不同樹齡香榧林地土壤養(yǎng)分的變化規(guī)律

劉亞群，劉榮昌，韓素芳，柏明娥

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；2.浙江省淳安縣富溪林場，浙江 淳安 311700）

土壤是林木生長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，植物吸收的營養(yǎng)元素大部分都來自土壤，了解和掌握土壤的養(yǎng)分狀況可以為林地的經(jīng)營管理和地力維護(hù)提供決策依據(jù)[1]。香榧Torreya grandis‘Merrillii’為我國特有的珍稀干果樹種，至今已有1 000 多年的栽培歷史[2-4]。已有研究表明，香榧主要分布于凝灰?guī)r和流紋巖發(fā)育的紅壤、黃紅壤和黃壤上，對土壤肥力要求較高，一般要求土層厚度在60 cm 以上，土壤有機(jī)質(zhì)含量大于2%[5-6]。香榧屬常綠喬木，生長緩慢、周期長，需吸收大量礦質(zhì)養(yǎng)分以促進(jìn)根、莖、葉、花、果等的生長，且香榧的經(jīng)濟(jì)壽命長，盛果期可達(dá)100 年，結(jié)實(shí)期可達(dá)500 年，甚至上千年[7]。

長期持續(xù)從土壤吸收大量礦質(zhì)養(yǎng)分，易導(dǎo)致土壤及樹體礦質(zhì)元素的失衡。施肥作為香榧栽培管理的主要經(jīng)營措施，在促進(jìn)香榧生長、提高香榧產(chǎn)量方面做出了重要貢獻(xiàn)[8-9]，無論是單施復(fù)合肥，還是有機(jī)-無機(jī)肥配施，均可增加香榧林地土壤有機(jī)碳和土壤養(yǎng)分含量[10]，施微肥可有效協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分的平衡，改善香榧的營養(yǎng)狀況[11]。關(guān)于香榧施肥技術(shù)方面，相關(guān)研究人員提出了少量多次、多施磷鉀肥少施氮肥等施肥策略[12]，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍存在因?qū)ν寥鲤B(yǎng)分狀況不清楚而造成盲目施肥、過度施肥等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致樹體生長失衡、產(chǎn)量下降[13]。目前，針對香榧林地土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查、不同樹齡香榧土壤有機(jī)碳變化規(guī)律及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系等方面已有研究[14-15]，但針對不同樹齡香榧林地的土壤養(yǎng)分狀況及其隨樹齡的變化規(guī)律等方面的研究尚未見報(bào)道。本文以浙江會稽山區(qū)和磐安玉山、大盤山區(qū)等香榧主產(chǎn)區(qū)的香榧林地為研究對象，分析了不同樹齡香榧林地的土壤養(yǎng)分狀況及其隨樹齡和土層的變化規(guī)律，以期為香榧林地制定科學(xué)合理的養(yǎng)分管理和施肥策略提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于香榧主產(chǎn)區(qū)的諸暨、紹興、嵊州、東陽和磐安5 個(gè)縣（市）。研究區(qū)均為低山丘陵地貌，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫為16～ 18℃，年平均降水量為1 200～1 600 mm，土壤類型以紅壤、黃壤和黃紅壤為主。

根據(jù)當(dāng)?shù)叵汩脊艠滟Y源普查資料和農(nóng)戶訪問情況選擇了49 個(gè)不同樹齡的香榧林樣地，其中，樹齡15～ 99 a香榧林樣地12 個(gè)，樹齡100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 香榧林樣地各10 個(gè)，樹齡≥1 000 a 香榧林樣地7個(gè)。各樹齡段的香榧樹均以散生分布，經(jīng)調(diào)查訪問，每個(gè)樣地每年基本上施肥2 次，春季開始萌芽時(shí)施一次三元復(fù)合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%），每株0.75～ 1.20 kg，秋季采果后施一次有機(jī)肥（畜禽糞便肥），每株25～ 35 kg，施肥方法采用環(huán)形溝施法。各取樣地的基本信息見表1。

