賴世會(huì), 江全富, 賈晨, 嚴(yán)賢春

1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；

2.西華師范大學(xué)，四川 南充 637002；

3.資陽(yáng)市自然資源和規(guī)劃局，四川 資陽(yáng)

森林土壤是林木生長(zhǎng)的載體，也是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要場(chǎng)所，土壤的最大特征就是具有肥力，為森林的存在和發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]，近年來(lái)隨著林地面積的不斷擴(kuò)大，一部分人工林出現(xiàn)了明顯的衰退狀況[3-8]。諸多國(guó)內(nèi)外學(xué)者持續(xù)關(guān)注不同林分類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響[9-13]。趙偉文[3]等人研究表明不同林分土壤理化性質(zhì)差異較大，樣地內(nèi)土壤肥力保存量不高；劉國(guó)順[14]等人研究表明，雞公山不同林分類型由于植被組成不相同，其土壤理化性質(zhì)差異明顯；而趙江寧[1]等人研究表明長(zhǎng)崗山不同林分土壤各指標(biāo)含量差異不顯著。研究區(qū)洪雅屬于華西雨屏區(qū)，地理位置特殊從而氣候環(huán)境特殊，在頻繁降雨、農(nóng)事活動(dòng)等疊加效應(yīng)下，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失非常嚴(yán)重，但由于植被類型多樣，且對(duì)土壤養(yǎng)分保持能力尚不清晰。因此，為了探索該區(qū)域不同林分是否對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)造成明顯差異，以洪雅縣八面山杉木純林、柳杉純林、鵝掌楸純林和柳杉×楠木混交林為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定各林分的土壤化學(xué)指標(biāo)，探索樹種組成差異與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系。土壤供磷、鉀強(qiáng)度與土壤中磷鉀的積累、貯存和轉(zhuǎn)化等方面有關(guān)，因此通過(guò)分析土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量差異及供應(yīng)強(qiáng)度揭示不同植被對(duì)土壤肥力的影響，為四川地區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與更新提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省眉山市洪雅縣八面山，八面山地理坐標(biāo)為東經(jīng) 103°18′4″，北緯 29°47′2″，該研究區(qū)屬中亞熱帶濕潤(rùn)氣候，年降雨量1435.5 mm，年日照 1006.1 h，年無(wú)霜期 307 d，年平均氣溫 16.6 ℃。研究區(qū)屬于已輪作兩次的人工林，純林幾乎沒有地下植被，混交林林下植被主要為蕨類，其中杉木純林、柳杉純林、鵝掌楸純林、柳杉×楠木混交林的海拔分別為 1012 m、1084 m、1145 m、1190 m，土壤類型均為黃壤，杉木、柳杉純林都處于西北坡，鵝掌楸純林和柳杉×楠木混交林位于東北坡。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2019年，在洪雅八面山四種林分類型分布區(qū)內(nèi)排除邊緣效應(yīng)設(shè)置臨時(shí)樣地，樣地大小均為20 m×20 m，對(duì)樣地內(nèi)的目標(biāo)樹種進(jìn)行每木檢尺，記錄林木林齡、樹高、胸徑等。A為杉木純林，B為柳杉純林，C為鵝掌楸純林，D為柳杉×楠木混交林。

2.2 土樣采集及土壤物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

在每個(gè)樣地內(nèi)按s形選擇5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)按0~10 cm（ 1）、 10~20 cm（ 2）、 20~40 cm（ 3）、40~60 cm（4）分層取土樣，然后將5個(gè)點(diǎn)的同層土樣混合，每層土樣重量0.5~1.0 kg，每個(gè)樣地取四份混合土樣。

土壤化學(xué)性質(zhì)主要測(cè)定pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、和速效鉀的含量等指標(biāo)。土壤測(cè)定方法按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：其中土壤pH值的測(cè)定采用電位法，土壤有機(jī)質(zhì)用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法測(cè)定，土壤全氮用凱氏蒸餾法測(cè)定，土壤全磷用高氯酸硫酸法，土壤有效磷用碳酸氫鈉或氟化銨－鹽酸浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤全鉀用氫氟酸、高氯酸消煮后火焰光度計(jì)法測(cè)定法，土壤速效鉀用乙酸銨浸提法測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，用單因素方差分析（one-way ANO-VA）比較不同林分類型土壤化學(xué)性質(zhì)差異，Microsoft Excle 2010 對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和制圖。其中，土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式[15]為：

