小钦岛土壤理化性质及其影响因子

韩春梅，衣华鹏，位 彬，高 猛，兰思群，刘宗元

(1.鲁东大学资源与环境工程学院, 山东 烟台 264025；2.中国科学院烟台海岸带研究所, 山东 烟台 264003)

土壤是地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层[1]，是陆地生态系统的重要组成部分，是环境与生物相互作用的产物，也是陆地生态系统中物质与能量相互交换的重要场所[2].土壤中储藏着氮、磷、钾等营养物质，其对于植物的生长起着关键性作用，直接决定了生态系统的结构、功能及生产力水平[2].

庙岛群岛位于黄渤海交界处，连接胶东半岛与辽东半岛，系京津之门户，扼渤海之咽喉，32个岛屿散居于渤海陆架之上，由于其战略地位的重要性，故历来为国家所重视.海岛作为一个相对独立而又特殊的陆地生态系统，不仅是重要的生态功能储存库，维护国家权益的重要平台，也是人类居住的载体以及保护与利用海洋的支点，这些突出了研究海岛土壤理化性质的重大意义.目前，国内外的许多专家学者对土壤的理化性质及其影响因素已经进行了广泛研究.而对于海岛土壤的研究尚不深入，关于庙岛群岛的研究更少，研究表明：庙岛群岛北五岛的土壤养分受到景观类型和景观格局破碎度、边缘效应的影响[3]；南长山岛不同土地利用方式下森林土壤有机碳密度与坡度、海拔相关性不显著，与土壤全氮、有机质含量呈显著正相关[4]；庙岛群岛南五岛净初级生产力(NPP)与土壤pH、速效磷、全磷、全钾呈显著负相关，与全氮、总碳、总有机碳呈显著正相关[5].以上研究大多是以庙岛群岛多个岛屿为研究对象，每个岛屿采样点较少，数据不全面，没有形成系统的海岛土壤研究分析方法，而对单个岛屿的土壤理化性质研究更是鲜见报道.

小钦岛是庙岛群岛中离陆地较远、受人类活动影响最小的人类长居岛屿.对小钦岛土壤理化性质进行研究，旨在丰富、加深对庙岛群岛土壤的研究，为海岛的生态保护和开发提供参考.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

小钦岛隶属于山东庙岛群岛北五岛之一，位于山东烟台东北部，处于胶东半岛与辽东半岛之间，黄渤海交界地带，东临黄海，西濒渤海，地理范围38°20′07″～38°21′28″N，120°50′20″～120°51′06″E之间，岛屿面积1.14km2，海岸线长6.44km，岛上现居人口1000人左右.小钦岛山体大致呈东北-西南走向，最高点海拔145m左右.小钦岛属于东亚季风型气候区，年日照总时间平均为2612h，年平均气温为12.0℃，年平均降雨量为537.1mm[6].

1.2 研究方法

1.2.1野外调查与采样 分别于2016年10月和2017年5月，对小钦岛开展实地调查，选取典型样地进行土壤样品采集与植被调查，在东、南、西、北、东南、西南、西北和东北8个方向各设置一条纵向样带(图1)，并在每条纵向样带的中部分别设置一条垂直于纵向样带的横向样带，构成“十字架”型样带布设.每条样带设置样方面积为5m×5m，样方间隔为20m.采样时先清除地被物，环刀采土装密实袋、带回实验室测含水量，按S形取5个样点混合样1kg左右，装入密封袋中并编号，共采集148个土样，并记录样方内植物的物种特性.将采回的土样带回实验室，自然风干约7d后，按照不同的测试项目要求研磨过筛，制成土壤分析样品，装入密封袋中编号备用.

图1 小钦岛研究区域及采样点分布Fig.1 Map of the study area and sampling sites on Xiaoqin Island

1.2.2实验方法与数据处理 砾石含量用电子分析天平测得，环刀法测土壤含水量，土壤中铵态氮、速效磷、速效钾和有机质均用土壤养分速测仪TPY-IV测定， pH用PHS-3C型酸度计测得.数据分析，采用Excel2010对数据进行预处理，基于SPSS24.0，进行皮尔逊(Pearson)相关性分析、单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差数法(LSD)多重比较.

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质分析

研究表明(表1)，小钦岛土壤砾石平均含量20.4%，约占单位体积土壤的1/4，属于多砾质土，砾石的形成主要与其母岩有关，小钦岛上发育的母岩主要为变质石英岩，石英岩是由石英砂岩或硅质岩经热变质作用而形成，坚硬致密，不易风化、破碎，呈块状构造[7].

土壤的N、P、K含量制约着植物的生长发育，是评定土壤养分不可或缺的因子，土壤有机质是土壤肥力的物质基础，是土壤形成发育的主要标志，有机质的含量、组成和性质随气候、生物条件而呈现有规律的变化[8].参照全国第二次土壤普查土壤养分分级标准[8]，从平均水平来看，铵态氮含量为23.67 mg/kg，属于五级水平，速效钾为212.77 mg/kg，属于一级水平，速效磷为16.15 mg/kg，属于三级水平，有机质为28.34 g/kg，属于三级水平.速效钾偏高，原因为小钦岛土壤发育母质中含有云母等矿物成分，土壤黏土矿物以水化云母为主，故检测土样中速效钾含量较高.

