納板河自然保護區(qū)不同坡向和坡位的常綠闊葉林土壤養(yǎng)分1)

袁勇　李小英　劉曉梅　申佳艷

(西南林業(yè)大學，昆明，650224)

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納板河自然保護區(qū)不同坡向和坡位的常綠闊葉林土壤養(yǎng)分1)

袁勇李小英劉曉梅申佳艷

(西南林業(yè)大學，昆明，650224)

摘要采取野外調(diào)查和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究了坡向和坡位對納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤為微酸性、酸性；土壤有機質(zhì)、全氮和全鉀質(zhì)量分數(shù)較高，全磷質(zhì)量分數(shù)相對偏低；土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)在各土層(表層、中層、底層)間存在顯著差異，而土壤pH值和全磷質(zhì)量分數(shù)只在陽坡的各土層間表現(xiàn)出顯著差異；坡向主要影響土壤pH值和土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)；坡位主要影響土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)，且其對土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的影響程度在不同土層表現(xiàn)不同；坡向和坡位的交互作用顯著影響土壤的pH值，而其對其他土壤指標影響不顯著；不同土層土壤有機質(zhì)與全氮、全磷均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)關(guān)系。從而為森林資源的管理和保護提供指導。

關(guān)鍵詞常綠闊葉林；土壤養(yǎng)分；坡向；坡位；方差分析

分類號S714.5

Soil Nutrient of Evergreen Broad-leaved Forests in Different Slope Aspects and Slope Positions in Nabanhe Nature Reserve

Yuan Yong, Li Xiaoying, Liu Xiaomei, Shen Jiayan

(Southwest Forestry University, Kunming 650224, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(3)：12-15,25.

We studied the effects of aspect and position of slope on soil nutrients variation of evergreen broad-leaved forests in Nabanhe Nature Reserve by the field investigation and laboratory analysis. Soil in the study area was slightly acidic and acidic. Soil organic matter, total nitrogen and total potassium content were rich, and total phosphorus content was relatively low; The content of soil organic matter and total nitrogen in each soil layer (surface layer, middle layer and bottom layer) was significantly different, but the soil pH value and total phosphorus content showed difference only in sunny slope. The soil pH value and soil total potassium content were mainly affected by slope aspect. The soil organic matter and total nitrogen were mainly affected by slope position, and its influence on soil nutrient content was different in different soil layers. The interaction between slope aspect and slope position had a significant effect on soil pH value, and its effect on other soil indicators was not significant; Soil organic matter had significant positive correlation with total nitrogen and total phosphorus in different soil layers.

KeywordsEvergreen broad-leaved forest； Soil nutrient； Slope aspect； Slope position； Analysis of variance

土壤養(yǎng)分是植被生長的主要影響因子，也是反映土地退化的主要標志[1]。國內(nèi)外有關(guān)森林土壤養(yǎng)分的研究較多，主要集中在森林土壤養(yǎng)分的影響因素及其空間分布特征上。森林土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)受母質(zhì)、地形、氣候、植被等自然因素的影響[2]，且其質(zhì)量分數(shù)在不同土層間差異顯著[3]。地形因素可以通過影響土壤的微氣候，引起土壤條件的劇烈變化，最終制約植被的生長，進而影響森林的健康狀況[4]。坡向和坡位作為重要的地形因子，常常運用在對森林土壤養(yǎng)分的影響研究中[5-7]。坡向、坡位不同程度地影響著土壤養(yǎng)分的空間分布[8]。不同坡向和坡位由于水熱條件的差異，造成土壤含水量變異明顯[9]。坡向和坡位也是影響土壤有機碳和全氮變化的重要地形因素[10]。研究坡向和坡位對森林土壤養(yǎng)分的影響，有利于了解土壤養(yǎng)分變異格局，促進植物資源的保護與管理。

近年來，納板河流域國家級自然保護區(qū)開展了大量植物資源現(xiàn)狀調(diào)查與保護方面的研究[11-16]，但是對該保護區(qū)森林土壤養(yǎng)分方面的研究還鮮見報導。因此，選取了納板河自然保護區(qū)不同坡向、坡位季風常綠闊葉林為研究對象，對保護區(qū)森林土壤養(yǎng)分狀況進行分析，為森林資源的管理和保護提供基礎(chǔ)性資料。

1研究區(qū)概況

納板河流域國家級自然保護區(qū)位于云南省西雙版納傣族自治州中北部(100°32′～100°44′E，22°04′～22°17′N)，保護區(qū)總土地面積26 600 hm2。

