云浮市油茶適生區(qū)土壤中量元素分析*

曾美玲 張中瑞 李小川 丁曉綱張 耕 華月珊 齊 也

（1. 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520;2. 廣東生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

鈣、鎂、硫是森林土壤中3種重要的中量元素，也是林木生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)元素[1-2]。鈣是植物結(jié)構(gòu)組成元素，其生理功能與細(xì)胞壁組分有關(guān)，具有穩(wěn)定細(xì)胞膜、細(xì)胞壁，參與第二信使傳遞，調(diào)節(jié)滲透作用，酶促作用等[3]。鎂是植物合成葉綠素的重要成分，也是植物體內(nèi)酶的重要活化劑，對(duì)植物體內(nèi)多種代謝活動(dòng)有促進(jìn)作用，鎂還影響線粒體的發(fā)育，影響能量的產(chǎn)生[3]。硫能促進(jìn)植物正常生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，增強(qiáng)體內(nèi)蛋白質(zhì)合成，提高蛋白質(zhì)與非蛋白質(zhì)比值，減少硝酸鹽積累，改善品質(zhì)[4]。隨著現(xiàn)代森林經(jīng)營管理水平日漸提高，系統(tǒng)、科學(xué)的養(yǎng)分管理，特別是以鈣、鎂、硫?yàn)榇淼纳滞寥乐辛吭仞B(yǎng)分管理被廣泛關(guān)注[5-8]。

大量研究發(fā)現(xiàn)，鈣、鎂、硫在森林土壤分布中存在高度時(shí)空異質(zhì)性，普遍受植被、地形、氣候、人為活動(dòng)等因子綜合影響[9]。廣東省地處我國大陸南端，北回歸線從省內(nèi)大陸中部橫穿而過，地形、地貌復(fù)雜多樣，森林資源豐富，特別是廣東省云浮市，是廣東省主要林區(qū)之一，全年氣候適宜，雨量變化幅度較大，各地區(qū)溫、光、熱的差異性顯著，山地、丘陵密布，土壤屬性變異性高[9]。近年來，隨著精準(zhǔn)林業(yè)要求不斷提高，有效管理和監(jiān)測(cè)森林土壤資源，探明鈣、鎂、硫元素等中量元素分布特征與規(guī)律成為亟待解決的問題[10-13]?；诖?，本研究以云浮市15個(gè)鎮(zhèn)（街道）的森林土壤鈣、鎂、硫含量為研究對(duì)象，比較分析其空間變異性，以期為云浮市油茶適生區(qū)的油茶高效經(jīng)營管理以及林分質(zhì)量精準(zhǔn)提升提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

云浮市位于廣東省中西部，下轄云城區(qū)、云安區(qū)、新興縣、郁南縣、羅定市。云浮市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候適宜、熱量充足、夏季長、霜期短。年均降雨量約為1 980 mm，年平均溫度約為 22 ℃。全市地形、地貌以山地、丘陵為主。

云城區(qū)地處廣東省西部，經(jīng)度位置在 111°56′～112°20′E之 間， 緯 度 位 置 在22°43′～23°08′N 之間?？偯娣e 78 911 hm2，總?cè)丝?1.76 萬人。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，有溫和的氣候，充沛的雨量，充足的陽光，全區(qū)年平均氣溫是21.5 ℃，年降水量約1 586.5 mm，是半丘陵地區(qū)。

云安區(qū)地處廣東省中西部， 經(jīng)度位置在 111°43′～112°10′E之 間， 緯 度 位 置 在22°34′～23°08′ N 之間。總面積 117 240 hm2，總?cè)丝?3.15 萬人。屬亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候，春季陰雨多，陽光少；夏、秋兩季高溫多雨；冬季干燥少雨，陽光充足。云安區(qū)地形東、南、西高，北低，地形以丘陵、低山為主，丘陵遍布全區(qū)各鎮(zhèn)。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣點(diǎn)布設(shè) 于2015年11、12月份在廣東省云浮市云城區(qū)和云安區(qū)選擇15個(gè)鎮(zhèn)（街道）進(jìn)行土壤采樣，根據(jù)各土壤與植被組合類型的空間分布特征及面積，考慮采樣地的代表性、重復(fù)性及實(shí)地可實(shí)施性，同時(shí)避免受人為干擾區(qū)域。各研究區(qū)基本概況如下表所示（表1）。

