广东翁源青云森林公园6种林分土壤理化特性分析

黄华蓉，董奇妤，杨亚慧，胡柔璇，陈红跃

（1.广东省岭南综合勘察设计院，广东 广州 510520；2.华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642）

广东翁源青云森林公园6种林分土壤理化特性分析

黄华蓉1，董奇妤2，杨亚慧2，胡柔璇2，陈红跃2

（1.广东省岭南综合勘察设计院，广东 广州 510520；2.华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642）

以广东省翁源县青云森林公园6种不同林分为研究对象，采集土壤样品进行理化性质分析，并利用主成分分析法进行评价，揭示不同林分土壤特性的差异，为森林公园资源保护管理与改造提供依据。结果表明，6种林分土壤理化性质优劣顺序为：白水寨毛竹林 ＞ 天然居针叶混交林 ＞ 下鹿角幼杉林 ＞ 水缸阔叶林 ＞ 烂泥坳桉树林 ＞ 下排马尾松林。

土壤；理化性质；主成分分析法

森林是陆地生态系统的主体，森林土壤则是森林生态系统最基础、最重要的组成部分。它为林木提供赖以生存的物质保障［1］，为动植物残体分解、微生物活动提供基础条件，在生态系统的物质循环和能量流动中起着至关重要的作用［2］。土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，反映了土壤协调和提供植物所需营养物质和环境条件的能力［3］。土壤理化性质的优劣情况能反映土壤肥力状况［4］，因此，土壤理化性质是当前土壤研究的重要部分。我国对森林土壤的研究起步较晚，但近几十年，土壤研究工作取得了较大进步，主要研究森林与土壤理化性质相互关系［5—7］、土壤资源保护与利用、林木施肥、森林土壤改良、土壤生态定位等［8—10］。林业发达国家针对实际情况进行土壤研究，研究重点为土壤质量演化及与土壤功能变化的关系、土壤有机物变化及组成对土壤及林木的影响、土壤质量评价检测系统等［10］。本研究对森林公园内不同林分的土壤理化性质进行研究，比较不同林分类型土壤特性的差异，以期为公园林地土壤的科学管理、资源保护、改造与合理利用提供科学依据，从而推动青云森林公园的持续建设和健康发展，同时为研究林分类型与土壤特性的关系提供参考。

1　材料与方法

1.1研究区域概况

青云森林公园位于广东省韶关市翁源县东南部，地处南岭山脉与大庾岭交界的青云山。森林公园地理坐标为东经114°06′49″～114°10′11″，北纬24°14′28″～24°18′36″。所在区域具有明显的季风气候特征和山地气候特征，呈现四季分明，冷暖交替明显，夏季长，冬季短，热量足，雨量丰富、湿度大的特点。森林公园地貌类型丰富，溪流众多。森林公园成土母岩主要是砂岩、砾岩、砂页岩。境内地带性土壤为红壤，从山麓到山顶，土壤垂直带谱较明显，依次分布有红壤（＜ 500 m）、黄红壤（500～800 m）、山地黄壤（800～1100 m）、山地灌丛草甸土（＞ 1100 m）。公园内植被类型较为丰富，主要有针叶林、针阔混交林、阔叶林、竹林等4种植被型，部分森林属于天然林，也有部分森林植被是早期人为砍伐而后逐步恢复成林的，还有部分林地属于人工林经营区。其中马尾松人工林林龄25年以上，毛竹林 20年以上，桉树林林龄10年以上。

1.2标准地建立

于2014年10月在青云森林公园内选择天然居针叶混交林、下鹿角幼杉林、水缸阔叶林、烂泥坳桉树林、白水寨毛竹林和下排马尾松林等6个林分进行调查。在每种类型林地中选择代表性的地段各建立20 m × 20 m标准地，3次重复。林分基本情况见表1。

表1　不同林分标准地概况Table 1　The general situation of different forest stands

1.3土壤样品采集

在6种林分中，分别在标准地上、中、下坡按S型路线，选取共5个点进行采样。

土壤物理性质样品采集：在选定点分别用环刀取0～30 cm深原状土壤，并用小铝盒采取土样。

土壤化学性质样品采集：用灭菌小铲分别采集0～30 cm深土壤并混合成约1 kg土样，装于灭菌封口聚乙烯袋中，备用。

1.4土壤理化性质测定

采用环刀法测定并计算土壤容重、持水量和孔隙度等指标［1］。土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；全氮含量使用半微量凯氏滴定法测定；全磷含量采用氢氧化钠碱熔融-钼蓝比色法测定；全钾含量使用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定；碱性氮含量用碱解扩散法测定；有效磷含量采用0.5 mol·L-1碳酸氢铵提取钼蓝比色法测定；速效钾用1 mol·L-1中性醋酸铵提取-火焰光度法测定。

