎng)分含量總體上隨土層深度的增加而降低，土壤速效鉀含量干熱河谷＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞草甸＞中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞鐵杉林；土壤速效氮含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞鐵杉林＞干熱河谷；土壤速效磷含量季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞中山濕性常綠闊葉林＞干熱河谷。

不同森林類(lèi)型不同剖面層次土壤速效養(yǎng)分含量存在顯著性差異。0—20cm土層季風(fēng)常綠闊葉林土壤速效鉀和熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異不顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異顯著；20—40cm土層土壤速效鉀季風(fēng)常綠闊葉林和干熱河谷的差異不顯著，和其他的森林類(lèi)型差異均存在顯著性差異，草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著；40—60cm土層土壤速效鉀干熱河谷和熱帶溝谷雨林、季風(fēng)常綠闊葉林的差異不顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異顯著，季風(fēng)常綠闊葉林和草甸、熱帶溝谷雨林差異不顯著，和干熱河谷、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異存在顯著水平。0—20cm土層土壤速效氮灌叢和草甸、中山濕性常綠闊葉林、季風(fēng)常綠闊葉林的差異不顯著，和鐵杉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異顯著，20—40cm土層土壤速效氮草甸和其他森林類(lèi)型存在顯著水平，灌叢除中山濕性常綠闊葉林外和其他6個(gè)森林類(lèi)型差異顯著，中山濕性常綠闊葉林和季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著，和草甸、鐵杉林、干熱河谷存在顯著差異，40—60cm土層土壤速效氮灌叢和草甸、中山濕性常綠闊葉林的差異不顯著，和鐵杉林、季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異顯著，鐵杉林和季風(fēng)常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著，和草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著。0—20cm土層土壤速效磷草甸和季風(fēng)常綠闊葉林存在顯著差異外和其他6種森林類(lèi)型的差異均不顯著，20—40cm土層土壤速效磷熱帶溝谷雨林和中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、季風(fēng)常綠闊葉林差異不顯著，40—60cm土層土壤速效磷季風(fēng)常綠闊葉林和中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、熱帶溝谷雨林差異存在顯著水平。

圖3 不同森林類(lèi)型土壤不同剖面層次土壤速效養(yǎng)分含量

2.4 不同森林類(lèi)型土壤肥力的綜合評(píng)價(jià)

比較不同森林類(lèi)型土壤肥力水平時(shí)，不同森林類(lèi)型土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀等變化不一且又存在著一定的相關(guān)性，因此可以通過(guò)主成分分析，將原來(lái)較多的變量化為少數(shù)幾個(gè)能綜合反映其土壤肥力因素的新變量，用于衡量其土壤肥力水平。表3顯示8個(gè)指標(biāo)（pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀）的特征根及主成分的貢獻(xiàn)率，前2個(gè)特征值的累積貢獻(xiàn)率為82.601%，表明這2個(gè)特征值已提供全部指標(biāo)75%以上的信息。其中，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮在第一主成分中發(fā)揮重要作用，土壤肥力綜合水平隨著這些因子的增加而呈上升趨勢(shì)；而速效磷、全磷、速效鉀在第二主成分中發(fā)揮重要作用。

表3 主成分分析的特征根及其貢獻(xiàn)率

通過(guò)主成分分析計(jì)算各森林類(lèi)型綜合得分并進(jìn)行排序（表4），結(jié)果表明，草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。表明草甸土壤肥力最好，而干熱河谷土壤肥力最差，并且土壤肥力隨海拔升高而增加，這說(shuō)明草甸表層土壤由于根系分布較多，對(duì)于維護(hù)其土壤的自肥能力具有較大的潛力。灌叢、中山濕性常綠闊葉林、鐵杉林、季風(fēng)常綠闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)的含量較豐富，土層較厚，土壤肥力較好。

表4 綜合主成分值

3 結(jié)論與討論

（1）本研究中，7種不同森林類(lèi)型有機(jī)質(zhì)、有效氮、磷、鉀的含量基本上都隨土壤深度增加而減少，這是因?yàn)樯滞寥鲤B(yǎng)分主要來(lái)源于地上植被枯枝落葉物的分解，從而造成土壤養(yǎng)分具有“表聚性”。森林中林木從土壤中吸取的礦質(zhì)養(yǎng)分相當(dāng)一部分以凋落物的形式歸還土壤，不同的林分具有不同的物種組成、生物學(xué)等特性，使得其凋落物的種類(lèi)和數(shù)量及其分解速率均存在較大差異，從而引起林地不同土層土壤的有機(jī)質(zhì)含量和分布狀況不同；林地土壤全氮和全磷的含量同樣與凋落物的積累有關(guān)，土壤中的氮和磷被植物吸收之后又以凋落物的形式歸還土壤，所以林地土壤上層中的速效氮、磷含量高于土壤下層。

（2）研究表明，高黎貢山研究區(qū)總體上呈現(xiàn)出土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效性養(yǎng)分含量較高、土壤肥力較好，但不同森林類(lèi)型土壤的肥力特征以及同一森林類(lèi)型不同層次土壤的肥力特征均存在著差異，不同森林類(lèi)型土壤養(yǎng)分變化存在差異。在土壤綜合肥力方面，通過(guò)主成分分析7種森林類(lèi)型土壤肥力排序?yàn)椋翰莸椋竟鄥玻局猩綕裥猿＞G闊葉林＞鐵杉林＞季風(fēng)常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。

（3）高黎貢山研究區(qū)不同森林類(lèi)型對(duì)土壤肥力狀況的影響不同。其中，草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，能很好地促進(jìn)土壤養(yǎng)分含量的增加，使其土壤肥力狀況較好；各森林類(lèi)型土壤化學(xué)指標(biāo)大小順序并非完全一致（圖1—3），土壤有機(jī)質(zhì)含量高的土壤其全氮、全磷、速效磷、速效鉀等含量也不一定都比較高，由此可知影響土壤肥力的因素十分復(fù)雜，應(yīng)從土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)方面全面揭示土壤的肥力特征。土壤肥力是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，是土壤提供植物生長(zhǎng)所需水分、養(yǎng)分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。本研究中，我們僅從土壤化學(xué)特性狀況對(duì)高黎貢山不同森林類(lèi)型的土壤肥力進(jìn)行了分析研究，為了更加全面系統(tǒng)深入地了解該區(qū)土壤肥力特征，下一步應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤物理和生物學(xué)性狀等方面的研究。

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