广西江南油杉不同地点人工林土壤养分对比研究

王勇+蒋燚+刘雄盛等

摘 要：该文对广西不同地点江南油杉人工林土壤养分状况进行了比较研究。结果表明：8个样地中，0～10cm土层和10～20cm土层均以六万林场2样地土壤有机质含量最高；有机质、有机氮、全磷、全钾含量受样地坡度、海拔及坡向影响较大，坡度较大的样地土壤有机质、有机氮、全磷含量较高，海拔较高的样地全钾含量较高。该研究结果为江南油杉人工林培育提供了科学的理论依据。

关键词：江南油杉；人工林；土壤养分

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）21-90-04

江南油杉（Keteleeria cyclolepis）隶属松科（Pinaceae）油杉属（Keteleeria），是我国特有树种，国家三级保护植物。江南油杉为常绿大乔木，树干高大笔直，高达40m以上，最大胸径超过2m，材质致密，材色美观，枝叶茂密浓绿，是我国珍贵的用材树种和园林绿化观赏树种[1]。近年来，由于社会需求的增加，砍伐、自身生物学特性以及自然环境等多方面因素的影响，江南油杉天然林资源日渐匮乏，因此，江南油杉人工林的营建是十分必要的[2]。与天然林相比，人工林形成的生物群落具有不稳定性等因素，因此近1个世纪受到了各国的重视。但是人工林经营中存在的各种问题也让许多专家对人工林持怀疑态度[3-4]，如土壤质量的变化，林地土壤肥力下降，土壤理化性质发生退化，从而导致林木生产能力下降等诸多问题，一直是土壤学研究的核心问题之一，备受林业、土壤和生态科技工作者关注[5-6]。

土壤重要的养分因子包含有土壤有机质、全氮、全磷、全钾等，其中氮、钾、磷是植物生长发育的三大基本营养元素[7]，其含量水平对植物的生长起着关键作用。土壤养分的变化是人工林土壤演变的重要内容之一，其含量的多少是衡量土壤肥力水平的一个重要指标[8]。研究同一人工林不同立地下土壤养分的差异，对于了解人工林土壤肥力的演化趋势具有重要的指导作用。为此，本文对广西地区江南油杉不同人工林地土壤养分进行了研究分析，进而探讨江南油杉人工林地土壤养分的变化规律，以期为江南油杉的经营提供理论依据。

1 研究地概况与研究方法

1.1 研究地概况 研究区域分别位于南宁市高峰林场东升分场、广西林科院银林山庄、玉林市博白林场、玉林市六万林场和贺州市大桂山国家森林公园。采样林分林龄均是20世纪70年代末和80年代初广西林科所取得的《广西油杉物种资源调查与人工栽培的试验研究》科技成果。进行造林时间相差2～3a。

高峰林场位于南宁市的东北部，地形为山丘，海拔200～500m，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温21.6℃左右，年均降雨量达1 304.2mm，平均相对湿度79%；广西林科院银林山庄海拔80～100m，年平均降雨量1 650mm，年平均日照时数1 795h[9]，玉林市博白林场、六万林场，地理位置分别为北纬22°36′～22°51′、东经109°52′～110°37′和北纬22°46′～22°47′、东经109°51′～110°54′，属南亚热带季风气候区，年平均气温为21.5℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-2.3℃，≥10℃的年积温在7 400～8 100℃，年平均日照维持在1 800h以上，年太阳辐射量为455.23～463.69kJ/cm2，年均降雨量在1 462.0～1 847.7mm，林地平均海拔100～140m[10]。大桂山国家森林公园属南亚热带季风气候，年平均气温20.4℃，年降雨量在1 500～1 800mm，海拔300～550m。研究区土壤以红壤、赤红壤为主。

1.2 研究方法 土样采集：2013年10月选取广西南宁、玉林、贺州3个地区江南油杉人工纯林，各林型坡向均为南坡，坡度34～40°，采用“S”型混合取样法，分别以0～10cm和10～20cm2层，重复2次取样，处理备用。土壤化学性质分析方法[11-12]：有机质含量：重铬酸钾外加热法；全氮含量：凯氏法；全磷含量：盐酸-氟化铵法；全钾含量：火焰光度计法；微量元素含量：原子吸收法。

