葉彩紅 李瑩瑩 何 茜 丁曉綱

（1.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2.華南農(nóng)業(yè)大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642）

磷是植物三大營養(yǎng)元素之一，是植物生長過程中必不可少的營養(yǎng)元素。植物生長所需的磷主要來源于土壤，因此土壤中磷的含量、有效性及供應能力直接制約植物的生長，此外，磷還會影響土壤微生物活動、凋落物分解以及碳、氮礦化等。從長遠來看，磷是不可再生資源[1]，這也是磷元素成為限制森林生態(tài)系統(tǒng)中植物生長的重要原因[2]。磷的流向幾乎是單向的，從土壤到植被最后向江河海移動[3]。隨著全球氣候急劇變化，顯著改變了陸地磷動態(tài)。全球氣候變暖、高降水及洪水等自然災害，使得土壤磷含量減少[4]。

森林是陸地最大的生態(tài)系統(tǒng)，參與地球的生物化學及水循環(huán)。土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成成分之一，為森林動物、植物以及微生物的繁衍提供了必需的立地條件[5]。森林土壤養(yǎng)分是土壤肥力的組成部分，主要包括有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀等，直接影響植物的生長發(fā)育[6]。目前，已有眾多學者對國內(nèi)不同區(qū)域、不同氣候帶的土壤養(yǎng)分空間特征進行研究。如：福建省將樂國有林場杉木人工林土壤養(yǎng)分（pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀）現(xiàn)狀[7]、浙江省松陽縣毛竹林土壤養(yǎng)分（pH、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、有效磷）空間變異特征[8]、浙江省亞熱帶自然保護區(qū)土壤養(yǎng)分（pH、有機質(zhì)、全氮、全鉀）空間變異特征[9]、青藏高原不同類型草地土壤磷素分布特征[10]、桂林會仙濕地土壤養(yǎng)分（pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮）空間分布規(guī)律[11]等，研究區(qū)域主要集中在林場、自然保護區(qū)等地，而對流域尺度的林地土壤養(yǎng)分空間分布特征的研究相對較少。本研究以韓江流域中下游林地土壤為研究對象，分析韓江流域土壤養(yǎng)分全磷（Total Phosphorus，TP）含量及其空間分布特征，為該流域林地土壤TP 管理提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

韓江，是中國東南沿海的重要河流之一，是廣東省的第二大流域。韓江流域的范圍涉及廣東、福建、江西3 省22 市縣。韓江上游由梅江和汀江匯合而成，梅江為主流。其中梅江發(fā)源于廣東省紫金縣上峰，汀江發(fā)源于福建省寧化縣的賴家山，于三河壩匯合后稱韓江，由北向南流經(jīng)廣東省的豐順、潮安等縣，最后經(jīng)汕頭市注入南海。

研究區(qū)位于韓江流域中下游，即潮州市潮安區(qū)，地屬亞熱帶海洋季風氣候，雨量充沛，但分配不均，平均年雨量達到1 688.3 mm，全年降雨集中在4—9 月；氣候溫暖，夏長冬短，日照充足，全年日均氣溫21.4℃；季風盛行，東南季風為主；地形分布為北部山區(qū)丘陵，南部韓江兩岸是沖積平原；林地主要植被為松、杉、桐、竹林、茶樹、果園等。

1.2 樣品采集與分析

2021 年8 月采用專題樣點布點和空間隨機樣點布設相結(jié)合的方法，根據(jù)研究區(qū)森林植被類型、地形、氣候特征、前期調(diào)查屬性變異性，確定樣本基本量（本研究n=81），并在韓江流域中下游林地土壤調(diào)查區(qū)域生成抽樣網(wǎng)格，并利用無人機踏查及個調(diào)查專題點的高分辨DEM 衍生數(shù)據(jù)提取，并確定采樣點的位置及調(diào)查路線[12]，如圖1 所示。

圖1 韓江流域中下游樣點分布Fig. 1 Distribution of sampling points in the middle and lower reaches of the Hanjiang River Basin

將布設的樣點坐標地位到林相圖的地籍小班上，借助GPS 找到樣點區(qū)域[13]。根據(jù)樣點布設要求，在誤差允許的范圍內(nèi)（所在小班在距離樣點坐標半徑100 m 以內(nèi)）選擇具有代表性的區(qū)域挖掘3 個剖面，每個剖面水平距離不小于10 m。剖面長1.2～1.5 m，寬0.8～1.0 m，土層深度較厚時應深達1.0 m。每個剖面分5 層（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）取樣，由下至上分層取樣，每個樣品不少于500 g，每個樣點共采集15 份土壤樣品。土壤樣品及時帶回實驗室，風干、研磨篩選后，進行全磷含量測定。

1.3 指標測定方法

土壤TP 含量采用《森林土壤磷的測定》LY/T1232—2015 進行測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用正態(tài)P-P 圖檢驗數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。采用SPSS 20.0 軟件對不同土層土壤TP 含量的最小值、最大值、平均值和標準差等進行描述性統(tǒng)計特征分析。使用ArcGis 10.7 軟件繪制采樣點的空間分布圖和各土層TP 含量空間分布特征圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 韓江流域中下游林地土壤全磷含量特征

