桂林巖溶石山青岡櫟群落土壤相關(guān)性研究

金秋珠　殷紫嫣　羅雪銘　江圣哲　盤(pán)遠(yuǎn)方　姜勇

摘要 為了探討巖溶石山土壤養(yǎng)分及其分布狀況，以廣西桂林市郊的演坡山、陽(yáng)朔縣的白沙鎮(zhèn)和碑頭村的青岡櫟群落的土壤理化性質(zhì)為研究對(duì)象，對(duì)3個(gè)采樣點(diǎn)的青岡櫟群落土壤理化性質(zhì)是否存在差異以及各理化性質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行研究。單因素方差分析和多重比較表明：土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全磷、土壤有效鉀在演坡山、白沙鎮(zhèn)和碑頭村間無(wú)顯著差異;土壤含水量、土壤有效磷和土壤pH在3個(gè)采樣點(diǎn)存在顯著差異。 Pearson相關(guān)性分析表明：土壤有機(jī)質(zhì)與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)，與土壤全磷呈顯著正相關(guān);土壤全鉀與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)，與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，與土壤有效磷呈顯著負(fù)相關(guān);土壤pH與土壤有效磷呈顯著正相關(guān)，與土壤全磷呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 青岡櫟;土壤理化性質(zhì);單因素方差分析;多重比較;相關(guān)性分析

中圖分類號(hào) S151.9+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2020）13-0059-04

Abstract To study the soil nutrients and their distribution in Karst stone mountains， the soil physicochemical properties of Quercus glauca community distributed in Yanpo Mountain， Baisha Town and Beitou Village in Guilin City， Guangxi were studied. Single factor variance analysis， multiple comparison method and correlation analysis were used to study the difference of soil physicochemical properties of Q. glauca community in three sampling sites and the correlation of each physicochemical property. Oneway ANOVAS and multiple comparisons （TurkeyKramer HSD） showed that， soil organic matter， soil total phosphorus and available potassium of Q. glauca community in Yanpo Mountain， Baisha Town and Beitou Mountain were not significantly different. There were significant differences in soil water content， soil total potassium， and soil pH among the three sampling sites. Pearson correlation analysis showed that， soil organic matter was positively correlated with soil available potassium， and positively correlated with soil total phosphorus; soil total potassium was positively correlated with soil available potassium， negatively correlated with pH and negatively correlated with soil available phosphorus; soil pH was positively correlated with soil available phosphorus， and positively correlated with soil total phosphorus.

Key words Quercus glauca;Physicochemical properties of soil;Single factor analysis of variance;Multiple comparisons;Correlation analysis

土壤是生態(tài)系統(tǒng)中生物賴以生存的載體、植被生長(zhǎng)的基礎(chǔ)、植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要來(lái)源。土壤養(yǎng)分是影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因素，是土壤肥力的重要指標(biāo)，直接決定植被生長(zhǎng)、分布、群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)和功能的穩(wěn)定性。土壤養(yǎng)分的空間變異是植被組成及相關(guān)生理生態(tài)過(guò)程綜合影響的結(jié)果。目前，許多學(xué)者對(duì)多種生態(tài)系統(tǒng)類型中土壤養(yǎng)分時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行了相應(yīng)研究。例如，Goidts等[1]研究了比利時(shí)50年土壤有機(jī)碳變異特征;宋豐驥等[2]對(duì)土壤表層全氮進(jìn)行了半方差分析和空間插值計(jì)算。地形、植被與土壤養(yǎng)分相互作用，關(guān)系復(fù)雜。研究土壤養(yǎng)分空間變異，特別是對(duì)其量化過(guò)程的研究，對(duì)科學(xué)的土壤資源利用及指導(dǎo)植被恢復(fù)，生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、治理具有重要意義。

有許多學(xué)者對(duì)青岡櫟群落進(jìn)行了研究，但是大多主要研究其群落結(jié)構(gòu)、種內(nèi)種間、生理特性及植物功能性狀，而關(guān)于青岡櫟群落土壤養(yǎng)分的研究較少，資料也相對(duì)零散。例如，趙麗娟等[3]研究石櫟-青岡群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)地形和土壤空間結(jié)構(gòu)是石櫟-青岡群落物種組成和空間分布的決定性因素，有效磷、全鉀和全磷含量是最主要的土壤因子。在青岡櫟生理特性的研究方面，程勇等[4]研究了氮磷鉀施肥配比對(duì)青岡櫟幼苗生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀對(duì)青岡櫟幼苗生長(zhǎng)的影響效應(yīng)不同，其中氮元素影響最大，磷元素和鉀元素影響較小。盤(pán)遠(yuǎn)方等[5]對(duì)桂林巖溶石山青岡櫟和灌叢植物葉功能性狀隨坡向梯度變化規(guī)律的研究得出：在陰坡上，對(duì)比葉面積影響顯著的環(huán)境因子是土壤有效氮含量;陽(yáng)坡上則是土壤含水量和土壤pH。

