梵凈山不同植被類型下土壤養(yǎng)分的差異

路 岑，張維勇，石 磊，林昌虎，3＊，何騰兵

（1．貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550025；2．梵凈山國家自然保護(hù)區(qū)管理局，貴州 江口555207；3．貴州醫(yī)科大學(xué)，貴州貴陽550004；4．貴州大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院中國西部發(fā)展能力研究中心，貴州貴陽550025）

梵凈山不同植被類型下土壤養(yǎng)分的差異

路 岑1，張維勇2，石 磊2，林昌虎1，3＊，何騰兵4

（1．貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550025；2．梵凈山國家自然保護(hù)區(qū)管理局，貴州 江口555207；3．貴州醫(yī)科大學(xué)，貴州貴陽550004；4．貴州大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院中國西部發(fā)展能力研究中心，貴州貴陽550025）

為給梵凈山自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、植被可持續(xù)性建設(shè)與管理提供一定的參考資料和理論依據(jù)，通過野外實(shí)地調(diào)查、采樣和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，分析梵凈山喬木林、灌木林、草地、竹林4種植被類型下土壤養(yǎng)分含量差異性特征。結(jié)果表明：梵凈山土壤pH為4．33～5．36，為較強(qiáng)酸性，隨土層深度增加，土壤pH逐漸增大；植被對(duì)土壤養(yǎng)分具有表聚效應(yīng)，不同植被覆蓋下表層土壤有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素含量均高于深層土壤；灌木林各層有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素、鉀素含量較高于其他植被類型，由于灌木林地種群豐富，潮濕的地表環(huán)境條件有利于微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解。高郁閉度下土壤徑流、淋溶損失減少，所以土壤養(yǎng)分元素更易聚集。

梵凈山；土壤養(yǎng)分；植被類型

森林生態(tài)系統(tǒng)為多種生物提供賴以生存的場所和自然環(huán)境條件，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、組成結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、功能最完善的一種自然生態(tài)系統(tǒng)。一方面，森林土壤作為植物生長的必要環(huán)境條件，通過供應(yīng)和調(diào)節(jié)土壤水、養(yǎng)分、氣、熱影響植物生長發(fā)育［1］，土壤環(huán)境的差異會(huì)導(dǎo)致植物群落結(jié)構(gòu)、功能及物種多樣性發(fā)生改變［2］。另一方面，森林凋落物、死亡植物體是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源和森林土壤肥力維持的基礎(chǔ)，植被防止或減輕水土流失引起的養(yǎng)分流失［3］，植被的出現(xiàn)及演替也將影響土壤性狀發(fā)生改變［4］。良好的土壤環(huán)境為維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ)，植被也影響著土壤養(yǎng)分的積累、分布和循環(huán)。因此，植被與土壤是一個(gè)相互作用、相互影響、相互制約、協(xié)調(diào)發(fā)展的統(tǒng)一系統(tǒng)。土壤養(yǎng)分與植被之間關(guān)系的研究，一直是土壤學(xué)研究的重要領(lǐng)域。通過研究土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)了解不同植被類型土壤肥力和元素循環(huán)具有重要意義。目前學(xué)者們對(duì)不同氣候帶植被類型與土壤性質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了研究：姜紅梅等［5］對(duì)祁連山東段不同植被下土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行研究認(rèn)為，植被對(duì)土壤養(yǎng)分具有表聚效應(yīng)，不同植被類型對(duì)土壤養(yǎng)分的表聚強(qiáng)度不同。劉躍強(qiáng)等［6］對(duì)四川西北部典型群落類型森林土壤研究發(fā)現(xiàn)，不同植被類型土壤養(yǎng)分庫有明顯差異，植被越原始，養(yǎng)分庫越高。

