商洛金鳳山地區(qū)人工林土壤pH值及養(yǎng)分特征分析

張孝存,崔格沖,楊 麗,楊維鴿

(商洛學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學院,陜西 商洛 726000)

土壤有機質(zhì)和土壤氮磷作為植物生長的關鍵因素,極大影響了林地發(fā)育潛能,因此被用作評估土壤生產(chǎn)力的重要指標[1]。摸清林區(qū)土壤養(yǎng)分狀況對于更好地發(fā)揮土地效率,評價林區(qū)土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要的指導意義[2]。

在土壤養(yǎng)分研究方面,我國學者雷斯越、趙文慧等對陜北吳起縣棗莊溝小流域進行研究,認為土壤養(yǎng)分與植被生長狀況在不同地形上的變化趨勢具有一定的相關性[3]。溫繼良、周元清等運用模糊綜合評判法,對云南省新平縣茶園的土壤養(yǎng)分進行定量化綜合評價[4]。張建貴、王理德等對不同退化程度的草地土壤養(yǎng)分特征、植被特征及其相關性研究表明:隨著草地退化程度不斷加深,植被群落結構逐漸趨向單一,土壤中養(yǎng)分含量明顯減少,并且土壤因子對植物生長的貢獻率也在發(fā)生變化[5]。冷冰濤、宋付朋研究認為秸稈還田以及不同施氮量可以調(diào)節(jié)玉米根區(qū)的土壤酸堿度[6]。

地處南北分界線的秦嶺腹地陜西省商洛市是南水北調(diào)中線工程的水源涵養(yǎng)地,境內(nèi)生態(tài)環(huán)境優(yōu)越,是關天經(jīng)濟區(qū)的生態(tài)屏障[7],人工林在其林業(yè)和生態(tài)環(huán)境建設中發(fā)揮著重要作用。雖然國內(nèi)外許多學者對人工林下土壤性質(zhì)的研究很多,但對于培育和營造同等條件下不同樹種的土壤化學性質(zhì)差異和再生能力研究不多,尤其針對商洛地區(qū)的研究更少[8,9]。因此,筆者以商洛市商州區(qū)金鳳山5種人工林為例,對其土壤pH、有機質(zhì)、速效磷、全氮等指標進行分析,為人工林的培育和營造方面提供數(shù)據(jù)支撐,為商洛市生態(tài)環(huán)境建設提供幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

金鳳山位于陜西省商洛市商州區(qū)北部,地處秦嶺腹地,109°56′～109°57′E,33°52′～33°53′N,海拔約為930 m,東臨東龍山,西接二龍山,北靠戴云山,因地貌形態(tài)如鳳凰展翅,被人們稱為“金鳳山”。為暖溫帶半濕潤季風氣候,年平均氣溫11～14℃,最高37～40.8℃,最低-11.8～-21.6℃,年平均降水量710～930 mm,呈現(xiàn)出四季分明、雨熱同期的氣候特點。土壤以黃棕壤、棕壤為主。土地利用主要以林業(yè)用地為主,森林植被以喜濕性針闊葉樹為主,混生有少量常綠闊葉樹種。

1.2 土壤樣地選取及樣品采集

于2018年3月初通過調(diào)查商州區(qū)植被分布狀況,確定典型的人工林分布區(qū)——金鳳山為研究區(qū)。3月下旬在金鳳山定植于2004年的人工林核桃(Walnut)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、構樹(Broussonetiapapyrifera)、沙皮松(PinuspsammopHila)和高橡樹(QuercuspalustrisMünchh)采集土壤樣品共26個,采樣土層深度為0～20 cm。采樣時先除去地表的雜物,再用梅花法采集土樣,將所采土樣攪拌均勻,取約1 kg土壤裝入塑料袋中并編號。將土樣自然風干,除去土壤中的樹根、石塊和枯枝落物等。最后,將土樣研磨分別過1 mm篩和0.25 mm篩,分別用于測定土壤pH,以及土壤有機質(zhì)、速效磷、全氮。由于商洛地區(qū)土壤鉀含量一般能滿足植物生長需要,缺鉀現(xiàn)象甚少,所以未作為分析指標;由于全氮是速效氮的源泉,僅把全氮作為林地土壤養(yǎng)分分析指標。