2 结果与分析

2.1 各样地土壤有机质含量分析 由图1可知，随着土层的加深，各样地土壤有机质的含量都有不同程度的降低，其中，东升中坡、大桂山、六万林场1这3个样地土壤有机质含量降低最为明显，有机质含量降幅分别为65.19%、54.69%、49.04%。8个样地中，0～10cm土层以六万林场2样地土壤有机质含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为大桂山样地；8个样地中，10～20cm土层有机质含量也以六万林场2的最高，其次是六万林场3，再次是六万林场1，最低的是大桂山样地，且8个样地土壤有机质含量差异性显著（P<0.05）。

2.2 各样地土壤全氮含量分析 由图2可知，随着土层深度的增加，各样地的土壤全氮含量逐渐下降，且8个样地土壤氮素含量差异显著（P<0.05）；各样地土壤全氮含量都有着不同程度的降低，其中，东升下坡、东升中坡、六万林场1这3个样地土壤全氮含量降低最为明显，全氮含量降幅分别为60.33%、48.58%、45.48%。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤全氮含量最高，六万林场1次之，六万林场3土壤有机氮含量略小于六万林场1样，含量最低的为银林山庄样地。8个样地中10～20cm土壤含量以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是博白林场-1，最低的是东升下坡样地。

2.3 各样地土壤全磷含量分析 由图3可知，随着土层的增加，除东升坡样地土壤全磷含量增大之外，其他各样地土壤各样地土壤全磷含量随土层深度的增加而减小，其中以六万林场2、大桂山、博白林场3块样地全磷含量的降幅较大，其降幅分别为24.44%、20.90%、24.04%。8块样地中，2个土层土壤全磷含量均以六万林场3含量最高，银林山庄最低，且8块样地土壤全磷含量差异显著（P<0.05）endprint

2.4 各样地土壤全钾含量分析 由图4可知，随土层深度的增加，除样地东升下坡土壤全钾含量降低之外，其他样地土壤全钾含量均随着土层深度的增加而增加，其中以东升中坡和六万林场2的增加趋势最为明显，而样地博白林场的增加趋势并不显著。这些趋势与各样地土壤有机质和土壤全氮含量随土层的变化趋势不一致，这可能是由于土壤中的全K主要来源是成土母质，土壤剖面从上到下，植物根系分部是减少的，植物吸收利用的K也会减少，所以土壤中全K下层高于上层而导致的，也有可能是由雨水的淋溶作用导致的。

3 结论与讨论

3.1 结论 （1）各样地人工林下土壤有机质和有机氮含量随土层的加深而减小，主要集中在土壤表层。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤有机质含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为大桂山样地；8个样地中10～20cm土层中，有机质含量也以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是六万林场1，最低的是大桂山样地。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤全氮含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为银林山庄样地；8个样地中10～20cm土层中，全氮含量以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是博白林场，最低的是东升下坡样地。（2）除东升坡样地土壤全磷含量增大之外，其他7个样地的土壤全磷都随着土层深度的增加而增加，但是土壤全钾却随土层深度的增加而减少。8块样地中2个土层中，土壤全磷含量均以六万林场3的最高，银林山庄最低；土壤0～10cm全钾含量以六万林场2最低，大桂山最高，土壤10～20cm全钾含量银林山庄最低，大桂山最高。

3.2 讨论 土壤养分是土壤资源最基本的属性，其存在形态及丰缺程度决定着土壤的肥力状况，进而影响植被的生长繁衍[13]。不同地区的土壤养分丰缺程度各不相同，即使同一块土地的不同位置，土壤养分含量也具有明显差异[14]。Miller等研究发现，土壤中有机质的含量随山坡位置变化而变化，坡度相似的位置，其土壤特性趋于相似[15]；张娜等认为在地形因子中，土壤的pH值和全磷含量受凹凸度的影响较大，呈负相关，而全碳和全氮含量受海拔的影响较大，呈正相关[16]；何友军等研究发现，土壤中微生物碳与氮、钾元素含量呈极显著正相关[17]。在本研究中，8个样地所处地域相近，其温度、光照、降雨量等因素相似，而由于坡度、破位、海拔、坡向不同，其土壤养分差别较大。其中六万林场3个样地坡度最大，银林山庄样地坡度最小，六万林场样地0～10cm土层中有机质、有机氮、全磷含量均明显大于其它样地，银林山庄样地有机氮、全磷含量最小，有机质含量略大于最小的大桂山样地；而在10～20cm土层中，六万林场3个样地中，除了六万林场样地1中有机质含量和有机氮含量略小于博白林场样地外，其余均明显大于其它样地有机质、有机氮以及全磷含量，银林山庄样地有机质、有机氮以及全磷含量虽然不是最小，但其含量都较低；在8个样地中大桂山样地坡度和六万林场样地坡度相近，但由于大桂山样地海拔最大，其土壤中有机质含量最低，全钾含量最高；银林山庄海拔最低，其全钾含量最低。博白林场和银林山庄样地破位和坡度相似，但由于坡向不同，博白林场样地有机质、有机氮、全磷以及全钾含量均大于银林山庄样地。综上所述，江南油杉人工林土壤养分中，其有机质、有机氮、全磷以及全钾含量受样地坡度、海拔以及坡向影响较大，坡度较大的样地土壤有机质、有机氮、全磷含量较高，海拔较高的样地全钾含量较高。江南油杉人工林土壤养分受各因子相互作用、相互影响，各因子对土壤养分影响的相关性还需进一步研究。