梵凈山自然保護(hù)區(qū)位于27°46′50″～28°1′30″N，108°35′55″～108°48′30″E，貴州東北部江口、印江、松桃三縣交界處，該山山體龐大，地勢隆起顯著，突立于貴州山原東部斜坡向湘西丘陵過渡之間，全區(qū)總面積567km2，是以保護(hù)黔金絲猴、梵凈山冷杉等珍稀野生動(dòng)植物及原生森林生態(tài)系統(tǒng)為主的國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，區(qū)內(nèi)年平均氣溫5～17℃，年降水量1 100～2 600mm，平均相對(duì)濕度80%以上，中亞熱帶季風(fēng)山地濕潤氣候特征明顯，原始生態(tài)保存完好，物種豐富，植被類型多樣，溫度、降雨量、土壤、植物等垂直分布十分明顯。土壤由山頂至山麓依次為山地灌叢草旬土、山地暗色矮林土、山地黃棕壤、山地黃壤、山地黃紅壤。成土母質(zhì)主要為元古代板溪群變質(zhì)巖風(fēng)化的殘積和坡積物；由于巖漿的侵入活動(dòng)使整個(gè)山區(qū)還有呈北東－南西的巖漿巖出露，構(gòu)成部分土壤的成土母質(zhì)。植被類型主要有常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌叢和高山草地等。地貌較復(fù)雜，可分為高中山峽谷、中山峽谷、低山丘陵和河谷盆地等地貌類型［7］。

梵凈山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)由于遠(yuǎn)離工業(yè)污染源，受人類活動(dòng)影響較小，比較完整地保持了原有的自然環(huán)境特點(diǎn)和生態(tài)系統(tǒng)，氣候濕潤，植物資源種類豐富，植被和土壤的垂直變化明顯，是研究自然植被和土壤自然背景值的理想場所。我國學(xué)者對(duì)梵凈山植被分布、地質(zhì)構(gòu)造、土壤類型等方面進(jìn)行了研究［78］，但就目前而言，在梵凈山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)開展的土壤養(yǎng)分狀況分析研究較少。進(jìn)一步探明不同植被類型與土壤養(yǎng)分，特別是土壤基本養(yǎng)分如有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀之間的關(guān)系，對(duì)于合理利用森林和森林土壤資源、建立森林生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)具有重要意義。基于此，筆者通過分析梵凈山典型植被群落下不同層次土壤養(yǎng)分的變化，探討不同植被類型對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響等問題，以期為梵凈山自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、植被可持續(xù)性建設(shè)與管理提供一定的參考資料和理論依據(jù)。

1材料與方法

1．1樣品采集與處理

試驗(yàn)于2013年10月開展，進(jìn)行了樣地調(diào)查、土樣采集及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定分析。試驗(yàn)中，根據(jù)梵凈山森林土壤面積、地形地貌、植被覆蓋等情況選取竹林、喬木林、灌木林、草地4塊樣地。為了降低環(huán)境因子的影響，采樣點(diǎn)須具有典型性和代表性。在4樣地中用多點(diǎn)混合取樣法按0～20cm、20～40cm 和40～60cm分3層分別取土樣裝入不含污染物的布袋，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，剔除有機(jī)殘?bào)w、雜質(zhì)等。風(fēng)干后按對(duì)角線四分取土法分取1／2樣品研磨過篩，供分析測試用，另1／2作為備用樣品保存。

1．2測定項(xiàng)目與分析方法

土壤pH采用電極電位法（水土比1∶2．5）測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化－外加熱法測定，土壤全氮采用半微量凱氏法測定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷采用鹽酸－氟化氨提?。f銻抗比色法測定，速效磷采用雙酸法浸提－鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提－火焰光度法測定。以上測定方法參見《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［9］。

測定結(jié)果用算術(shù)平均值表示。剔除分布于平均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)差之外的數(shù)據(jù)，經(jīng)Excel 2003統(tǒng)計(jì)整理后進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2．1梵凈山土壤養(yǎng)分總體特征

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），并結(jié)合梵凈山自然保護(hù)區(qū)自然植被土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)特征（表2），梵凈山自然保護(hù)區(qū)4種不同植被類型下的土壤有機(jī)質(zhì)含量極豐富，一級(jí)，變幅為6．08～145．63g／kg，平均含量為43．34g／kg；全氮含量極豐富，一級(jí)，變幅為0．46～9．79g／kg，平均含量為3．14g／kg；全磷含量極豐富，一級(jí)，變幅為0．94～7．13g／kg，平均含量為2．85g／kg；全鉀含量極缺乏，六級(jí)，變幅為1．53～6．7g／kg，平均含量為3．69g／kg；堿解氮含量極豐富，一級(jí)，變幅為26．87～657．51mg／kg，平均含量為259．16mg／kg；有效磷含量極豐富，一級(jí)，變幅為25．5～497．41mg／kg，平均含量為124．07mg／kg；速效鉀含量適宜，四級(jí)，變幅為17～280mg／kg，平均含量為91．65mg／kg。可見，區(qū)內(nèi)自然植被下土壤養(yǎng)分含量較豐富?？葜β淙~、苔蘚植被以及根系分泌物是土壤養(yǎng)分的重要來源，而豐富的養(yǎng)分含量也保證了梵凈山森林植被的正常生長，表明梵凈山森林植被與土壤間有著良好的物質(zhì)循環(huán)。

