劉彩紅 陳秋菊 康 劍
(1.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,廣東 廣州 510520;2.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院,廣東廣州 510520;3.中國科學(xué)院華南植物園,廣東 廣州 510650)
濕地是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),富有生物多樣性,是功能獨(dú)特不可替代的自然綜合體[1-2]。濕地水資源質(zhì)量往往與周邊生態(tài)系統(tǒng)密切相關(guān),尤其是與濕地緊密聯(lián)系的森林生態(tài)系統(tǒng)。因此,濕地周邊的森林對于濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義,作為水源涵養(yǎng)、水土保持的重要生態(tài)屏障,森林對維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有不可替代的作用[3-4]。其中最重要的影響是通過降水形成的徑流,降水通過林冠截留經(jīng)地表徑流進(jìn)入濕地當(dāng)中[5],這一過程中,大量的林地土壤元素會被徑流攜帶進(jìn)入濕地生態(tài)系統(tǒng)中,因此,濕地周邊的林地土壤元素的含量對于水體質(zhì)量起著舉足輕重的作用。
關(guān)于濕地公園土壤的研究近年來開展了很多。例如,研究人員對平頂山市白鷺洲城市濕地公園土壤重金屬元素特征進(jìn)行了分析評價[6]。部分研究專注于研究濕地公園水體沉積物當(dāng)中的重金屬元素污染風(fēng)險[7-8]。目前,針對土壤養(yǎng)分的研究也有開展,例如,研究人員對廣東臺山鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園土壤有機(jī)碳含量及其影響因素進(jìn)行了深入分析[9]。此外,有研究對濕地土壤養(yǎng)分及肥力進(jìn)行了綜合評價并提出相應(yīng)的建議[10-11]。盡管如此,針對濕地周邊的森林土壤進(jìn)行的專題研究還鮮有報道。深入了解濕地周邊森林土壤表層養(yǎng)分及酸堿度變化特征,對于有效開展?jié)竦厮Y源保護(hù)具有指導(dǎo)意義。滃江是北江的最大支流之一,其對于珠江水系的水資源安全、生態(tài)安全具有舉足輕重的作用。此外,滃江還承擔(dān)著翁源縣飲用水源的重任,是粵北山區(qū)重要的生態(tài)屏障,因此,做好滃江源濕地公園的保護(hù)工作意義重大。本研究通過研究廣東翁源滃江源國家濕地公園周邊森林土壤中氮、磷、有機(jī)質(zhì)含量,土壤酸堿度狀況及其變化特征,從而明確森林表層土壤養(yǎng)分及酸堿度的空間變異特征及其影響因素。
廣東翁源滃江源國家濕地公園位于廣東省翁源縣東部,地跨龍仙鎮(zhèn)和江尾鎮(zhèn),地理坐標(biāo)介 于 東 經(jīng)114°04′24″~114°16′50″, 北 緯24°17′57″~24°30′18″之間。濕地公園由滃江源頭的貴東河、陂頭河等多條支流與滃江上游及河道兩側(cè)部分林地等組成,總面積614.04 hm2,濕地率58.98%[12]。地貌特征為西北低東南高,以低山丘陵為主,平均海拔414.73 m。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,年均降水量1787.9 mm。濕地周邊山體覆蓋有林地,主要植被包括桉樹林、杉木林、闊葉混交林、針闊混交林等,對于涵養(yǎng)水源、保持水土起到了積極的作用。
2020 年7 月,根據(jù)研究區(qū)植被、地形、氣候特征等狀況,利用DEM 數(shù)據(jù)、林地數(shù)據(jù)等綜合選取采樣點(diǎn)位置,在濕地公園內(nèi)采集林地0~30 cm的土壤,全區(qū)累積采集68 個樣點(diǎn)(圖1)。分析全部土壤樣品 pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷指標(biāo)。樣品采集后,經(jīng)過風(fēng)干、研磨、過篩,然后存儲用于化學(xué)分析檢測。pH 采用pH 計測定,土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定,全氮采用凱氏定氮法測定,全磷采用酸溶法測定[13-15]。
