韩江流域中下游林地土壤全磷含量特征及空间分布格局*

叶彩红 李莹莹 何 茜 丁晓纲

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，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）

磷是植物三大营养元素之一，是植物生长过程中必不可少的营养元素。植物生长所需的磷主要来源于土壤，因此土壤中磷的含量、有效性及供应能力直接制约植物的生长，此外，磷还会影响土壤微生物活动、凋落物分解以及碳、氮矿化等。从长远来看，磷是不可再生资源[1]，这也是磷元素成为限制森林生态系统中植物生长的重要原因[2]。磷的流向几乎是单向的，从土壤到植被最后向江河海移动[3]。随着全球气候急剧变化，显著改变了陆地磷动态。全球气候变暖、高降水及洪水等自然灾害，使得土壤磷含量减少[4]。

森林是陆地最大的生态系统，参与地球的生物化学及水循环。土壤是森林生态系统重要的组成成分之一，为森林动物、植物以及微生物的繁衍提供了必需的立地条件[5]。森林土壤养分是土壤肥力的组成部分，主要包括有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾等，直接影响植物的生长发育[6]。目前，已有众多学者对国内不同区域、不同气候带的土壤养分空间特征进行研究。如：福建省将乐国有林场杉木人工林土壤养分（pH、有机质、全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾）现状[7]、浙江省松阳县毛竹林土壤养分（pH、有机质、全氮、碱解氮、全钾、速效钾、全磷、有效磷）空间变异特征[8]、浙江省亚热带自然保护区土壤养分（pH、有机质、全氮、全钾）空间变异特征[9]、青藏高原不同类型草地土壤磷素分布特征[10]、桂林会仙湿地土壤养分（pH、有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、铵态氮）空间分布规律[11]等，研究区域主要集中在林场、自然保护区等地，而对流域尺度的林地土壤养分空间分布特征的研究相对较少。本研究以韩江流域中下游林地土壤为研究对象，分析韩江流域土壤养分全磷（Total Phosphorus，TP）含量及其空间分布特征，为该流域林地土壤TP 管理提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

韩江，是中国东南沿海的重要河流之一，是广东省的第二大流域。韩江流域的范围涉及广东、福建、江西3 省22 市县。韩江上游由梅江和汀江汇合而成，梅江为主流。其中梅江发源于广东省紫金县上峰，汀江发源于福建省宁化县的赖家山，于三河坝汇合后称韩江，由北向南流经广东省的丰顺、潮安等县，最后经汕头市注入南海。

研究区位于韩江流域中下游，即潮州市潮安区，地属亚热带海洋季风气候，雨量充沛，但分配不均，平均年雨量达到1 688.3 mm，全年降雨集中在4—9 月；气候温暖，夏长冬短，日照充足，全年日均气温21.4℃；季风盛行，东南季风为主；地形分布为北部山区丘陵，南部韩江两岸是冲积平原；林地主要植被为松、杉、桐、竹林、茶树、果园等。

1.2 样品采集与分析

2021 年8 月采用专题样点布点和空间随机样点布设相结合的方法，根据研究区森林植被类型、地形、气候特征、前期调查属性变异性，确定样本基本量（本研究n=81），并在韩江流域中下游林地土壤调查区域生成抽样网格，并利用无人机踏查及个调查专题点的高分辨DEM 衍生数据提取，并确定采样点的位置及调查路线[12]，如图1 所示。

图1 韩江流域中下游样点分布Fig. 1 Distribution of sampling points in the middle and lower reaches of the Hanjiang River Basin

将布设的样点坐标地位到林相图的地籍小班上，借助GPS 找到样点区域[13]。根据样点布设要求，在误差允许的范围内（所在小班在距离样点坐标半径100 m 以内）选择具有代表性的区域挖掘3 个剖面，每个剖面水平距离不小于10 m。剖面长1.2～1.5 m，宽0.8～1.0 m，土层深度较厚时应深达1.0 m。每个剖面分5 层（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）取样，由下至上分层取样，每个样品不少于500 g，每个样点共采集15 份土壤样品。土壤样品及时带回实验室，风干、研磨筛选后，进行全磷含量测定。

1.3 指标测定方法

土壤TP 含量采用《森林土壤磷的测定》LY/T1232—2015 进行测定[14]。

1.4 数据分析

用正态P-P 图检验数据是否符合正态分布。采用SPSS 20.0 软件对不同土层土壤TP 含量的最小值、最大值、平均值和标准差等进行描述性统计特征分析。使用ArcGis 10.7 软件绘制采样点的空间分布图和各土层TP 含量空间分布特征图。