土壤供磷強(qiáng)度（%）=（土壤有效磷含量/土壤全磷含量）×100

土壤供鉀強(qiáng)度（%）=（土壤速效鉀含量/土壤全鉀含量）×100

3 結(jié)果分析

3.1 不同林分類型的土壤pH值與有機(jī)質(zhì)含量變化

四種林分的各層土壤pH值在4.02~5.33之間，呈酸性，且四種林分的土壤pH值均隨土壤深度的增加而增加，不同林分同一土層的pH值也有所差異（見表1和圖1）。多重比較（LSD）結(jié)果表明（見表1），A和B、C和D的土壤pH值無(wú)顯著差異（P>0.05），A和C、A和D、B和C、B和D林分間的土壤pH值差異顯著（P<0.05）。

表1 不同林分類型的生長(zhǎng)情況Tab.1 Growth status of different stand types

圖1 不同林分土壤平均 pH 值和有機(jī)質(zhì)變化Fig.1 Changes of soil average pH value and organic matter in different stands

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源，含有植物生長(zhǎng)所需的各種養(yǎng)分。由圖1知，四種林分類型土壤有機(jī)質(zhì)在 20.41~103.18 g·kg?1之間，其中柳杉純林 0~10 cm 的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高（103.18 g·kg?1），杉木純林30~40 cm土壤的土壤有機(jī)質(zhì)最低（20.41 g·kg?1）。每種林分的有機(jī)質(zhì)含量都隨著土壤層次的增加而減少，但不同林分類型的有機(jī)質(zhì)無(wú)顯著差異。

3.2 不同林分類型土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量變化

土壤全氮是衡量土壤有效氮供應(yīng)情況的一個(gè)重要指標(biāo)。土壤全磷不能直接表明土壤供應(yīng)磷的能力，但全磷含量是一個(gè)潛在肥力指標(biāo)，若土壤全磷含量低于 0.8~1.0 g·kg?1時(shí)就表現(xiàn)為磷供應(yīng)不足[16-17]。測(cè)定結(jié)果顯示（圖2），四種林分在0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 土層全氮含量平均值分別為 1.22 g·kg?1、1.01 g·kg?1、0.83 g·kg?1、0.68 g·kg?1，且每種林分土壤全氮含量都隨土層深度的增加而減少。

圖2 不同林分土壤全氮、全磷、全鉀含量變化Fig.2 Changes of soil total N, total P and total K contents in different stands

四種不同林分均表現(xiàn)為0~10 cm土層全磷含量高于10~20 cm，但是各土層間的差異極小。四種林分土壤全磷含量與全氮含量變化相似，也隨土層深度的增加而減少，其中鵝掌楸純林土壤全磷含量在各土層均最高，柳杉純林在40~60 cm土層含量最低。

四種林分 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm 土層全鉀含量平均值分別為 17.16 g·kg?1、16.35 g·kg?1、17.97 g·kg?1、17.43 g·kg?1。杉木純林、柳杉純林、鵝掌楸純林的土壤全鉀含量隨著土層的加深均存在上下波動(dòng)，但柳杉×楠木混交林隨著土層的增加全鉀含量逐漸增加。

由圖3可得，四種林分在0~10 cm、10~20 cm土層堿解氮含量平均為 153.66 mg·kg?1、115.46 mg·kg?1。每種林分土壤堿解氮含量變化趨勢(shì)一致，均隨土層深度的增加而減少，其中杉木純林在0~10 cm土層中堿解氮含量最高，為 189.25 mg·kg?1，柳杉×楠木混交林在 40~60 cm 土層含量最低，為 53.67 mg·kg?1。

土壤有效磷含量是反應(yīng)土壤供應(yīng)磷素狀況的較好指標(biāo)[18]，從圖3可以看出，四種林分土壤有效磷含量在 5.36~14.00 mg·kg?1之間變化且每種林分土壤有效磷含量變化趨勢(shì)一致，均隨土層深度的增加而減少，其中柳杉×楠木混交林在0~10 cm土層中含量最高，為 14.00 mg·kg?1，柳杉×楠木混交林在 40~60 cm 土層含量最低，為 5.36 mg·kg?1。

圖3 不同林分土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量變化Fig.3 Changes of soil alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus and available potassium in different stands

土壤速效鉀包括了交換性鉀和水溶性鉀[2]，其中主要來(lái)源于礦物鉀風(fēng)化的交換性鉀是速效鉀的主體，是植物根系吸收的直接鉀素來(lái)源[19-20]。四種林分土壤速效鉀含量在 80.96~119.21 mg·kg?1之間，均大于70 mg·kg?1，因此這四種林分土壤速效鉀含量都比較豐富。其中杉木純林、柳杉純林隨著土層的加深速效鉀含量先增加后減少，鵝掌楸純林、柳杉×楠木混交林隨著土層的增加逐漸增加，且在各個(gè)土層中，柳杉×楠木混交林的速效鉀含量都最高。

