海南吊罗山自然保护区土壤磷研究

王文蕾++王旭+朱美玲++林灯++梁卿雅++邹耀进++李超++王鑫瑶++吴挺芳++王春新

摘要：以海南吊罗山自然保护区4种类型森林（热带山地雨林原始林、热带山地雨林次生林、热带低地雨林原始林、热带低地雨林次生林）为研究对象，分析其土壤磷含量、氮磷比及磷密度分布情况，以期揭示土壤全磷分布特征，估算土壤磷储量。结果表明：（1）各样地土壤全磷含量平均值在剖面垂直分布上随土壤深度增加而减少，而同一样地全磷在土壤剖面无明显分布规律。（2）土壤氮磷比随土壤深度增加而降低，全磷、全氮、氮磷比均为中等变异。（3）不同样地土壤磷密度相差很大，介于130.07～442.69 g/m2之间。（4）4种类型森林土壤磷含量总体上呈现随土壤深度增加而降低的趋势，不同类型森林同一土层土壤磷含量存在差异。吊罗山土壤平均全磷含量为 0.192 g/kg，0～100 cm 土层土壤磷储量平均值为21.5 t/hm2。（5）吊罗山土壤磷含量空间异质性中等，4种森林0～50 cm土层的磷密度贡献率变化范围为53%～56%，0～50 cm土层与50～100 cm土层的磷密度贡献率相差不大。

关键词：土壤；磷含量；氮磷比；磷密度；吊罗山

中图分类号：S714文献标志码：A文章编号：1002-1302（2017）06-0273-04

热带雨林动植物种类丰富、结构复杂，具有强大的生态系统功能，在气候调节、水土保持、生物多样性保护等方面发挥着重要作用。森林土壤不仅为植物提供生存环境，也为其提供生长发育所必需的水分、营养等。森林土壤养分是否充足将直接影响林木的生长发育状态。磷是土壤养分的重要组成因子，不仅是植物生长发育所必须的大量营养元素，也是限制植物生长发育的因素之一，尤其在热带雨林生态系统表现更明显[1]。植物所利用的磷素，主要来源于土壤，它是组成植物体许多化合物的重要成分，在植物体生长和代谢过程中发挥着不可替代的作用[2]，磷不仅具有促进树皮再生、根系生长、树围增大以及提高林木种子产量的功能，还具有增进植物抗病性、抗寒性、抗旱性的能力[3]。土壤环境中较低的磷含量会导致树木对土壤营养吸收和贮备不足，将直接影响林木的生长发育[4]。在多数生态系统中，土壤氮磷比是影响植被空间分布差异的主要原因，作为一个数字变量，氮磷比可反映氮磷元素对植物生长限制的转化梯度和趋势，明确植物群落或植物的生产力主要受到哪种养分元素的限制作用。

国内外对土壤全磷和有效磷的研究报道很多。针对磷素分级、磷素形态、磷的生物有效性及其影响因素[5-7]、吸附-解吸[8-10]的研究较多，还有大量磷素释放[11]、磷素利用效率[12]等的研究报道。严加亮对武夷山不同海拔土壤磷素的空间异质性进行了研究[13]，黄永涛等对海南岛霸王岭4种热带森林类型林地土壤养分状况进行了比较分析[14]，针对天然林磷素的分布特征及储量等方面的研究相对较少。

近年国内对土壤氮磷比也有研究，赵如金等对北固山湿地土壤氮磷的空间分布特征进行了研究[15]，陈思宇等对甘南高原土壤氮磷比空间异质性进行了研究[16]，刘雯霞等对青藏高原东缘高寒草甸不同功能群植物氮磷化学计量特征进行了研究[17]。

本研究以海南吊罗山自然保护区4种类型森林为研究对象，分析其土壤全磷含量、密度及氮磷比，揭示吊羅山自然保护区土壤全磷的分布规律，为森林土壤养分管理及森林土壤质量评价提供基础数据。

1研究区概况

吊罗山自然保护区是我国原始热带雨林区之一，位于海南省东南部18°40′～18°58′ N、109°45′～110°3′ E，地跨五指山、保亭、琼中、万宁、陵水等5个市（县）。该地区属于热带海洋季风气候区，年平均气温为24.6 ℃，最冷月（1月）平均气温为15.3 ℃，最热月（7月）平均气温为28.4 ℃，多年平均降水量为2 160 mm，年均相对湿度为85.9%，具有明显的干湿季气候特征，5—10月是雨季，11月到次年4月为旱季。保护区内地形复杂，坡度为50°～60°。成土母质为花岗闪长岩，土壤质地主要为山地黄壤与沙质红壤。

2研究方法

2.1样地设置

综合考虑吊罗山地区的地理环境、植被类型占比和空间分布情况以及调查采样的可实施性，确定本次研究包括4种森林类型：热带低地雨林原始林、热带低地雨林次生林、热带山地雨林原始林、热带山地雨林次生林，共设置了15块样地（50 m×50 m），样地基本概况如表1所示。

