辽东典型次生林和红松人工林土壤养分状况研究

王淑坤

(辽宁省凤城市青山保护局，辽宁 丹东 118100)

辽东典型次生林和红松人工林土壤养分状况研究

王淑坤

(辽宁省凤城市青山保护局，辽宁 丹东 118100)

通过采用主成分分析方法对辽东典型次生林和红松人工林土壤养分状况进行了分析，结果显示：红松人工林和次生林在养分特征方面存在较大的差异，次生林土壤养分状况明显高于红松人工林；森林土壤养分状况主要受土壤有机质和全氮的影响。建议应该积极开展红松人工林与阔叶树种混交造林工作，以提高林地的土壤肥力和水源涵养功能。

辽东；典型次生林；红松人工林；土壤养分

在辽东地区，森林植被主要是次生阔叶混交林和人工针叶林，次生林主要以生态林提高水源涵养功能为营林方向，红松人工林以生产木材和林副产品为经营目标。由于人为的干扰和营林方向不同，林地的土壤肥力随植被类型的不同而发生相应的变化。本文旨在通过探讨次生林和红松人工林肥力对比的差异性，为调整林分树种结构和提高林地肥力，防止森林土壤退化和水土流失提供依据。

1 试验地概况

试验地位于长白山余脉千山至龙岗支脉低山丘陵区,长白和华北及蒙古植物区系交汇区[1]，林地海拔为150～800 m，属暖温带亚湿润气候，年降雨量860 mm，年蒸发量1 293 mm，境内有山羊峪、草河、八道河等水溪自西北向东南注入鸭绿江水系叆河。土壤以棕色森林土为主，土层厚度20～60 cm，pH 5.7～6.5，坡度15°～35°。

2 研究方法

在辽东山区国有林场选择地形和坡度相似的地段进行土壤调查，为了尽量减少因地形和坡度等因子差异造成的较大差别，每一个调查地点的海拔和坡向尽量保持一致，同一因子调查尽量不跨水系，尽量保持坡向、坡位、土层厚度、坡度及母岩等立地因子的相似原则。

2.1 样点布置和采样方法

采样时间为雨季前的5月中下旬，分别在次生林和红松人工林选择标准地，避开树木根系，挖土壤剖面时，剖面观察面向阳，进行剖面根系分布、硬度、颜色、石质含量、土壤层次等项目的记载，然后从剖面下部至上部分层进行取样，每层整片取土1 kg置于土袋中，置标签，混匀风干备用。

2.2 试样制备与分析方法

试样制备方法：采集的土样带回试验室后，置于白瓷盘，摊薄风干，捡去树根草根杂物，研磨全部通过2 mm分样筛，用于测定速效性养分，从2 mm颗粒土样中分出适量土样研磨，过0.25 mm分样筛，用于测定全量养分。分析方法采用森林土壤分析方法[2]。土壤有机质采用重铬酸钾油浴外加热法；土壤pH值采用酸度计电位法；土壤全氮采用凯氏定氮法;土壤水解氮采用碱解扩散法；土壤全磷采用银坩埚氢氧化钠消解钼锑抗比色法;土壤速效磷采用双酸浸提钼锑抗比色法；蛋白酶采用三酮比色法[3]；转化酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法[4]。

3 结果与分析

3.1 土壤肥力因子测定

土壤全氮和全磷水平高低反映土壤贮藏氮素和磷素养分水平状况，土壤全氮含无机态氮和有机态氮，有机态氮在土壤酶和土壤动物的作用下，降解成为可供树木吸收利用的无机态氮。所以了解土壤全氮含量，不但可以作为施肥的参考，而且可以判断土壤肥力高低，据此拟定施肥增产措施。