1.5数据处理

数据采用 Microsoft Excel 2003进行统计处理，并运用SAS 8.1软件进行 Duncan多重比较，用SPSS19.0软件进行主成分分析。

2　结果与分析

2.1不同林分土壤物理性质

土壤物理性质包括土壤容重、毛管持水量（率）、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通气孔隙度等指标。本研究不同林分土壤的物理性质如表2。

从土壤容重来看，最大的为下排马尾松林，达1.38 g·cm-3，表明该林分土壤紧实；烂泥坳桉树林、水缸阔叶林和下鹿角幼杉林次之，分别为1.10、1.08、1.06 g·cm-3；天然居针叶混交林和白水寨毛竹林土壤容重较低，分别为0.85、0.75 g·cm-3，说明这两处林分土壤疏松多孔。

从土壤毛管持水量来看，白水寨毛竹林和天然居针叶混交林较高，分别为645.53、576.10 g·kg-1；其次为水缸阔叶林、烂泥坳桉树林和下鹿角幼杉林，分别为482.09、457.31、432.83 g·kg-1；下排马尾松林的土壤毛管持水量最低，仅为335.06 g·kg-1。6种林分土壤毛管持水率间的差异及规律与毛管持水量相似，白水寨毛竹林的最高，天然居针叶混交林次之，水缸阔叶林、烂泥坳桉树林和下鹿角幼杉林之间差异不显著，下排马尾松林的最低。

土壤的孔隙度是决定土壤持水能力的重要因素。从土壤总孔隙度来看，白水寨毛竹林和天然居针叶混交林较高，分别达71.77%和68.10%；其次为下鹿角幼杉林、水缸阔叶林和烂泥坳桉树林，分别为60.04%、59.31%、58.54%；下排马尾松林最低，仅为47.83%。

毛管孔隙中保存的水分能被植物利用，是提供给植物最有效的水分。从土壤的毛管孔隙度来看，6种林分间差异不大，其中水缸阔叶林较高，但与天然居针叶混交林、烂泥坳桉树林和白水寨毛竹林差异不显著；除水缸阔叶林外，其他林分的毛管孔隙度差异不显著。

土壤中的水分能快速地暂时贮存于土壤非毛管孔隙中，并及时下渗，非毛管孔隙度越大，越有利于地表径流的减少。从土壤非毛管孔隙度来看，白水寨毛竹林和天然居针叶混交林最高，分别为23.63% 和19.41%；其次为下鹿角幼杉林和烂泥坳桉树林，分别为14.14%、8.44%；水缸阔叶林的非毛管孔隙度虽不算太小，为7.26%，但其标准差较大，毛管空隙分布不均；下排马尾松林的非毛管孔隙度最小，仅为1.51%。

从土壤通气孔隙度来看，白水寨毛竹林最高，达48.59%；下排马尾松林的土壤通气孔隙度最小，仅为20.49%；天然居针叶混交林、下鹿角幼杉林、烂泥坳桉树林和水缸阔叶林的土壤通气孔隙度分别为43.51%、32.06%、27.77%和27.68%。

表2　不同林分土壤物理性质Table 2　The soil physical properties of different forest stands

2.2不同林分土壤养分

土壤养分的评价指标主要包括土壤有机质含量、全氮、全磷、全钾以及碱解氮、有效磷和速效钾。本研究中，不同林分土壤养分情况如表3。从6种林分的土壤有机质含量来看，白水寨毛竹林最高，达57.56 g·kg-1；下排马尾松林的最小，仅为25.60 g·kg-1；天然居针叶混交林、下鹿角幼杉林、水缸阔叶林和烂泥坳桉树林的土壤有机质含量依次减少，分别为52.45、50.57、42.96和39.04 g·kg-1。

从土壤氮、磷、钾的全量来看，白水寨毛竹林土壤的全氮和全磷含量均最高，分别为2.25、0.86 g·kg-1，但该林分全钾含量最低，仅为14.42 g·kg-1；土壤全氮含量最低的是下排马尾松林，全磷含量以烂泥坳桉树林最低，但下排马尾松林的全钾含量却是最高的，达 27.24 g·kg-1。从碱解氮、有效磷和速效K来看，白水寨毛竹林均为最高，分别为213.88、1.98、72.71 mg·kg-1；土壤碱解氮含量最低的为下排马尾松林，仅为 75.38 mg·kg-1；土壤有效磷含量除白水寨毛竹林外，其他林分间差异不显著，均处于同一水平，为1.46～1.55 mg·kg-1；土壤速效钾含量最低的为天然居针叶混交林，仅为37.81 mg·kg-1。

表3　不同林分土壤养分Table 3　The soil nutrients of different forest stands

2.3不同林分土壤综合评价

2.3.1主成分选取利用SPSS19.0对土壤理化性质进行主成分分析，结果如表 4。计算得出前三个主成分的特征值均大于 1，方差贡献率分别为74.14%、11.60%、7.50%，累计贡献率达93.25%，说明前3个主成分能够反映土壤理化性质93.25%的信息。因此，选择前3个主成分进行综合评价较为合理。

