北江流域森林土壤磷空间分布特征研究*

邓景月 余 斐 孙冬晓 邓泽伟康 剑,2 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.中国科学院华南植物园，广东广州 510650）

北江一直以来都是广州的主要水源地之一[1]，其流域也覆盖了珠三角大多数地区。近年来，随着人类活动增加，导致土地利用发生剧烈变化，此外，在退耕还林等政策的推动下，北江流域的土壤性质也发生了改变。磷是限制陆地生产力的重要因素，但也是植物生长的必要元素，其生物地球化学循环过程对森林生产力和稳定性具有极为重要的影响[2]。现如今，生态公益林的建设是广州市林业工作的重点项目之一[3]，植树造林不仅是贯彻“绿水青山就是金山银山”的生态方针，更是为进一步实现全球碳中和起到推动作用。北江流域拥有多个林场，北江流域植物区系有种子植物1 065 属[4]，地理成分复杂，具有中国15 个种子植物属分布区类型中的14 个，与世界其他地区的植物成分均有一定的联系[5]。但是，目前北江流域大部分研究均是对水土调节[6]、抗灾救援[7]、人类活动[8–10]、动物环境保护[11]等展开研究，鲜有人通过实地采样分析北江流域森林土壤养分空间分布特征，本研究有助于进一步对北江流域森林保护与建设起到积极作用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

北江是珠江水系的主要支流，发源于江西省信丰县石碣大茅坑，经东江支流北山（即大坪山），在广西北海市进入广西壮族自治区河池市，自北向南流至河池市武定县与北江汇合。北江主要位于广东省境内，流域面积在思贤滘以上为52 068 km2，占珠江流域总面积的10.3%，地形起伏较大。北江上游夏季炎热、冬季寒冷，夏季平均气温在21℃左右。降水量约600～1 000 mm，北江流域多雨，暴雨和洪水集中发生于每年4—6月，降水量较大。河道多为漫滩式湖泊，湖区面积占总面积的75%左右。湿地分布于北江干流上各主要支流内和下游地区及河口周围地域。

1.2 土壤样品采集与测定

选择清远市英德市、清城区、清新区、佛冈县和韶关市，在地理云空间下载DEM 数据，结合现有的林地数据综合选取采样点位置。韶关市调查时间为2020 年7—9 月，清远市为2021 年7—9 月。遵循“随机”与“等量”的采样原则，兼顾采样现场的实际情况，考虑交通与安全等方面因素，于2021 年5 月在北江流域按照GPS 点位采集林地0～80 cm 的土壤，0～20 cm（D1）、20～40 cm（D2）、40～60 cm（D3）、60～80（D4）。全区累计采集174 个采样点（图1）。

图1 北江流域森林土壤样点布设Fig. 1 Layout of forest soil the BeiJiang River Basin

样品采集完成后，对样品进行风干、研磨过筛等预处理。为保证实验精度，在满足操作规范的前提下，尽可能快速的对全部土壤样品进行分析[12]，土壤TP 含量参照国家林业局发布的《森林土壤磷的测定》LY/T1232-2015 进行测定[13]。

1.3 数据分析

使用EXCEL 软件对均值、极值、标准差等指标进行统计。

选择ArcGIS 10.7 软件对土壤养分进行空间克里格插值（Kriging）[14]，进而分析北江的土壤养分空间分布特征。

2 结果与分析

2.1 北江土壤表层土壤养分含量统计分析

由表1 可知，4 个土壤层磷含量均值、中位数、最小值及最大值从表层到深层依次递减，D1～D4 土壤层平均值分别是247.949 mg/kg，216.331 mg/kg，207.592 mg/kg，206.83 mg/kg。其中，磷含量最高值位于D1，土壤层磷含量高达637.68（mg/kg）。D1～D4 土壤层标准误差分别是8.167、7.771、7.335、7.541、D1～D4 土壤层标准差分别是107.732、102.07、96.759、99.474。D1～D4 土壤层峰度值与偏度值表明：4 个土壤层都呈偏正态，峰度值在D4 土壤层最小，为0.057，偏度值D1 最小，为0.752。

表1 北江流域森林土壤磷含量描述性统计 mg/kgTable 1 Descriptive statistical table of forest soil phosphorus content in Beijiang River Basin

根据图2 统计分析，D1 与其余各土壤层之间磷含量均存在显著差异，但D2～D4 间差异不显著。

图2 北江流域森林土壤磷含量箱线图Fig. 2 Box line diagram of soil phosphorus content in forest soil in BeiJiang River Basin

2.2 北江流域各森林土壤层磷含量空间分布特征

从图3 可以明显看出，D1 土壤层磷含量主要集中在75.326～637.68（mg/kg）,磷含量呈现南北较少，中部较多，西部少，东部多的分布情况；D2 土壤层磷含量主要集中在75.326～637.68（mg/kg，磷含量呈现西南部较少，西北向东南方向恒定的态势；D3 土壤层磷含量主要集中在63.114～580.92（mg/kg），呈现西南部与东北部较少，西北向东南方向恒定的态势；D4 土壤层磷含量主要集中在60.878～514.7（mg/kg），呈现西南部与东北部较少，西北向东南方向恒定的态势。

图3 北江流域不同土壤层森林土壤磷含量空间分布Fig.3 Spatial distribution of soil phosphorus content in forests of different soil layers in Beijiang River Basin

总体来说，4 个土壤层磷含量的空间分布由西南向东北均呈现先增加后降低再增加的分布特征。就水平方向而言，4 个土壤层磷含量空间分布总体都表现为西高东低，流域内D2 土壤层东、西两侧土壤磷含量相差较其它土壤层大，且具有明显的空间分布差异性。垂直方向，D1～D4 土壤层磷含量总体呈逐渐下降趋势，D1 与D2，D3 和D4相比北江流域以东地区土壤层磷含量明显升高，D1-D4 土壤层磷含量呈明显下降趋势，D1～D4 在西北-东南呈现对称分布。

3 结论与讨论

从垂直空间上看，北江流域4 层土壤的土壤磷含量范围在63.11～637.68 mg/kg 范围内，且随着土壤深度不断加深，土壤磷的含量逐渐降低，这与白军红[15]、南富森[16]等人研究结果一致。

从北江流域土壤磷的水平分布格局看，在北江沿岸以及北江与其它河流交汇处土壤含磷量相对较高，远离河岸处处土壤含磷量相对较低。这是由于植被、地形、微生物等共同作用的结果，靠近北江沿岸，植被与土壤微生物受到水分和其他因素影响，呼吸与分解作用加强，导致磷循环速率加快。此外，河流沿岸海拔不同，水流的堆积作用也为这些地方土壤磷含量的累积创造了有利的自然条件。这也与李建辉[17]、司涵[18]等人研究结果一致。

通过对不同森林土壤层磷含量进行描述性统计、对比分析和空间作图，结果呈现出明显的一致性。随着土壤深度加深，4 个土壤层磷含量的平均值由表层至深层依次降低以及离散程度逐渐减低，D2 与D4 土壤层的标准误差值和标准差相近，说明二者空间变异性减少。

植被的生长发育需要吸收各种元素[19]，研究北江流域森林土壤磷养分特征及分布格局有利于广州省公益林项目的建设，对指导其对树种的选择有着重要的参考价值[20]。同时，通过分析和估算，测算出了北江流域森林壤磷含量，揭示了其分布格局，对陆地生态系统的稳定以及磷的可持续利用具有重要意义。