表1 辽东山区不同样点土壤肥力因子测定结果

土壤全磷在地壳中磷素的平均含量大约为0.28%(按P2O5计)[5],大多数土壤的全磷含量均低于这一数值，土壤中全磷低于某一水平时，意味着磷素供应不足。速效氮和速效磷养分状况直接反映土壤可供给氮素和磷素水平，也是植被和土壤微生物与环境互相作用的结果，是可供树木吸收利用的有效性养分。土壤有机质是植被和土壤生物作用的产物，碳氮比值是关系其分解速度的重要因素。土壤中的酶对土壤有机质的转化和利用发挥重要作用。森林土壤中，对土壤肥力起着关键性作用的是疏松表土层。次生林下的表层土壤有机质、速效性水解氮、土壤蛋白酶和土壤转化酶的含量均高于红松人工林，说明次生林的养分贮量要高于红松人工林，这个结果进一步说明不同树种对养分的降解速度是不同的。次生林树种混交度高，阔叶树种比重较大，归还给土壤的养分数量高。而红松人工林均为单一针叶树种，归还给土壤的养分数量少。针叶树种次生代谢产物对酶的活性有显著的抵制作用，Tang 等[6]发现苯甲酸及肉桂酸等羧基化合物能显著抑制以邻苯二酚等酚类化合物为底物的多酚氧化酶的活性，就人工针叶纯林而言，土壤微生物酶含量较低，见表1。

由表1看出。剖面A层土壤养分普遍大于B层，AB层又普遍大于B层，养分大小由上向下递减。碳氮比值表现是剖面上层高于下层，显示出碳的含量由上层往下层递减的趋势。还可以看出，次生林的土壤养分状况明显要好于红松人工林，在8个养分指标中均表现一致。这点说明，阔叶次生混交林有改善土壤化学性质的作用，肥力状况较好，而人工针叶纯林，无论在养分状况还是酶的活性大小方面，均低于次生阔叶林。从水源涵养及防止地力衰退考虑，保持一定面积次生林有利于提高土壤肥力水平，具有防止水土流失、增加水量和改善水质作用。

3.2 2种林型肥力状况的对比结果分析

鉴别土壤肥力时往往考虑许多肥力因子，在肥力因子中不免存在一定的相关性，所反映的信息分散和重叠，不能简要地表征肥力主要关键因子，通过采用主成分分析和聚类分析，可将问题简明化，由原来的众多信息，化简成几个主要信息，但又不损失较大的信息量。

不同采样区土壤剖面混合层次养分状态见表2。为实现肥力因子的主成分和聚类分析，首先对次生林和红松人工林的土壤剖面养分值进行数学量纲的转化，消除量纲所产生的差异，把原始数据按公式[7]X=(Xij-Xj)/Sj进行标准化转化，式中Xij养分变量，Xj是平均值，Sj是标准差。对用量纲转化的数据进行主成分分析和聚类分析。8个土壤养分特征根值及主成分贡献率分析结果见表3。从表3中看出前2个特征值的信息量达到74.02%，用前2个特征的信息量基本反映土壤养分状况。

表2 不同采样区土壤剖面混合层次养分状况

表3 8个特征根值及贡献率

从表4主成分因子第1载荷量看出，土壤有机质、土壤全氮、水解氮、蛋白酶、转化酶的水平对第1主成分贡献率最大。分析结果表明，土壤有机质、土壤全氮、蛋白酶、转化酶在土壤肥力水平中起着关键性的作用，其他养分值的高低有赖于土壤有机质的高低，在某种程度上，其他几项肥力因子水平与土壤有机质的含量水平有着较高的依存关系。

表4 2个主成分因子载荷量

从第2载荷量看出，土壤全磷和土壤pH有较高的因子载荷量，进一步说明土壤全磷和土壤酸碱度在第2主成分中起到显著作用，应把这2个养分指标作为化学分析关键因子，土壤pH特征值的正向负荷，对有机质和氮的积累起着一定的作用，pH的降低有利于防止有机质过快的降解和氮素的损失。

为了进一步了解辽东山区次生林和红松人工林的土壤养分分布状况，把不同地点的土壤养分进行聚类分析，以了解不同林型土壤养分的分布规律。从次生林和红松人工林不同地点的聚类图1中看出，不同地点的代码，奇数和偶数分为两大簇块，奇数代表不同地点的次生林，偶数代表不同地点的红松人工林，从中可明显看出两种林型对土壤养分的影响关系，次生林属于阔叶混交林，按照阔叶混交林普遍规律来讲，次生林生态系统总体植物多样性水平较高[8]土壤养分状况较好。而红松人工林，由于林相结构单一，处于单层林结构，生物多样性与次生混交林相比较差，土壤化学养分状况较差。

