滃江源国家湿地公园森林土壤养分及酸碱度变化特征*

刘彩红 陈秋菊 康 剑

（1.广东省林业调查规划院，广东 广州 510520；2.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；3.中国科学院华南植物园，广东 广州 510650）

湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，富有生物多样性，是功能独特不可替代的自然综合体[1-2]。湿地水资源质量往往与周边生态系统密切相关，尤其是与湿地紧密联系的森林生态系统。因此，湿地周边的森林对于湿地生态系统的稳定具有重要意义，作为水源涵养、水土保持的重要生态屏障，森林对维护湿地生态系统的稳定具有不可替代的作用[3-4]。其中最重要的影响是通过降水形成的径流，降水通过林冠截留经地表径流进入湿地当中[5]，这一过程中，大量的林地土壤元素会被径流携带进入湿地生态系统中，因此，湿地周边的林地土壤元素的含量对于水体质量起着举足轻重的作用。

关于湿地公园土壤的研究近年来开展了很多。例如，研究人员对平顶山市白鹭洲城市湿地公园土壤重金属元素特征进行了分析评价[6]。部分研究专注于研究湿地公园水体沉积物当中的重金属元素污染风险[7-8]。目前，针对土壤养分的研究也有开展，例如，研究人员对广东台山镇海湾红树林国家湿地公园土壤有机碳含量及其影响因素进行了深入分析[9]。此外，有研究对湿地土壤养分及肥力进行了综合评价并提出相应的建议[10-11]。尽管如此，针对湿地周边的森林土壤进行的专题研究还鲜有报道。深入了解湿地周边森林土壤表层养分及酸碱度变化特征，对于有效开展湿地水资源保护具有指导意义。滃江是北江的最大支流之一，其对于珠江水系的水资源安全、生态安全具有举足轻重的作用。此外，滃江还承担着翁源县饮用水源的重任，是粤北山区重要的生态屏障，因此，做好滃江源湿地公园的保护工作意义重大。本研究通过研究广东翁源滃江源国家湿地公园周边森林土壤中氮、磷、有机质含量，土壤酸碱度状况及其变化特征，从而明确森林表层土壤养分及酸碱度的空间变异特征及其影响因素。

1 材料与方法

1.1 研究区

广东翁源滃江源国家湿地公园位于广东省翁源县东部，地跨龙仙镇和江尾镇，地理坐标介 于 东 经114°04′24″～114°16′50″， 北 纬24°17′57″～24°30′18″之间。湿地公园由滃江源头的贵东河、陂头河等多条支流与滃江上游及河道两侧部分林地等组成，总面积614.04 hm2，湿地率58.98%[12]。地貌特征为西北低东南高，以低山丘陵为主，平均海拔414.73 m。该区域属亚热带季风气候，年均降水量1787.9 mm。湿地周边山体覆盖有林地，主要植被包括桉树林、杉木林、阔叶混交林、针阔混交林等，对于涵养水源、保持水土起到了积极的作用。

1.2 土壤采样及分析

2020 年7 月，根据研究区植被、地形、气候特征等状况，利用DEM 数据、林地数据等综合选取采样点位置，在湿地公园内采集林地0～30 cm的土壤，全区累积采集68 个样点（图1）。分析全部土壤样品 pH 值、有机质、全氮、全磷指标。样品采集后，经过风干、研磨、过筛，然后存储用于化学分析检测。pH 采用pH 计测定，土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定，全氮采用凯氏定氮法测定，全磷采用酸溶法测定[13-15]。

图1 滃江源国家湿地公园林地土壤采样点分布Figure 1 Distribution of forest soil sampling points in Wengjiangyuan National Wetland Park

1.3 数据处理

通过Excel 对土壤养分含量进行描述性统计，包括均值、极值、标准差等。通过土壤养分分级表对林地表层土壤养分进行分级评价。本研究运用ArcGIS 10.3 软件中“地统计”模块对土壤养分进行空间普通克里格插值（Kriging），进而分析滃江源国家湿地公园林地表层土壤养分及酸碱度空间变化特征。

2 结果与分析

2.1 表层土壤养分及酸碱度统计分析

调查统计结果表明（表1），滃江源国家湿地公园林地表层土壤pH 值变化范围4.23～5.26 之间，平均值为4.55，整体变异较小。全氮含量734.25～213 6.25 mg/kg，平均含量1 203.67 mg/kg，变异程度最大。全磷含量为212.40～744.40 mg/kg，平均含量为338.93 mg/kg，变异范围较大。有机质含量为9.00～30.32 g/kg，均值为16.28 g/kg，具有一定的变异幅度。

表1 林地表层土壤养分及酸碱度统计值Table 1 Statistics of soil nutrients and pH of woodland surface soil