巖溶生態(tài)系統(tǒng)是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱及惡劣的地區(qū)之一，其自然地理地質(zhì)條件惡劣，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，石漠化程度加劇，增加了植被恢復(fù)與重建的難度[6]。青岡櫟（Cyclobalanopsis glauca）是殼斗科青岡屬常綠闊葉樹(shù)種，具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性。研究巖溶石山青岡櫟群落土壤理化性質(zhì)特征，可以很好地了解土壤形成過(guò)程、結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)青岡櫟群落空間格局以及土壤侵蝕、生態(tài)過(guò)程等研究有借鑒作用。廣西桂林演坡山、白沙鎮(zhèn)和碑頭村地貌類型為典型的峰叢洼地地貌，海拔多在100～500 m，屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，是學(xué)者研究巖溶石山地區(qū)植物生態(tài)的常選之地。盤(pán)遠(yuǎn)方等[5]、黃冬柳等[7]、胡剛等[8]和李月娟等[9]均選擇這3處樣地為研究區(qū)，對(duì)青岡群落植物功能性狀的尺度變化與關(guān)聯(lián)、青岡種群數(shù)量動(dòng)態(tài)、青岡櫟群落生態(tài)等進(jìn)行研究，但均未對(duì)該處的土壤生態(tài)進(jìn)行研究。該研究以這3處青岡櫟群落土壤為對(duì)象，探討桂林巖溶石山地區(qū)土壤養(yǎng)分含量的差異性及關(guān)聯(lián)性，以期為巖溶石山地區(qū)植被的恢復(fù)與重建、森林管理及其可持續(xù)利用等提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)東北部地區(qū)的桂林市境內(nèi)，地理坐標(biāo)為24°40′～25°40′ N，110°09′～110°42′ E，海拔為173～268 m。該地區(qū)多為峰林、峰叢地貌，巖石致密且裸露率高，表層土壤稀薄，地表水缺乏，具有明顯的巖溶地貌特征，屬于典型的喀斯特地貌類型[10]。區(qū)域內(nèi)全年雨量充沛，年均降雨量為1 855.89 mm;氣候暖和，全年最冷月為每年開(kāi)始的第1個(gè)月，該月平均氣溫是8.0 ℃，而最熱的月份為8月，該月平均氣溫是28.1 ℃，日照時(shí)長(zhǎng)為1 465 h，年平均蒸發(fā)量達(dá)1 457.96 mm，全年無(wú)霜期為309 d，屬于典型的中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候[11]。3個(gè)研究樣點(diǎn)主要以青岡櫟為優(yōu)勢(shì)種，其伴生種有紅背山麻桿（Alchornea trewioides）、龍須藤（Bauhinia championii）、干花豆（Fordia cauliflora）、齒葉黃皮（Clausena dunniana）、樸樹(shù)（Celtis sinensis）和粗糠柴（Mallotus philippensis）等。樣地概況如表1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 樣方設(shè)置與土壤取樣。

經(jīng)過(guò)野外實(shí)地踏勘，于2017年5—11月在桂林市郊的演坡山、陽(yáng)朔縣的碑頭村和白沙鎮(zhèn)的富里灣共設(shè)置了20個(gè)大小為20 m × 20 m的樣方，分別為演坡山9個(gè)、碑頭村7個(gè)、富里灣4個(gè)。在此基礎(chǔ)上，將每個(gè)20 m × 20 m的樣方劃分成16個(gè)5 m×5 m的小樣方。在小樣方中心位置處用環(huán)刀采集0、15和30 cm的土樣用于測(cè)定土壤物理性質(zhì)（土壤含水量），取樣結(jié)束后將土壤依次回填。土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定采用“梅花五點(diǎn)法”采樣，在每個(gè)5 m×5 m小樣方的4個(gè)頂點(diǎn)處和中心位置，清除表層枯落物和腐殖質(zhì)層后，用直徑10 cm的土鉆鉆取0 cm土層土樣，運(yùn)用四分法混合均勻后帶回實(shí)驗(yàn)室用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定[12]。將采集的新鮮土樣放置于室內(nèi)陰涼通風(fēng)處自然干燥，待風(fēng)干后，剔除其中的根系、石塊、鈣核及動(dòng)植物殘?bào)w等雜物后，倒入研缽中研細(xì)，過(guò)不同孔徑（0.15、0.25、1.40 mm）的土壤篩，對(duì)預(yù)處理后的土樣進(jìn)行土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀7個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2 土壤樣品測(cè)定。