1.3 土壤樣品的測定和數(shù)據(jù)處理

土壤樣品pH采用電位法,土壤有機質(zhì)運用重鉻酸鉀溶液法—外加熱法,全氮利用水楊酸鈉法,速效磷采用磷鉬藍法。測定方法參考土壤農(nóng)化分析及林區(qū)土壤相關技術標準。速效磷、全氮等指標經(jīng)前處理后均采用德國全自動間斷化學分析儀(Clever Chem)上機測定其含量,所有土樣重復3次。

實驗數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2007軟件,利用SPSS軟件分析土壤各指標間的相關性,進行差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同人工林土壤p H分析

土壤p H值是土壤的主要理化指標之一,它與土壤的形成過程及土壤各養(yǎng)分間的有效性密切相關,直接關系到植物的長勢[10]。由表1可知:5種人工林pH值由低到高依次為:沙皮松林＞刺槐林＞高橡樹林＞核桃林＞構樹林。沙皮松土壤 pH為6.19,呈弱酸性(弱酸性的 pH標準值 6.0～6.5);核桃林的土壤pH變幅在5.85～7.44之間,平均值為6.54,大部分土樣呈弱酸性、中性(pH標準值6.5～7.0);刺槐林土壤pH范圍在5.96～6.82,平均值為6.21,大部分呈弱酸性;高橡樹林的土壤pH范圍在5.73～6.79,平均值為6.31,大部分呈弱酸性和中性;構樹林土壤pH范圍在7.02～7.39,平均值為7.22,呈弱堿性(pH標準值7.0～7.5)。5種人工林 p H值變異程度均小于10%,屬于弱變異。

表1 5種人工林土壤酸堿度

2.2 不同人工林土壤養(yǎng)分分析

2.2.1 不同人工林土壤有機質(zhì)分析

土壤有機質(zhì)在促進植物生長、改善土壤理化性質(zhì)方面具有決定性作用[11]。由表3可見,金鳳山林區(qū)土壤有機質(zhì)含量核桃林＞刺槐林＞構樹林(＞沙皮松林＞高橡樹林。LSD檢驗表明,核桃林、刺槐林、構樹林和沙皮松林土壤有機質(zhì)含量之間差異不顯著,但前三者土壤有機質(zhì)含量與高橡樹林土壤的差異達到極顯著水平(p＜0.01),沙皮松林土壤有機質(zhì)含量與高橡樹林土壤的存在顯著性差異(p＜0.05)。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準(表2),其中核桃林、刺槐林、構樹林和沙皮松林土壤有機質(zhì)均屬于三級水平,即土壤有機質(zhì)含量適量;而高橡樹林土壤有機質(zhì)平均含量僅為16.19 g/kg,屬于有機質(zhì)含量缺乏;主要是由于金鳳山高橡樹林下土層較薄,而高橡樹林面積較大,且林地密度和覆蓋度較高,未進行撫育間伐造成營養(yǎng)面積不足,導致地表植物生長較少,從而影響林木的正常發(fā)育,林下枯落物分解速度較慢,且葉片大、硬厚,極難分解,不利于土壤腐殖質(zhì)的積累,故有機質(zhì)較缺乏。

2.2.2 不同人工林土壤全氮分析

土壤中的氮元素存在形式主要為有機氮,約占全氮90%以上。有機氮通過礦化成為無機氮的主要來源,也是植物生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元素,對植物養(yǎng)分吸收起著重要作用。氮肥作用效果受土壤物理性質(zhì)、有機質(zhì)含量、pH、生化抑制劑種類等的影響。實驗發(fā)現(xiàn)(表3):土壤全氮平均含量核桃林＞沙皮松林＞高橡樹林＞刺槐林＞構樹林,均處于一級水平(表2),土壤氮含量很豐富。這是由于商洛地區(qū)全年氣溫溫和,金鳳山森林覆蓋率高,林地凋落物的增加以及動植物遺體分解產(chǎn)生的氮素使土壤養(yǎng)分含量逐漸增加,促進土壤養(yǎng)分循環(huán),因而全氮含量高。

