不同林分類型及土層對土壤養(yǎng)分的影響

王家彬+徐明鋒+蔣謙才

摘 要： 在中山五桂山保護區(qū)選擇4個不同的林分類型，分別進行土壤采樣，測定土壤養(yǎng)分指標(biāo)，分析不同林分類型及土層對土壤養(yǎng)分的影響，為林分改造、土壤養(yǎng)分改良提供理論和數(shù)據(jù)支撐。結(jié)果表明：（1）四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)在四種林分類型間均有顯著性差異，四種林分類型的土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量大小排序大致為：溝谷季雨林>闊葉混>針闊混>針葉林，只有有效磷含量是闊葉混大于溝谷季雨林。（2）四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)在針葉林、針闊混交林、溝谷季雨林這3種林型中的5個土層間變化均有顯著性差異，而在常綠闊葉林中僅速效鉀在5個土層間有顯著性差異。（3）四種林分類型中，溝谷季雨林各指標(biāo)含量相對較高，處于“中下”等級，而針葉林各指標(biāo)含量低，處于“很低”等級。總的來說，四種林分類型的土壤養(yǎng)分含量偏低，特別是針葉林，各項土壤指標(biāo)含量均為“很低”，可以參考群落演替方向?qū)︶樔~林進行林分改造來提高土壤養(yǎng)分。

關(guān)鍵詞： 林分類型；土層；土壤養(yǎng)分；土壤有機質(zhì)；堿解氮

中圖分類號：S718.51 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-3020（2017）01-0020-07

Abstract： Four different forest types were chosen in Wuguishan reserve， Zhongshan， Guangdong and the soil samples which were taken back to the laboratory for determining the soil nutrient index were collected. Through the analysis of the influence of different forest types and different soil layers on soil nutrients， this study provided the theoretical and data support for stand conversion and soil nutrient improvement. The results show that： （1） Four kinds of soil nutrient index between the four forest types all had significarotly different， and the sequence of the soil nutrient index content between four forest types was： ravine monsoon rain forest>broadleaf mixed forest>coniferous and broadleaf mixed forest>coniferous forest， except available phosphorus which content in broadleaf mixed forest was higher than ravine monsoon rain that of forest.（2） The changes of four kinds of soil nutrient index between five soil layers were significarotly different in coniferous forest， coniferous and broadleaf mixed forest and ravine monsoon forest but not in broadleaf mixed forest which only available kalium was significarotly different.（3） All kinds of soil nutrient index content in the ravine monsoon rain forest which its soil nutrient index content was in the middle and low level were higher than other forest types， and the soil nutrient index content in the coniferous forest which soil nutrient index content was in the very low level was lowest. In general， the soil nutrient of four forest types was low， especially the coniferous forest， which all kinds of soil nutrient index content were low， so this study suggests that the soil nutrient in the coniferous forest can be improved through the stand transformation by reference to the community succession direction.

Key words： forest types； soil layer； soil nutrients； soil organic matter； available nitrogen

土壤是植物生存的基質(zhì)，土壤養(yǎng)分的空間格局影響了植物個體、植物種群的生長和生物量配置，還影響了植物群落結(jié)構(gòu)，包括物種組成、多樣性和地上、地下生物量的分布[1， 2]。土壤的物化性質(zhì)長期被認為是影響森林土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，特別是土壤水和養(yǎng)分對林木生長具有重要作用[3]。Martins等研究認為，在熱帶森林中，土壤是影響植物生長和群落分布的一個主要因子，土壤特性對熱帶次生林的演替方向具有巨大的影響力[4]。在土壤的各種礦質(zhì)元素中以氮、磷、鉀對植物的生長發(fā)育影響最為顯著，土壤中氮、磷、鉀素的供應(yīng)水平直接影響著植物的生長、發(fā)育與繁殖策略，堿解氮、有效磷、速效鉀反映了土壤現(xiàn)實供應(yīng)指標(biāo)，另外，土壤有機質(zhì)含量是土壤肥力大小的一個重要標(biāo)志[5]。

