北京九龙山不同立地类型土壤有机质研究

法 蕾，郭 嘉，马淑敏，贺淑霞，孙长忠

（中国林业科学研究院华北林业实验中心，北京 102300）

北京九龙山不同立地类型土壤有机质研究

法 蕾，郭 嘉，马淑敏，贺淑霞，孙长忠*

（中国林业科学研究院华北林业实验中心，北京 102300）

采用土壤剖面方式研究了九龙山不同林型林下土壤有机质的分布动态及差异，以及植被类型、海拔、郁闭度等影响因子对土壤有机质的影响。结果表明：九龙山不同立地类型土壤有机质含量为8.49 ～ 77.29 g/kg，最高的为灌木林，最低的为日本落叶松林；阔叶林下土壤有机质高于针叶林，混交林高于纯林；土壤中有机质含量动态受环境条件影响大，土壤有机质含量与土层深度呈显著负相关，与海拔、郁闭度、土壤结合水含量等呈显著正相关。

九龙山；立地类型；土壤；有机质

土壤有机质是指土壤中所有含碳的物质，包括各类动植物的残体、微生物以及其合成与分解而成的各类物质，是土壤中不可或缺的一部分。对土壤的肥力以及结构等方面均有着非常重要的意义，具有供肥、保肥和缓冲等功效，可以影响速效养分的转化速度与数量，进而直接影响地表植被的生长。作为森林土壤的一个重要参数和时空连续变异体，有机质受物理环境、自然干扰、人为干扰、树种特性、树种对干扰的反应等因素及相互作用所控制，植被类型不同，环境特点不同，土壤有机质含量也不同。本文以北京九龙山为试验基地，对该区的不同立地条件下的土壤有机质分布状况进行了研究。北京九龙山地处暖温带，具有典型的华北石质山区特点，地带性植被是暖温带落叶阔叶林，由于长期受人为干扰，山地的现状植被大多已是次生类型，特别在海拔低于800 m的山区，自然植被几乎都是屡遭破坏的灌丛和灌草丛，植被种类较多，土壤营养状况差异较大。对九龙山不同立地类型森林土壤有机质异质性的研究，不仅有助于了解该地区土壤的形成过程、结构和功能，以确保土壤能够有更好的保持肥力，促进该地区森林植被的生长，而且对了解暖温带落叶阔叶林植物与土壤的关系也具有重要的参考价值，为当地人工林地建设提供理论依据。

1 实验区概况与研究方法

1.1 实验区自然概况

试验地位于北京市门头沟区，116° 6′ E，39° 42′ N，属太行山低山丘陵区，年均气温11.8℃，平均降水量623.0 mm，平均蒸发量1 870.7 mm。土壤为砂岩、页岩风化坡积物上发育的淋溶褐土和褐土，由于长期遭受不同程度的侵蚀，土壤表现为粗骨性特征。结构发育不良，石砾含量高达30% ～ 40%，土层较薄，一般为40 ～ 50 cm，保水性能差。植被以灌木为主，有荆条（Vitex negundo var.heterophylla）、酸枣（Ziziphus jujuba var.spinosa）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、蚂蚱腿子（Myripnois dioica）、三裂绣线菊（Spiraea trilobata）、雀儿舌头（Leptopus chinensis）等。另有成片的侧柏（Platycladus orientalis）林、栓皮栎（Quercus variabilis）林和油松（Pinus tabuliformis）人工林。该地区经过40 a的封山育林、植树造林，植被在一定程度上得到了更新和恢复，形成了针、阔叶林与大量天然次生植被类型镶嵌状分布。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查 试验区处于九龙山林场大杨树沟和增产路北坡，根据地形因子（如海拔、坡向、坡度），针对各个植物群落布设样方，于2012年8月对植物群落进行了调查。样方涉及九龙山主要林型（表1），共设样地28个，包含各类植物的纯林、混交林等。样方大小设置为：人工林样地面积为 20 m×20 m；灌丛样方面积为5 m×5 m。用剖面法进行土壤采样，混合土壤样品呈“S”形均匀分布。采样分为三层，分别为深度0 ～ 10 cm，＞ 10 ～ 20 cm，＞ 20 ～ 30 cm；每层各取1 kg左右的土壤样品，装袋带回实验室。样品采集区情况如表1。