2.2.3 不同人工林土壤速效磷分析

森林土壤中磷的來源基本為含磷礦物以及動植物殘體形成的有機磷。其中,速效磷含量在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常被用來表征土壤磷的供應水平。金鳳山的5種人工林土壤速效磷含量核桃林＞刺槐林＞高橡樹林＞構樹林＞沙皮松林,含量均較低(表3)。其中,5種人工林中僅核桃林的速效磷含量屬于缺乏水平,與其它4種土壤速效磷含量之間存在極顯著差異(p＜0.01);刺槐林、高橡樹林、構樹林均處于很缺水平,而沙皮松林速效磷含量為1.33 mg/kg,屬于極其缺乏(表2)。原因在于磷在土壤中移動性差,植物僅能吸收距根系表面1～4 mm土壤中的磷;同時,金鳳山存在輕微的水土流失現(xiàn)象,表層土壤中磷素淋失,從而導致土壤有效磷含量極低[12]。

表2 土壤有機質(zhì)、全氮和速效磷含量等級分布

表3 5種人工林土壤養(yǎng)分含量情況

2.3 不同人工林土壤p H和養(yǎng)分含量相關性分析

對金鳳山5種人工林表層土壤 pH、有機質(zhì)、速效磷、全氮含量關系進行分析,相關分析表明(表4):(1)土壤pH和有機質(zhì)達到顯著弱相關,相關性系數(shù)為0.266(p＜0.05),與張洋、劉華等對商洛地區(qū)人工林研究結果一致[13];p H和速效磷之間相關性不顯著,與余婉麗等對廣西桉樹人工林土壤養(yǎng)分研究結論一致[14];p H和全氮之間呈顯著負相關關系,相關系數(shù)為-0.265(p＜0.05)。(2)速效磷和全氮達到極顯著相關水平,相關系數(shù)為 0.441(p＜0.01)。

表4 土壤p H和養(yǎng)分相關性分析

3 結論

本研究以金鳳山人工林為研究區(qū)域,選取林區(qū)5種不同人工林地的土壤pH、有機質(zhì)、速效磷和全氮為研究對象,主要結論如下:

3.1 人工土壤有機質(zhì)含量核桃林＞刺槐林＞構樹林＞沙皮松林＞高橡樹林,前4者土壤有機質(zhì)含量屬于適量水平,但高橡樹林土壤有機質(zhì)缺乏,與前4者土壤有機質(zhì)含量存在顯著差異。人工林土壤全氮含量核桃林＞沙皮松林＞高橡樹林＞刺槐林＞構樹林,均屬于很豐富等次;但人工林土壤速效磷含量均處于缺乏及其以下水平。人工林土壤酸堿性除構樹林土壤pH為弱堿性,其余多為弱酸性,變異較弱。這說明植樹能促進土壤全氮和有機質(zhì)(除高橡樹)的積累,有利于改善土壤質(zhì)量,帶來明顯的生態(tài)效益。

3.2 5種人工林土壤養(yǎng)分中速效磷和全氮之間呈極顯著相關,相關系數(shù)為0.441(p＜0.01);pH與有機質(zhì)之間為顯著性相關關系,相關性系數(shù)為0.266(p＜0.05);而p H與全氮之間為顯著負相關關系,相關系數(shù)為-0.265(p＜0.05)。

3.3 人工林撫育中應注意適時間伐,多林種配合栽植,有利于提高林地土壤有機質(zhì)和全氮含量水平;及時補充土壤所需速效磷成分,采取工程措施,防止速效磷流失,以便取得更好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。

Analysis on Soil Nutrient Properties and pH of Different Forest Land in Jinfeng Mountain in ShangLuo