在植物群落演替過程中，土壤與植物相互影響，不同植物群落將導(dǎo)致其生長地土壤化學(xué)性質(zhì)的不同，而不同土壤養(yǎng)分狀況又會作用于群落內(nèi)的許多生態(tài)過程，并間接影響到地上植被的演替進程[6]。張忠華等研究的喀斯特常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)認為土壤肥力的形成和發(fā)育，在很大程度上受植被生物作用的強烈影響，旺盛的生物累積過程是土壤養(yǎng)分形成和維持的基礎(chǔ)，而土壤養(yǎng)分的空間變異又作用于植物的生長和空間分布[1]。

本文以中山五桂山保護區(qū)四種不同林分類型的土壤為研究對象，通過單因素方差分析和多重比較等分析方法研究不同林分類型間土壤養(yǎng)分的差異及變化規(guī)律，以及土壤剖面中不同土層的養(yǎng)分變化，為土壤養(yǎng)分利用與改良、土壤質(zhì)量評價、森林恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

五桂山保護區(qū)位于廣東省中山市（113°09′～113°46′E，22°11′～22°46′N）五桂山鎮(zhèn)，在中山市南部，總規(guī)劃面積203.14 km2。五桂山保護區(qū)具有中山“市肺”之稱，東距珠江口海岸約9 km，主峰五桂山是珠江進入南海江面西岸第一大山，是嶺南名山之一，又名香山，海拔531 m。五桂山地處南亞熱帶，氣候溫暖，降水豐富，極端最高氣溫36.7 ℃，極端最低氣溫-1.3 ℃，年平均溫度22 ℃，年均降雨量1 738 mm，水熱條件非常優(yōu)越，植物幾乎一年四季均可生長，物種也相當(dāng)豐富。五桂山土壤以山地赤紅壤為主，是在南亞熱帶高溫多雨季風(fēng)氣候條件下形成的地帶性土壤，成土母質(zhì)以花崗巖為主。迎風(fēng)坡面因常年受海風(fēng)侵襲和雨水沖刷，土層淺薄，局部地段甚至巖石裸露[7-9]。

2 研究方法

2.1 群落調(diào)查與土壤采樣測定

在保護區(qū)內(nèi)選擇四種不同的林分類型，分別為人工林起源的針葉林、針闊混交林地、闊葉林和天然起源的溝谷季雨林。針葉林、針闊混交林、闊葉林的主要栽植樹種分別為馬尾松、木荷+馬尾松、黧蒴+大葉相思，具體的環(huán)境特征見表1。人工林、天然林的調(diào)查面積分別為600 m2和1 200 m2，調(diào)查時間為2014年8月。調(diào)查起測胸徑為3 cm，記錄的指標(biāo)有樹種名稱、胸徑、樹高等。

在每個林分類型挖3個土壤剖面，剖面分為五層，分別為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm、50～100 cm。對每個剖面進行密封袋、環(huán)刀、小鋁盒取土，測定的指標(biāo)有土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀等。

采集好的土壤樣品，選取土壤有機、堿解氮、速效磷、速效鉀等 4 個指標(biāo)，進行土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的測定[10]。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 不同林型和土層的土壤養(yǎng)分差異性分析

對四個林型的四個土壤養(yǎng)分指標(biāo)進行單因素方差分析與F檢驗，在進一步進行LSD多重比較。

對四種林型各自5個土層的四個土壤養(yǎng)分指標(biāo)進行單因素方差分析與F檢驗，再進一步進行LSD多重比較，以上分析均在STATISTICA 8.0進行。

2.2.2 土壤養(yǎng)分指標(biāo)評級

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，對四個養(yǎng)分指標(biāo)的平均值進行養(yǎng)分分級（表2）。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分在不同林型間的差異

