海南吊羅山自然保護(hù)區(qū)土壤磷研究

王文蕾++王旭+朱美玲++林燈++梁卿雅++鄒耀進(jìn)++李超++王鑫瑤++吳挺芳++王春新

摘要：以海南吊羅山自然保護(hù)區(qū)4種類型森林（熱帶山地雨林原始林、熱帶山地雨林次生林、熱帶低地雨林原始林、熱帶低地雨林次生林）為研究對(duì)象，分析其土壤磷含量、氮磷比及磷密度分布情況，以期揭示土壤全磷分布特征，估算土壤磷儲(chǔ)量。結(jié)果表明：（1）各樣地土壤全磷含量平均值在剖面垂直分布上隨土壤深度增加而減少，而同一樣地全磷在土壤剖面無明顯分布規(guī)律。（2）土壤氮磷比隨土壤深度增加而降低，全磷、全氮、氮磷比均為中等變異。（3）不同樣地土壤磷密度相差很大，介于130.07～442.69 g/m2之間。（4）4種類型森林土壤磷含量總體上呈現(xiàn)隨土壤深度增加而降低的趨勢(shì)，不同類型森林同一土層土壤磷含量存在差異。吊羅山土壤平均全磷含量為 0.192 g/kg，0～100 cm 土層土壤磷儲(chǔ)量平均值為21.5 t/hm2。（5）吊羅山土壤磷含量空間異質(zhì)性中等，4種森林0～50 cm土層的磷密度貢獻(xiàn)率變化范圍為53%～56%，0～50 cm土層與50～100 cm土層的磷密度貢獻(xiàn)率相差不大。

關(guān)鍵詞：土壤；磷含量；氮磷比；磷密度；吊羅山

中圖分類號(hào)：S714文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0273-04

熱帶雨林動(dòng)植物種類豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)功能，在氣候調(diào)節(jié)、水土保持、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用。森林土壤不僅為植物提供生存環(huán)境，也為其提供生長(zhǎng)發(fā)育所必需的水分、營(yíng)養(yǎng)等。森林土壤養(yǎng)分是否充足將直接影響林木的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)。磷是土壤養(yǎng)分的重要組成因子，不僅是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的大量營(yíng)養(yǎng)元素，也是限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的因素之一，尤其在熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)更明顯[1]。植物所利用的磷素，主要來源于土壤，它是組成植物體許多化合物的重要成分，在植物體生長(zhǎng)和代謝過程中發(fā)揮著不可替代的作用[2]，磷不僅具有促進(jìn)樹皮再生、根系生長(zhǎng)、樹圍增大以及提高林木種子產(chǎn)量的功能，還具有增進(jìn)植物抗病性、抗寒性、抗旱性的能力[3]。土壤環(huán)境中較低的磷含量會(huì)導(dǎo)致樹木對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)吸收和貯備不足，將直接影響林木的生長(zhǎng)發(fā)育[4]。在多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤氮磷比是影響植被空間分布差異的主要原因，作為一個(gè)數(shù)字變量，氮磷比可反映氮磷元素對(duì)植物生長(zhǎng)限制的轉(zhuǎn)化梯度和趨勢(shì)，明確植物群落或植物的生產(chǎn)力主要受到哪種養(yǎng)分元素的限制作用。

國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤全磷和有效磷的研究報(bào)道很多。針對(duì)磷素分級(jí)、磷素形態(tài)、磷的生物有效性及其影響因素[5-7]、吸附-解吸[8-10]的研究較多，還有大量磷素釋放[11]、磷素利用效率[12]等的研究報(bào)道。嚴(yán)加亮對(duì)武夷山不同海拔土壤磷素的空間異質(zhì)性進(jìn)行了研究[13]，黃永濤等對(duì)海南島霸王嶺4種熱帶森林類型林地土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了比較分析[14]，針對(duì)天然林磷素的分布特征及儲(chǔ)量等方面的研究相對(duì)較少。

近年國(guó)內(nèi)對(duì)土壤氮磷比也有研究，趙如金等對(duì)北固山濕地土壤氮磷的空間分布特征進(jìn)行了研究[15]，陳思宇等對(duì)甘南高原土壤氮磷比空間異質(zhì)性進(jìn)行了研究[16]，劉雯霞等對(duì)青藏高原東緣高寒草甸不同功能群植物氮磷化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行了研究[17]。

本研究以海南吊羅山自然保護(hù)區(qū)4種類型森林為研究對(duì)象，分析其土壤全磷含量、密度及氮磷比，揭示吊羅山自然保護(hù)區(qū)土壤全磷的分布規(guī)律，為森林土壤養(yǎng)分管理及森林土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1研究區(qū)概況

