华西雨屏区不同林分类型对土壤化学性质的影响

赖世会, 江全富, 贾晨, 严贤春

1.四川省林业科学研究院，四川 成都 610081；

2.西华师范大学，四川 南充 637002；

3.资阳市自然资源和规划局，四川 资阳

森林土壤是林木生长的载体，也是森林生态系统物质循环和能量流动的重要场所，土壤的最大特征就是具有肥力，为森林的存在和发展提供物质基础[1-2]，近年来随着林地面积的不断扩大，一部分人工林出现了明显的衰退状况[3-8]。诸多国内外学者持续关注不同林分类型对土壤理化性质的影响[9-13]。赵伟文[3]等人研究表明不同林分土壤理化性质差异较大，样地内土壤肥力保存量不高；刘国顺[14]等人研究表明，鸡公山不同林分类型由于植被组成不相同，其土壤理化性质差异明显；而赵江宁[1]等人研究表明长岗山不同林分土壤各指标含量差异不显著。研究区洪雅属于华西雨屏区，地理位置特殊从而气候环境特殊，在频繁降雨、农事活动等叠加效应下，导致土壤养分流失非常严重，但由于植被类型多样，且对土壤养分保持能力尚不清晰。因此，为了探索该区域不同林分是否对土壤化学性质造成明显差异，以洪雅县八面山杉木纯林、柳杉纯林、鹅掌楸纯林和柳杉×楠木混交林为研究对象，通过测定各林分的土壤化学指标，探索树种组成差异与土壤化学性质之间的关系。土壤供磷、钾强度与土壤中磷钾的积累、贮存和转化等方面有关，因此通过分析土壤营养元素含量差异及供应强度揭示不同植被对土壤肥力的影响，为四川地区人工林生态系统的恢复与更新提供参考依据。

1 研究区概况

研究区位于四川省眉山市洪雅县八面山，八面山地理坐标为东经 103°18′4″，北纬 29°47′2″，该研究区属中亚热带湿润气候，年降雨量1435.5 mm，年日照 1006.1 h，年无霜期 307 d，年平均气温 16.6 ℃。研究区属于已轮作两次的人工林，纯林几乎没有地下植被，混交林林下植被主要为蕨类，其中杉木纯林、柳杉纯林、鹅掌楸纯林、柳杉×楠木混交林的海拔分别为 1012 m、1084 m、1145 m、1190 m，土壤类型均为黄壤，杉木、柳杉纯林都处于西北坡，鹅掌楸纯林和柳杉×楠木混交林位于东北坡。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

2019年，在洪雅八面山四种林分类型分布区内排除边缘效应设置临时样地，样地大小均为20 m×20 m，对样地内的目标树种进行每木检尺，记录林木林龄、树高、胸径等。A为杉木纯林，B为柳杉纯林，C为鹅掌楸纯林，D为柳杉×楠木混交林。

2.2 土样采集及土壤物理化学性质测定

在每个样地内按s形选择5个点，每个点按0~10 cm（ 1）、 10~20 cm（ 2）、 20~40 cm（ 3）、40~60 cm（4）分层取土样，然后将5个点的同层土样混合，每层土样重量0.5~1.0 kg，每个样地取四份混合土样。

土壤化学性质主要测定pH值、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、和速效钾的含量等指标。土壤测定方法按照国家相关标准执行：其中土壤pH值的测定采用电位法，土壤有机质用油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定，土壤全氮用凯氏蒸馏法测定，土壤全磷用高氯酸硫酸法，土壤有效磷用碳酸氢钠或氟化铵－盐酸浸提—钼锑抗比色法测定，土壤全钾用氢氟酸、高氯酸消煮后火焰光度计法测定法，土壤速效钾用乙酸铵浸提法测定。

2.3 数据处理

利用SPSS22.0软件进行数据统计和分析，用单因素方差分析（one-way ANO-VA）比较不同林分类型土壤化学性质差异，Microsoft Excle 2010 对测定数据进行统计和制图。其中，土壤养分供应强度计算公式[15]为：

