廣東翁源青云森林公園6種林分土壤理化特性分析

黃華蓉，董奇妤，楊亞慧，胡柔璇，陳紅躍

（1.廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510520；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

廣東翁源青云森林公園6種林分土壤理化特性分析

黃華蓉1，董奇妤2，楊亞慧2，胡柔璇2，陳紅躍2

（1.廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510520；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642）

以廣東省翁源縣青云森林公園6種不同林分為研究對(duì)象，采集土壤樣品進(jìn)行理化性質(zhì)分析，并利用主成分分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示不同林分土壤特性的差異，為森林公園資源保護(hù)管理與改造提供依據(jù)。結(jié)果表明，6種林分土壤理化性質(zhì)優(yōu)劣順序?yàn)椋喊姿窳?＞ 天然居針葉混交林 ＞ 下鹿角幼杉林 ＞ 水缸闊葉林 ＞ 爛泥坳桉樹林 ＞ 下排馬尾松林。

土壤；理化性質(zhì)；主成分分析法

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林土壤則是森林生態(tài)系統(tǒng)最基礎(chǔ)、最重要的組成部分。它為林木提供賴以生存的物質(zhì)保障［1］，為動(dòng)植物殘?bào)w分解、微生物活動(dòng)提供基礎(chǔ)條件，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用［2］。土壤肥力是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，反映了土壤協(xié)調(diào)和提供植物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件的能力［3］。土壤理化性質(zhì)的優(yōu)劣情況能反映土壤肥力狀況［4］，因此，土壤理化性質(zhì)是當(dāng)前土壤研究的重要部分。我國(guó)對(duì)森林土壤的研究起步較晚，但近幾十年，土壤研究工作取得了較大進(jìn)步，主要研究森林與土壤理化性質(zhì)相互關(guān)系［5—7］、土壤資源保護(hù)與利用、林木施肥、森林土壤改良、土壤生態(tài)定位等［8—10］。林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行土壤研究，研究重點(diǎn)為土壤質(zhì)量演化及與土壤功能變化的關(guān)系、土壤有機(jī)物變化及組成對(duì)土壤及林木的影響、土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)等［10］。本研究對(duì)森林公園內(nèi)不同林分的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，比較不同林分類型土壤特性的差異，以期為公園林地土壤的科學(xué)管理、資源保護(hù)、改造與合理利用提供科學(xué)依據(jù)，從而推動(dòng)青云森林公園的持續(xù)建設(shè)和健康發(fā)展，同時(shí)為研究林分類型與土壤特性的關(guān)系提供參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

青云森林公園位于廣東省韶關(guān)市翁源縣東南部，地處南嶺山脈與大庾嶺交界的青云山。森林公園地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°06′49″～114°10′11″，北緯24°14′28″～24°18′36″。所在區(qū)域具有明顯的季風(fēng)氣候特征和山地氣候特征，呈現(xiàn)四季分明，冷暖交替明顯，夏季長(zhǎng)，冬季短，熱量足，雨量豐富、濕度大的特點(diǎn)。森林公園地貌類型豐富，溪流眾多。森林公園成土母巖主要是砂巖、礫巖、砂頁(yè)巖。境內(nèi)地帶性土壤為紅壤，從山麓到山頂，土壤垂直帶譜較明顯，依次分布有紅壤（＜ 500 m）、黃紅壤（500～800 m）、山地黃壤（800～1100 m）、山地灌叢草甸土（＞ 1100 m）。公園內(nèi)植被類型較為豐富，主要有針葉林、針闊混交林、闊葉林、竹林等4種植被型，部分森林屬于天然林，也有部分森林植被是早期人為砍伐而后逐步恢復(fù)成林的，還有部分林地屬于人工林經(jīng)營(yíng)區(qū)。其中馬尾松人工林林齡25年以上，毛竹林 20年以上，桉樹林林齡10年以上。