有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要組成部分，是反映植被變化對土壤影響的一個主要因子[11]，對四個不同林型的有機質(zhì)進行單因素方差分析（表3），四個林分的有機質(zhì)有顯著性變化。LSD多重比較顯示，針葉林與溝谷季雨林間有顯著性差異，其他兩兩之間不存在顯著性差異，有機質(zhì)在溝谷季雨林與針葉林間含量差異巨大，而在針葉林、針闊混、闊葉混、溝谷季雨林間逐漸增大，所以相連兩種林分間都不存在顯著性變化?？偟膩碚f，溝谷季雨林的有機質(zhì)含量最高，其次分別為闊葉混、針闊混、針葉林。原因之一可能是林分郁閉度不同，四個林分郁閉度從大到小分別為溝谷季雨林（80%）、闊葉混（70%）、針闊混（50%）、針葉林（45%），郁閉度大的林分對雨水沖刷有較好的抵御作用，有助于有機質(zhì)保持。另外，有機質(zhì)的高低依賴于凋落物的質(zhì)量、數(shù)量及分解速率[12]，針葉林林下調(diào)落物中含有大量單寧、蠟質(zhì)、樹脂等難分解的有機質(zhì)，影響了土壤養(yǎng)分的歸還速率[13，14]，闊葉混由于葉片相對針葉容易分解，土壤有機質(zhì)含量較高，而溝谷季雨林有著較高的溫濕度，土壤中所生存的分解凋落物的生物種類、個數(shù)較多，凋落物能夠快速分解成為土壤有機質(zhì)，因此土壤有機質(zhì)含量最高。

氮在傳統(tǒng)上是限制植物生長的主要土壤因子，堿解氮是植物實際可利用的氮元素形態(tài)，從表4可以看出，堿解氮在四個林分類型間有顯著性變化。堿解氮在溝谷季雨林中的含量較大，而其他三種林分類型的堿解氮含量較為接近，因此，多重比較顯示溝谷季雨林的堿解氮含量與其它三種林分類型有顯著性差異，而其他三種林分類型間不存在顯著性差異?？偟膩碚f，溝谷季雨林的堿解氮含量最高，其次分別為闊葉混、針闊混、針葉林，與有機質(zhì)的變化趨勢保持著高度一致性，原因可能是土壤有機質(zhì)是氮素存在的主要場地，土壤表層中大約80%～97%的氮存在于有機質(zhì)之中[15]。

有研究認為氮沉降緩解了森林土壤氮的缺乏，卻加劇了土壤磷的限制[16]，從表5可以看出，四個林分類型間的有效磷含量有顯著性差異。溝谷季雨林與闊葉混的有效磷含量比較接近，沒有顯著性差異，針葉林與針闊混間也沒有顯著性變化，但針葉林、針闊混這兩種林分類型與溝谷季雨林、闊葉混這兩種林分類型間差異性顯著。從最大值、中位值、平均值來看，有效磷含量從大到小分別為闊葉混、溝谷季雨林、針闊混、針葉林，這與有機質(zhì)、堿解氮等并不一致。從有效磷的土層變異系數(shù)來看，針闊混遠大于其他林分類型，其他林分類型的變異系數(shù)則比較接近。

土壤中鉀素對植物最有效的形態(tài)為速效鉀，其能夠直觀地反映土壤可供植物利用的鉀素水平[17]。從表6可以看出，速效鉀在四個林分類型間有顯著性變化。速效鉀在溝谷季雨林中的含量遠遠大于其他三種林分類型，兩者之間有顯著性差異，而其他三種林分類型間的變化不顯著?？偟膩碚f，速效鉀含量在林分類型間的變化趨勢，與土壤有機質(zhì)一致，這與其他研究結(jié)果認為土壤有機質(zhì)的增加能提高速效鉀含量的觀點相符合[17]。

3.2 不同土層間土壤養(yǎng)分的變化

對四種林型5個土層中有機質(zhì)變化進行分析（表7），F(xiàn)檢驗結(jié)果表明有機質(zhì)在針葉林、針闊混交林與溝谷季雨林3種林型的5個土層間均有顯著性變化，而在常綠闊葉林中沒有顯著性變化。四種林型土壤有機質(zhì)在5個土層間的變化趨勢一致，1～5層均呈遞減趨勢。1層的有機質(zhì)含量元高于其他4層，而3、4、5層的變化趨勢變小。多重比較的結(jié)果也反映出1層與其他層的差異性顯著，而其他層之間的差異性不顯著。1層的有機質(zhì)含量高，說明越接近地表的土壤其有機質(zhì)含量越高，可能是因為最接近地表凋落物層，最先接受凋落物分解物。常綠闊葉林的土層變化沒有顯著性，原因可能是各土層有機質(zhì)含量變化較小。

