湘西南山地主要森林类型土壤养分研究

文仕知， 贺 希， 刘迪钦，杨丽丽

(1.中南林业科技大学林学院， 湖南 长沙 410004； 2.桃江县林业局， 湖南 桃江 413400)

湘西南山地主要森林类型土壤养分研究

文仕知1， 贺 希1， 刘迪钦2，杨丽丽1

(1.中南林业科技大学林学院， 湖南 长沙 410004； 2.桃江县林业局， 湖南 桃江 413400)

对湘西南永州市6种主要森林类型(针阔混交林、阔叶林、湿地松林、马尾松林、毛竹林和杉木林)林地的土壤养分进行测定与分析，结果表明：针阔混交林和毛竹林的土壤有机质含量较高；针阔混交林的氮、钾元素含量高，而磷元素含量相对较低；毛竹林的速效磷含量最高；阔叶林钾、磷元素含量较高，氮元素含量相对较低；湿地松和马尾松纯林的土壤有机质和营养元素含量均为最低。表明湿地松和马尾松林纯林不利于改善土壤养分状况，针阔混交林、阔叶林和幼林期毛竹林有利于土壤营养状况改良和防止地力衰退及保持林业持续发展。

土壤； 植被类型； 土壤营养元素含量

森林具有调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙等功能，对维护自然生态环境具有不可替代的作用。土壤则是森林生态系统的重要组成部分，是森林植物主要生活基质的供体，也直接影响到森林的生长。一方面，森林植被的出现及其演替将影响其土壤的形成和发育[1]及养分状况，与构成林分的树种及树种组成、林分结构等林分因子也有着密切关系[2]；另一方面，森林土壤为森林植被的生存和发展提供了必要的物质基础，森林土壤肥力影响并控制着林木的健康状态[3]，土壤养分状况则是反映土壤肥力水平的一个重要因素[4]。随着生态环境问题的日趋尖锐，为更好地实现森林的更新、恢复与重建，人们越来越重视对土壤与植被之间关系的研究[5-6]。

我们对湘西南永州市6个森林类型土壤养分状况进行比较研究，旨在探讨不同森林类型与土壤养分状况之间的关系及其变化规律，为今后科学营林、合理利用土壤资源提供参考。

1 研究区概况

研究区设在永州市，位于湖南省西南部的湘、粤、桂三省区交汇部，地理坐标为111°06′—112°21′E、24°39′—26°51′N；属典型的中亚热带湿润季风气候区，全年平均气温17.6～18.6℃，极端最高气温39℃以上，极端最低气温一般出现在1月初至2月底，无霜期285～311d，年降雨量 1290～1900mm。土壤以红壤为主。该区地带性森林植被为中亚热带常绿阔叶林，但由于长期乱砍滥伐，地带性森林植被遭到严重破坏。现有森林植被类型主要有马尾松林、针阔混交林、竹林、杉木林、湿地松林以及灌丛植被。主要森林类型样地基本情况见表1。

表1 主要森林类型样地概况Tab.1 Basicstatusofplotsundermainforesttypes森林类型主要树种林龄密度(株/hm2)平均胸径(cm)平均树高(m)郁闭度A马尾松,青冈15136413.927.230.6B杉木10336110.938.520.8C湿地松12181014.657.680.6D栎林8105114.239.150.5E毛竹720259.078.520.7F马尾松11108813.747.590.6 注:“A”表示针阔混交林;“B”表示杉木林;“C”表示湿地松林;“D”表示阔叶林;“E”表示毛竹林;“F”表示马尾松林。下同。

2 研究方法

2.1土壤样品采集

2008年3月，在湘西南永州市境内选取有代表性的针阔混交林、杉木林、湿地松林、阔叶林、毛竹林、马尾松林共6种森林类型的林地，在各种林地内选取有代表性的样点，每个类型选4个样点(做4次重复)，其中2个固定样点，2个临时样点，样点大小均为2m×2m。

在各个样点内分别于0～20cm、20～40cm土层采集土壤样品。采样时于剖面自上而下取土，所取土块大小、厚薄相同。每1个样点均取约1kg土样放入无菌袋中，混合均匀，装袋贴好标签。样品自然风干后，分出杂物，去除石砾，用木棒研细，过20和100目筛，样品封存在铝盒中备用。

2.2土样分析

土壤有机质用重铬酸钾硫酸硝化法测定；pH值采用电位法，用PHSJ-4A型pH计测定；土壤全N用高氯酸-硫酸快速消化法测定；速效N用蒸馏法测定；土壤全P用碱熔—钼锑钪比色法测定，有效P依据氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法；全K用碱熔—火焰光度测定，土壤速效K用乙酸铵提取，用TX50-FP6410型火焰光度计测定；Cd、Pb、Cu、Ni、Zn全量用碳酸钠碱熔-盐酸提取，用Hp3510原子吸收分光光度计测定。测定方法主要依照《土壤理化分析》[7]。