1.2標(biāo)準(zhǔn)地建立

于2014年10月在青云森林公園內(nèi)選擇天然居針葉混交林、下鹿角幼杉林、水缸闊葉林、爛泥坳桉樹林、白水寨毛竹林和下排馬尾松林等6個(gè)林分進(jìn)行調(diào)查。在每種類型林地中選擇代表性的地段各建立20 m × 20 m標(biāo)準(zhǔn)地，3次重復(fù)。林分基本情況見(jiàn)表1。

表1　不同林分標(biāo)準(zhǔn)地概況Table 1　The general situation of different forest stands

1.3土壤樣品采集

在6種林分中，分別在標(biāo)準(zhǔn)地上、中、下坡按S型路線，選取共5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣。

土壤物理性質(zhì)樣品采集：在選定點(diǎn)分別用環(huán)刀取0～30 cm深原狀土壤，并用小鋁盒采取土樣。

土壤化學(xué)性質(zhì)樣品采集：用滅菌小鏟分別采集0～30 cm深土壤并混合成約1 kg土樣，裝于滅菌封口聚乙烯袋中，備用。

1.4土壤理化性質(zhì)測(cè)定

采用環(huán)刀法測(cè)定并計(jì)算土壤容重、持水量和孔隙度等指標(biāo)［1］。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；全氮含量使用半微量凱氏滴定法測(cè)定；全磷含量采用氫氧化鈉堿熔融-鉬藍(lán)比色法測(cè)定；全鉀含量使用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測(cè)定；堿性氮含量用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1碳酸氫銨提取鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀用1 mol·L-1中性醋酸銨提取-火焰光度法測(cè)定。

1.5數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，并運(yùn)用SAS 8.1軟件進(jìn)行 Duncan多重比較，用SPSS19.0軟件進(jìn)行主成分分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同林分土壤物理性質(zhì)

土壤物理性質(zhì)包括土壤容重、毛管持水量（率）、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通氣孔隙度等指標(biāo)。本研究不同林分土壤的物理性質(zhì)如表2。

從土壤容重來(lái)看，最大的為下排馬尾松林，達(dá)1.38 g·cm-3，表明該林分土壤緊實(shí)；爛泥坳桉樹林、水缸闊葉林和下鹿角幼杉林次之，分別為1.10、1.08、1.06 g·cm-3；天然居針葉混交林和白水寨毛竹林土壤容重較低，分別為0.85、0.75 g·cm-3，說(shuō)明這兩處林分土壤疏松多孔。

從土壤毛管持水量來(lái)看，白水寨毛竹林和天然居針葉混交林較高，分別為645.53、576.10 g·kg-1；其次為水缸闊葉林、爛泥坳桉樹林和下鹿角幼杉林，分別為482.09、457.31、432.83 g·kg-1；下排馬尾松林的土壤毛管持水量最低，僅為335.06 g·kg-1。6種林分土壤毛管持水率間的差異及規(guī)律與毛管持水量相似，白水寨毛竹林的最高，天然居針葉混交林次之，水缸闊葉林、爛泥坳桉樹林和下鹿角幼杉林之間差異不顯著，下排馬尾松林的最低。

土壤的孔隙度是決定土壤持水能力的重要因素。從土壤總孔隙度來(lái)看，白水寨毛竹林和天然居針葉混交林較高，分別達(dá)71.77%和68.10%；其次為下鹿角幼杉林、水缸闊葉林和爛泥坳桉樹林，分別為60.04%、59.31%、58.54%；下排馬尾松林最低，僅為47.83%。

毛管孔隙中保存的水分能被植物利用，是提供給植物最有效的水分。從土壤的毛管孔隙度來(lái)看，6種林分間差異不大，其中水缸闊葉林較高，但與天然居針葉混交林、爛泥坳桉樹林和白水寨毛竹林差異不顯著；除水缸闊葉林外，其他林分的毛管孔隙度差異不顯著。

土壤中的水分能快速地暫時(shí)貯存于土壤非毛管孔隙中，并及時(shí)下滲，非毛管孔隙度越大，越有利于地表徑流的減少。從土壤非毛管孔隙度來(lái)看，白水寨毛竹林和天然居針葉混交林最高，分別為23.63% 和19.41%；其次為下鹿角幼杉林和爛泥坳桉樹林，分別為14.14%、8.44%；水缸闊葉林的非毛管孔隙度雖不算太小，為7.26%，但其標(biāo)準(zhǔn)差較大，毛管空隙分布不均；下排馬尾松林的非毛管孔隙度最小，僅為1.51%。