2 结果与分析

2.1 韩江流域中下游林地土壤全磷含量特征

韩江流域中下游林地土壤TP 含量的描述性统计结果见表1。由表1 可知，0～20 cm（D1）、20～40 cm（D2）、40～60 cm（D3）、60～80 cm（D4）、80～100 cm（D5）的土层中TP 含量的平均值分别为363.955 mg/kg、240.361 mg/kg、236.358 mg/kg、231.469 mg/kg、234.154 mg/kg，土 壤TP的含量基本上呈现随土壤深度的增加而降低的规律。变异系数（CV）反映样点间数据的离散程度，CV＜20% 为低变异，20% ≤CV＜50% 为中等变异，50%≤CV＜100%为高度变异，CV ≥100%为极度变异[15]。研究区TP 的变异系数随土层顺序由上至下分别为70.76%、69.42%、69.84%、70.69%、72.51%，5 层土壤TP 的变异系数均处于50%～100%之间，变异程度为高度变异，其变异系数由小到大依次为D2＜D3＜D4＜D1＜D5。

表1 韩江流域中下游林地土壤TP 含量描述性统计特征Table 1 Descriptive statistics of soil TP content in the middle and lower reaches of the Hanjiang River Basin

韩江流域中下游林地不同土层正态性检验（P-P 图）结果显示，不同土壤TP 经对数转换后均符合正态分布。

2.2 韩江流域中下游不同土层TP 空间分布格局

韩江流域中下游不同土层TP 质量分数的空间分布如图2 所示。整体上，各层土壤TP 含量的空间分布不均，斑块状特征显著，表现出明显的空间异质性。D1 层TP 质量分数大于537 mg/kg 的区域位于中部，D1 层TP 空间分布格局为以该区域为最高值并向四周递减。D2 层TP 质量分数大于410 mg/kg 的区域较为分散，主要以西部和东南部为主，并逐步向周边递减；整体上，D2 层大致呈现四周高、中间低的特点。D3 层TP 空间分布特征与D2 层大致相同，表现为四周高、中间低的空间分布格局。D4 层TP 空间分布格局主要表现为，东部、中部及西南部均有部分区域含量最低，并以此为中心向周边递增。D5 层TP 的质量分数主要集中在175～277 mg/kg 之间，以东北部、西部和东南部三个区域质量分数较高，而后向中部依次递减的分布规律。整体上，D1 层土壤TP 的空间分布情况为中部高向周边递减的规律，D2、D3、D4、D5 层土壤TP 空间分布情况大致相同，主要表现为四周高、中间低的特点，高值区以斑块散布在东北部、西部和东南部。

图2 韩江流域中下游不同土层TP 空间分布Fig. 2 Schematic diagram of spatial distribution of TP in different soil layers in the middle and lower reaches of the Hanjiang River Basin

3 讨论与结论

土壤TP 是土壤中各种形态磷的总和，是判断磷营养水平的重要指标[3]。从平均值上看，研究区各层土壤均表现出磷含量不足，TP 肥力等级为Ⅴ级[16]，肥力低。因此，施加磷肥有利于林木的生长。5 层TP 的变异系数均处于50%～100%之间，为高度变异，其变异系数由小到大依次为D2＜D3＜D4＜D1＜D5。说明TP 含量不仅受成土母质影响，也受到外界环境的严重干扰。有研究表明成土母质及其风化程度是影响土壤养分分布的主要原因[17-18]，研究区土壤母质较为丰富[19]，这也可能是影响TP 空间分布的原因之一。

研究区土壤TP 的含量总体呈现出随土层深度增加而降低的变化趋势，这与王慧等[20]人研究结果一致。地形因子导致的水热分布差异是造成土壤理化属性空间差异的重要原因[21]。由图1 可知，研究区东北部为山地、丘陵，结合图3 分析，该区域TP 含量分布基本表现出随海拔升高而下降的趋势，也可能与磷元素的特性有关。土壤磷的主要来源于成土母质，并通过植物的作用累积在土壤表层，此外凋落物中的磷也是表层土壤磷的主要来源。随着海拔升高，水热的作用下，凋落物的分解能力下降，从而降低了土壤磷的输入。坡度也是影响TP 分布的重要因素之一，它能改变土壤TP 的空间分布格局，降雨、地表径流等流水搬运，促使磷元素向山谷聚集。这与秦富仓[22]、杨再梅[23]等人研究一致。

本研究结果表明，研究区域土壤TP 空间异质性明显，除表层为中部高并向周边递减的规律外，其余土层大致呈现四周高、中间低的变化趋势。TP 属于高度变异程度，说明研究区土壤TP 含量不仅受土壤母质的影响，还受到外界环境的干扰。磷元素是影响南方地区土壤林业生产的限制因子之一，本研究TP 含量也处于极度缺乏状态。因此，在后续的森林经营中应加强水肥管理，尤其是增加磷肥的施加。