對(duì)不同林分類型土壤全氮、全磷、全鉀、速效鉀、有效磷、堿解氮進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明不同林分類型的土壤全磷、全鉀、速效鉀、全氮存在顯著性差異，有效磷、堿解氮無(wú)顯著性差異。多重比較結(jié)果顯示（見表2）B和D的土壤全氮含量差異性顯著；A、B、D的土壤全磷含量無(wú)顯著性差異；A、B、C的土壤全鉀含量無(wú)顯著性差異；A和B的土壤速效鉀無(wú)顯著差異；其它林分間土壤速效鉀存在顯著性差異；不同林分類型的土壤有效磷、堿解氮無(wú)顯著差異。

表2 不同林分類型的土壤化學(xué)及養(yǎng)分含量Tab.2 Soil chemistry and nutrient content of different stand types

3.3 不同林分類型土壤磷、鉀的供應(yīng)強(qiáng)度變化

如表3，在0~10 cm土層的供磷強(qiáng)度最高的是杉木純林（3.3%），在40~60 cm土層的供磷強(qiáng)度最高的是柳杉純林（3.3%）。杉木純林隨著土層的加深土壤供磷強(qiáng)度逐漸減弱，鵝掌楸純林土壤供磷強(qiáng)度隨著土層的增加波動(dòng)不明顯，柳杉×楠木混交林則先增加后減弱，而柳杉純林隨著土層的加深土壤供磷強(qiáng)度先增加后減弱再增加。

表3 不同林分各土層的土壤磷、鉀供應(yīng)強(qiáng)度Tab.3 Soil P and K supply intensity in different soil layers of different stands (/%)

四種林分的土壤供鉀強(qiáng)度與土壤供磷強(qiáng)度變化有所差異，在0~10 cm四種林分的土壤供鉀強(qiáng)度差異不明顯，在40~60 cm土層鵝掌楸純林供鉀強(qiáng)度最大(0.72%)，杉木純林供鉀強(qiáng)度最小(0.48%)。鵝掌楸純林和柳杉×楠木混交林土壤供鉀強(qiáng)度均隨著土層增加而增加，柳杉純林則為先增加后減小。

4 討論

土壤pH值能綜合反應(yīng)土壤化學(xué)性質(zhì)，主要取決于成土母質(zhì)和過(guò)程及土壤溶液濃度，與土壤微生物的活動(dòng)、土壤養(yǎng)分釋放等有直接關(guān)系[21]。四種林分類型土壤pH值在4.02~5.33之間，呈酸性；杉木純林與柳杉純林、鵝掌楸純林與柳杉×楠木混交林的pH值差異不顯著，但針葉林和闊葉林差異顯著且四種林分pH值依次遞增，這可能是由于闊葉樹種落葉晚，落葉分解產(chǎn)生的腐殖酸較少，土壤酸性較弱[22-23]。速效鉀、全磷、全鉀、全氮在四種林分間存在顯著性差異，且同一土層在不同林分類型間土壤化學(xué)指標(biāo)含量差異大。這可能是因?yàn)椴煌帜緦?duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和歸還能力不同，且各個(gè)層次的營(yíng)養(yǎng)元素含量與不同深度的根系生長(zhǎng)有密切關(guān)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機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分首先進(jìn)入表層土壤，隨著土層增加含量逐漸下降，因而表層土壤有機(jī)質(zhì)含量高于深層土壤[25-26]。有效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)無(wú)顯著性差異，可能是因?yàn)榱铸g較小，林木對(duì)土壤環(huán)境的作用尚不明顯[27-28]。因此，造成這些元素?zé)o顯著差異的原因尚不明確，需進(jìn)一步跟進(jìn)探索。四種林分土壤供鉀、供磷強(qiáng)度也隨林分類型不同而有所差異，這可能與植物的生長(zhǎng)所需養(yǎng)分含量以及人為活動(dòng)干擾等因素有關(guān)[29]。根據(jù)胡慧蓉[30]等人的研究表明華西雨屏區(qū)裸地土壤各養(yǎng)分含量均低于此次試驗(yàn)地柳杉純林、柳杉×楠木混交林的土壤養(yǎng)分含量，但因調(diào)查林分林齡較小，研究結(jié)果適用范圍比較局限，需跟進(jìn)研究林齡更大時(shí)這四種林分的土壤化學(xué)性質(zhì)變化，因此華西雨屏區(qū)更適合栽植何種林木使得土壤肥力最大需進(jìn)一步調(diào)查研究。