2.3数据处理

数据采用SPSS13.0软件处理。数据统计采用因子分析法，对土壤各个层次化学营养元素含量进行比较。

3 结果与分析

3.1土壤pH值

土壤的酸碱度是土壤的重要属性，它直接影响着土壤的许多物理、化学及生物学过程和性质。从表2可以看出，针阔混交林、杉木林、湿地松林、阔叶林、毛竹林、马尾松林的土壤pH值分别为4.79、 4.42、 4.51、 4.56、 4.48、4.77，差异不明显(P>0.05)，均属于酸性土壤。土壤的酸碱度主要受母岩母质的影响，森林植被对土壤pH值的影响不明显。

表2 主要森林类型土壤pH值Tab.2 SoilpHundermainforesttypes森林类型pH值0～20cm土层20～40cm土层平均值标准差变异系数平均值标准差变异系数A4.750.010.0024.830.070.014B4.360.190.0444.480.230.051C4.480.180.0404.540.190.042D4.450.110.0254.680.290.062E4.460.080.0184.510.100.022F4.660.090.0194.880.090.018

3.2土壤有机质含量

土壤有机质是土壤中各种营养元素，特别是N和P的重要来源，它在改善土壤的透水性、蓄水性、通气性，促进土壤疏松和形成团粒结构方面起主导作用[1-2]。

比较表3、图1中数据可以看出，6种森林类型的土壤有机质含量的平均值均有随土层深度增加而显著减小的规律。其中上层(0～20cm)土壤有机质平均含量明显高于下层(20～40cm)；针阔混交林和毛竹林的有机质含量高于其它森林类型，含量分别为60.252g·kg-1、58.305g·kg-1，马尾松林有机质含量最低，为12.79g·kg-1，阔叶林的含量也比较低，仅有24.31g·kg-1。导致这一结果的原因可能是：阔叶林密度较小，每年归还土壤的枯枝落叶相对较少，导致土壤中的有机质含量低；土壤有机质含量与凋落物分解速率大小有关[8]。李海涛等[9]的研究表明，井冈山地区亚热带常绿阔叶林凋落物分解的质量损失较针阔混交林的大，凋落物分解达95%的时间常绿阔叶林比针阔混交林的短。

表3 主要森林类型土壤营养成分含量Tab.3 Soilnutrientcontentsundermainforesttypes森林类型土层(cm)营养成分含量(g·kg-1)有机质全N全P全K平均值标准差变异系数平均值标准差变异系数平均值标准差变异系数平均值标准差变异系数A 0～2079.6680.3630.0823.9350.6280.1600.4000.0460.1154.4430.3000.068B71.1180.3300.1132.1060.3300.1570.1900.0080.0423.8810.7380.190C19.1780.1300.0261.1650.1300.1120.2540.0040.0162.8620.9880.345D34.6770.1940.0281.1620.1940.1670.5200.0080.0153.7311.1960.321E85.0440.1560.0651.9230.1560.0810.3790.0150.0403.9810.1350.034F15.7800.0320.0660.9160.0320.0350.1820.0030.0163.5260.2090.059A20～4040.8364.3270.1062.9450.3810.1290.2240.0130.0583.5730.2120.059B29.6095.8220.1971.4030.4410.3140.1540.0130.0844.2070.7960.189C14.5580.5820.0400.9790.2010.2050.2230.0080.0363.4290.6510.190D13.9377.9610.5710.8810.2330.2640.4420.0080.0183.6540.4650.127E31.5669.9450.3151.6020.2060.1370.2770.0320.1163.8150.2750.072F9.7990.6570.0670.7140.1800.2520.1490.0100.0672.8511.4790.519

图1 6种森林类型有机质含量变化图Fig.1 Changes of organic matter content in six forest types

3.3土壤营养元素含量

3.3.1 土壤氮元素 土壤中氮元素是植物必需的三大营养元素之一。土壤全氮和碱解氮是衡量土壤N素供应状况的重要指标。6种森林类型土壤全氮平均含量见表3。由表3可以看出，不同森林类型土壤的全氮含量在0～40cm的土层内均有自上而下逐渐减小的规律。针阔混交林和毛竹林的土壤全氮含量高，分别为3.440g·kg-1、1.763mg·kg-1，杉木林和阔叶林次之，湿地松林和马尾松林的含量最低，分别为针阔混交林土壤全氮含量的31%和24%。

图2 6种森林类型碱解氮含量变化图Fig.2 Changes of alkali-hydrolyzable N content in six forest types