研究樣地位于納板河流域國家級自然保護區(qū)內(nèi)20 hm2永久監(jiān)測實驗地內(nèi)，該實驗地位于保護區(qū)北部過門山管理站，海拔890～1 130 m，地勢較陡，平均坡度25°。植被類型為季風常綠闊葉林，森林上層優(yōu)勢種主要為頂果木(Acrocarpusfraxinifolius)、絨毛番龍眼(Pometiatomentosa)、千果欖仁(Terminaliamyriocarpa)等，樹高可達50～60 m，胸徑最大可達2 m。土壤類型以磚紅壤、赤紅壤為主。該區(qū)域?qū)儆诒睙釒駶櫄夂?，年降水? 100～1 600 mm，年平均氣溫20 ℃，熱量豐富，雨量充沛。

2研究方法

2015年2月，在永久實驗地內(nèi)按坡向(陰坡、陽坡)、坡位(山脊、溝谷)布設(shè)樣地，共布設(shè)22塊20 m×20 m固定觀測樣地。布設(shè)樣地立地條件及林分結(jié)構(gòu)相似，植被總蓋度都在95%以上，其中：喬木蓋度均達90%以上，灌木蓋度約為25%，陰坡草本蓋度平均為8%，陽坡草本蓋度平均為2%。陰坡平均樹高22 m，陽坡平均樹高18 m，不同坡向、坡位枯落物厚在2～4 cm。每塊樣地按對角線選取3個具代表性的采樣點，挖60 cm深的土壤剖面，分為表層(0～20 cm)、中層(>20～40 cm)、底層(>40～60 cm)3個層次取土樣。采樣的同時記錄樣地林分結(jié)構(gòu)和立地特點。

取好的土壤樣品帶回實驗室，置于通風清潔無氨氣、灰塵等污染的室內(nèi)自然風干，土樣半干時，捏碎大塊土團，樣品風干后，揀去動植物殘體(如根、莖、葉等)和石塊。將風干土樣用木棍研細，使之全部通過2 mm孔徑的尼龍篩，混勻后用四分法分成兩份，一份用自封袋密封保存，另一份進一步研細，使之全部通過0.25 mm孔徑的尼龍篩，并裝袋密封保存，以待測定。

pH值采用電位法；有機質(zhì)采用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法；全氮采取半微量凱氏定氮法；全磷采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法；全鉀采取氫氧化鈉堿熔-火焰光度法[17-18]。

數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel2010和SPSS13.0軟件。研究區(qū)土壤養(yǎng)分分級及總體評價參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準(見表1)；不同土層間土壤養(yǎng)分空間分布差異特征采用單因素方差分析(ANOVA)方法，差異程度用Ducan的多重比較(P<0.05)；不同坡向、坡位及它們的交互作用對土壤養(yǎng)分的影響采取雙因素方差分析；養(yǎng)分間的關(guān)系采用簡單相關(guān)分析。

表1全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準

g·kg-1

3結(jié)果與分析

3.1研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體特征

由表2可知，納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林土壤為微酸性、酸性。其中表層、中層土壤pH值平均值分別為5.88、5.59，屬于微酸性；底層土壤pH值平均值為5.46，屬酸性。

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林土壤有機質(zhì)在表層含量較豐富(一級)，土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變幅為15.15～102.29 g·kg-1，平均值54.22 g·kg-1；中層和底層土壤有機質(zhì)含量中等，中層和底層土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)變幅分別為8.20～53.47、5.66～35.82 g·kg-1，均值分別為25.12、17.30 g·kg-1，分別對應(yīng)國家土壤養(yǎng)分標準的三級和四級。

對照國家土壤養(yǎng)分標準，表層全氮含量豐富，養(yǎng)分含量等級為二級；中層全氮含量中等，養(yǎng)分含量等級為四級；底層全氮含量低，養(yǎng)分含量等級為五級。在3個土層中全磷含量均為中等，表層養(yǎng)分含量等級為三級；中層和底層養(yǎng)分含量等級均為四級。3個土層中全鉀含量都高，養(yǎng)分含量等級均為二級。

可見，納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林表層土壤養(yǎng)分等級均在三級以上，土壤養(yǎng)分含量豐富；中層和底層土壤養(yǎng)分含量中等且偏下?？傮w上，保護區(qū)土壤有機質(zhì)、全氮和全鉀含量豐富，全磷含量相對偏低。

變異系數(shù)(CV)的大小反映了特性參數(shù)的空間變異程度。納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀在不同土層中的變異系數(shù)(CV)均在0.1～1.0，屬中等變異性，反映了該研究區(qū)土壤養(yǎng)分性狀相對均勻一致的特點。