從土壤通氣孔隙度來(lái)看，白水寨毛竹林最高，達(dá)48.59%；下排馬尾松林的土壤通氣孔隙度最小，僅為20.49%；天然居針葉混交林、下鹿角幼杉林、爛泥坳桉樹林和水缸闊葉林的土壤通氣孔隙度分別為43.51%、32.06%、27.77%和27.68%。

表2　不同林分土壤物理性質(zhì)Table 2　The soil physical properties of different forest stands

2.2不同林分土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀以及堿解氮、有效磷和速效鉀。本研究中，不同林分土壤養(yǎng)分情況如表3。從6種林分的土壤有機(jī)質(zhì)含量來(lái)看，白水寨毛竹林最高，達(dá)57.56 g·kg-1；下排馬尾松林的最小，僅為25.60 g·kg-1；天然居針葉混交林、下鹿角幼杉林、水缸闊葉林和爛泥坳桉樹林的土壤有機(jī)質(zhì)含量依次減少，分別為52.45、50.57、42.96和39.04 g·kg-1。

從土壤氮、磷、鉀的全量來(lái)看，白水寨毛竹林土壤的全氮和全磷含量均最高，分別為2.25、0.86 g·kg-1，但該林分全鉀含量最低，僅為14.42 g·kg-1；土壤全氮含量最低的是下排馬尾松林，全磷含量以爛泥坳桉樹林最低，但下排馬尾松林的全鉀含量卻是最高的，達(dá) 27.24 g·kg-1。從堿解氮、有效磷和速效K來(lái)看，白水寨毛竹林均為最高，分別為213.88、1.98、72.71 mg·kg-1；土壤堿解氮含量最低的為下排馬尾松林，僅為 75.38 mg·kg-1；土壤有效磷含量除白水寨毛竹林外，其他林分間差異不顯著，均處于同一水平，為1.46～1.55 mg·kg-1；土壤速效鉀含量最低的為天然居針葉混交林，僅為37.81 mg·kg-1。

表3　不同林分土壤養(yǎng)分Table 3　The soil nutrients of different forest stands

2.3不同林分土壤綜合評(píng)價(jià)

2.3.1主成分選取利用SPSS19.0對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表 4。計(jì)算得出前三個(gè)主成分的特征值均大于 1，方差貢獻(xiàn)率分別為74.14%、11.60%、7.50%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)93.25%，說(shuō)明前3個(gè)主成分能夠反映土壤理化性質(zhì)93.25%的信息。因此，選擇前3個(gè)主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)較為合理。

表4　方差分解主成分提取分析Table 4　Principal component analysis by variance decomposition

2.3.2主成分得分及綜合得分利用SPSS19.0計(jì)算出前3個(gè)主成分中各個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的系數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，得到主成分表達(dá)式F1、F2、F3；再根據(jù)每個(gè)主成分的特征值計(jì)算出主成分綜合得分模型F如下（表5）：

表5　綜合主成分值Table 5　Comprehensive value of principal component

其中X1～X14分別代表土壤容重、毛管持水量、毛管持水率、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通氣孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀。

根據(jù)主成分綜合得分模型以及標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，對(duì)不同林分土壤特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如表5所示。6種林分土壤特性綜合得分最高的為白水寨毛竹林，說(shuō)明該林分土壤理化特性最好；天然居針葉混交林、下鹿角幼杉林、水缸闊葉林和爛泥坳桉樹林的綜合得分值依次降低；綜合得分值最低的為下排馬尾松林，說(shuō)明下排馬尾松林的土壤理化特性最差。