土壤養(yǎng)分空間變異性分析是土壤養(yǎng)分管理的基礎(chǔ)，變異系數(shù)是土壤性質(zhì)的內(nèi)在反映，可以區(qū)別不同土壤養(yǎng)分對(duì)外界條件的敏感性。進(jìn)一步分析表明，變異系數(shù)有效磷最大，為0．85；pH最小，為0．11。變異系數(shù)的大小反應(yīng)特性參數(shù)的空間變異程度，一般認(rèn)為，0．1≤CV≤1．0為中等變異性。從表2看出，該區(qū)各養(yǎng)分含量均為中等變異性，反映了該區(qū)土壤性狀不均一的特點(diǎn)。

表1 全國第二次土壤普查養(yǎng)分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of the Second National Soil Survey

表2 梵凈山自然保護(hù)區(qū)自然植被土壤養(yǎng)分的統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Soil nutrients of natural vegetation in Fanjing Mountain Nature Reserve

2．2梵凈山4種不同植被類型土壤的養(yǎng)分特征

2．2．1pH土壤pH是反映土壤酸堿度的重要指標(biāo)，不僅直接影響土壤中K＋、Ca2＋、Mg2＋、Na＋和有效磷對(duì)植物的供應(yīng)，還使一些微量元素有效性也受到制約［10］。土壤微生物的活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的分解、土壤礦質(zhì)元素的釋放與轉(zhuǎn)移以及土壤發(fā)生過程中的元素遷移，都和土壤酸堿度有關(guān)［11］。梵凈山4種不同植被類型土壤pH為4．33～5．34，呈極強(qiáng)酸性和弱酸性，0～20cm土壤pH由大到小依次為竹林＞草地＞喬木林＞灌叢，20～40cm及40～60cm土壤pH由大到小依次為喬木林≥草地＞竹林＞灌叢（圖1）。除竹林外，不同植被類型覆蓋下土壤pH隨土壤深度增大而酸度減弱，由于表層土壤受枯枝落葉和有機(jī)物分解產(chǎn)生有機(jī)酸使土壤酸度增加，而大氣沉降輸入土壤較多的H＋代換表層土壤中的鹽基離子，鹽基離子下降至深層土壤中，使得表層土壤pH降低，深層土壤的pH升高，再加上貴州地區(qū)酸沉降狀況，表層土壤與酸沉降接觸密切［12］。

2．2．2有機(jī)質(zhì) 由圖1還可知，隨土層深度增加，不同植被類型林下土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅度減少，土層0～20cm的有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他各層，原因是森林受人為活動(dòng)因素影響較小，土壤環(huán)境處于半封閉狀態(tài)，動(dòng)植物群落發(fā)育豐富，物質(zhì)循環(huán)過程中動(dòng)物殘?bào)w、植被凋落物分解和累積使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，而下層土壤有機(jī)質(zhì)受地表凋落物影響較小。在0～20cm、20～40cm土層，不同植被覆蓋下土壤有機(jī)質(zhì)含量依次為灌木林＞草地＞喬木林＞竹林；40～60cm土層，不同植被覆蓋下土壤有機(jī)質(zhì)含量依次為灌木林＞草地＞竹林＞喬木林。灌木林地土壤各層有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他林地土壤相應(yīng)各層，原因是灌木林地下凋落物較多，同時(shí)灌草叢坡度最小，強(qiáng)降雨條件下灌木林水土流失較小，土壤有機(jī)質(zhì)含量受徑流沖刷影響相應(yīng)較?。?3］。0～20cm土層中，竹林土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，原因是竹林本身培肥能力較差，地表枯落物厚度小養(yǎng)分回歸量較少［1415］，這也可能是竹林土壤表層pH較高的原因之一，Apain等［16］的研究結(jié)果證明，澳大利亞變質(zhì)巖上發(fā)育的熱帶雨林土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。。