近年来，人工纯林的地力衰退问题受到相关研究者的普遍关注。相关研究表明，由于针叶人工林只有极为单一的凋落物针叶，且针叶分解速度慢，营养元素归还系数低；土壤微生物含量低，腐殖质少，土壤板结，孔隙度小，水土保持能力弱；群落生物多样性低等因素的影响，针叶人工林较阔叶人工林更容易造成土壤肥力衰退[18-20]。江南油杉作为我国优良的用材和园林绿化针叶树种，人工林已广泛栽植，然而，江南油杉人工林土壤养分动态变化规律、人工林是否存在地力衰退以及地力衰退的原因和影响因子、江南油杉人工林合理经营模式等研究尚未开展，盲目的种植人工林，只会重蹈针叶人工林地力衰退的覆辙。因此，开展江南油杉人工林的土壤养分空间变异性与持续发展对策的研究刻不容缓，以揭示江南油杉人工林土壤质量的变化规律以及与森林生产力的变化关系，建立合理的调控措施，最终实现江南油杉人工林持续速生丰产以及林地可持续经营和利用。

参考文献

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[18]陈彩虹，田大伦，方晰，等.城郊种人工林林下植被物种多样性、生物量与土壤养分相关性[J].水土保持学报，2010，24（6）：213-217.

[19]闫德仁.人工林土壤养分含量变化的对比研究[J].干旱区资源与环境，2014，28（9）：57-62.

[20]蒋燚，朱积余.桂东丘陵不同造林模式水土流失监测研究[J].广西林业科学，2003，10（4）：317-320.

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2.4 各样地土壤全钾含量分析 由图4可知，随土层深度的增加，除样地东升下坡土壤全钾含量降低之外，其他样地土壤全钾含量均随着土层深度的增加而增加，其中以东升中坡和六万林场2的增加趋势最为明显，而样地博白林场的增加趋势并不显著。这些趋势与各样地土壤有机质和土壤全氮含量随土层的变化趋势不一致，这可能是由于土壤中的全K主要来源是成土母质，土壤剖面从上到下，植物根系分部是减少的，植物吸收利用的K也会减少，所以土壤中全K下层高于上层而导致的，也有可能是由雨水的淋溶作用导致的。

3 结论与讨论

3.1 结论 （1）各样地人工林下土壤有机质和有机氮含量随土层的加深而减小，主要集中在土壤表层。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤有机质含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为大桂山样地；8个样地中10～20cm土层中，有机质含量也以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是六万林场1，最低的是大桂山样地。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤全氮含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为银林山庄样地；8个样地中10～20cm土层中，全氮含量以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是博白林场，最低的是东升下坡样地。（2）除东升坡样地土壤全磷含量增大之外，其他7个样地的土壤全磷都随着土层深度的增加而增加，但是土壤全钾却随土层深度的增加而减少。8块样地中2个土层中，土壤全磷含量均以六万林场3的最高，银林山庄最低；土壤0～10cm全钾含量以六万林场2最低，大桂山最高，土壤10～20cm全钾含量银林山庄最低，大桂山最高。