3　討論

土壤物理性質(zhì)是反映土壤通氣度、透水性［11］，抗蝕性、保水保肥能力、植物根系的延伸狀況［12］以及土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力的重要指標(biāo)。白水寨毛竹林和天然居針葉混交林的土壤容重都很小，而其他各項(xiàng)物理特性指標(biāo)均處于較高的水平，說(shuō)明白水寨毛竹林和天然居針葉混交林土壤疏松多孔，通氣透水性優(yōu)良，持水性能較高，這可能與林分受人為影響有關(guān)。水缸闊葉林在土壤容重、毛管持水特性以及孔隙度方面表現(xiàn)良好，土壤在通氣透水、涵養(yǎng)水源方面也較好；下鹿角幼杉林和爛泥坳桉樹林的土壤容重、毛管持水特性和孔隙度等較為相近，土壤的疏松程度、通氣透水性以及持水能力等均處于中等水平。下排馬尾松林的土壤容重最大，其他各項(xiàng)物理特性指標(biāo)均處于較低水平，說(shuō)明該林分土壤較為緊實(shí)，土壤的通氣透水性以及持水能力相對(duì)較差，這與目前對(duì)馬尾松和桉樹純林的研究結(jié)果相近［13—15］。

土壤養(yǎng)分是土壤中能夠直接或經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化而被植物吸收的礦質(zhì)元素，土壤養(yǎng)分指標(biāo)能夠較好地反映土壤的肥沃度。白水寨毛竹林除全鉀含量低于其他林分以外，其他各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均為最高，土壤肥沃，這可能與經(jīng)營(yíng)者施肥措施以及林地處于山谷立地有關(guān)。天然居針葉混交林的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，但氮和磷的全量與有效量都偏低，全鉀和速效鉀的含量也較低，其原因有待探討。下鹿角幼杉林的土壤全氮含量以及速效鉀含量均較高，而其他各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)都處于中間水平，該林分屬于人工林，土壤養(yǎng)分等受人為因素影響較大。水缸闊葉林土壤除堿解氮和全磷含量相對(duì)較高以外，其余指標(biāo)均處于中等或偏低水平，這可能與該林地立地條件或人為干擾有關(guān)。爛泥坳桉樹林和下排馬尾松林除土壤全鉀含量較高以外，其他各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均處于中等或較低水平，土壤養(yǎng)分狀況較差。這與各林分的樹種、純林經(jīng)營(yíng)、地力衰退有關(guān)。公園管理方應(yīng)采取適當(dāng)措施對(duì)這類情況的林地進(jìn)行管理改造，如適當(dāng)增加有機(jī)肥，套種其他闊葉樹種進(jìn)行林分改造等。

采用主成分分析法對(duì)各林分土壤理化性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出翁源青云森林公園林地土壤理化特性優(yōu)劣依次為：白水寨毛竹林 ＞ 天然居針葉混交林 ＞ 下鹿角幼杉林 ＞ 水缸闊葉林 ＞ 爛泥坳桉樹林＞ 下排馬尾松林。

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Study on Physical and Chemical Properties of Different Stands in Qingyun Forest Park of Wengyuan County

HUANG Hua-rong1，DONG Qi-yu2，YANG Ya-hui2，HU Rou-xuan2，CHEN Hong-yue2
（1.Lingnan Comprehensive Surveying and Designing Institute of Guangdong Province，Guangzhou 510520，Guangdong China；
2.College of Forestry and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong China）

To provide

for natural resource protection and management，six types of stands in Qingyun forest park were used as soil samples and their physical and chemical properties were comprehensively evaluated by principal component analysis（PCA）. Based on the PCA comprehensive evaluation results，the superior order of 6 forest stands were ranked as follows： Phyllostachys heterocycla forest of Baishuizhai ＞ coniferous mixed forest of Tianranju ＞ broad-leaved forest of Shuigang ＞ Chinese fir plantation of Xialujiao ＞ eucalyptus plantation of Lanni’ao ＞ masson pine plantation of Xiapai.

soil；physical and chemical property；principal component analysis

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.02.010

S714.2

A

1009-7791（2015）02-0135-05

2015-04-27

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2014KJCX015）

黃華蓉，碩士研究生，工程師，從事林業(yè)規(guī)劃與調(diào)查研究。E-mail： gzscaurong@163.com

注：陳紅躍為通訊作者。E-mail： chenhongyuetz@126.com