表1 取樣地基本信息Table 1 Information of sample plots

表1 （續(xù)）

1.2 樣品采集與指標(biāo)測定

2019 年10—11 月，于香榧果實(shí)采摘后，分別在每個(gè)樣地的香榧樹冠投影外20 cm 左右采集0～ 20 cm、20～40 cm 土層的土壤，每個(gè)樣地取3 個(gè)點(diǎn)按同層土樣混合均勻后裝入袋中。土壤樣品采集完成后帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)風(fēng)干、去雜、研磨、過20 目篩后進(jìn)行指標(biāo)測定?；谇叭说难芯拷Y(jié)果，本研究選取盡可能能夠代表土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)，包括水解性N、有效P、速效K、有機(jī)質(zhì)含量、pH 值和中量元素Ca、Mg 含量等為分析對象。

土壤水解性N 含量測定采用堿解擴(kuò)散法（LY/T 1228—2015）；土壤有效P 含量測定采用鹽酸-硫酸雙酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1232—2015）；土壤速效K 含量測定采用1 mol·L-1乙酸銨浸提，火焰光度法測定（LY/T 1234—2015）；土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用總有機(jī)碳分析儀燃燒法（LY/T 1237—1999）；土壤pH 值測定采用電位法（LY/T 1239—1999）；土壤Ca、Mg 含量采用原子吸收分光光度法測定（NY/T296—1995）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)結(jié)果采用Microsoft Excel 2003 和SPSS l7.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。不同樹齡、不同土層深度的養(yǎng)分含量差異利用雙因素方差分析（two-way ANOVA）和顯著性檢驗(yàn)（LSD 檢驗(yàn)）。土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性利用雙變量相關(guān)分析（Bivariate analysis）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹齡香榧林地土壤速效養(yǎng)分含量

2.1.1 土壤水解性N 含量 由圖1A 可以看出，香榧林地的土壤水解性N 含量隨樹齡的增加而呈逐漸下降趨勢。在0～ 20 cm 土層，土壤水解性N 含量最高的為樹齡15～ 99 a 香榧林地，樹齡300～ 499 a、500～ 999 a、≥1 000 a 香榧林地的土壤水解性N 含量均顯著低于樹齡15～ 99 a 香榧林地的（P＜0.05）；在20～ 40 cm 土層，土壤水解性N 含量同樣表現(xiàn)出隨樹齡的增加而逐漸下降的趨勢，但下降幅度不明顯，各樹齡段香榧林地土壤之間差異不顯著（P＞0.05）。從土壤剖面來看，隨著土層加深，各樹齡段香榧林地的土壤水解性N 含量均逐漸降低。其中，樹齡15～ 99 a 和樹齡100～ 299 a 香榧林地在20～ 40 cm 土層的土壤水解性N 含量比0～ 20 cm 土層的分別下降了41.00%和40.31%，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）；樹齡300 a 以上香榧林地20～ 40 cm 土層土壤水解性N 含量雖有降低，但差異已不顯著（P＞0.05）。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[16]，所有香榧林地的土壤水解性N 含量均大于150 mg·kg-1，處于極高水平，部分表層土樣中的土壤水解性N 含量甚至超過臨界值的2 倍以上。

圖1 不同樹齡香榧林地土壤速效養(yǎng)分含量比較Figure 1 Contents of soil available nutrient in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.1.2 土壤有效P 含量 由圖1B 可知，土壤有效P 含量在不同土層間均隨樹齡的增加先上升后下降，土壤有效P 含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，最低的為樹齡15～ 99 a 香榧林地。樹齡100～ 299 a 香榧林地的土壤有效P 含量除與樹齡300～ 499 a 香榧林地的土壤有效P 含量差異不顯著（P＞0.05）外，與其它樹齡香榧林地的土壤有效P 含量均有顯著差異（P＜0.05）。從土壤剖面來看，相同樹齡段香榧林地的土壤有效P 含量均隨著土層的加深而逐漸下降，從樹齡15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～40 cm 土層的土壤有效P 含量比0～ 20 cm 土層的土壤有效P 含量分別下降了43.27%、20.69%、11.54%、16.95%和16.69%。方差分析結(jié)果表明，相同樹齡段在兩土層間的有效P 含量均無顯著性差異（P＞0.05）。對照養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，所有香榧樣地的土壤有效P 含量均大于40 mg·kg-1，處于極高水平。