圖1 滃江源國家濕地公園林地土壤采樣點(diǎn)分布Figure 1 Distribution of forest soil sampling points in Wengjiangyuan National Wetland Park
通過Excel 對土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計,包括均值、極值、標(biāo)準(zhǔn)差等。通過土壤養(yǎng)分分級表對林地表層土壤養(yǎng)分進(jìn)行分級評價。本研究運(yùn)用ArcGIS 10.3 軟件中“地統(tǒng)計”模塊對土壤養(yǎng)分進(jìn)行空間普通克里格插值(Kriging),進(jìn)而分析滃江源國家濕地公園林地表層土壤養(yǎng)分及酸堿度空間變化特征。
調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明(表1),滃江源國家濕地公園林地表層土壤pH 值變化范圍4.23~5.26 之間,平均值為4.55,整體變異較小。全氮含量734.25~213 6.25 mg/kg,平均含量1 203.67 mg/kg,變異程度最大。全磷含量為212.40~744.40 mg/kg,平均含量為338.93 mg/kg,變異范圍較大。有機(jī)質(zhì)含量為9.00~30.32 g/kg,均值為16.28 g/kg,具有一定的變異幅度。
表1 林地表層土壤養(yǎng)分及酸堿度統(tǒng)計值Table 1 Statistics of soil nutrients and pH of woodland surface soil
根據(jù)林地土壤pH 指標(biāo)評價表(表2),滃江源國家濕地公園林地表層土壤整體呈現(xiàn)為酸性,且遠(yuǎn)低于6.5 的臨界值。
表2 林地土壤pH 指標(biāo)評價Table 2 Evaluation of forest soil pH index
根據(jù)林地土壤養(yǎng)分及酸堿度的調(diào)查結(jié)果,運(yùn)用空間插值方法進(jìn)行空間格局分析,結(jié)果顯示如下圖。
如圖2 所示,滃江源國家濕地公園林地表層土壤pH 值存在明顯的空間變異,研究區(qū)的中西部地區(qū)pH 值較低,呈現(xiàn)更強(qiáng)的酸性。在研究區(qū)東部pH 值相對較高,盡管如此,該區(qū)域的林地土壤整體呈現(xiàn)為酸性特征。
圖2 林地表層土壤pH 空間分布Figure 2 Spatial distribution of pH in forest surface soil
全氮含量在研究區(qū)的林地表層土壤空間分布中變異最大,濕地公園周邊林地的中部以及北部絕大多數(shù)區(qū)域全氮含量低于平均值水平。而在公園南部局部區(qū)域出現(xiàn)高值,且分布較為集中(圖3)。
圖3 林地表層土壤全氮含量空間分布Figure 3 Spatial distribution of total nitrogen content in forest surface soil
結(jié)果顯示,全磷含量在研究區(qū)空間分布差異較小。濕地公園絕大多數(shù)區(qū)域的林地土壤全磷含量保持在平均值水平,局部區(qū)域有較為集中的高值、低值區(qū)。其中,公園西部和中部有較為明顯的全磷富集區(qū)域。東北部、南部區(qū)域全磷含量相對較低(圖4)。
圖4 林地表層土壤全磷含量空間分布Figure 4 Spatial distribution of total phosphorus content in forest surface soil
有機(jī)質(zhì)含量的空間分布差異最不顯著,大部分區(qū)域均保持平均水平,僅中部區(qū)域略低,北部和西南部有零星的高值區(qū)域分布(圖5)。
圖5 林地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布Figure 5 Spatial distribution of organic matter content in forest surface soil