土壤含水量（SWC，%）采用烘干法測(cè)定;土壤pH采用電導(dǎo)法測(cè)定（水土比為2.5∶1）[13];有機(jī)質(zhì)（SOM，g/kg）采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定;全氮（TN，g/kg）采用全自動(dòng)凱氏定氮儀（KJELTECTM8400）測(cè)定;全磷（TP，g/kg）采用鉬銻抗比色法測(cè)定[14];全鉀（TK，g/kg）采用堿熔-火焰光度法測(cè)定[12];有效氮（AN，mg/kg）采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[15];有效磷（AP，mg/kg）采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法;有效鉀（AK，mg/kg）采用乙酸銨浸提-火焰光度法[16]。每個(gè)土壤樣品均重復(fù)測(cè)定3次取其平均值作為該研究的原始數(shù)據(jù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析。

采用單因素方差分析（one-way ANOVAs）方法對(duì)碑頭村、演坡山和白沙鎮(zhèn)3個(gè)采樣點(diǎn)的土壤環(huán)境因子進(jìn)行差異性統(tǒng)計(jì)分析。在不同采樣點(diǎn)的土壤環(huán)境因子呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯著的情況下，又運(yùn)用Tukey-Kramer HSD檢測(cè)進(jìn)行多重比較。為了解各土壤環(huán)境因子的相互關(guān)系，運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析各土壤環(huán)境因子間的相關(guān)性，相關(guān)性大小用Students t檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與繪圖均在 R-2.15.1程序（R Development Core Team，2015）中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣地土壤理化性狀對(duì)比

由圖1可知，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全磷、土壤有效鉀在演坡山、白沙鎮(zhèn)和碑頭村間無(wú)顯著差異（圖1B、C、F）;土壤含水量、土壤有效磷在碑頭村、演坡山和白沙鎮(zhèn)間存在顯著差異，且表現(xiàn)為白沙鎮(zhèn)>演坡山>碑頭村（圖1A、E）;土壤全鉀在白沙鎮(zhèn)、碑頭村和演坡山間存在顯著差異，且表現(xiàn)為演坡山>碑頭村>白沙鎮(zhèn)（圖1D）;土壤pH在白沙鎮(zhèn)、演坡山和碑頭村間存在顯著差異，且表現(xiàn)為白沙鎮(zhèn)>碑頭村>演坡山（圖1G）。

2.2 土壤理化性狀的相關(guān)性

3個(gè)采樣點(diǎn)土壤環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明（圖2）：土壤有機(jī)質(zhì)與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與土壤全磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;土壤全鉀與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），與土壤有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）;土壤pH與土壤有效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與土壤全磷呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;土壤有效磷與土壤含水量呈顯著正相關(guān)（P<0.01）。

3 討論

3.1 不同樣地土壤理化性狀對(duì)比

巖溶石山地表土壤含水量是影響生態(tài)環(huán)境、生物多樣性、水文循環(huán)及水環(huán)境保護(hù)的重要因素。該研究中，3處樣地的土壤平均含水量存在顯著差異?？赡苁且?yàn)閹r溶石山地質(zhì)條件惡劣，地形破碎，土壤淺薄，分布不均，加上太陽(yáng)輻射量不同，土壤表層溫度不同，導(dǎo)致地表土壤蓄水能力不同，從而使土壤含水量存在顯著差異。

土壤磷素是植物生長(zhǎng)的重要元素之一，是衡量土壤中各種形態(tài)磷總和的一個(gè)重要指標(biāo)，主要來(lái)源于枯落物礦化及土壤礦質(zhì)顆粒的風(fēng)化[17]。磷對(duì)保持土壤肥力起重要作用，受到母質(zhì)、氣候、生物、土壤酶等一系列因素的影響[18]。該研究中，3處樣地的土壤有效磷含量存在顯著性差異?？赡苁且?yàn)楦鳂拥赝寥里L(fēng)化程度不同，土壤pH存在明顯差異，且在酸性土壤中，土壤的磷酸易與鐵、鋁離子結(jié)合成不溶物而被固定，導(dǎo)致土壤中有效磷含量因結(jié)合程度不同而不同，并且含量較低。