韓江流域中下游林地土壤TP 含量的描述性統(tǒng)計結(jié)果見表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）的土層中TP 含量的平均值分別為363.955 mg/kg、240.361 mg/kg、236.358 mg/kg、231.469 mg/kg、234.154 mg/kg，土 壤TP的含量基本上呈現(xiàn)隨土壤深度的增加而降低的規(guī)律。變異系數(shù)（CV）反映樣點間數(shù)據(jù)的離散程度，CV＜20% 為低變異，20% ≤CV＜50% 為中等變異，50%≤CV＜100%為高度變異，CV ≥100%為極度變異[15]。研究區(qū)TP 的變異系數(shù)隨土層順序由上至下分別為70.76%、69.42%、69.84%、70.69%、72.51%，5 層土壤TP 的變異系數(shù)均處于50%～100%之間，變異程度為高度變異，其變異系數(shù)由小到大依次為D2＜D3＜D4＜D1＜D5。

表1 韓江流域中下游林地土壤TP 含量描述性統(tǒng)計特征Table 1 Descriptive statistics of soil TP content in the middle and lower reaches of the Hanjiang River Basin

韓江流域中下游林地不同土層正態(tài)性檢驗（P-P 圖）結(jié)果顯示，不同土壤TP 經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后均符合正態(tài)分布。

2.2 韓江流域中下游不同土層TP 空間分布格局

韓江流域中下游不同土層TP 質(zhì)量分數(shù)的空間分布如圖2 所示。整體上，各層土壤TP 含量的空間分布不均，斑塊狀特征顯著，表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。D1 層TP 質(zhì)量分數(shù)大于537 mg/kg 的區(qū)域位于中部，D1 層TP 空間分布格局為以該區(qū)域為最高值并向四周遞減。D2 層TP 質(zhì)量分數(shù)大于410 mg/kg 的區(qū)域較為分散，主要以西部和東南部為主，并逐步向周邊遞減；整體上，D2 層大致呈現(xiàn)四周高、中間低的特點。D3 層TP 空間分布特征與D2 層大致相同，表現(xiàn)為四周高、中間低的空間分布格局。D4 層TP 空間分布格局主要表現(xiàn)為，東部、中部及西南部均有部分區(qū)域含量最低，并以此為中心向周邊遞增。D5 層TP 的質(zhì)量分數(shù)主要集中在175～277 mg/kg 之間，以東北部、西部和東南部三個區(qū)域質(zhì)量分數(shù)較高，而后向中部依次遞減的分布規(guī)律。整體上，D1 層土壤TP 的空間分布情況為中部高向周邊遞減的規(guī)律，D2、D3、D4、D5 層土壤TP 空間分布情況大致相同，主要表現(xiàn)為四周高、中間低的特點，高值區(qū)以斑塊散布在東北部、西部和東南部。

圖2 韓江流域中下游不同土層TP 空間分布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 討論與結(jié)論

土壤TP 是土壤中各種形態(tài)磷的總和，是判斷磷營養(yǎng)水平的重要指標[3]。從平均值上看，研究區(qū)各層土壤均表現(xiàn)出磷含量不足，TP 肥力等級為Ⅴ級[16]，肥力低。因此，施加磷肥有利于林木的生長。5 層TP 的變異系數(shù)均處于50%～100%之間，為高度變異，其變異系數(shù)由小到大依次為D2＜D3＜D4＜D1＜D5。說明TP 含量不僅受成土母質(zhì)影響，也受到外界環(huán)境的嚴重干擾。有研究表明成土母質(zhì)及其風化程度是影響土壤養(yǎng)分分布的主要原因[17-18]，研究區(qū)土壤母質(zhì)較為豐富[19]，這也可能是影響TP 空間分布的原因之一。

研究區(qū)土壤TP 的含量總體呈現(xiàn)出隨土層深度增加而降低的變化趨勢，這與王慧等[20]人研究結(jié)果一致。地形因子導致的水熱分布差異是造成土壤理化屬性空間差異的重要原因[21]。由圖1 可知，研究區(qū)東北部為山地、丘陵，結(jié)合圖3 分析，該區(qū)域TP 含量分布基本表現(xiàn)出隨海拔升高而下降的趨勢，也可能與磷元素的特性有關。土壤磷的主要來源于成土母質(zhì)，并通過植物的作用累積在土壤表層，此外凋落物中的磷也是表層土壤磷的主要來源。隨著海拔升高，水熱的作用下，凋落物的分解能力下降，從而降低了土壤磷的輸入。坡度也是影響TP 分布的重要因素之一，它能改變土壤TP 的空間分布格局，降雨、地表徑流等流水搬運，促使磷元素向山谷聚集。這與秦富倉[22]、楊再梅[23]等人研究一致。

本研究結(jié)果表明，研究區(qū)域土壤TP 空間異質(zhì)性明顯，除表層為中部高并向周邊遞減的規(guī)律外，其余土層大致呈現(xiàn)四周高、中間低的變化趨勢。TP 屬于高度變異程度，說明研究區(qū)土壤TP 含量不僅受土壤母質(zhì)的影響，還受到外界環(huán)境的干擾。磷元素是影響南方地區(qū)土壤林業(yè)生產(chǎn)的限制因子之一，本研究TP 含量也處于極度缺乏狀態(tài)。因此，在后續(xù)的森林經(jīng)營中應加強水肥管理，尤其是增加磷肥的施加。