1.2.2 土壤樣品采集 剖面位置的確定將嚴(yán)格按照土壤調(diào)查技術(shù)，遵循隨機(jī)性原則，避開一些特殊地段，如路邊、山腳、堆肥旁、施肥處附近等。每個(gè)土壤樣點(diǎn)挖取一個(gè)剖面，記錄土壤剖面層次及各層次的土壤質(zhì)地、顏色、結(jié)構(gòu)、松緊度、根含量。每個(gè)采樣點(diǎn)采用GPS定位，記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔、坡位、坡度和植被類型等相關(guān)立地因子。土壤剖面按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm 5個(gè)層次，自下而上分層采集。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 云浮市油茶適生區(qū)土壤交換鈣含量分析

由圖1可知森林土壤中量元素交換鈣平均值最大的鎮(zhèn)街為富林，其值為0.883 g·kg-1；平均值最小值的地區(qū)為河口，其值為0.232 g·kg-1；其交換鈣平均值從高到低依次為富林、高村、六都、都楊、思勞、鎮(zhèn)安、南盛、安塘、前鋒、腰古、高峰、石城、白石、云城、河口，但各鎮(zhèn)街交換鈣含量均差異不顯著。其中，高峰、高村和富林的中量元素交換鈣含量的變動(dòng)幅度相對(duì)較大；南盛、河口和腰古的中量元素交換鈣含量的變動(dòng)幅度相對(duì)較小。

表1 各研究區(qū)基本概況Tab. 1 The basic information of research area

圖1 云浮市各鎮(zhèn)街森林土壤中量元素交換鈣含量Fig.1 Exchange calcium content in Yuncheng district and Yunan district, Yunfu city

2.2 云浮市油茶適生區(qū)土壤交換鎂含量分析

圖2結(jié)果表明森林土壤中量元素交換鎂平均值最大的鎮(zhèn)街為高村鎮(zhèn)，其值為0.095 g·kg-1；平均值最小值的地區(qū)為高峰，其值為0.048 g·kg-1；其交換鎂平均值從高到低依次為高、都楊、安塘、前鋒、河口、石城、六都、腰古、白石、鎮(zhèn)安、南盛、富林、思勞、云城、高峰。其中，高村和都楊的交換鎂含量顯著高于云城和高峰，其余鎮(zhèn)街則無明顯差異。然而，從圖中可知，高村和都楊的交換鎂含量的變動(dòng)幅度相對(duì)較大，南盛、云城和富林的交換鎂的含量變動(dòng)幅度相對(duì)較小。

2.3 云浮市油茶適生區(qū)土壤全硫含量分析

圖3結(jié)果顯示森林土壤中量元素全硫平均值最大的鎮(zhèn)街為思勞，其值為0.235 g·kg-1；平均值最小值的地區(qū)為高峰，其值為0.126 g·kg-1；其全硫平均值從高到低依次為思勞、石城、白石、都楊、高村、安塘、前鋒、六都、云城、河口、鎮(zhèn)安、南盛、富林、腰古、高峰。由圖3可知，思勞、高村、白石、石城和都楊的全硫含量顯著高于高峰，其他鎮(zhèn)街則無明顯差異。思勞和前鋒的全硫含量的變動(dòng)幅度相對(duì)較大，高峰的全硫含量的變動(dòng)幅度相對(duì)較小。

圖2 云浮市各鎮(zhèn)街森林土壤中量元素交換鎂含量Fig. 2 Exchange magnesium content in Yunfu city

圖3 云浮市各鎮(zhèn)街森林土壤中量元素全硫含量Fig. 3 Total sulfur in Yunfu city

2.4 云浮市油茶適生區(qū)中量元素相關(guān)性

通過檢驗(yàn)云浮市油茶適生區(qū)鈣、鎂、硫3種中量元素的相關(guān)性（表2），其森林土壤交換鈣、交換鎂含量之間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而交換鈣與全硫含量之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），交換鎂與全硫含量之間則沒有顯著的相互關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