鉀是高等植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，是三大酶類（合成酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶）的活化劑，參與植物的核酸代謝、糖代謝、蛋白質(zhì)代謝等主要代謝過(guò)程[19]，可提高抵抗逆境的能力和作物品質(zhì)[20]。該研究中，3處樣地全鉀含量也存在顯著性差異，可能與3個(gè)采樣點(diǎn)酸性土壤的淋溶作用不同有關(guān)。土壤鉀素具很強(qiáng)的溶解性和易流失性，容易受土壤母質(zhì)、地形、土壤風(fēng)化程度等的影響，易被過(guò)多的氫離子取代而淋失掉，從而導(dǎo)致各樣地土壤全鉀含量差異顯著。

土壤pH既影響土壤本身的理化性質(zhì)和生物因素，也影響植物對(duì)養(yǎng)分的吸收和生長(zhǎng)發(fā)育。該研究中，3處樣地的土壤均屬于偏酸性土壤，但pH在各個(gè)樣地存在顯著差異。原因可能是巖溶石山的土壤性質(zhì)主要為碳酸鹽巖風(fēng)化的石灰土，而碳酸鹽的溶解和硅酸鹽礦物的風(fēng)化消耗土壤中的H+，導(dǎo)致土壤pH逐漸下降，又因?yàn)?處樣地的土壤表層溫度、微生物種類等因素不同導(dǎo)致碳酸鹽的溶解和硅酸鹽礦物的風(fēng)化程度不同，以及隨后淋溶作用程度不同使土壤中交換性酸（交換性氫和交換性鋁）的形成存在顯著差異，以致土壤pH在各個(gè)樣地存在顯著差異。

3.2 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

在巖溶石山，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)，與土壤全磷呈顯著正相關(guān)。其原因可能是在巖溶石山，土壤干濕交替頻繁，速效鉀進(jìn)入黏粒礦物晶格中，土壤干旱脫水引起收縮，鉀離子被陷其中，暫時(shí)失去被置換的自由，轉(zhuǎn)化為緩效態(tài)鉀暫時(shí)被固定。 當(dāng)降水量減少時(shí)，土壤微生物生理活性降低，礦化作用減弱，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高，土壤的鉀素也被釋放出來(lái)，土壤有效鉀含量提高[21]，土壤全磷能夠被土壤有機(jī)質(zhì)或土壤膠體吸附，所以土壤全磷含量也增加[22]。

土壤全鉀與土壤有效鉀呈極顯著正相關(guān)，與pH和土壤有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)?？赡艿脑蚴牵撗芯窟x取的3個(gè)樣地主要為自然土壤，人為因素影響小，全鉀到速效鉀的轉(zhuǎn)化由土壤自身實(shí)現(xiàn)，故變幅不大，說(shuō)明土壤速效鉀含量高低受制于全鉀供應(yīng)[23]。土壤全鉀與pH呈顯著負(fù)相關(guān)，可能的原因是巖溶石山土壤主要呈酸性，且酸性土壤持鉀能力弱[24]，而對(duì)于巖溶石山土壤全鉀和有效磷之間的響應(yīng)機(jī)制需要進(jìn)一步探索。

土壤pH與土壤有效磷呈顯著正相關(guān)，與土壤全磷呈極顯著正相關(guān)。可能的原因是，巖溶石山的土壤偏酸性，土壤的磷酸易與鐵、鋁離子結(jié)合成不溶物而被固定，導(dǎo)致土壤中有效磷含量減少，且被固定下的不溶物易被桂林豐富的降水侵蝕，導(dǎo)致土壤全磷含量減少[25]。土壤有效磷與土壤含水量呈顯著正相關(guān)，表明土壤水分有利于有效磷的積累。

綜上所述，巖溶石山青岡櫟群落的土壤壞境存在明顯差異，如土壤表層溫度、土壤微生物種類不同，導(dǎo)致不同青岡櫟群落樣地的土壤理化性質(zhì)存在較明顯的差異。而巖溶石山的土壤理化性質(zhì)也存在較明顯的相關(guān)性?？衫猛寥赖南嚓P(guān)性關(guān)系，合理調(diào)控巖溶石山土壤養(yǎng)分和土壤pH，改善巖溶石山土壤生態(tài)系統(tǒng)和植被恢復(fù)。

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