吊羅山自然保護(hù)區(qū)是我國(guó)原始熱帶雨林區(qū)之一，位于海南省東南部18°40′～18°58′ N、109°45′～110°3′ E，地跨五指山、保亭、瓊中、萬寧、陵水等5個(gè)市（縣）。該地區(qū)屬于熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為24.6 ℃，最冷月（1月）平均氣溫為15.3 ℃，最熱月（7月）平均氣溫為28.4 ℃，多年平均降水量為2 160 mm，年均相對(duì)濕度為85.9%，具有明顯的干濕季氣候特征，5—10月是雨季，11月到次年4月為旱季。保護(hù)區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，坡度為50°～60°。成土母質(zhì)為花崗閃長(zhǎng)巖，土壤質(zhì)地主要為山地黃壤與沙質(zhì)紅壤。

2研究方法

2.1樣地設(shè)置

綜合考慮吊羅山地區(qū)的地理環(huán)境、植被類型占比和空間分布情況以及調(diào)查采樣的可實(shí)施性，確定本次研究包括4種森林類型：熱帶低地雨林原始林、熱帶低地雨林次生林、熱帶山地雨林原始林、熱帶山地雨林次生林，共設(shè)置了15塊樣地（50 m×50 m），樣地基本概況如表1所示。

2.2土壤樣品采集

將每個(gè)樣地按網(wǎng)格法分成25個(gè)10 m×10 m的大樣方，隨機(jī)選擇2個(gè)大樣方進(jìn)行土壤調(diào)查。土壤調(diào)查分為土鉆法和剖面法。土鉆法取樣過程：在所選擇的每個(gè) 10 m×10 m的大樣方中各隨機(jī)設(shè)置3個(gè)2 m×2 m的小樣方，每個(gè)小樣方內(nèi)，按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm分層取土樣，將3個(gè)小樣方的同層次土壤組成該大樣方該層次混合樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室。剖面法采樣過程：選擇一個(gè)受人為干擾較少、可代表該大樣方植被結(jié)構(gòu)和土壤類型的地段，挖取1個(gè) 1 m×1 m×1 m的土壤剖面，用環(huán)刀按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm分層取樣，每層各取3個(gè)土壤樣品，分別稱鮮質(zhì)量并記錄，帶回實(shí)驗(yàn)室。

2.3土壤樣品處理

將土鉆法取得的樣品放在牛皮紙上，自然風(fēng)干，并去除根系、動(dòng)植物殘?bào)w、石塊等雜物，采用四分法取約500 g樣品，磨碎過2 mm篩，裝袋備用。剖面法取得的樣品放入烘箱烘干稱質(zhì)量并記錄。土鉆法獲得的土壤樣品用于土壤總磷及總氮的測(cè)定，剖面法獲得的土壤樣品用于土壤容重的測(cè)定。

2.4土壤樣品分析方法

采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷，采用半微量開式法測(cè)定土壤全氮，篩分法測(cè)定粒徑大于2 mm礫石的含量[18]。

2.5土壤全磷密度計(jì)算方法

土壤全磷密度（STPi）是指單位面積一定深度的土層土壤磷儲(chǔ)量，某土層（i）土壤全磷密度計(jì)算公式如下：

STPi=Pi×Di×Ei×（1-Gi）/100。

式中：Pi為土壤全磷含量（g/kg），Di為土壤容重（g/m3）；Ei為土壤厚度（cm）；Gi為直徑大于2 mm的礫石所占體積百分比（%）。

某一土壤剖面全磷密度為該剖面各層STPi之和，即：STP=∑STPi。

2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及圖表制作。

3結(jié)果與分析

3.1吊羅山自然保護(hù)區(qū)森林土壤全磷含量特征

由圖1可知，各樣地、不同土層的磷含量介于80～460 mg/kg 之間，最小值出現(xiàn)在2號(hào)樣地的50～100 cm土層，最大值出現(xiàn)在8號(hào)樣地的0～10 cm土層。0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm 5個(gè)土層的土壤全磷含量平均值分別為240、210、190、170、170 mg/kg，由此可見，吊羅山自然保護(hù)區(qū)各樣地土壤全磷含量平均值在剖面垂直分布上呈現(xiàn)隨土壤深度增加而減少的規(guī)律。各樣地土壤全磷含量差別較大，同一樣地、不同土層間土壤全磷含量也無明顯的分布規(guī)律，這表明吊羅山自然保護(hù)區(qū)土壤全磷含量有一定的時(shí)空差異性，這與范美莉等對(duì)海南瓊中橡膠林土壤磷儲(chǔ)量研究結(jié)果[3]基本一致。在自然森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤全磷主要來自成土母質(zhì)，因此這可能是土壤風(fēng)化、淋溶作用強(qiáng)度的差異所致[14]。