根据林地土壤pH 指标评价表（表2），滃江源国家湿地公园林地表层土壤整体呈现为酸性，且远低于6.5 的临界值。

表2 林地土壤pH 指标评价Table 2 Evaluation of forest soil pH index

2.2 表层土壤养分及酸碱度变化特征

根据林地土壤养分及酸碱度的调查结果，运用空间插值方法进行空间格局分析，结果显示如下图。

如图2 所示，滃江源国家湿地公园林地表层土壤pH 值存在明显的空间变异，研究区的中西部地区pH 值较低，呈现更强的酸性。在研究区东部pH 值相对较高，尽管如此，该区域的林地土壤整体呈现为酸性特征。

图2 林地表层土壤pH 空间分布Figure 2 Spatial distribution of pH in forest surface soil

全氮含量在研究区的林地表层土壤空间分布中变异最大，湿地公园周边林地的中部以及北部绝大多数区域全氮含量低于平均值水平。而在公园南部局部区域出现高值，且分布较为集中（图3）。

图3 林地表层土壤全氮含量空间分布Figure 3 Spatial distribution of total nitrogen content in forest surface soil

结果显示，全磷含量在研究区空间分布差异较小。湿地公园绝大多数区域的林地土壤全磷含量保持在平均值水平，局部区域有较为集中的高值、低值区。其中，公园西部和中部有较为明显的全磷富集区域。东北部、南部区域全磷含量相对较低（图4）。

图4 林地表层土壤全磷含量空间分布Figure 4 Spatial distribution of total phosphorus content in forest surface soil

有机质含量的空间分布差异最不显著，大部分区域均保持平均水平，仅中部区域略低，北部和西南部有零星的高值区域分布（图5）。

图5 林地表层土壤有机质含量空间分布Figure 5 Spatial distribution of organic matter content in forest surface soil

3 讨论与结论

土壤养分含量在研究区呈现出一定的空间差异，这种差异可能与地形差异相关[16-17]。研究显示，滃江源湿地公园周边森林土壤的全氮浓度范围在0.1～1.4 mg/L 之间[12]。氮含量高的区域主要分布在南部、东北部的海拔较高的区域，湿地公园内的主要林分植被分布于海拔较高的山坡。有研究发现，海拔引起的环境梯度变化可以丰富的植被凋落物输入、改变气候环境以及土壤养分状况进而影响土壤微生物活性，最终影响土壤氮素含量[18-19]。整体来说，研究区域内林地土壤全氮含量非常丰富，该区域对于氮的需求量较低。此外，植被类型的差异也会导致养分元素的差异，据调查，该区域的森林类型包括阔叶林、针叶林、针阔叶混交林、竹林等，森林类型的差异往往会导致凋落物成分差异较大，进而间接影响土壤养分成分[20-21]。在本研究区，表层土壤全磷含量在大部分区域均保持均值水平，局部出现高值、低值区域。研究发现，亚热带地区常绿阔叶林较针叶林、针阔混交林土壤中磷组分含量显著偏高，常绿阔叶林具有较高的土壤磷有效性和供应能力[22]。根据调查结果，磷含量较高的区域以常绿阔叶林为主，验证了以上研究结果。另外一种可能是由于磷的含量受到了一定的人为干扰导致的，例如局部地区化肥的施用[23-24]。地质因素导致的土壤类型差异也是重要原因之一[25]。就土壤有机质而言，研究区含量整体较同纬度的其它区域低[26-27]，可能是由于土壤酸性导致的土壤分解作用减弱，降低了有机质含量[28]。调查发现，土壤有机质在研究区中部处于水平，该区域的主要植被类型为杂竹，表明竹林的有机质含量更低，植被类型对土壤养分含量差异有着显著的影响作用。这是因为相较于阔叶林、针叶林，竹林的生物量整体较低，凋落物输入量及质量均较低[29]。

研究表明，尽管湿地公园林地土壤酸碱度存在一定的空间变化，但整体上呈现明显的酸性，这一结果与其他相关研究的结果一致[30-31]。大范围的土壤酸性可能与土壤类型密切相关[32]。此外，土壤酸碱度与养分元素间形成一定的互作机制，酸碱度会间接影响养分元素含量，养分含量也会通过土壤理化性质调控酸碱度[33-34]。在湿地公园中，尤其是水源地湿地公园，土壤元素的含量及酸碱度直接影响水质，对于湿地生态系统安全具有重要意义[35-36]。明确养分元素及酸碱度的现状及空间差异，可以为湿地公园林地合理经营提供依据。首先，湿地公园在森林经营过程中要减少施用有机肥料，避免土壤酸化程度加剧。其次，在造林、抚育过程中应该减少氮肥施用，因为氮元素在该区域的含量水平较为丰富。此外，在整地时适当加入碱性物质进行中和，进而促进土壤有机质积累。

综上，滃江源国家湿地公园周边林地表层土壤整体呈现酸性，空间差异较小。全氮含量较为丰富，空间差异较大。磷含量较为稳定，有机质含量较低。