2.1.3 土壤速效K 含量 由圖1C 可知，土壤速效K 含量表現(xiàn)出與土壤有效P 含量相同的變化規(guī)律，即隨著樹齡的增加先上升后下降，土壤速效K 含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層的含量分別為367.07 mg·kg-1和315.67 mg·kg-1，顯著高于其它各樹齡段香榧林地0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層的含量（P＜0.05），而其它各樹齡段香榧林地間的土壤速效K 含量無顯著差異（P＞0.05）。相同樹齡段香榧林地土壤速效K 含量均隨土層的加深而逐漸下降，從樹齡15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～ 40 cm 土層土壤速效K 含量比0～ 20 cm 土層土壤的分別下降了23.00%、14.00%、16.32%、17.73%和27.33%，但方差分析結(jié)果表明，相同樹齡段兩土層間的速效K 含量均無顯著差異（P＞0.05），說明土層對速效K 含量的影響同樣也不明顯。對照土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，所有香榧樣地的土壤速效K 含量均在150 mg·kg-1以上，處于二級（高）以上水平。

通過對不同樹齡和土層香榧林地土壤養(yǎng)分含量的方差分析結(jié)果表明（見表2），樹齡和土層對土壤水解性N、有效P 和速效K 含量均有顯著影響（P＜0.05），而樹齡和土層的交互作用對三者的影響不顯著。

表2 樹齡、土層及其交互作用對香榧林地土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Effect of tree age,soil layer and their interactions on soil nutrients in T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.2 不同樹齡香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH 值

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量 不同樹齡香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化范圍平均為25.49～ 35.96 g·kg-1，處于三級（中上）以上水平。由圖2A 可以看出，隨著樹齡的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量先上升后又有所下降，在0～ 20 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，達(dá)47.38 g·kg-1，之后土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為樹齡300～ 499 a、500～ 999 a 和≥1 000 a 香榧林地，但上述各樹齡段香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異不顯著（P＞0.05），有機(jī)質(zhì)含量最低的為樹齡15～ 99 a 香榧林地，與樹齡100～ 299 a 香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），而與其它樹齡段香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著（P＞0.05）；在20～ 40 cm 土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的為樹齡500～ 999 a 香榧林地，最低的仍為樹齡15～ 99 a 香榧林地，兩者之間差異顯著（P＜0.05）。從垂直剖面來看，隨著土層的加深，各香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量均明顯下降，且所有樹齡段香榧林地在不同土層間均表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05），說明土層深度對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響較大。從表2 可以看出，樹齡和土層對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響顯著，而樹齡和土層的交互作用對有機(jī)質(zhì)含量的影響不顯著。

2.2.2 土壤pH 值 從圖2B 可以看出，無論是0～ 20 cm 土層還是20～ 40 cm 土層，土壤pH 值最低的均為樹齡15～ 99 a 香榧林地，分別為4.5 和4.58；土壤pH 值最高的均為樹齡≥1 000 a 香榧林地，分別為5.4 和5.36。土壤pH 值隨樹齡的增加呈波動式變化，總體呈上升趨勢，方差分析表明樹齡15～ 99 a 香榧林地的土壤pH 值與樹齡≥1 000 a 香榧林地間存在顯著差異（P＜0.05），而與其它樹齡段香榧林地間差異不顯著（P＞0.05）。相同樹齡段香榧林地不同土層間的土壤pH 值變化不明顯，兩土層間均無顯著性差異（P＞0.05）。從分級標(biāo)準(zhǔn)來看，除樹齡＞1 000 a 香榧林地的土壤pH 值平均為5.36 外，其它香榧林地的土壤pH 值均在5.0 以下，處于酸性和強(qiáng)酸的分界點(diǎn)4.5左右。由表2 可知，樹齡對土壤pH 值的影響顯著，而土層、樹齡和土層的交互作用對其影響不顯著。