圖1 4種植被類型不同土層土壤的pH和有機(jī)質(zhì)含量Fig．1 pH and organic matter content in soils with different layer of four vegetation types

2．2．3全氮和堿解氮 土壤全氮是衡量土壤氮素肥力狀況的重要指標(biāo)。土壤堿解氮?jiǎng)t可以直接被植物吸收，對(duì)植物的生長發(fā)育有著重要的影響，也是考察土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。從圖2看出，不同植被覆蓋下土壤全氮含量和堿解氮含量除竹林外，隨土層深度增加，不同植被類型林下土壤全氮、堿解氮含量均表現(xiàn)減少趨勢，且土層0～20cm的含量明顯高于其他各層，灌木林地土壤各層全氮、堿解氮含量明顯高于其他林地土壤相應(yīng)各層。土壤氮素含量的變化與土壤有機(jī)質(zhì)含量變化基本相似，這是由于土壤氮素主要分布于土壤有機(jī)質(zhì)中［17］，這與前人的研究結(jié)果一致［18－19］。

圖2 4種植被類型不同土層土壤中的全氮和堿解氮含量Fig．2 Total nitrogen and available nitrogen content in soils with different layer of four vegetation types

2．2．4全磷和有效磷 在主要植物營養(yǎng)元素中，磷在風(fēng)化殼中的物質(zhì)遷移最小。土壤全磷的含量主要受成土作用和土壤母質(zhì)的影響，而有效磷可直接提供給植物生長所需，所以土壤全磷和有效磷也是衡量土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)。圖3表明，4種植被類型中，全磷含量為灌木林最高，喬木林次之，再次為草地，竹林最低。在0～20cm、20～40cm、40～60cm土層中，全磷含量灌木林分別為5．25g／kg、4．38g／kg和3．72g／kg，喬木林分別為3．50g／kg、2．50g／kg和1．29g／kg，草地分別為5．58g／kg、2．50g／kg和1．84g／kg，竹林分別為2．84g／kg、1．72g／kg和2．50g／kg。不同土層不同植被類型覆蓋下土壤全磷含量均為灌木林最高、竹林最低。由圖3還看出，不同植被全磷與有效磷含量順序不盡相同。有效磷含量灌木林分別為186．09mg／kg、96．12mg／kg和73．28mg／kg，喬木林分別為126．08mg／kg、152．95mg／kg和113．51mg／kg，草地分別為189．85mg／kg、90．73mg／kg和61．72mg／kg，竹林分別為237．36mg／kg、86．21 mg／kg和28，70mg／kg。0～20cm土層，竹林有效磷含量最高，草地次之，再次為灌木林；20～40cm、40～60cm土層，竹林有效磷含量最高，灌木林次之，再次為草地，竹林最低。竹林、灌木林、草地有效磷含量隨土層深度增加呈減少趨勢，而喬木林有效磷含量隨著土層深度增加呈先增加后減小的拋物線趨勢。

2．2．5全鉀和速效鉀 由圖4看出，4種森林植被不同土層深度土壤全鉀含量均為喬木林最高。隨土層深度增加，喬木林、灌木林土壤全鉀逐漸減小，竹林全鉀表現(xiàn)為先減小后增加，而草地全鉀則表現(xiàn)為先增大后減小趨勢。森林土壤中鉀素含量的主要來源是母質(zhì)在成土過程中的釋放，其次是有機(jī)質(zhì)中鉀素的補(bǔ)充，因此不同植被類型對(duì)土壤全鉀含量變化規(guī)律不明顯。從圖4還看出，表層土壤速效鉀含量高于20～40cm、40～60cm土層。隨土層深度增加，土壤速效鉀含量均表現(xiàn)為減小趨勢。受土層深度影響較大，不同植被類型0～20cm土層速效鉀含量分別是20～40cm和40～60cm土層含量的1～4．7倍和2．4～4．8倍。