通過對(duì)云浮市各鎮(zhèn)街森林土壤中量元素調(diào)查，在采集到的土壤樣品中，土壤中量元素交換鈣、交換鎂、全硫在整個(gè)研究區(qū)的含量分別在0.232～0.984、0.048～0.095、0.126～0.235 g ·kg-1之間，交換鈣含量較高的有富林和高村，含量較低的為云城和河口；交換鎂含量較高有高村、都楊，含量較低的為云城、高峰；全硫含量較高的有思勞、石城，含量較低的為腰古、高峰。

交換鈣是吸附于土壤膠體表面的鈣離子，是土壤中主要的代換性鹽基之一，是植物可利用的鈣[14]。研究表明，土壤中的交換鈣含量主要受成土母質(zhì)、淋溶強(qiáng)度、在土壤形成過程中的優(yōu)先吸附作用的影響[14]。一般來說，發(fā)育較為成熟的土壤通常具有較低的土壤交換鈣含量[15-16]。本研究中，以黃壤、黃棕壤、棕壤為主的高村與以黃壤、紅壤、赤紅壤為主的富林土壤交換鈣含量相對(duì)較高。研究區(qū)內(nèi)大量地區(qū)以紅壤、赤紅壤為主，在亞熱帶高溫多雨的氣候條件下，成土母巖受到強(qiáng)烈的風(fēng)化，鈣氧化物遷移量極高，土壤交換鈣含量相對(duì)較低[17]。而黃壤發(fā)育程度比紅壤、赤紅壤相對(duì)較差，原生礦物的風(fēng)化過程、富鋁鐵化作用也相對(duì)較弱，因此其土壤交換鈣含量相對(duì)較高[17]。

表2 云浮市各鎮(zhèn)街中量元素相關(guān)性(n=99)Tab. 2 Corrlation analysis of calcium, magnesium and sulfur in Yunfu city (n=99)

土壤交換鎂是指被土壤膠體吸附，并且能被植物利用的鎂離子。與土壤交換鈣含量相似，土壤交換鎂含量在土壤中主要受風(fēng)化條件及成土母質(zhì)對(duì)等影響[18-19]。通常，土壤交換鈣含量與土壤交換鎂含量之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系[20]。本研究也顯示，土壤交換鈣含量相對(duì)較高的高村，土壤交換鎂含量也相對(duì)較高；土壤交換鈣含量相對(duì)較低的云城，土壤交換鎂含量也相對(duì)較低。但土壤中鈣、鎂離子不同之處在于，在水分狀況較好的條件下，土壤對(duì)鈣離子仍保有較好的保持能力，但有機(jī)物分解產(chǎn)生的還原性物質(zhì)使鎂離子的活性增強(qiáng)，產(chǎn)生遷移的可能性增大。正如本研究中大部分采樣點(diǎn)位于上坡或中坡，但高峰部分采樣點(diǎn)位于下坡，水分的沉積可能導(dǎo)致了土壤交換鎂含量的下降[16]。

與土壤交換鈣、交換鎂含量不同的是，土壤全硫含量的來源多樣，巖石風(fēng)化只是一部分，大氣中的干濕硫沉降，土壤中動(dòng)植物殘?bào)w分解及微生物分泌產(chǎn)生的含硫物質(zhì)等都會(huì)改變土壤中的硫含量[21-22]。結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素來看，研究區(qū)均為廣東省大規(guī)模的商品硫酸生產(chǎn)基地，而生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣二氧化硫，是造成空氣污染的主要物質(zhì)之一。六都是廣東省火炬計(jì)劃硫化工特色產(chǎn)業(yè)基地，有著多家硫化工廠；石城、白石以及鎮(zhèn)安都分布著化工廠，如林化工生產(chǎn)、林興林化工廠等；高村的工業(yè)以鋼鐵生產(chǎn)為主。這些工廠排放出的二氧化硫，經(jīng)過干濕沉降之后進(jìn)入到土壤中，造成了這些地區(qū)森林土壤全硫含量較高。

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