表1 小钦岛土壤理化性质的统计分析值Tab.1 Statistical analysis of soil physical and chemical properties on Xiaoqin Island

pH值是土壤重要的基本性质，也是影响土壤肥力的因素之一，它不仅影响土壤的形成、属性和土壤养分的存在状态、转化和有效性，而且还影响微生物的活动和植物的生长[8].对采集土样进行测定，结果显示，小钦岛土壤的pH值平均为5.72，按土壤pH值分级标准，小钦岛土壤呈微酸性.

2.2 土壤理化性质相关性分析

地理要素相关性分析的任务是揭示地理要素之间相关关系的密切程度[8].由表2可知，有机质与含水量、铵态氮、速效磷均呈显著正相关，与速效钾呈显著负相关.这表明，土壤有机质在改善土壤质地、提高土壤肥力等方面有着重要的作用.有机质与含水量、铵态氮、速效磷均呈显著正相关，原因为有机质中含有丰富的植物所需的碳、氢、氧、氮、磷等营养元素，以及多种微量元素.由于钾元素主要来自母质，植被覆盖度低的样方内土壤的主导成土因素则为母质，土壤速效钾含量较高，所以速效钾与有机质呈显著负相关.

表2 小钦岛土壤各项理化性质相关系数Tab.2 Correlation coefficient of soil physical and chemical properties on Xiaoqin Island

注：“**”在0.01级别(双尾)相关性显著；“*”在0.05级别(双尾)相关性显著

2.3 土壤理化性质的影响因素

本研究区域为整个小钦岛，由于小钦岛各地海拔高度差异较小，由海拔高度引起的水热条件差异不明显，本研究着重探讨植被、坡向对小钦岛土壤理化性质的影响.

2.3.1 植被对土壤理化性质的影响分析 调查发现，小钦岛上生长的植物群落主要为黑松林、刺槐林及黑松×刺槐混交林，其中以黑松林为主.根据表3，3种植物群落乔木高度、灌木丛径及草本覆盖度存在显著差异(p<0.05)：①黑松林的乔木高度显著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林.②刺槐林下的灌木丛径显著高于黑松×刺槐混交林，且黑松×刺槐混交林下的灌木丛径显著高于黑松林.③刺槐林下的草本覆盖度显著高于黑松×刺槐混交林和黑松林.根据表4，3种植物群落的土壤各项指标除pH值外，其余5项指标均表现出了显著的差异(p<0.05)：①刺槐林和黑松×刺槐混交林下土壤含水量显著高于黑松林.②刺槐林下土壤铵态氮和速效磷显著高于黑松×刺槐混交林和黑松林，且黑松×刺槐混交林下土壤铵态氮和速效磷显著高于黑松林.③黑松林下土壤有机质显著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林,但速效钾含量显著高于刺槐林.

表3 小钦岛不同植物群落物种特性统计特征Tab.3 Statistical characteristics of species in different plant communities on Xiaoqin Island

注：表中数据均为均值±标准差，小写英文字母为多重比较(LSD法)，同列间不同字母表示差异显著(p<0.05)，下同

表4 小钦岛不同植物群落土壤理化性质统计特征Tab.4 Statistical characteristics of soil physical and chemical properties in different plant communities on Xiaoqin Island

2.3.2 坡向对土壤理化性质的影响分析 山体的坡向主要是通过影响山地的光照条件、降水和温度等因素而间接影响土壤理化性质的.小钦岛的东坡、南坡和东南坡为阳坡，西南坡和东北坡为半阳坡，西坡为半阴坡，北坡和西北坡为阴坡.根据表5，不同坡向的灌木高度和草本覆盖度存在显著差异(p<0.05)：①阴坡和半阴坡的灌木高度显著高于半阳坡和阳坡，且半阳坡的灌木高度显著高于阳坡.②阴坡的草本覆盖度明显高于半阳坡和阳坡，与半阴坡无显著差异.根据表6，不同坡向土壤含水量、速效钾、速效磷及有机质差异显著(p<0.05)：①阴坡、半阴坡土壤含水量显著高于半阳坡、阳坡含水量.②阳坡和半阳坡速效钾显著高于阴坡、半阴坡.③阴坡和半阴坡有机质显著高于阳坡和半阳坡，速效磷显著高于阳坡.