圖2 不同樹齡香榧林地土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH 值比較Figure 2 Soil organic matter content and pH in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3 不同樹齡香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量

2.3.1 土壤Ca 含量 不同樹齡香榧林地土壤中的Ca、Mg 含量見圖3。從圖3A 可以看出，土壤中的Ca 含量隨樹齡的增加呈現(xiàn)出先降后升的變化規(guī)律，含量最高為樹齡≥1 000 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層中的含量分別為2.76 g·kg-1、2.16 g·kg-1，顯著高于其它各樹齡香榧林地（P＜0.05），而其它各樹齡段香榧林地土壤中的Ca 含量比較接近，相互間無顯著性差異；相同樹齡香榧林地在0～ 20 cm 土層中的Ca 含量均高于20～ 40 cm 土層，但差異均不顯著（P＞0.05）。

圖3 不同樹齡香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量比較Figure 3 Contents of Ca and Mg in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3.2 土壤Mg 含量 由圖3B 可知，土壤中的Mg 含量隨香榧樹齡的增加而變化的規(guī)律性不明顯，總體呈下降趨勢，含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層中的含量分別為4.07 g·kg-1、4.22 g·kg-1，最低的為樹齡300～ 499 a 香榧林地，其含量分別為2.79 g·kg-1、2.91 g·kg-1，2 個(gè)樹齡段香榧林地間差異顯著（P＜0.05）；相同樹齡在20～ 40 cm 土層的Mg 含量反而稍高于0～ 20 cm 土層的，但二者差異均不顯著（P＞0.05）。從表2 可以看出，樹齡對土壤中Ca、Mg 含量影響顯著，而土層、樹齡和土層的交互作用對二者的影響不顯著。

2.4 土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析

香榧林地土壤速效養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)含量、pH 值及中量元素Ca、Mg 含量之間的相關(guān)性系數(shù)如表3。由表3 可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量與水解性N 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.447，與有效P、速效K 含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.258 和0.215；土壤速效K 含量與有效P 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.608；土壤pH 值與Ca 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，而與水解性N、有效P、速效K 含量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不明顯（P＞0.05）。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

香榧是浙江省的特色珍稀干果，具有較高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值，浙江會稽山區(qū)和磐安的玉山、大盤山區(qū)是古代榧樹T.grandis的中心產(chǎn)區(qū)，也是浙江省目前的香榧主產(chǎn)區(qū)，保留有較多的香榧古樹資源，同時(shí)也分布有近幾十年新發(fā)展起來的香榧中幼林資源[17-20]。土壤養(yǎng)分是影響森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)和功能的重要因素，充足且均衡的土壤養(yǎng)分供應(yīng)可以滿足植物穩(wěn)定而快速生長的需要。從本研究結(jié)果來看，香榧林地的土壤養(yǎng)分指標(biāo)均處于中等以上水平，其中水解性N 和有效P 含量處于1 級（極高）水平，部分樣地甚至超過臨界值水平的2 倍以上，速效K 含量處于中等以上水平，相對低于水解性N 和有效P 含量，說明目前各香榧林地的土壤養(yǎng)分含量都能夠滿足香榧生長的正常需求，部分養(yǎng)分處于過剩狀態(tài)，這可能與林農(nóng)的施肥習(xí)慣有著密切關(guān)系。林農(nóng)為了追求產(chǎn)量往往向土壤中投入過量肥料，忽略了土壤本身的養(yǎng)分供給能力，導(dǎo)致大量的養(yǎng)分殘余并在土壤中累積，特別是近幾十年來新發(fā)展起來的香榧林地N 含量偏高，且過高的N 含量容易造成土壤酸化。因此，根據(jù)目前的香榧林地土壤養(yǎng)分狀況，需要適當(dāng)調(diào)整養(yǎng)分管理方式，降低N 肥的施用量，增施有機(jī)肥，適當(dāng)施入K 肥，合理調(diào)控N、P、K 的比例，且土壤中的礦質(zhì)元素Ca、Mg 含量也較豐富，無需額外施入。