3.2 讨论 土壤养分是土壤资源最基本的属性，其存在形态及丰缺程度决定着土壤的肥力状况，进而影响植被的生长繁衍[13]。不同地区的土壤养分丰缺程度各不相同，即使同一块土地的不同位置，土壤养分含量也具有明显差异[14]。Miller等研究发现，土壤中有机质的含量随山坡位置变化而变化，坡度相似的位置，其土壤特性趋于相似[15]；张娜等认为在地形因子中，土壤的pH值和全磷含量受凹凸度的影响较大，呈负相关，而全碳和全氮含量受海拔的影响较大，呈正相关[16]；何友军等研究发现，土壤中微生物碳与氮、钾元素含量呈极显著正相关[17]。在本研究中，8个样地所处地域相近，其温度、光照、降雨量等因素相似，而由于坡度、破位、海拔、坡向不同，其土壤养分差别较大。其中六万林场3个样地坡度最大，银林山庄样地坡度最小，六万林场样地0～10cm土层中有机质、有机氮、全磷含量均明显大于其它样地，银林山庄样地有机氮、全磷含量最小，有机质含量略大于最小的大桂山样地；而在10～20cm土层中，六万林场3个样地中，除了六万林场样地1中有机质含量和有机氮含量略小于博白林场样地外，其余均明显大于其它样地有机质、有机氮以及全磷含量，银林山庄样地有机质、有机氮以及全磷含量虽然不是最小，但其含量都较低；在8个样地中大桂山样地坡度和六万林场样地坡度相近，但由于大桂山样地海拔最大，其土壤中有机质含量最低，全钾含量最高；银林山庄海拔最低，其全钾含量最低。博白林场和银林山庄样地破位和坡度相似，但由于坡向不同，博白林场样地有机质、有机氮、全磷以及全钾含量均大于银林山庄样地。综上所述，江南油杉人工林土壤养分中，其有机质、有机氮、全磷以及全钾含量受样地坡度、海拔以及坡向影响较大，坡度较大的样地土壤有机质、有机氮、全磷含量较高，海拔较高的样地全钾含量较高。江南油杉人工林土壤养分受各因子相互作用、相互影响，各因子对土壤养分影响的相关性还需进一步研究。

近年来，人工纯林的地力衰退问题受到相关研究者的普遍关注。相关研究表明，由于针叶人工林只有极为单一的凋落物针叶，且针叶分解速度慢，营养元素归还系数低；土壤微生物含量低，腐殖质少，土壤板结，孔隙度小，水土保持能力弱；群落生物多样性低等因素的影响，针叶人工林较阔叶人工林更容易造成土壤肥力衰退[18-20]。江南油杉作为我国优良的用材和园林绿化针叶树种，人工林已广泛栽植，然而，江南油杉人工林土壤养分动态变化规律、人工林是否存在地力衰退以及地力衰退的原因和影响因子、江南油杉人工林合理经营模式等研究尚未开展，盲目的种植人工林，只会重蹈针叶人工林地力衰退的覆辙。因此，开展江南油杉人工林的土壤养分空间变异性与持续发展对策的研究刻不容缓，以揭示江南油杉人工林土壤质量的变化规律以及与森林生产力的变化关系，建立合理的调控措施，最终实现江南油杉人工林持续速生丰产以及林地可持续经营和利用。

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[15]Miller P M，Singer M J，Nielsen D R.Spatial variability of wheat yield and soil properties on complex hills[J].Soil Sci.Soc.Am.J.，1988，52：1133-1141.

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[17]何友军，王清奎，汪思龙，等.杉木人工林土壤微生物生物量碳氮特征及其与土壤养分的关系[J].应用生态学报，2006，17（12）：2292-2296.

[18]陈彩虹，田大伦，方晰，等.城郊种人工林林下植被物种多样性、生物量与土壤养分相关性[J].水土保持学报，2010，24（6）：213-217.

[19]闫德仁.人工林土壤养分含量变化的对比研究[J].干旱区资源与环境，2014，28（9）：57-62.

[20]蒋燚，朱积余.桂东丘陵不同造林模式水土流失监测研究[J].广西林业科学，2003，10（4）：317-320.