3.2吊羅山自然保護(hù)區(qū)土壤氮磷比分布特征

將各樣地土壤全磷、全氮以及氮磷比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，用平均值表示樣本中心趨向的分布，用標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)表示樣本的變異程度。結(jié)果（表2）表明，土壤氮磷比均隨土壤深度的增加而降低。變異系數(shù)（CV）反映系統(tǒng)空間變異性的大小，一般情況下，CV≤0.01時(shí)表示樣本的變異性較弱，0.01

3.3吊羅山自然保護(hù)區(qū)森林土壤全磷密度

由圖2可知，各樣地土壤全磷密度相差較大，15塊樣地

全磷密度介于130.07～442.69 g/m2之間，2號(hào)樣地土壤全磷密度最低，5號(hào)樣地土壤全磷密度最高。吊羅山自然保護(hù)區(qū)各樣地土壤全磷密度平均值為231.85 g/m2。

3.4不同森林類型土壤磷含量和磷密度的比較分析

3.4.1土壤磷含量研究由圖3可知，4種森林類型土壤磷含量整體上呈現(xiàn)隨土壤深度增加而降低的趨勢(shì)。各類型森林同一土層土壤磷含量不同，由于不同森林類型優(yōu)勢(shì)物種、群落結(jié)構(gòu)等不同，不同物種對(duì)磷的吸收利用能力不同，因此可能導(dǎo)致土壤磷含量的差異。熱帶低地雨林次生林、熱帶山地雨林次生林土壤磷含量垂直變化明顯，均隨著土壤深度的增加而降低。2種森林類型表層土壤磷相對(duì)較高，可能是因?yàn)殡S著枯枝落葉的分解，植物吸收利用的磷重新歸還到土壤表層，在土壤表層呈現(xiàn)磷的相對(duì)富集。熱帶低地雨林原始林土壤磷含量在20～30 cm土層出現(xiàn)最大值，熱帶山地雨林原始林土壤磷含量在10～20 cm土層出現(xiàn)最大值，可能與這2種類型森林土壤全磷易向下淋洗有關(guān)[4]。

3.4.2土壤磷密度研究為了更好地比較4種類型森林不同土層磷密度，各土層僅計(jì)算10 cm厚土壤磷密度。由圖4可知，熱帶低地雨林次生林土壤磷密度介于23.33～28.13 g/m2 之間，熱帶山地雨林次生林土壤磷密度介于 19.42～31.04 g/m2之間，熱帶低地雨林原始林土壤磷密度介于15.94～22.32 g/m2之間，熱帶山地雨林原始林土壤磷密度介于18.26～25.51 g/m2之間。熱帶低地雨林次生林和熱帶山地雨林原始林土壤磷密度隨土壤深度增加而降低。熱帶山地雨林次生林各層土壤的磷密度從大到小排序?yàn)?0～20 cm>20～30 cm>0～10 cm>30～50 cm>50～100 cm，熱帶低地雨林原始林各層土壤的磷密度從大到小排序?yàn)?0～30 cm>30～50 cm>0～10 cm>10～20 cm>50～100 cm。

由圖3和圖4可知，4種森林類型中，只有熱帶低地雨林次生林的土壤磷含量和磷密度隨土壤深度增加而降低，說明熱帶低地雨林次生林土壤狀況相似，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)變化較小。其他3種類型土壤狀況有差異，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)變化較大。

3.4.30～100 cm土層磷密度研究由圖5可知，4種森林類型中，0～100 cm土層磷密度最高的為熱帶低地雨林次生林（247.58 g/m2），其次為熱帶山地雨林次生林（223.15 g/m2），再次為熱帶山地雨林原始林（206.25 g/m2），最低的為熱帶低地雨林原始林（184.52 g/m2）。0～10、0～20、0～30、0～50 cm土層磷密度貢獻(xiàn)率能反映土壤磷素的垂直分布[16]。吊羅山4種類型森林0～10、0～20、0～30、0～50 cm土層的貢獻(xiàn)率依次分別為熱帶低地雨林次生林：11%、22%、33%、53%；熱帶山地雨林次生林：11%、25%、37%、56%；熱帶低地雨林原始林：11%、22%、34%、57%；熱帶山地雨林原始林：12%、24%、35%、56%，各土層對(duì)土壤磷素貢獻(xiàn)率變化不大。