2.2土壤样品采集

将每个样地按网格法分成25个10 m×10 m的大样方，随机选择2个大样方进行土壤调查。土壤调查分为土钻法和剖面法。土钻法取样过程：在所选择的每个 10 m×10 m的大样方中各随机设置3个2 m×2 m的小样方，每个小样方内，按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm分层取土样，将3个小样方的同层次土壤组成该大样方该层次混合样品，带回实验室。剖面法采样过程：选择一个受人为干扰较少、可代表该大样方植被结构和土壤类型的地段，挖取1个 1 m×1 m×1 m的土壤剖面，用环刀按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm分层取样，每层各取3个土壤样品，分别称鲜质量并记录，带回实验室。

2.3土壤样品处理

将土钻法取得的样品放在牛皮纸上，自然风干，并去除根系、动植物残体、石块等杂物，采用四分法取约500 g样品，磨碎过2 mm筛，装袋备用。剖面法取得的样品放入烘箱烘干称质量并记录。土钻法获得的土壤样品用于土壤总磷及总氮的测定，剖面法获得的土壤样品用于土壤容重的测定。

2.4土壤样品分析方法

采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定土壤全磷，采用半微量开式法测定土壤全氮，筛分法测定粒径大于2 mm砾石的含量[18]。

2.5土壤全磷密度计算方法

土壤全磷密度（STPi）是指单位面积一定深度的土层土壤磷储量，某土层（i）土壤全磷密度计算公式如下：

STPi=Pi×Di×Ei×（1-Gi）/100。

式中：Pi为土壤全磷含量（g/kg），Di为土壤容重（g/m3）；Ei为土壤厚度（cm）；Gi为直径大于2 mm的砾石所占体积百分比（%）。

某一土壤剖面全磷密度为该剖面各层STPi之和，即：STP=∑STPi。

2.6数据统计与分析

采用Excel 2007对数据进行处理以及图表制作。

3结果与分析

3.1吊罗山自然保护区森林土壤全磷含量特征

由图1可知，各样地、不同土层的磷含量介于80～460 mg/kg 之间，最小值出现在2号样地的50～100 cm土层，最大值出现在8号样地的0～10 cm土层。0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm 5个土层的土壤全磷含量平均值分别为240、210、190、170、170 mg/kg，由此可见，吊罗山自然保护区各样地土壤全磷含量平均值在剖面垂直分布上呈现随土壤深度增加而减少的规律。各样地土壤全磷含量差别较大，同一样地、不同土层间土壤全磷含量也无明显的分布规律，这表明吊罗山自然保护区土壤全磷含量有一定的时空差异性，这与范美莉等对海南琼中橡胶林土壤磷储量研究结果[3]基本一致。在自然森林生态系统中，土壤全磷主要来自成土母质，因此这可能是土壤风化、淋溶作用强度的差异所致[14]。

3.2吊罗山自然保护区土壤氮磷比分布特征

将各样地土壤全磷、全氮以及氮磷比进行统计学分析，用平均值表示样本中心趋向的分布，用标准偏差和变异系数表示样本的变异程度。结果（表2）表明，土壤氮磷比均随土壤深度的增加而降低。变异系数（CV）反映系统空间变异性的大小，一般情况下，CV≤0.01时表示样本的变异性较弱，0.01

3.3吊罗山自然保护区森林土壤全磷密度

由图2可知，各样地土壤全磷密度相差较大，15块样地

全磷密度介于130.07～442.69 g/m2之間，2号样地土壤全磷密度最低，5号样地土壤全磷密度最高。吊罗山自然保护区各样地土壤全磷密度平均值为231.85 g/m2。

3.4不同森林类型土壤磷含量和磷密度的比较分析

3.4.1土壤磷含量研究由图3可知，4种森林类型土壤磷含量整体上呈现随土壤深度增加而降低的趋势。各类型森林同一土层土壤磷含量不同，由于不同森林类型优势物种、群落结构等不同，不同物种对磷的吸收利用能力不同，因此可能导致土壤磷含量的差异。热带低地雨林次生林、热带山地雨林次生林土壤磷含量垂直变化明显，均随着土壤深度的增加而降低。2种森林类型表层土壤磷相对较高，可能是因为随着枯枝落叶的分解，植物吸收利用的磷重新归还到土壤表层，在土壤表层呈现磷的相对富集。热带低地雨林原始林土壤磷含量在20～30 cm土层出现最大值，热带山地雨林原始林土壤磷含量在10～20 cm土层出现最大值，可能与这2种类型森林土壤全磷易向下淋洗有关[4]。

3.4.2土壤磷密度研究为了更好地比较4种类型森林不同土层磷密度，各土层仅计算10 cm厚土壤磷密度。由图4可知，热带低地雨林次生林土壤磷密度介于23.33～28.13 g/m2 之间，热带山地雨林次生林土壤磷密度介于 19.42～31.04 g/m2之间，热带低地雨林原始林土壤磷密度介于15.94～22.32 g/m2之间，热带山地雨林原始林土壤磷密度介于18.26～25.51 g/m2之间。热带低地雨林次生林和热带山地雨林原始林土壤磷密度随土壤深度增加而降低。热带山地雨林次生林各层土壤的磷密度从大到小排序为10～20 cm>20～30 cm>0～10 cm>30～50 cm>50～100 cm，热带低地雨林原始林各层土壤的磷密度从大到小排序为20～30 cm>30～50 cm>0～10 cm>10～20 cm>50～100 cm。