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2.4 各样地土壤全钾含量分析 由图4可知，随土层深度的增加，除样地东升下坡土壤全钾含量降低之外，其他样地土壤全钾含量均随着土层深度的增加而增加，其中以东升中坡和六万林场2的增加趋势最为明显，而样地博白林场的增加趋势并不显著。这些趋势与各样地土壤有机质和土壤全氮含量随土层的变化趋势不一致，这可能是由于土壤中的全K主要来源是成土母质，土壤剖面从上到下，植物根系分部是减少的，植物吸收利用的K也会减少，所以土壤中全K下层高于上层而导致的，也有可能是由雨水的淋溶作用导致的。

3 结论与讨论

3.1 结论 （1）各样地人工林下土壤有机质和有机氮含量随土层的加深而减小，主要集中在土壤表层。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤有机质含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为大桂山样地；8个样地中10～20cm土层中，有机质含量也以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是六万林场1，最低的是大桂山样地。8个样地0～10cm土层中，以六万林场2样地土壤全氮含量最高，六万林场1样地次之，六万林场3土壤有机质含量略小于六万林场1样地，含量最低的为银林山庄样地；8个样地中10～20cm土层中，全氮含量以六万林场2含量最高，其次是六万林场3，再次是博白林场，最低的是东升下坡样地。（2）除东升坡样地土壤全磷含量增大之外，其他7个样地的土壤全磷都随着土层深度的增加而增加，但是土壤全钾却随土层深度的增加而减少。8块样地中2个土层中，土壤全磷含量均以六万林场3的最高，银林山庄最低；土壤0～10cm全钾含量以六万林场2最低，大桂山最高，土壤10～20cm全钾含量银林山庄最低，大桂山最高。

3.2 讨论 土壤养分是土壤资源最基本的属性，其存在形态及丰缺程度决定着土壤的肥力状况，进而影响植被的生长繁衍[13]。不同地区的土壤养分丰缺程度各不相同，即使同一块土地的不同位置，土壤养分含量也具有明显差异[14]。Miller等研究发现，土壤中有机质的含量随山坡位置变化而变化，坡度相似的位置，其土壤特性趋于相似[15]；张娜等认为在地形因子中，土壤的pH值和全磷含量受凹凸度的影响较大，呈负相关，而全碳和全氮含量受海拔的影响较大，呈正相关[16]；何友军等研究发现，土壤中微生物碳与氮、钾元素含量呈极显著正相关[17]。在本研究中，8个样地所处地域相近，其温度、光照、降雨量等因素相似，而由于坡度、破位、海拔、坡向不同，其土壤养分差别较大。其中六万林场3个样地坡度最大，银林山庄样地坡度最小，六万林场样地0～10cm土层中有机质、有机氮、全磷含量均明显大于其它样地，银林山庄样地有机氮、全磷含量最小，有机质含量略大于最小的大桂山样地；而在10～20cm土层中，六万林场3个样地中，除了六万林场样地1中有机质含量和有机氮含量略小于博白林场样地外，其余均明显大于其它样地有机质、有机氮以及全磷含量，银林山庄样地有机质、有机氮以及全磷含量虽然不是最小，但其含量都较低；在8个样地中大桂山样地坡度和六万林场样地坡度相近，但由于大桂山样地海拔最大，其土壤中有机质含量最低，全钾含量最高；银林山庄海拔最低，其全钾含量最低。博白林场和银林山庄样地破位和坡度相似，但由于坡向不同，博白林场样地有机质、有机氮、全磷以及全钾含量均大于银林山庄样地。综上所述，江南油杉人工林土壤养分中，其有机质、有机氮、全磷以及全钾含量受样地坡度、海拔以及坡向影响较大，坡度较大的样地土壤有机质、有机氮、全磷含量较高，海拔较高的样地全钾含量较高。江南油杉人工林土壤养分受各因子相互作用、相互影响，各因子对土壤养分影响的相关性还需进一步研究。

近年来，人工纯林的地力衰退问题受到相关研究者的普遍关注。相关研究表明，由于针叶人工林只有极为单一的凋落物针叶，且针叶分解速度慢，营养元素归还系数低；土壤微生物含量低，腐殖质少，土壤板结，孔隙度小，水土保持能力弱；群落生物多样性低等因素的影响，针叶人工林较阔叶人工林更容易造成土壤肥力衰退[18-20]。江南油杉作为我国优良的用材和园林绿化针叶树种，人工林已广泛栽植，然而，江南油杉人工林土壤养分动态变化规律、人工林是否存在地力衰退以及地力衰退的原因和影响因子、江南油杉人工林合理经营模式等研究尚未开展，盲目的种植人工林，只会重蹈针叶人工林地力衰退的覆辙。因此，开展江南油杉人工林的土壤养分空间变异性与持续发展对策的研究刻不容缓，以揭示江南油杉人工林土壤质量的变化规律以及与森林生产力的变化关系，建立合理的调控措施，最终实现江南油杉人工林持续速生丰产以及林地可持续经营和利用。

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（责编：张宏民）endprint