表5 小钦岛不同坡向植被统计特征Tab.5 Statistical characteristics of different slope vegetation on Xiaoqin Island

表6 小钦岛不同坡向土壤理化性质统计特征Tab.6 Statistical characteristics of soil physical and chemical properties at different slopes on Xiaoqin Island

2.4 讨论

2.4.1 植被类型对土壤理化性质的影响 植物和环境的关系是地理学研究的重要内容之一，植物和土壤因子之间的关系已被广泛讨论[9].土壤是植物赖以生存的基础，为植物提供了养分与水分，植物又通过枯枝落叶将养分返还到土壤中，两者紧密相连[10].刺槐林喜光，不耐荫庇，抗风性差，喜土层深厚、肥沃、疏松、湿润的土壤，故刺槐林下灌木丛径和草本覆盖度较高；黑松林为针叶林，喜光、抗旱，透光性好，土层薄，砾石含量高，土壤贫瘠，林下适于喜阳、耐旱、抗风的灌木和草本[11]，即黑松林的特点与刺槐林相反，故其乔木高度及林下灌木和草本的情况也相反，黑松林的乔木高度显著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林，据野外调查发现，小钦岛黑松林主要生长在迎风坡，受海风、海浪影响较大，使得乔木高度显著低于刺槐林；刺槐林下的灌木丛径显著高于黑松×刺槐混交林，且黑松×刺槐混交林下的灌木丛径显著高于黑松林，刺槐林下的草本覆盖度显著高于黑松×刺槐混交林和黑松林.植被对土壤养分的分布有明显影响，刺槐林和黑松×刺槐混交林林下草本覆盖度较高，截留雨水能力较强，含水量较高，这与纪文婧等(2016)研究结果类似[12]；不同林分林下植被种类不同，其土壤养分合成与积累能力不同，刺槐林灌木丛径、草本覆盖度较高，土壤铵态氮、速效磷、有机质含量也较高，速效钾与有机质呈显著负相关，故速效钾含量偏低，土壤养分含量与植被长势及种类密切相关,这与李小倩等(2016)研究结果类似[13].刺槐属于豆科植物，具有较强的固氮能力，刺槐林枯枝落叶和灌木、草本的有机残体归还量较黑松林多，且阔叶比针叶易分解，较强的腐殖化作用使刺槐林下土壤表层铵态氮、速效磷、有机质明显高于黑松林.研究表明，植被群落类型对林下土壤的理化性质有重要影响.但是，由于黑松抗海风、抗逆性强，在不适宜刺槐生长的迎风坡可以较好地生长，对于海岛涵养水源、防风固土等起到重要作用.综观全岛，森林植被以黑松林为主，黑松因其抗逆性强，更适宜在海岛地区生长，是海岛地区不可替代的、防风固土的优良树种.

2.4.2 坡向等因素对土壤理化性质的影响 在山地环境条件下，植物的生存受大地形因子(海拔)和小地形因子(坡向和坡位)的共同影响[14].坡向是山地的主要地形因子之一，坡向影响了地面与风向的夹角和坡面接受的太阳光辐射，使得不同坡向之间的光、热、水、土和植被的分布均受到影响[15].阳坡和半阳坡属于迎风坡，水土流失严重，土壤贫瘠，植被长势差，且受海风影响显著，灌木高度显著低于阴坡和半阴坡；阴坡和半阴坡属于背风坡，水土保持较好，土壤发育程度较阳坡和半阳坡好，植被长势较好，草本覆盖度显著高于阳坡和半阳坡.根据表6，阴坡和半阴坡土壤含水量显著高于阳坡和半阳坡，这主要因为阴坡和半阴坡的草本覆盖度高于阳坡和半阳坡，且阳坡和半阳坡接受的太阳辐射多，地面温度较高，蒸发强烈，故阴坡和半阴坡土壤含水量高于阳坡和半阳坡；阴坡和半阴坡速效磷和有机质显著高于阳坡和半阳坡，速效钾显著低于阳坡和半阳坡，原因为阳坡和半阳坡坡度较陡，砾石含量较高、土质松散，水土流失作用较强，土壤有机质矿化度高，腐殖质积累较少，造成速效磷和有机质含量偏低；速效钾主要来自母质，与有机质呈显著负相关，故速效钾含量偏高，这与朱云云等(2016)研究结果一致[14].研究表明，坡向也是小钦岛土壤理化性质的一个主要影响因子.

3 结论

(1)小钦岛大部分属于三级土壤，速效钾、速效磷、有机质含量均较高，土壤较肥沃，pH值平均为5.72，土壤呈微酸性.土壤主要养分之间存在一定的相关性，有机质与含水量、铵态氮、速效磷均呈显著正相关.

(2)植被作为五大成土因素之一的生物因素,主要通过影响生态环境而对土壤产生影响.刺槐林下的灌木丛径和草本覆盖度均较黑松林高，相应土壤含水量、铵态氮、速效磷、有机质含量也较高，土壤养分含量与植被长势及种类密切相关.小钦岛的主要乔木树种为黑松，其抗逆性强，更适应海岛生态环境，是海岛地区不可替代的、防风固土的优良树种，

(3)作为地形因素的山体坡向对土壤发育有一定影响，小钦岛阴坡土壤发育程度较阳坡好.阴坡与半阴坡的灌木高度显著高于阳坡与半阳坡，土壤含水量、速效磷和有机质含量也相应显著高于阳坡与半阳坡，研究表明坡向是小钦岛土壤理化性质的重要影响因子之一.