土壤養(yǎng)分含量在研究區(qū)呈現(xiàn)出一定的空間差異,這種差異可能與地形差異相關(guān)[16-17]。研究顯示,滃江源濕地公園周邊森林土壤的全氮濃度范圍在0.1~1.4 mg/L 之間[12]。氮含量高的區(qū)域主要分布在南部、東北部的海拔較高的區(qū)域,濕地公園內(nèi)的主要林分植被分布于海拔較高的山坡。有研究發(fā)現(xiàn),海拔引起的環(huán)境梯度變化可以豐富的植被凋落物輸入、改變氣候環(huán)境以及土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)而影響土壤微生物活性,最終影響土壤氮素含量[18-19]。整體來說,研究區(qū)域內(nèi)林地土壤全氮含量非常豐富,該區(qū)域?qū)τ诘男枨罅枯^低。此外,植被類型的差異也會導(dǎo)致養(yǎng)分元素的差異,據(jù)調(diào)查,該區(qū)域的森林類型包括闊葉林、針葉林、針闊葉混交林、竹林等,森林類型的差異往往會導(dǎo)致凋落物成分差異較大,進(jìn)而間接影響土壤養(yǎng)分成分[20-21]。在本研究區(qū),表層土壤全磷含量在大部分區(qū)域均保持均值水平,局部出現(xiàn)高值、低值區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn),亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林較針葉林、針闊混交林土壤中磷組分含量顯著偏高,常綠闊葉林具有較高的土壤磷有效性和供應(yīng)能力[22]。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,磷含量較高的區(qū)域以常綠闊葉林為主,驗證了以上研究結(jié)果。另外一種可能是由于磷的含量受到了一定的人為干擾導(dǎo)致的,例如局部地區(qū)化肥的施用[23-24]。地質(zhì)因素導(dǎo)致的土壤類型差異也是重要原因之一[25]。就土壤有機(jī)質(zhì)而言,研究區(qū)含量整體較同緯度的其它區(qū)域低[26-27],可能是由于土壤酸性導(dǎo)致的土壤分解作用減弱,降低了有機(jī)質(zhì)含量[28]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),土壤有機(jī)質(zhì)在研究區(qū)中部處于水平,該區(qū)域的主要植被類型為雜竹,表明竹林的有機(jī)質(zhì)含量更低,植被類型對土壤養(yǎng)分含量差異有著顯著的影響作用。這是因為相較于闊葉林、針葉林,竹林的生物量整體較低,凋落物輸入量及質(zhì)量均較低[29]。
研究表明,盡管濕地公園林地土壤酸堿度存在一定的空間變化,但整體上呈現(xiàn)明顯的酸性,這一結(jié)果與其他相關(guān)研究的結(jié)果一致[30-31]。大范圍的土壤酸性可能與土壤類型密切相關(guān)[32]。此外,土壤酸堿度與養(yǎng)分元素間形成一定的互作機(jī)制,酸堿度會間接影響?zhàn)B分元素含量,養(yǎng)分含量也會通過土壤理化性質(zhì)調(diào)控酸堿度[33-34]。在濕地公園中,尤其是水源地濕地公園,土壤元素的含量及酸堿度直接影響水質(zhì),對于濕地生態(tài)系統(tǒng)安全具有重要意義[35-36]。明確養(yǎng)分元素及酸堿度的現(xiàn)狀及空間差異,可以為濕地公園林地合理經(jīng)營提供依據(jù)。首先,濕地公園在森林經(jīng)營過程中要減少施用有機(jī)肥料,避免土壤酸化程度加劇。其次,在造林、撫育過程中應(yīng)該減少氮肥施用,因為氮元素在該區(qū)域的含量水平較為豐富。此外,在整地時適當(dāng)加入堿性物質(zhì)進(jìn)行中和,進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累。
綜上,滃江源國家濕地公園周邊林地表層土壤整體呈現(xiàn)酸性,空間差異較小。全氮含量較為豐富,空間差異較大。磷含量較為穩(wěn)定,有機(jī)質(zhì)含量較低。