F檢驗結(jié)果表明堿解氮在針葉林、針闊混交林與溝谷季雨林3種林型的5個土層間均有顯著性變化，而在常綠闊葉林中沒有顯著性變化。但四種林型的變化趨勢較為一致，與有機質(zhì)的變化情況接近（表8）。 1～5層均呈遞減趨勢。1層的有機質(zhì)含量元高于其他4層，而3、4、5層的變化趨勢變小。多重比較的結(jié)果中，針葉林、針闊混交林的1層明顯與其他層差異顯著，溝谷季雨林則各層差異均顯著，而常綠闊葉林則上下層間差異均不顯著。

四種林型中有效磷在不同土層的差異性與有機質(zhì)、堿解氮不太一致（表9）。F檢驗結(jié)果表明有效磷在針葉林、針闊混交林與溝谷季雨林3種林型的5個土層間均有顯著性變化，而在常綠闊葉林中沒有顯著性變化。1～5層的變化規(guī)律不明顯，針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、溝谷季雨林最大值分別在5層、1層、4層、1層，最小值分別在4層、5層、3層、5層。

速效鉀在5個土層間的變化情況與有機質(zhì)、堿解氮變化較為接近，主要呈遞減趨勢（表10），F(xiàn)檢驗結(jié)果表明速效鉀在四種林型的5個土層間均有顯著性差異。除了溝谷季雨林，其他3種林型的1層的含量相對較高，與其他層有顯著性差異。

3.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，對四個林型的四種土壤指標(biāo)進行分級（表11），從四個林型來看，四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級大小排序為：溝谷季雨林>闊葉混>針闊混>針葉林。從四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)來看，有機質(zhì)主要處于“中下”等級，堿解氮處于“低”等級，速效鉀和有效磷處于“很低”等級，這與一些研究認為磷和鉀成為森林土壤養(yǎng)分指標(biāo)主要限制因子的觀點相符，而氮則因為氮沉降緩解了氮的缺乏[18]。從變異系數(shù)來看，有效磷變異性最大，闊葉混含量是針葉林的9.42倍，有機質(zhì)次之，溝谷季雨林含量是針葉林的7.35倍，堿解氮再次之，溝谷季雨林含量是針葉林的5.72倍，速效鉀最小，溝谷季雨林含量是針葉林的16.1倍。總的來說，中山市五桂山保護區(qū)這四種林型的土壤養(yǎng)分含量隨著針葉林、針闊混、闊葉混、溝谷季雨林的演替方向不斷遞增，有效磷在不同林分類型間變化大，速效鉀變化較小。四種林分類型的土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量偏低，特別是針葉林，亟需進行林分改造等措施來提高森林土壤的養(yǎng)分。

按照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，5個土層土壤養(yǎng)分指標(biāo)分解見表12，從土層變化來看，四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級大小排序大致為：1層>2層>3層>4層>5層，但4層的有效磷和5層的速效鉀含量相對較高。從四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)來看，有機質(zhì)的變異程度最大，1層有機質(zhì)含量占累積總量的42.31%，最大最小值相差4.37倍。堿解氮次之，1層含量占累積總量的38.01%，最大最小值相差3.43倍。有效磷再次之，1層含量占累積總量的30.71%，最大最小值相差2.69倍。速效鉀最小，1層含量占累積總量的28.17%，最大最小值相差1.69倍?？偟膩碚f，1層的土壤養(yǎng)分含量最高，隨著土層增厚不斷遞減，最后趨于平穩(wěn)。有機質(zhì)在不同土層間變化大，而速效鉀在不同土層間變化較小。

