土壤溫度和含水量變化對南亞熱帶常綠闊葉林土壤性質(zhì)的影響1)

付志高 肖以華 許涵 史欣 余海波 賁春麗 楊紫濃 李明

(中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所,廣州,510520) (廣東新豐云髻山省級自然保護區(qū)管理處) (中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省廣州市帽峰山森林公園(東經(jīng)112.95°～114.05°,北緯22.43°～23.93°),帽峰山森林公園是國家林業(yè)和草原局廣東珠江三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站的主站點。屬南亞熱帶季風氣候,年平均氣溫20.8 ℃,年降水量1 860 mm,年相對濕度76%[16]。有明顯的濕季(4～9月)和干季(10月～翌年3月)之分。據(jù)定位站2008—2017年監(jiān)測數(shù)據(jù),濕季月降水量為175～321 mm、相對濕度為74.5%～83.9%、氣溫為26.2～27.3 ℃;干季月降水量為31～159 mm、相對濕度為67.3%～78.5%、氣溫為16.5～20.0 ℃。本研究以南亞熱帶常綠闊葉林近熟林土壤為研究對象,林地喬木樹種的平均胸徑為31.3 cm,平均樹高為18.6 m,郁閉度0.83。土壤為花崗巖發(fā)育而來的黃紅壤。林分上層優(yōu)勢樹種以華潤楠(Machiluspingii)、錐(Castanopsischinensis)、木荷(Schimasuperba)、黃樟(Cinnamomumporrectum)、山烏桕(Sapiumdiscolor)、黧蒴錐(Castanopsisfissa)、銀柴(Aporosadioica)為主;灌木層優(yōu)勢種為九節(jié)(Psychotriarubra)、潺槁木姜子(Litseaglutinosa)、豬肚木(Canthiumhorridum)等;地被層有草本、藤本和蕨類。

2 研究方法

2007年6月在帽峰山森林公園選擇林型相同、樹種組成(木荷、中華錐、黃杞、華潤楠、山油柑、銀柴和黃樟等)基本一致天然近成熟林,建立了5個20 m×20 m樣地,每個樣地包括4個10 m×10 m小區(qū)(見表1)。每年濕季的8月份和干季12月份進行土壤采樣。為減少土壤空間差異帶來的誤差,在每個小區(qū)用內(nèi)徑5.5 cm土鉆隨機采集8個樣點(深度0～20 cm),取樣后充分混合。土樣低溫貯藏帶回實驗室,除去石塊、碎屑、細根等雜質(zhì),過2 mm篩,然后分成2份,1份自然風干保存,1份在溫度-4 ℃保存,用于測量土壤的物理化學(xué)特性。

表1 樣地信息

氣象數(shù)據(jù)、土壤含水率和土壤溫度數(shù)據(jù)來自廣東珠江三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站2008—2017年的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)。應(yīng)用四分位間距法將月降水量、濕度和氣溫度分為4個組(見表2),第1組為P25,第2組為P25～50,第3組為P50～75,第4組為P75～100[21]。

表2 南亞熱帶常綠闊葉林氣象因子分組

3 結(jié)果與分析

3.1 氣象因子對和質(zhì)量分數(shù)動態(tài)的影響

表3 2008—2017年土壤和質(zhì)量分數(shù)的年季動態(tài)變化

表4 不同氣象因子梯度時干濕季土壤和質(zhì)量分數(shù)

3.2 降水和氣溫對土壤因子的影響

由表5可知,在濕季,隨著大氣降水量增加,ROC、AN和TP質(zhì)量分數(shù)分別于7.81～10.95 g·kg-1、178.25～212.41 mg·kg-1和0.17～0.21 g·kg-1區(qū)間內(nèi)顯著變化(P<0.05);大氣濕度不同梯度的ROC、TN、AN和pH值均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),各指標的質(zhì)量分數(shù)分別為7.78～10.95 g·kg-1、1.89～2.16 g·kg-1、178.25～208.87 mg·kg-1和4.06～4.26;大氣溫度不同梯度主要影響ROC(7.89～9.88 g·kg-1)、TN(1.89～2.22 g·kg-1)、SMC(404.44～499.08 mg·kg-1)和pH(4.08～4.21)的變化(P<0.05)。

表5 濕季不同梯度氣象因子對土壤因子影響的測定結(jié)果

由表6可知,在干季,ROC、AN和SMC質(zhì)量分數(shù)分別達4.67～6.26 g·kg-1、129.26～163.23 mg·kg-1和186.24～291.62 mg·kg-1。且均隨著降水輸入量增加而顯著變化(P<0.01);大氣濕度梯度增加導(dǎo)致SOC(15.94～20.66 g·kg-1)、TN(1.45～1.76 g·kg-1)、AN(125.85～168.44 mg·kg-1)、SMC(200.58～311.99 mg·kg-1)、SMN(27.29～45.12 mg·kg-1)、TP(0.08～0.12 g·kg-1)的顯著變化(P<0.05);大氣溫度梯度間SOC、ROC、AN、SMC、SMN質(zhì)量分數(shù)均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05),各指標的質(zhì)量分數(shù)分別為15.94～19.96 g·kg-1、4.56～6.07 g·kg-1、125.85～154.21 mg·kg-1、200.58～282.36 mg·kg-1和27.29～45.89 mg·kg-1。

表6 干季不同梯度氣象因子對土壤因子影響的測定結(jié)果

降水、大氣濕度和氣溫變化對土壤因子影響程度不同。干季,SOC和SMN質(zhì)量分數(shù)變化對于外界氣象條件變化較濕季更為敏感,濕季pH變化較干季更為強烈;在季節(jié)性氣象條件下(濕季或者干季),降水、大氣濕度和氣溫的變化不會導(dǎo)致SWC和ST顯著變化。

3.3 影響土壤性質(zhì)的環(huán)境因子

圖中數(shù)值乘以100%表示對于變異的貢獻率,殘差表示未貢獻部分。圖1 土壤和與環(huán)境因子的相關(guān)性

表7 土壤和與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

圖中的數(shù)字表示路徑系數(shù),紅色實線代表正向關(guān)系,藍色虛線代表負向關(guān)系,單向箭頭表示影響關(guān)系,雙向箭頭表示相關(guān)關(guān)系。*、** 和*** 分別代表路徑在P<0.05、P<0.01和P<0.001水平下顯著。圖2 影響土壤和累積的外界環(huán)境因子

表8 影響土壤和累積的土壤因子重要值

4 結(jié)論與討論