表2　納板河自然保護區(qū)常綠闊葉林土壤養(yǎng)分總體特征

3.2不同深度土壤養(yǎng)分差異

由表3可知，保護區(qū)季風常綠闊葉林所有坡向、坡位土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)表層明顯高于中層和底層，在中層與底層間差異不顯著；不同土層間土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)無顯著差異；陽坡土壤pH值和全磷質(zhì)量分數(shù)表層明顯高于中層和底層，在中層與底層間無顯著差異；其余坡向和坡位的土壤pH值和全磷質(zhì)量分數(shù)在不同土層間不存在差異。因此，納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林各養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)在不同土層間差異最大的是土壤有機質(zhì)和全氮；陽坡顯著影響著土壤pH值和土壤全磷質(zhì)量分數(shù)在不同土層間的分布狀況；土壤全鉀含量在不同土層間分布均勻一致，且其在垂直土壤剖面上的分布規(guī)律不受坡向和坡位的影響。

表3　不同深度土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)

注:表中數(shù)據(jù)為“平均值±標準差”；同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.3坡向和坡位對土壤養(yǎng)分的影響

由表4可知，研究區(qū)表層土壤pH值在不同坡向間差異極顯著(P<0.01)，在不同坡位間無顯著差異，坡向和坡位之間的交互作用對土壤pH值的影響極顯著；表層土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)在坡位間差異極顯著；表層土壤全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分數(shù)在不同坡向和坡位間差異不顯著。中層、底層土壤pH值在坡向(或坡位)單獨作用下差異不顯著；中層、底層土壤pH值在坡向/坡位交互作用下差異極顯著。中層和底層土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)均在坡向間具有極顯著差異；底層土壤全氮質(zhì)量分數(shù)在不同坡位間差異極顯著；土壤全磷質(zhì)量分數(shù)在表層、中層和底層均不受坡向、坡位以及坡向/坡位交互作用的影響。

因此，坡向顯著影響表層土壤pH值，同時也影響中層、底層土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)；坡位顯著影響表層土壤有機質(zhì)和底層土壤全氮質(zhì)量分數(shù)；坡向/坡位的交互作用顯著影響研究區(qū)土壤pH值，對土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分數(shù)的影響不顯著。

3.4土壤養(yǎng)分相關(guān)性

由表5可知，研究區(qū)表層土壤有機質(zhì)與土壤全氮存在極顯著的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.659；土壤有機質(zhì)與土壤全磷存在極顯著的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.607。中層土壤有機質(zhì)與土壤全氮間相關(guān)性達到極顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.545；土壤有機質(zhì)與土壤全磷相關(guān)性達到顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.523。底層土壤有機質(zhì)與土壤全氮間具有極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.654；土壤有機質(zhì)與土壤全磷存在顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.458。

表4　坡向、坡位對土壤養(yǎng)分影響方差分析

注：表中數(shù)據(jù)為顯著性檢驗F值；** 為差異性極顯著(P<0.01)。

表5　納板河自然保護區(qū)常綠闊葉林土壤養(yǎng)分間相關(guān)性

注：表中數(shù)據(jù)為皮爾遜相關(guān)系數(shù)；** 為相關(guān)性極顯著(P<0.01)；*為相關(guān)性顯著(P<0.05)。

4結(jié)論與討論

納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林土壤為微酸性、酸性，土壤酸堿度適中，能夠促進土壤形成及發(fā)育，促進營養(yǎng)元素的釋放與轉(zhuǎn)化，有利于植物生長發(fā)育及持續(xù)健康發(fā)展。保護區(qū)土壤養(yǎng)分分布均勻一致，變異性不大，這很大程度上與該區(qū)域受人為擾動小、保護完整、植被繁茂有直接關(guān)系。研究區(qū)土壤有機質(zhì)、全氮和全鉀含量豐富，全磷含量相對偏低，這與何蓉等[19]、張繼平等[20]的研究結(jié)果相似。而與吳鵬等[21]的研究結(jié)果不太一致，主要原因在于土壤全磷和全鉀主要受成土母質(zhì)的影響，母質(zhì)不同，所形成的土壤類型也不同。貴州習水自然保護區(qū)常綠闊葉林土壤為紫色土，而納板河自然保護區(qū)森林土壤類型主要為磚紅壤和赤紅壤，進而引起同種植被類型下不同區(qū)域土壤養(yǎng)分含量的差異。所有坡向、坡位土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)在表層均顯著高于中層和底層。土壤全氮與有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)存在顯著的正相關(guān)性[22]，從而表現(xiàn)出土壤全氮與有機質(zhì)在垂直剖面上呈現(xiàn)相似的變異趨勢。相對深層土壤而言，表層土壤有機質(zhì)及氮素含量狀況較好，與森林枯落物及其分解速率有關(guān)。土壤中氮素在森林凋落物分解過程中具有明顯的表層富集現(xiàn)象[23]。研究區(qū)土壤pH值和土壤全磷質(zhì)量分數(shù)只在陽坡的表層與中層、底層間呈現(xiàn)出顯著差異，在陰坡及山脊和溝谷的不同土層間均無顯著差異，說明陽坡能顯著影響土壤pH值和全磷質(zhì)量分數(shù)在垂直剖面上的空間分布特征。除陽坡外，研究區(qū)土壤全磷在不同土層間無顯著差異性，這可能是由于土壤中的磷易同鈣、鎂等成分發(fā)生作用形成難溶性磷酸鹽[24]，而降低磷元素在土層中的垂直流動性，最終導致土壤全磷在垂直剖面上的分布相對均勻。不同坡向和坡位，土壤全鉀在不同土層中的質(zhì)量分數(shù)均無顯著差異，這是因為鉀元素大部分以原生礦物形態(tài)存在，其質(zhì)量分數(shù)差異和空間變異程度較小[25]。