土壤養(yǎng)分變化是一個(gè)長期復(fù)雜的過程，區(qū)域環(huán)境和栽培、施肥等管理模式及林木生長年限都會對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生較大的影響。本研究結(jié)果表明，樹齡和土層對土壤速效養(yǎng)分水解性N、有效P、速效K 和有機(jī)質(zhì)含量均產(chǎn)生顯著影響，且隨著土層的加深，土壤養(yǎng)分含量均逐漸降低，呈現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象，這種分布特征和變化趨勢與前人在天然林地、人工林地以及農(nóng)田土壤方面的研究結(jié)果基本相似[21-25]。一般在香榧造林初期，土壤貧瘠，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，林農(nóng)為了使香榧快速生長往往施入過多的速效肥，使得土壤中的養(yǎng)分含量富集，土壤酸化明顯，隨著樹齡的增長，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量增多，香榧樹體對N、P、K 的需求也增大，使得林地中的速效養(yǎng)分含量逐漸降低，且香榧林地的施肥深度一般在20～ 30 cm，造成表層土壤養(yǎng)分含量相對較高。楊家慧等[26]的研究也表明，在造林初期，林地土壤貧瘠，且凋落物少導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)積累較少，隨著林齡的增加，表層積累了較多的凋落物，微生物活動頻繁，促進(jìn)了凋落物的分解，使得土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量比深層高。大量研究認(rèn)為，結(jié)構(gòu)性因素（地形地貌、母質(zhì)、氣候等）和人為因素（土地利用方式、耕作、施肥、管理水平等）是引起土壤養(yǎng)分時(shí)空變異的主要影響因子[26-27]，林齡的增加通過影響植被和林分環(huán)境使土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化[28]。因此，為了更好、更科學(xué)地指導(dǎo)香榧林地的養(yǎng)分管理，達(dá)到生態(tài)可持續(xù)經(jīng)營，還需加強(qiáng)對土壤養(yǎng)分特征影響因子的深入研究。

3.2 結(jié)論

研究表明，樹齡對香榧林地的水解性氮、有效P、速效K 和有機(jī)質(zhì)含量、pH 值及土壤Ca、Mg 含量均有顯著影響。土壤水解性N 含量隨著樹齡的增加呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢，土壤有效P、速效K 和有機(jī)質(zhì)含量均隨著樹齡的增加先上升后下降，土壤pH 值隨著樹齡的增加呈波動式變化，Ca 含量隨著樹齡的增加呈現(xiàn)出先降后升的變化規(guī)律，而Mg 含量隨著樹齡的變化而變化的規(guī)律性不明顯。土層對香榧林地的速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量影響顯著，而對土壤pH 值和Ca、Mg 含量的影響不顯著。相關(guān)性分析表明，土壤各養(yǎng)分指標(biāo)之間關(guān)系密切，其中，土壤有機(jī)質(zhì)與水解性N 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與有效P、速效K 含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；土壤速效K 與有效P 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；土壤pH 值與Ca 含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，而與水解性N、有效P、速效K 含量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不明顯（P＞0.05）。本研究中各香榧林地的土壤養(yǎng)分指標(biāo)均處于中等以上水平，且隨著樹齡的增加，土壤酸化現(xiàn)象也得到逐步改善。