4 結(jié)論與討論

4.1 林分類型對土壤養(yǎng)分的影響

森林土壤理化因子是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，土壤養(yǎng)分的富集、空間分布和再分配可直接影響植被生長、發(fā)育和演替等過程[12]。在養(yǎng)分循環(huán)中，土壤中的養(yǎng)分元素被植物根系所吸收，并以凋落物等形式歸還至地表，然后通過分解者亞系統(tǒng)中的分解作用釋放至土壤，從而實現(xiàn)其在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)[19]。因此，植物分布、林分類型等群落因子與土壤養(yǎng)分關(guān)系密切。本研究中，四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)在四種林分類型間均有顯著性差異，四種林分類型的土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量大小排序大致為：溝谷季雨林>闊葉混>針闊混>針葉林，只有有效磷含量是闊葉混大于溝谷季雨林。多重比較顯示，堿解氮、速效鉀在溝谷季雨林的含量與其它三種林分類型有顯著性差異，表明了這兩種土壤養(yǎng)分指標(biāo)在溝谷季雨林含量遠大于在其它三種林分類型。土壤有機質(zhì)和有效磷在溝谷季雨林的含量則與針葉林有顯著性差異，與其它兩種林分類型沒有差異?？偟膩碚f，四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)中，有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量在針葉林、針闊混、闊葉混、溝谷季雨林中有著遞增趨勢，原因可能是土壤質(zhì)量的高低受到凋落物質(zhì)量、數(shù)量及分解速率的影響[12]，凋落物分解受溫濕度、葉子組成結(jié)構(gòu)、土壤動物種類和數(shù)量等影響，所以溝谷季雨林的凋落物分解速度較針葉林的快，土壤養(yǎng)分比針葉林高。另外一些研究也支持林分類型與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，比如，黃宇等研究結(jié)果表明，不同林分類型的土壤質(zhì)量指數(shù)排序為：闊葉純林>針闊混交林>杉木純林[20]。另外，康冰等研究結(jié)果也得出，不同的植被類型可以使土壤質(zhì)量發(fā)生明顯改變，常綠闊葉次生林和針闊葉混交林土壤的養(yǎng)分含量均比馬尾松、杉木純林土壤高，說明了森林群落的演替過程也是土壤養(yǎng)分不斷積累、土壤物理性能不斷改善的過程[21]。林分類型對土壤養(yǎng)分有著顯著性的影響，并且隨著針葉林、針闊混、闊葉混、溝谷季雨林的演替方向有著明顯的遞增趨勢，這對土壤養(yǎng)分改良和土壤質(zhì)量評價有著理論指導(dǎo)意義。

4.2 不同土層對土壤養(yǎng)分的影響

本研究四種土壤養(yǎng)分指標(biāo)在針葉林、針闊混交林與溝谷季雨林的5個土層間變化有顯著性差異，但在常綠闊葉林中僅有速效鉀有顯著性差異。除了有效磷外，其他3種指標(biāo)從1～5層間有明顯的遞減趨勢，并且前幾層變化趨勢較大，后幾層變化趨勢較小。多重比較顯示，1層的土壤養(yǎng)分顯著高于其他層，與其他層有顯著性差異，而其他層變化較小。土壤養(yǎng)分隨著土層的增加而減少，原因可能因為越接近表土層，越容易接受表土層凋落物分解的養(yǎng)分，而越到底層則越難?？偟膩碚f，表土層的土壤養(yǎng)分明顯較高，并且隨著土層厚度增加而不斷遞減，遞減速度從快到慢，最后趨于穩(wěn)定，這與曹裕等研究結(jié)果相符[22]。

4.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)等級評價

四種林分類型中，溝谷季雨林各指標(biāo)含量相對較高，處于“中下”等級，而針葉林各指標(biāo)含量低，處于“很低”等級。四個土壤養(yǎng)分指標(biāo)中，有機質(zhì)含量較高，處于“中下”等級，堿解氮處于“低”等級，而有效磷和速效鉀含量低，處于“很低”等級?？偟膩碚f，四種林分類型的土壤養(yǎng)分含量偏低，特別是針葉林，各項土壤指標(biāo)含量均為“很低”。針葉林的土壤養(yǎng)分指標(biāo)低，可能與針葉林林下調(diào)落物中含有大量單寧、蠟質(zhì)、樹脂等難分解的有機質(zhì)，影響了土壤養(yǎng)分的歸還速率有關(guān)[13，14]，可以參考群落演替方向?qū)︶樔~林進行林分改造來提高土壤養(yǎng)分。5個土層中，表土層（1層）的各指標(biāo)含量最高，大致處于“中下”等級，隨著土層厚度增加土壤養(yǎng)分含量不斷減少，但后面的3-5層變化趨于穩(wěn)定，含量大致處于“很低”等級。傳統(tǒng)上，氮含量被認為是限制凈森林初級生產(chǎn)量的一個重要因素[18]，但在本研究中，有效磷和速效鉀的含量等級更低，取代堿解氮成為植物生長的主要限制因子。

參 考 文 獻

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（責(zé)任編輯：夏劍萍）