土壤供磷强度（%）=（土壤有效磷含量/土壤全磷含量）×100

土壤供钾强度（%）=（土壤速效钾含量/土壤全钾含量）×100

3 结果分析

3.1 不同林分类型的土壤pH值与有机质含量变化

四种林分的各层土壤pH值在4.02~5.33之间，呈酸性，且四种林分的土壤pH值均随土壤深度的增加而增加，不同林分同一土层的pH值也有所差异（见表1和图1）。多重比较（LSD）结果表明（见表1），A和B、C和D的土壤pH值无显著差异（P>0.05），A和C、A和D、B和C、B和D林分间的土壤pH值差异显著（P<0.05）。

表1 不同林分类型的生长情况Tab.1 Growth status of different stand types

图1 不同林分土壤平均 pH 值和有机质变化Fig.1 Changes of soil average pH value and organic matter in different stands

土壤有机质是土壤养分的主要来源，含有植物生长所需的各种养分。由图1知，四种林分类型土壤有机质在 20.41~103.18 g·kg−1之间，其中柳杉纯林 0~10 cm 的土壤有机质含量较高（103.18 g·kg−1），杉木纯林30~40 cm土壤的土壤有机质最低（20.41 g·kg−1）。每种林分的有机质含量都随着土壤层次的增加而减少，但不同林分类型的有机质无显著差异。

3.2 不同林分类型土壤营养元素含量变化

土壤全氮是衡量土壤有效氮供应情况的一个重要指标。土壤全磷不能直接表明土壤供应磷的能力，但全磷含量是一个潜在肥力指标，若土壤全磷含量低于 0.8~1.0 g·kg−1时就表现为磷供应不足[16-17]。测定结果显示（图2），四种林分在0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 土层全氮含量平均值分别为 1.22 g·kg−1、1.01 g·kg−1、0.83 g·kg−1、0.68 g·kg−1，且每种林分土壤全氮含量都随土层深度的增加而减少。

图2 不同林分土壤全氮、全磷、全钾含量变化Fig.2 Changes of soil total N, total P and total K contents in different stands

四种不同林分均表现为0~10 cm土层全磷含量高于10~20 cm，但是各土层间的差异极小。四种林分土壤全磷含量与全氮含量变化相似，也随土层深度的增加而减少，其中鹅掌楸纯林土壤全磷含量在各土层均最高，柳杉纯林在40~60 cm土层含量最低。

四种林分 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 土层全钾含量平均值分别为 17.16 g·kg−1、16.35 g·kg−1、17.97 g·kg−1、17.43 g·kg−1。杉木纯林、柳杉纯林、鹅掌楸纯林的土壤全钾含量随着土层的加深均存在上下波动，但柳杉×楠木混交林随着土层的增加全钾含量逐渐增加。

由图3可得，四种林分在0~10 cm、10~20 cm土层碱解氮含量平均为 153.66 mg·kg−1、115.46 mg·kg−1。每种林分土壤碱解氮含量变化趋势一致，均随土层深度的增加而减少，其中杉木纯林在0~10 cm土层中碱解氮含量最高，为 189.25 mg·kg−1，柳杉×楠木混交林在 40~60 cm 土层含量最低，为 53.67 mg·kg−1。

土壤有效磷含量是反应土壤供应磷素状况的较好指标[18]，从图3可以看出，四种林分土壤有效磷含量在 5.36~14.00 mg·kg−1之间变化且每种林分土壤有效磷含量变化趋势一致，均随土层深度的增加而减少，其中柳杉×楠木混交林在0~10 cm土层中含量最高，为 14.00 mg·kg−1，柳杉×楠木混交林在 40~60 cm 土层含量最低，为 5.36 mg·kg−1。

图3 不同林分土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量变化Fig.3 Changes of soil alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus and available potassium in different stands