从图2可知，针阔混交林和毛竹林的碱解氮含量为最高，分别为289.779g·kg-1、178.674mg·kg-1。土壤全氮和速效氮含量变化规律比较一致，其大小顺序为：针阔混交林>毛竹林>杉木林>阔叶林>湿地松林>马尾松林。由以上分析可知，不同森林类型土壤全氮和速效氮同有机质变化规律一致。这主要是因为土壤有机质是土壤氮元素的重要来源之一，土壤有机质含量积累越高土壤氮元素含量也会随之增高。

3.3.2 土壤磷元素 磷元素也是植物营养的重要三元素之一。全磷是衡量土壤各种形态磷元素的一个综合指标，而速效磷则说明了土壤的供磷水平，在实际生产中有重大的作用。从表3可以看出，马尾松林土壤全磷含量最低，阔叶林的全磷含量最高，达0.481g·kg-1，是马尾松林的2.9倍。由图3可以看出，速效磷含量由高到低依次排序为：毛竹林>阔叶林>马尾松林>湿地松林>针阔混交林>杉木林，但马尾松林、湿地松林和针阔混交林等3种森林类型的土壤速效磷含量差异不明显。

图3 6种森林类型速效磷含量的变化Fig.3 Changes of available P content in six forest types

3.3.3 土壤钾元素 钾元素是植物光合作用、淀粉合成和糖类转化所必需的元素。土壤全钾量反应了土壤钾元素的潜在供应能力。我国土壤全钾含量一般为5～25g·kg-1[9]。从表3可以看出，各森林类型的土壤全钾平均含量为3.146～4.044g·kg-1，处于全国低水平。其含量由高到低次序依次为：杉木林(4.044g·kg-1)>针阔混交林(4.008g·kg-1)>毛竹林(3.898g·kg-1)>阔叶林(3.693g·kg-1)>马尾松林(3.189g·kg-1)>湿地松林 (3.146g·kg-1)。

图4 6种森林类型速效钾含量的变化Fig.4 Changes of available K content in six forest types

土壤速效钾含量水平的等级划分标准为： <80mg·kg-1为严重缺钾；80～125mg·kg-1为缺钾；125～155mg·kg-1适量；>155mg·kg-1为富钾[10]。由图4可知，针阔混交林和阔叶林为含钾适量型土壤，其含量为187.318mg·kg-1和150.005mg·kg-1；毛竹林、湿地松林、杉木林和马尾松林为缺钾型土壤，其含量分别为113.451mg·kg-1、68.239mg·kg-1、55.465mg·kg-1、46.430mg·kg-1。

4 结论与讨论

(1) 不同森林类型的土壤有机质含量以针阔混交林和毛竹林含量较高；湿地松和马尾松林的含量最低。

(2) 在不同森林类型的土壤中，针阔混交林的氮、钾元素含量高，磷元素含量相对较低；毛竹林的速效磷含量最高，表明毛竹林幼林期有利于促进森林生态养分循环；阔叶林钾、磷元素含量较高，氮元素含量相对较低；湿地松和马尾松纯林的土壤营养元素含量均为最低。表明湿地松和马尾松林纯林不利于改善土壤养分状况，针阔混交林、阔叶林和幼林期毛竹林有利于土壤营养状况改良和防止地力衰退及保持林地可持续发展。

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Researchonsoilnutrientstatusundermainforesttypesinmountainousareas,southwestHunan

WEN Shizhi1, HE Xi1, LIU Diqin2, YANG Lili1

(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;2.Forestry Bureau of Taojiang County, Taojiang 413400, China)

The soil nutrients in six main forest types (Coniferous-broadleavedmixedforest,Broad-leavedforest,Pinuselliottiigrove,Pinusmassonianagrove,Phyllostachyspubescensgrove,Cunninghamialanceolatagrove) of Yongzhou City of southwest Hunan were measured and analyzed. The results showed that, the organic matter contents of soil were relatively high inConiferous-broadleavedmixedforestandPhyllostachyspubescensgrove. The contents of N, K in soil were high inConiferous-broadleavedmixed forest, while P content was relatively low. The content of P was the highest inPhyllostachyspubescensgrove. The contents of K, P were higher inBroad-leavedforest, while N content was relatively lower. The contents of soil organic matter and soil nutrients were relatively low inPinuselliottiigroveandPinusmassonianagrove. Results indicated thatPinuselliottiigroveandPinusmassonianagrovecould be not conducive to improve the conditions of soil nutrient.Coniferous-broadleavedmixedforest,Broad-leavedforestand youngPhyllostachyspubescensgrovewould be beneficial to improve the conditions of soil nutrient, to prevent soil fertility declination and to maintain forestry sustainable development.

soil; forest type; soil nutrient content

文仕知(1958-)，男，湖南省衡阳市人。教授，博导，主要从事生态学、水土保持学研究。

S 158.3

A

1003-5710(2011)03-0016-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 03. 003

(文字编校:：唐效蓉, 龚玉子)