4結(jié)論與討論

4.1吊羅山自然保護(hù)區(qū)森林土壤全磷含量

吊羅山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)各樣地土壤全磷含量在剖面垂直分布上呈現(xiàn)隨土壤深度增加而減少的規(guī)律。而同一樣地全磷在土壤剖面無明顯分布規(guī)律，與范美莉等對(duì)海南瓊中橡膠林土壤磷儲(chǔ)量研究結(jié)果[3]及干友民等對(duì)川西北亞高山草地不同退化梯度草地土壤養(yǎng)分變化的研究結(jié)果[19]一致。

4.2吊羅山土壤氮磷比分布特征

吊羅山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)各樣地土壤氮磷比均隨土壤深度的增加而降低，不同樣地間土壤全氮、全磷、氮磷比均為中等變異。全磷、氮磷比的變異程度均呈現(xiàn)出波動(dòng)趨勢(shì)，而全氮的變異程度呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，不同土層間氮磷比變化不大。

4.3吊羅山自然保護(hù)區(qū)森林土壤全磷密度

各樣地土壤全磷密度分布規(guī)律不明顯，存在較大差異，一方面可能由于土壤磷密度不僅與土壤磷含量有關(guān)，也與土壤物理性質(zhì)有關(guān)，而不同樣地的森林類型、植被類型、土壤類型不同，導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)的差異；另一方面也可能與不同樣地森林受人類干擾程度不同有關(guān)。

4.44種類型森林土壤磷含量和磷密度研究

4種森林類型土壤磷含量總體上呈現(xiàn)出隨土壤深度增加而降低的趨勢(shì)。各森林類型同一土層土壤磷含量不同。4種森林土壤磷含量不同，一方面由于不同森林生物組成、生物量以及林內(nèi)環(huán)境不同，動(dòng)物及微生物殘?bào)w存在差異，致使進(jìn)入林地土壤中有機(jī)物的量不同；另一方面不同森林微生物活動(dòng)、淋溶強(qiáng)度等不同[20]，都會(huì)導(dǎo)致磷含量不同。

吊羅山土壤全磷含量平均值為0.192 g/kg，遠(yuǎn)低于我國(guó)第2次土壤普查結(jié)果（全磷含量0.44～0.85 g/kg）[13]，可能是因?yàn)榈趿_山自然保護(hù)區(qū)為天然林，受人為干擾較少，肥力多來自凋落物分解和母質(zhì)層風(fēng)化，全磷積累較少。植物所能直接利用的磷是速效磷，由于全磷量中土壤速效磷只占其中的極小部分，而且土壤中速效磷與全磷很多時(shí)候不具相關(guān)性，因此土壤全磷一般不能作為土壤磷素供應(yīng)水平的確切指標(biāo)[21]。雖然土壤全磷含量的高低與植物磷素營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系不密切，全磷含量高時(shí)并不意味著磷素供應(yīng)充足，但當(dāng)全磷含量低于 0.8 g/kg時(shí)，土壤常出現(xiàn)磷供應(yīng)不足。研究區(qū)各樣地土層全磷含量?jī)H為0.183 g/kg，由此可知研究區(qū)土壤磷供應(yīng)不足[22-23]。

4種森林中，只有熱帶低地雨林次生林土壤磷含量和磷密度隨土壤深度增加而降低。土壤磷儲(chǔ)量平均值為 21.5 t/hm2。

4.50～100 cm土層磷密度研究

4種森林0～50 cm土層的磷密度貢獻(xiàn)率變化范圍為53%～57%，可以看出0～50 cm土層磷密度貢獻(xiàn)率與50～100 cm土層磷密度貢獻(xiàn)率相差不大。由于土壤表層土與深層土全磷的差異主要是有效磷的差異，而有效磷一般集中在土壤表層，且占全磷比例小，因此0～50 cm土層磷密度貢獻(xiàn)率大于50～100 cm土層，但二者相差不大。

致謝：感謝吊羅山劉海偉站長(zhǎng)在采樣過程中給予的幫忙與照顧；感謝實(shí)驗(yàn)室的曠春蘭老師和楊照坤老師在實(shí)驗(yàn)儀器的用法等方面給予的指導(dǎo)；還要感謝李佳靈、張曉琳、王帥等在采樣過程中的幫助。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.071