土壤速效钾包括了交换性钾和水溶性钾[2]，其中主要来源于矿物钾风化的交换性钾是速效钾的主体，是植物根系吸收的直接钾素来源[19-20]。四种林分土壤速效钾含量在 80.96~119.21 mg·kg−1之间，均大于70 mg·kg−1，因此这四种林分土壤速效钾含量都比较丰富。其中杉木纯林、柳杉纯林随着土层的加深速效钾含量先增加后减少，鹅掌楸纯林、柳杉×楠木混交林随着土层的增加逐渐增加，且在各个土层中，柳杉×楠木混交林的速效钾含量都最高。

对不同林分类型土壤全氮、全磷、全钾、速效钾、有效磷、碱解氮进行单因素方差分析，结果表明不同林分类型的土壤全磷、全钾、速效钾、全氮存在显著性差异，有效磷、碱解氮无显著性差异。多重比较结果显示（见表2）B和D的土壤全氮含量差异性显著；A、B、D的土壤全磷含量无显著性差异；A、B、C的土壤全钾含量无显著性差异；A和B的土壤速效钾无显著差异；其它林分间土壤速效钾存在显著性差异；不同林分类型的土壤有效磷、碱解氮无显著差异。

表2 不同林分类型的土壤化学及养分含量Tab.2 Soil chemistry and nutrient content of different stand types

3.3 不同林分类型土壤磷、钾的供应强度变化

如表3，在0~10 cm土层的供磷强度最高的是杉木纯林（3.3%），在40~60 cm土层的供磷强度最高的是柳杉纯林（3.3%）。杉木纯林随着土层的加深土壤供磷强度逐渐减弱，鹅掌楸纯林土壤供磷强度随着土层的增加波动不明显，柳杉×楠木混交林则先增加后减弱，而柳杉纯林随着土层的加深土壤供磷强度先增加后减弱再增加。

表3 不同林分各土层的土壤磷、钾供应强度Tab.3 Soil P and K supply intensity in different soil layers of different stands (/%)

四种林分的土壤供钾强度与土壤供磷强度变化有所差异，在0~10 cm四种林分的土壤供钾强度差异不明显，在40~60 cm土层鹅掌楸纯林供钾强度最大(0.72%)，杉木纯林供钾强度最小(0.48%)。鹅掌楸纯林和柳杉×楠木混交林土壤供钾强度均随着土层增加而增加，柳杉纯林则为先增加后减小。

4 讨论

土壤pH值能综合反应土壤化学性质，主要取决于成土母质和过程及土壤溶液浓度，与土壤微生物的活动、土壤养分释放等有直接关系[21]。四种林分类型土壤pH值在4.02~5.33之间，呈酸性；杉木纯林与柳杉纯林、鹅掌楸纯林与柳杉×楠木混交林的pH值差异不显著，但针叶林和阔叶林差异显著且四种林分pH值依次递增，这可能是由于阔叶树种落叶晚，落叶分解产生的腐殖酸较少，土壤酸性较弱[22-23]。速效钾、全磷、全钾、全氮在四种林分间存在显著性差异，且同一土层在不同林分类型间土壤化学指标含量差异大。这可能是因为不同林木对土壤营养元素的吸收和归还能力不同，且各个层次的营养元素含量与不同深度的根系生长有密切关系[24]；也可能是由于地表枯枝落物、植物根系及根系分泌物形成的有机质及养分首先进入表层土壤，随着土层增加含量逐渐下降，因而表层土壤有机质含量高于深层土壤[25-26]。有效磷、碱解氮、有机质无显著性差异，可能是因为林龄较小，林木对土壤环境的作用尚不明显[27-28]。因此，造成这些元素无显著差异的原因尚不明确，需进一步跟进探索。四种林分土壤供钾、供磷强度也随林分类型不同而有所差异，这可能与植物的生长所需养分含量以及人为活动干扰等因素有关[29]。根据胡慧蓉[30]等人的研究表明华西雨屏区裸地土壤各养分含量均低于此次试验地柳杉纯林、柳杉×楠木混交林的土壤养分含量，但因调查林分林龄较小，研究结果适用范围比较局限，需跟进研究林龄更大时这四种林分的土壤化学性质变化，因此华西雨屏区更适合栽植何种林木使得土壤肥力最大需进一步调查研究。