表1 样品采集区概况Table 1 Information for sample plots

1.2.2 室内实验测定 土样在室内剔除砾石和根系进行自然风干后，取风干土样约50 g研磨全部过0.25 mm筛，用于土壤有机质的测定。测定采用重铬酸钾容量法外加热法，同时进行3次平行，取平均值，测定值保留2位小数。

1.3 数据统计与分析

土壤有机质和全氮的分级参照全国第二次土壤普查肥力分级标准。数据统计及相关性分析采用Exce1 2007和SPSS17.0。

2 结果与结论

2.1 土壤有机质分级

根据全国第二次土壤普查肥力分级标准将九龙山土壤有机质的含量进行分级（表 2），九龙山土壤有机质含量处于I级丰富水平的达14.29%，Ⅱ级丰富水平的达28.57%，Ⅲ级中等水平的达到了35.71%，第Ⅳ级有机质缺乏的样本共占21.43%，说明九龙山地区土壤的有机质含量总体在中等偏上水平（表3）。

表2 土壤有机质含量分级Table 2 Grading of soil organic matter in Jiulong Mountain

表3 不同立地土壤有机质含量Table 3 The soil organic matter content in different site types g·kg－1

2.2 各类型林地土壤有机质含量统计特征

用SPSS做描述性统计（Description statistics）中的频数分布分析（Frequencies），得表4。由表4可知，九龙山不同立地类型有机质含量为8.49 ～ 77.29 g/kg，平均值为30.78 g/kg，偏度系数1.007，表明土壤有机质含量呈现正偏，峰度系数0.778，中位数27.30 g/kg，小于但接近平均值，最小众数48.61 g/kg在平均数之上，其他都大于平均值，表明不同立地有机质含量的高值区与低值区有较大差异。实际调查表明，土壤有机质含量最高值在灌木林，最低值在日本落叶松林。从统计信息看，土壤有机质含量呈正态分布，

表4 土壤有机质含量统计特征Table 4 The soil organic matter content characteristic value

2.3 不同立地类型土壤有机质含量变化

土壤有机质含量与土地利用方式、植被类型等密切相关。九龙山地区森林土壤有机质平均含量 30.78 g/kg，从图 1可以看出，在不同的立地类型中，有机质含量最高的是灌木林，达到了52.04 g/kg，其次是华北落叶松林，含量为49.13 g/kg，有机质含量最低的是日本落叶松林，含量为13.93 g/kg。阔叶林平均土壤有机质含量为28.05 g/kg，针叶林平均土壤有机质含量为27.26 g/kg，表明阔叶林土壤有机质水平稍高。这是因为阔叶林地凋落物量多，植被覆盖度和生物量相对较高，土壤有机质积累多分解少，所以土壤有机质含量普遍较高。

图1 九龙山不同林型土壤有机质含量Figure 1 Soil organic matter content under different site types

混交林与纯林相比，混交林平均土壤有机质含量为43.62 g/kg，纯林平均土壤有机质含量为27.69 g/kg，经方差分析，混交林土壤有机质与纯林土壤有机质差异显著，因此，混交林土壤有机质含量要明显高于纯林土壤有机质含量，这可能与混交林下土壤微生物活动更为活跃，导致枯落物回归更为迅速相关。

混交林有机质含量为38.34 ～ 77.25 g/kg，其中，灌木 ＞ 丁香混交林 ＞ 油松混交林；纯林有机质含量为18.77～ 60.34 g/kg；其中阔叶林土壤有机质含量为：栓皮栎 ＞ 椴树 ＞ 油松 ＞ 五角枫 ＞ 白蜡 ＞ 黄栌 ＞ 山楂，针叶林土壤有机质含量为：华北落叶松 ＞ 侧柏 ＞ 樟子松 ＞ 日本落叶松。阔叶纯林有机质含量平均值为28.97 g/kg，针叶纯林土壤有机质含量平均值为28.11 g/kg，阔叶纯林土壤有机质含量略高于针叶纯林，但二者差异不显著。