坡向制約著生境水熱條件，進而對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生影響[26]。坡向主要影響納板河自然保護區(qū)季風常綠闊葉林表層土壤pH值和中層、底層土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)。研究區(qū)陽坡表層土壤pH值明顯高于中層和底層，而陰坡土壤pH值在不同土層間差異不顯著。通常陽坡日照強烈，地溫更高，尤其對表層土壤影響較大，加之本次是在旱季采樣，降雨較少，氣溫高，蒸發(fā)量大，從而引起表層土壤含水量明顯低于深層，進而導致土壤中鹽類溶質(zhì)相對較高，最終表現(xiàn)出表層土壤pH值明顯高于深層。陰坡土壤中，光照和溫度相對較恒定，不同土層水熱狀況均勻一致，從而使得陰坡不同土層土壤pH值無顯著差異。陽坡表層土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)高于陰坡，這與吳昊[25]對秦嶺山地松櫟混交林研究結(jié)果一致。因為在陽坡充足光照條件下，地溫變化更劇烈，而影響森林土壤微生物活性[27]；而陰坡光照恒定，地溫趨于穩(wěn)定，更有利于土壤動物、微生物活動[28]，因此，陽坡土壤中有機質(zhì)及氮素的分解和轉(zhuǎn)化速率相對低于陰坡，使陽坡土壤更有利于養(yǎng)分的積累。土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)主要受氣候和母質(zhì)的影響，陰坡穩(wěn)定的光熱資源及適宜的水熱條件更有利于土壤中鉀素的釋放，從而引起研究區(qū)陰坡土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)高于陽坡。

坡位對土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的影響程度在不同土層表現(xiàn)不同。表層顯著影響土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)；底層顯著影響土壤全氮質(zhì)量分數(shù)；坡向和坡位的交互作用顯著影響研究區(qū)土壤pH值，其對土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分數(shù)的影響無顯著差異。研究區(qū)溝谷土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)低于山脊，這與趙汝東等[29]、高雪松等[30]學者關(guān)于土壤養(yǎng)分向下坡位方向富集的研究結(jié)果不一致，主要原因在于研究區(qū)群落林分組成及所選坡位較為特殊。研究區(qū)林分為常綠闊葉混交林，郁閉度大，溝谷區(qū)地勢較陡，匯水面積大，光照和溫度恒定；而山脊部位相對平緩，匯水面積小，光溫變化相對劇烈。因而降雨對山脊侵蝕小，不易形成降雨徑流，表層營養(yǎng)元素容易淋溶至深層，加之光溫的強烈變化使得土壤中有機質(zhì)及氮化物的分解和轉(zhuǎn)化速率減慢而促進養(yǎng)分積累。溝谷易形成地表徑流，表層養(yǎng)分隨徑流而流失，轉(zhuǎn)移至深層的養(yǎng)分較少。因此，表現(xiàn)出山脊土壤有機質(zhì)和全氮質(zhì)量分數(shù)高于溝谷，并且全氮質(zhì)量分數(shù)在深層(底層)土壤表現(xiàn)出顯著差異。不管在表層還是中層，坡向和坡位的交互作用對土壤pH值均產(chǎn)生顯著影響，表明研究區(qū)土壤pH值受坡向和坡位綜合作用的影響，坡向和坡位交互作用對土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀質(zhì)量分數(shù)無顯著影響。

森林自然保護區(qū)各土壤養(yǎng)分之間具有一定的關(guān)系，而不是孤立存在的[31]。研究區(qū)不同土層土壤有機質(zhì)與全氮、全磷間的相關(guān)關(guān)系均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)；土壤有機質(zhì)與土壤氮、磷的相關(guān)性以及在不同土壤深度的穩(wěn)定性，表明土壤氮、磷主要來源于土壤有機物質(zhì)的分解。因此，加強保護區(qū)森林植被的保護，并促進凋落物的分解，能夠有效提高土壤中氮素和磷素含量，從而大幅改善森林土壤養(yǎng)分狀況。

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收稿日期：2015年10月9日。

第一作者簡介：袁勇，男，1991年1月生，西南林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，碩士研究生。E-mail：757568497@qq.com。通信作者：李小英，西南林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，副教授。E-mail：313026003@qq.com。

責任編輯：王廣建。