圖3 4種植被類型不同土層土壤的全磷和有效磷含量Fig．3 Total phosphorus and available phosphorus contentin soils with different layer of four vegetation types

圖4 4種植被類型不同土層土壤的全鉀和速效鉀含量Fig．4 Total potassium and rapidly available potassium content in soils with different layer of four vegetation types

3小結(jié)

對(duì)梵凈山4種不同植被草地、竹林、灌木林、喬木林土壤剖面中養(yǎng)分特征的研究表明：1）土壤pH 在4．33～5．56，土壤為較強(qiáng)酸性，隨土層深度增加，土壤pH逐漸增大，其中，草地土壤pH最高，灌木林土壤酸性最高。2）不同植被覆蓋下表層土壤有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素含量均高于深層土壤，反應(yīng)了植被對(duì)土壤養(yǎng)分具有表聚效應(yīng)［20］，土壤養(yǎng)分的表聚為地表植物提供了豐富的養(yǎng)分補(bǔ)充，地表覆蓋度增加有效地減輕土壤侵蝕，從而促進(jìn)土壤與植被的相互循環(huán)演替。3）總體上看，灌木林各層有機(jī)質(zhì)、氮素、磷素、鉀素含量較高于其他植被類型，由于灌木林地種群豐富，潮濕的地表環(huán)境條件有利于微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解；幾種樣地中灌木林地的坡度較小，且郁閉度高，相同條件下土壤徑流、淋溶損失少，所以土壤養(yǎng)分元素更易聚集。植被對(duì)于土壤氮素、磷素、鉀素含量的影響最直接因素即通過土壤與植被的相互循環(huán)演替，因此，不同植被群落對(duì)土壤養(yǎng)分的影響各不相同，但保護(hù)和提高土壤有機(jī)質(zhì)含量是森林土壤培肥最有利的措施。

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（責(zé)任編輯：劉 海）

Difference of Soil Nutrients under Different Vegetation Type in Fanjing Mountain Nature Reserve

LU Cen1，ZHANG Wei－yong2，SHI Lei2，LIN Changhu1，3＊，HE Tengbing4
（1．College of Life Science，Guizhou University，Guiyang，Guizhou550025；2．Fanjing Mountain National Nature Reserve Administration，Jiangkou，Guizhou555207；3．Guiyang Medical University，Guiyang，Guizhou550004；4．Chinese Western Development Ability Research Center，Institute of New Rural Development，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

The difference characteristics of soil nutrients under four vegetation types of arbor forest，shrub forest，grassland and bamboo forest in Fanjing Mountain Nature Reserve was analyzed by the combination of field survey，sampling and indoor analysis to provide a certain reference data and theoretical basis for ecological environment protection，vegetation sustainable construction and management of Fanjing Mountain Nature Reserve．Results：pH of the soil is 4．33～5．36and soil pH increases gradually with increase of soil depth．Vegetation is of the surface accumulation effect to soil nutrients and the organic matter，nitrogen and phosphorus content in topsoil is higher than those in deep soil under different vegetation types．The content of organic matter，nitrogen，phosphorus and potassium in different soil layers of shrub forest is higher than other vegetation types because the abundant microorganism population and humid surface environment condition are beneficial to decompose organic matter．Less runoff and leaching loss of the soil under high canopy density is beneficial to accumulate soil nutrient elements more easily．

Fanjing Mountain nature reserve；soil nutrient；vegetation type

S158

A

1001－3601（2016）02－0093－0177－05

2015－06－16；2015－12－30修回

貴州省省院合作項(xiàng)目“梵凈山自然保護(hù)區(qū)不同植被類型元素化學(xué)計(jì)量與生態(tài)穩(wěn)定性的關(guān)系研究［黔科合院地合（2013）7002］；貴州省社發(fā)攻關(guān)課題“氣候變化對(duì)瀕危植物梵凈山冷杉的響應(yīng)及其種質(zhì)資源保育關(guān)鍵技術(shù)研究”［黔科合SY字（2013）3152］

路 岑（1991－），女，在讀碩士，研究方向：環(huán)境污染與治理。E－mail：lucen1109＠163．com

＊通訊作者：林昌虎（1961－），男，研究員，從事土壤學(xué)與環(huán)境科學(xué)方面研究。E－mail：linchanghu79＠sina．com