图1 次生林和红松人工林不同地点的聚类图

4 结论与讨论

红松人工林和次生林在养分特征方面存在较大的差异，次生林土壤养分状况明显高于红松人工林，主成分分析结果表明，8项养分因子中，土壤有机质、土壤全氮、水解氮、蛋白酶、转化酶的水平对第一主成分贡献率最大。从中看出森林土壤的养分状况主要受土壤有机质和全氮的影响最大，因为他们主要取决于森林植被状况和枯落物蓄量水平以及土壤微生物代谢水平的影响，土壤的养分状况与乔木层树种混交度有关，一定的森林树种结构和立地条件决定着林下的土壤发育状况，除此之外，气候条件也是土壤发育的必要条件[9]。

从聚类分析结果看出，红松人工林和次生林养分分布的显著差异主要体现在不同的林分类型上，次生林的枯落物凋落量和分解率相对较高，因为次生林树种混交度高。在北方冬季阔叶树种树叶和部分细枝全部脱落，枯落物年凋落量较高，归还给土壤的有机残体量较大。土壤有机质除了蓄积在土壤表土层中以外，还受土壤酶和微生物的影响，部分有机质降解之后，提供土壤全量和速效性养分，成为培肥地力的重要因子。而红松人工林在冬季，较少把当年生长的针叶脱落归还给土壤，加之针叶含有油脂，分解速度受到影响，归还给土壤的养分较少，这也是红松人工林地土壤养分较之次生林土壤养分较差的一个重要因素。

次生林生物多样性和树种混交度均较高，从建设稳定的生态体系考虑，建议应该积极开展红松人工林与阔叶树种混交造林工作，在林隙空间，成熟林和老熟林冠下栽植阔叶树种，或针叶林下栽阔叶树种，形成针阔混交林，开展营林技术研究，在针叶林下诱导阔叶萌生，形成针阔复层混交林，以提高林地的土壤肥力和水源涵养功能[10,11]。

[1] 李延生.辽宁树木志[M].北京：中国林业出版社，1990

[2] GB 7830-7892-87，森林土壤分析方法[S]，1987

[3] 严昶升.土壤肥力研究方法[M].北京：农业出版社，1987

[4] 关松荫.土壤酶及其研究方法[M].北京：农业出版社，1983

[5] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海: 上海科学技术出版社，1978:68-69

[6] Tang C S,Young C C.Collection and Identification of Allelopathic Compounds from the Undisturbed Root system of Bigalta limpograss [J].Plant Physiol,1982,69: 155-160

[7] 陈华豪，丁恩统，蔡贤如，等.林业应用数理统计[M].大连：大连海运学院出版社，1988

[8] 毛志宏,朱教君,谭辉.辽东山区次生林植物物种组成及多样性分析[J].林业科学,2007,43(10):1-7

[9] 熊顺贵.基础土壤学[M].北京：中国农业大学出版社，2009.1

[10] 顾宇书，邢兆凯，韩友志，等.浑河上游四种典型林分类型枯落物持水特征[J].南京林业大学学报,2013,37(1):31-36

[11] 顾宇书,邢兆凯,韩友志,等.浑河上游4 种典型水源林土壤物理性质及其水源涵养功能[J].东北林业大学学报,2013,41 (1 ):37-41

Soil Nutrients in Typical Secondary Forests and
Plantations ofPinuskoraiensisin Eastern Liaoning Province

Wang Shukun

(Qingshan Bureau of Protection Agency,Fengcheng City,Liaoning Province,Dandong 118100,China)

Soil nutrient of the typical secondary forests and plantations ofPinuskoraiensisin eastern Liaoning Province were analyzed by using principal component analysis.Result shows that plantation and secondary forests ofPinuskoraiensishave significant differences in terms of nutrient characteristics.Chemical nutrients of soil in secondary forest ofPinuskoraiensisare significantly higher than that ofPinuskoraiensisplantation.Chemical nutrients in forest soils were greatly affected by organic matter and total N of soil.Mixed afforestation work betweenPinuskoraiensisplantation and broad-leaved species were proposed to be conduct so as to improve soil fertility and water conservation function in forest land.

eastern Liaoning Province;typical secondary forest;Pinuskoraiensisplantations;soil nutrients

1005-5215(2015)03-0050-04

2015-01-29

王淑坤(1969-)，女，辽宁凤城人，大学，工程师，现从事林业管理工作.

S791.247

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.03.019