由图3和图4可知，4种森林类型中，只有热带低地雨林次生林的土壤磷含量和磷密度随土壤深度增加而降低，说明热带低地雨林次生林土壤状况相似，土壤质地、结构变化较小。其他3种类型土壤状况有差异，土壤质地、结构变化较大。

3.4.30～100 cm土层磷密度研究由图5可知，4种森林类型中，0～100 cm土层磷密度最高的为热带低地雨林次生林（247.58 g/m2），其次为热带山地雨林次生林（223.15 g/m2），再次为热带山地雨林原始林（206.25 g/m2），最低的为热带低地雨林原始林（184.52 g/m2）。0～10、0～20、0～30、0～50 cm土层磷密度贡献率能反映土壤磷素的垂直分布[16]。吊罗山4种类型森林0～10、0～20、0～30、0～50 cm土层的贡献率依次分别为热带低地雨林次生林：11%、22%、33%、53%；热带山地雨林次生林：11%、25%、37%、56%；热带低地雨林原始林：11%、22%、34%、57%；热带山地雨林原始林：12%、24%、35%、56%，各土层对土壤磷素贡献率变化不大。

4结论与讨论

4.1吊罗山自然保护区森林土壤全磷含量

吊罗山自然保护区内各样地土壤全磷含量在剖面垂直分布上呈现随土壤深度增加而减少的规律。而同一样地全磷在土壤剖面无明显分布规律，与范美莉等对海南琼中橡胶林土壤磷储量研究结果[3]及干友民等对川西北亚高山草地不同退化梯度草地土壤养分变化的研究结果[19]一致。

4.2吊罗山土壤氮磷比分布特征

吊罗山自然保护区内各样地土壤氮磷比均随土壤深度的增加而降低，不同样地间土壤全氮、全磷、氮磷比均为中等变异。全磷、氮磷比的变异程度均呈现出波动趋势，而全氮的变异程度呈现出先增加后减少的趋势，不同土层间氮磷比变化不大。

4.3吊罗山自然保护区森林土壤全磷密度

各样地土壤全磷密度分布规律不明显，存在较大差异，一方面可能由于土壤磷密度不仅与土壤磷含量有关，也与土壤物理性质有关，而不同样地的森林类型、植被类型、土壤类型不同，导致土壤物理性质的差异；另一方面也可能与不同样地森林受人类干扰程度不同有关。

4.44种类型森林土壤磷含量和磷密度研究

4种森林类型土壤磷含量总体上呈现出随土壤深度增加而降低的趋势。各森林类型同一土层土壤磷含量不同。4种森林土壤磷含量不同，一方面由于不同森林生物组成、生物量以及林内环境不同，动物及微生物残体存在差异，致使进入林地土壤中有机物的量不同；另一方面不同森林微生物活动、淋溶强度等不同[20]，都会导致磷含量不同。

吊罗山土壤全磷含量平均值为0.192 g/kg，远低于我国第2次土壤普查结果（全磷含量0.44～0.85 g/kg）[13]，可能是因为吊罗山自然保护区为天然林，受人为干扰较少，肥力多来自凋落物分解和母质层风化，全磷积累较少。植物所能直接利用的磷是速效磷，由于全磷量中土壤速效磷只占其中的极小部分，而且土壤中速效磷与全磷很多时候不具相关性，因此土壤全磷一般不能作为土壤磷素供应水平的确切指标[21]。虽然土壤全磷含量的高低与植物磷素营养的关系不密切，全磷含量高时并不意味着磷素供应充足，但当全磷含量低于 0.8 g/kg时，土壤常出现磷供应不足。研究区各样地土层全磷含量仅为0.183 g/kg，由此可知研究区土壤磷供应不足[22-23]。

4种森林中，只有热带低地雨林次生林土壤磷含量和磷密度随土壤深度增加而降低。土壤磷储量平均值为 21.5 t/hm2。

4.50～100 cm土层磷密度研究

4种森林0～50 cm土层的磷密度贡献率变化范围为53%～57%，可以看出0～50 cm土层磷密度贡献率与50～100 cm土层磷密度贡献率相差不大。由于土壤表层土与深层土全磷的差异主要是有效磷的差异，而有效磷一般集中在土壤表层，且占全磷比例小，因此0～50 cm土层磷密度贡献率大于50～100 cm土层，但二者相差不大。

致谢：感谢吊罗山刘海伟站长在采样过程中给予的帮忙与照顾；感谢实验室的旷春兰老师和杨照坤老师在实验仪器的用法等方面给予的指导；还要感谢李佳灵、张晓琳、王帅等在采样过程中的帮助。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.071