2.4 土壤有机质及环境因子关系

土壤中有机质的含量也会受不同环境因子的影响。分析表明，北京市九龙山地区土壤有机质含量与土壤垂直层次呈极显著负相关，与采样海拔呈现极显著正相关，与采样地郁闭度呈现极显著正相关。说明土壤有机质随土壤层次的加深而逐渐减少，这主要是因为表层土壤通气性、结构性均好于下层，地表枯落物多，微生物活动频繁，有利于有机质的积累；而随着层次加深，土壤通气性明显下降，微生物较少，不利于土壤结构发展，养分循环较慢，因而土壤有机质含量显著低于表层。

图2 针叶林土壤有机质含量Figure 2 Soil organic matter content under coniferous forest

图3 阔叶林土壤有机质含量Figure 3 Soil organic matter content under broad-leaved forest

由图2至图4可以看出，各林型土壤表层0 ～ 10 cm的土壤有机质含量均远高于＞10 ～ 20 cm、＞20 ～ 30 cm层，且表层土与下层土有机质含量差异达到了显著水平，这说明不同林型土壤有机质的垂直分布规律较为一直。不同林型土壤有机质地上与地下分布规律接近。除山楂纯林＞20 ～ 30 cm层高于＞10 ～ 20 cm层外，其余各林型＞10 ～ 20 cm层与＞20 ～ 30 cm层差异不显著。这是因为土壤有机质含量与微生物的活动相关。在深层土壤中，土壤有机质含量完全取决于母质及生物因素的影响，因而有机质含量远低于地表。

土壤有机质的含量与海拔、郁闭度、坡度及胸径均呈现显著正相关，这主要是与九龙山的地形特点相关的，九龙山地属华北石质山区，山体整体土层较薄，但山顶顶部地势多为开阔平坦，水土流失少，土层深厚，林下枯落物较多，利于有机质积累，因而养分含量较高。郁闭度越大，植被胸径越大，表明森林植被生长越旺盛，土壤有机质含量也就越高。土壤结合水与土壤有机质的相关性也很明显，考虑与土壤微生物活动相关，九龙山属于华北石质山区，气候干旱，水分含量较高的土壤微生物活动频繁，利于养分的回归。

图4 混交林土壤有机质含量Figure 4 Soil organic matter content under mixed forest

表5 土壤有机质的相关性分析Table 5 Correlation analysis on soil organic matter content

3 结论

九龙山各立地类型土壤有机质含量差异较大，总体来说土壤有机质含量最高的为灌木林，最低的为日本落叶松林；阔叶林下土壤有机质要高于针叶林；混交林林下土壤有机质含量要高于纯林。土壤中有机质含量动态受环境条件影响大，土壤有机质含量与土层深度呈显著负相关，随土层加深而含量降低，表层0 ～ 10 cm土壤有机质明显高于下层；与海拔、郁闭度、土壤结合水含量等呈显著正相关。土壤有机质的补给主要来源于土壤微生物的活动和地表植被凋落物的分解回归，土壤中的微生物大多聚集在地表0 ～ 10 cm的土层中，该层次土壤微生物活动活跃，枯落物分解迅速，有机质含量较高。随土层的深入，这种补给越来越少，有机质含量也逐渐降低。

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Soil Organic Matter Distribution in Different Site Types in Jiulong Mountain

FA Lei，GUO Jia，MA Shu-min，HE Shu-xia，SUN Chang-zhong*
（Experimental Center of Forestry in North China, CAF, Beijing 102300, China）

Survey by soil profile was made on organic matter distribution and difference in different site types in Jiulong Mountain, Beijing.The results showed that soil organic matter content under different site types varied from 8.49 to 77.29 g/kg, the highest content was under shrub, the lowest under Larix kaempferi forest.Broad-leaved forest had more soil organic matter than coniferous forest, and mixed forest had more than pure forest.Dynamic soil organic matter content was influenced by environmental conditions, and had significant negative relation with the depth of soil layer, but positive relation with elevation, crown density and soil water content.

Jiulong Mountain; site type; organic matter

S714.2

A

1001-3776（2014）06-0045-05

2014-03-09；

2014-09-20

中央级公益性科研院所基本科研业务专项（CAFYBB2012004）

法蕾（1977－），女（回族），河北石家庄人，高级工程师，博士，从事森林生态、微生物生态研究；*通讯作者。