粤东沿海不同林种森林土壤养分差异研究*

戴智明 梁少湖 陆双莉 黄文浩 梁彬堂廖逸雯 刘小军

(1.广东省江门市农业科技创新中心, 广东 江门 529099; 2.广东鑫华资环科技有限公司, 广东 江门 529020 )

土壤养分是森林生态系统健康发展的必要基础, 养分水平能够决定森林植被的生长状况[1]。传统林业生产中往往将林地简单依据地形、 行政区划划分, 忽略了土壤养分空间变异性, 从而导致某些地区林地施肥不足或过高, 这不仅造成肥料的浪费而且还容易对生态环境造成威胁。 关于森林土壤养分的研究开展了许多, 主要针对特定营养元素氮[2-3]、 磷[4]、 钾[5]以及有机碳[6]等对土壤养分状况进行评价。 研究人员还对广东不同流域的森林土壤养分及重金属元素进行了深入的调查分析, 在水平和垂直尺度揭示了土壤元素的空间格局[7-8]。 然而, 针对沿海地区森林土壤养分状况的研究鲜有报道, 有研究人员对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分析[9], 发现不同生物群落有机碳含量存在差异。 作为广东重要的生态系统类型之一, 沿海地区的森林生态系统对于区域生态安全具有重要意义。 本文通过调查典型的粤东沿海地区森林土壤的养分含量, 分析不同林种土壤养分差异, 从而有针对性地对森林土壤现状提出恢复与保持土壤养分、 保护土壤生态环境的改良措施。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区以台山市为主, 位于珠江三角洲西南部, 东临珠海, 北靠新会区, 海域面积4 778 km2, 海(岛) 岸线长698 km, 有广海湾和镇海湾两大海湾, 大小海岛(礁) 348 个, 其中上、下川岛分别为全省第二、 第六大岛。 地势北高西高, 以低山丘陵为主。 研究区属亚热带海洋性季风气候, 年平均气温21.8 ℃, 平均年降水量1 936 mm, 年平均日照时2 006 h。 良好的自然条件孕育了丰富的森林资源, 全市森林覆盖率44.17%, 森林蓄积量约655 万m3。 土壤类型包括水稻土、 黄壤、 红壤、 赤红壤、 滨海潮间盐土、 脱潮土和潮土等[10]。

1.2 土壤采样及测定方法

图1 研究区样点分布Fig.1 Distribution of sample points in the study area

2021 年8 月在台山市开展森林土壤调查, 根据土壤类型、 林分类型、 地形因子等因素的空间格局, 进行土壤样本布点, 其中, 防护林采集42个采样点, 经济林3 个, 特种用途林2 个, 用材林84 个.共完成131 个野外调查样点。 使用取土器采集0～30 cm 的表层土壤样本, 将采集好的样品用封口袋盛装, 带回实验室, 将样品平铺到土盘上, 放置于通风透气、 不受阳光直射且无污染的地方, 在自然条件下风干。 在剔除肉眼可见的枯枝落叶、 根系和碎石之后磨细, 然后用100 目过筛, 分别保存于封口袋中并做好标记。 测定指标主要包括土壤养分(有机碳、 全氮、 全磷、 全钾)等指标。 参照《土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法》 HJ 615—2011[11]进行测定有机碳;采用凯氏法[12]测定全氮(N, g/kg) 含量; 参照《森林土壤磷的测定》 LY/T1232—2015[13]测定全磷(P, g/kg) 含量; 参照 《土壤全钾测定法》(GB 9836—1988)[14]测定全钾(K, g/kg) 含量。

1.3 土壤分级及林种分类

土壤养分分级标准如表1, 标准参考自《广东土壤》[15]。 根据《广东省森林资源二类调查技术规程》, 研究区共涉及4 个林种、 5 个亚林种, 具体如表2。

表1 土壤养分分级标准Table 1 Classification standards of soil nutrients

表2 林种分类Table 2 Classification table of forest species

1.4 数据处理

采用Excel 2019、 R、 SPSS 25.0 软件进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 森林土壤养分含量

研究区共采集131 个土壤样本, 全氮含量0.28 ～2.05 g/kg, 变异程度较大, 平均含量为0.74 g/kg, 属于较低水平。 全磷含量整体偏低,平均为0.25 g/kg, 属于低的水平。 有机碳含量整体变异较小, 平均12.43 g/kg, 属于中等水平,整体分布呈右偏分布。 全钾含量平均23.60 g/kg,处于很高水平, 分布范围3.34 ～66.73 g/kg, 变异程度极大(表3)。