表4　方差分解主成分提取分析Table 4　Principal component analysis by variance decomposition

2.3.2主成分得分及综合得分利用SPSS19.0计算出前3个主成分中各个指标对应的系数，并与标准化后的数据相乘，得到主成分表达式F1、F2、F3；再根据每个主成分的特征值计算出主成分综合得分模型F如下（表5）：

表5　综合主成分值Table 5　Comprehensive value of principal component

其中X1～X14分别代表土壤容重、毛管持水量、毛管持水率、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通气孔隙度、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾。

根据主成分综合得分模型以及标准化后的数据，对不同林分土壤特性进行综合评价，如表5所示。6种林分土壤特性综合得分最高的为白水寨毛竹林，说明该林分土壤理化特性最好；天然居针叶混交林、下鹿角幼杉林、水缸阔叶林和烂泥坳桉树林的综合得分值依次降低；综合得分值最低的为下排马尾松林，说明下排马尾松林的土壤理化特性最差。

3　讨论

土壤物理性质是反映土壤通气度、透水性［11］，抗蚀性、保水保肥能力、植物根系的延伸状况［12］以及土壤物质转化能力的重要指标。白水寨毛竹林和天然居针叶混交林的土壤容重都很小，而其他各项物理特性指标均处于较高的水平，说明白水寨毛竹林和天然居针叶混交林土壤疏松多孔，通气透水性优良，持水性能较高，这可能与林分受人为影响有关。水缸阔叶林在土壤容重、毛管持水特性以及孔隙度方面表现良好，土壤在通气透水、涵养水源方面也较好；下鹿角幼杉林和烂泥坳桉树林的土壤容重、毛管持水特性和孔隙度等较为相近，土壤的疏松程度、通气透水性以及持水能力等均处于中等水平。下排马尾松林的土壤容重最大，其他各项物理特性指标均处于较低水平，说明该林分土壤较为紧实，土壤的通气透水性以及持水能力相对较差，这与目前对马尾松和桉树纯林的研究结果相近［13—15］。

土壤养分是土壤中能够直接或经过转化而被植物吸收的矿质元素，土壤养分指标能够较好地反映土壤的肥沃度。白水寨毛竹林除全钾含量低于其他林分以外，其他各项养分指标均为最高，土壤肥沃，这可能与经营者施肥措施以及林地处于山谷立地有关。天然居针叶混交林的土壤有机质含量较高，但氮和磷的全量与有效量都偏低，全钾和速效钾的含量也较低，其原因有待探讨。下鹿角幼杉林的土壤全氮含量以及速效钾含量均较高，而其他各项养分指标都处于中间水平，该林分属于人工林，土壤养分等受人为因素影响较大。水缸阔叶林土壤除碱解氮和全磷含量相对较高以外，其余指标均处于中等或偏低水平，这可能与该林地立地条件或人为干扰有关。烂泥坳桉树林和下排马尾松林除土壤全钾含量较高以外，其他各项养分指标均处于中等或较低水平，土壤养分状况较差。这与各林分的树种、纯林经营、地力衰退有关。公园管理方应采取适当措施对这类情况的林地进行管理改造，如适当增加有机肥，套种其他阔叶树种进行林分改造等。

采用主成分分析法对各林分土壤理化性质进行综合评价，得出翁源青云森林公园林地土壤理化特性优劣依次为：白水寨毛竹林 ＞ 天然居针叶混交林 ＞ 下鹿角幼杉林 ＞ 水缸阔叶林 ＞ 烂泥坳桉树林＞ 下排马尾松林。

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Study on Physical and Chemical Properties of Different Stands in Qingyun Forest Park of Wengyuan County

HUANG Hua-rong1，DONG Qi-yu2，YANG Ya-hui2，HU Rou-xuan2，CHEN Hong-yue2
（1.Lingnan Comprehensive Surveying and Designing Institute of Guangdong Province，Guangzhou 510520，Guangdong China；
2.College of Forestry and Landscape Architecture，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong China）

To provide

for natural resource protection and management，six types of stands in Qingyun forest park were used as soil samples and their physical and chemical properties were comprehensively evaluated by principal component analysis（PCA）. Based on the PCA comprehensive evaluation results，the superior order of 6 forest stands were ranked as follows： Phyllostachys heterocycla forest of Baishuizhai ＞ coniferous mixed forest of Tianranju ＞ broad-leaved forest of Shuigang ＞ Chinese fir plantation of Xialujiao ＞ eucalyptus plantation of Lanni’ao ＞ masson pine plantation of Xiapai.

soil；physical and chemical property；principal component analysis

10.3969/j.issn.1009-7791.2015.02.010

S714.2

A

1009-7791（2015）02-0135-05

2015-04-27

广东省林业科技创新项目（2014KJCX015）

黄华蓉，硕士研究生，工程师，从事林业规划与调查研究。E-mail： gzscaurong@163.com

注：陈红跃为通讯作者。E-mail： chenhongyuetz@126.com