表3 台山市土壤养分含量统计Table 3 Statistics of soil nutrient content

2.2 不同林种森林土壤养分差异

土壤有机碳是反映土壤质量和土壤健康的一个重要指标, 其含量多少直接影响着土壤中的生物过程以及土地生产力。 不同林种林地土壤有机碳含量没有显著差异, 如图2 所示。 经济林有机碳含量相对较高, 平均为16.37 g/kg, 处于较高水平。 其它林种有机碳含量相对较低, 也处于中等至高的水平, 主要在10 ～15 g/kg 之间分布。 其中, 防护林的有机碳含量离散程度最大, 分布在3.18～39.43 g/kg 之间。

图2 台山市不同林种土壤有机碳含量Fig.2 Soil organic carbon content of different forest species

在植物生长所必需的营养元素中, 氮素是植物生长和产量形成的首要因素, 土壤全氮含量是反映土凑肥力高低的重要指标。 如图3 所示, 不同林种间土壤全氮含量没有显著差异, 经济林全氮含量相对较高, 平均为0.84 g/kg, 处于中等水平。 其余林种的全氮含量相对较为一致, 平均为0.65～0.77 g/kg。 其中, 用材林的分布较为集中,平均含量为0.72 g/kg。

图3 台山市不同林种土壤全氮含量Fig.3 Soil total nitrogen content of different forest species

磷是植物生长发育所必需的营养元素, 也是常见的植物生长限制性因子。 研究区的全磷含量平均水平较低, 特种用途林与防护林、 用材林之间有显著差异(图4)。 特种用途林的全磷含量较其它林种高, 平均值为0.37 g/kg, 尽管如此, 仍处于低等级(V 级) 水平。

图4 台山市不同林种土壤全磷含量Fig.4 Soil total phosphorus content of different forest species

钾是植物生长所必需的营养元素之一, 也是反映土壤肥力的重要指标, 全钾是土壤中各种形态钾含量的总和。 不同林种林地土壤全钾含量之间差异不显著(图5)。 林地土壤全钾存在研究区含量普遍高, 林地土壤全钾含量养分等级基本处于Ⅳ级(含量中等) 以上。 但经济林全钾含量偏低, 平均含量为14.91 g/kg, 处于Ⅳ级水平。

图5 台山市不同林种土壤全钾含量Fig.5 Soil total potassium content of different forest species

3 结论与讨论

粤东沿海不同林种林地土壤养分含量存在差异。 其中, 土壤全钾在各林种内含量较髙, 处于Ⅳ级(含量中等) 水平及以上, 仅有经济林中钾元素相对含量较低。 研究表明, 土壤钾元素含量受到气候、 地形、 植被、 成土母质、 土壤类型、土壤酶活性、 微生物以及人类活动等因素的共同影响[16-17]。 经济林属于人为干扰较大的林分, 大量的经济树种吸收养分元素, 钾元素没有得到及时的补充, 可能是钾含量相对较低的重要原因。有机碳含量整体处于中等水平, 不同林种间没有显著差异。 全氮含量整体偏低, 经济林氮素含量相对较高, 氮肥大量施用是主要因素。 此外, 有研究表明, 土壤全氮含量可能与地形因素密切相关, 地形因素通过改变地表水的流向和土壤侵蚀的方式影响土壤氮空间格局[18-19]。 全磷的含量偏低, 处于V 级(含量低) 和VI 级(含量很低)水平, 特用林相对含量显著高于防护林、 用材林,这可能是由于人工施用化肥、 天然林保护等措施导致的。 尽管如此, 全磷含量仍然处于较低水平,这可能是由于磷作为植被生长的限制性因素, 林木生长旺盛则磷含量消耗较大[20]。

整体来看, 林地土壤全钾含量整体较高, 全氮、 全磷、 有机碳含量处于中等及更低水平。 特种林磷含量相对较高, 表明人为干扰的强弱是影响不同林种养分含量的重要因素[21-22]。 鉴于台山市全磷含量缺乏, 应结合当地实际, 适量增施磷肥, 并注重提高肥料的利用效率, 科学调整氮、磷、 钾和其他微量元素的比例。