楊海燕 魏 丹 張中瑞 謝萍萍 蘇錦麟謝鎮(zhèn)東 黃振超,2 陶貝貝

（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(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東 廣州510225）

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此土壤養(yǎng)分含量水平?jīng)Q定了森林植被的生長質(zhì)量[1]。鉀是植物生長所必須的三大營養(yǎng)元素之一，一般占其干物質(zhì)重的0.2%～4.1%[2]，參與植物包括酶系統(tǒng)活化、光合作用等在內(nèi)的60 多種過程，對提高植被對氮的吸收具有重要作用[3]。雖然有研究對土壤鉀進行過研究[4-5]，但由于土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)屬性在不同位置、不同空間尺度上普遍存在空間異質(zhì)性[6]，土壤鉀含量在不同空間位置和不同土壤深度也呈現(xiàn)出差異，定量分析不同土壤深度土壤鉀含量及其空間分布特征，不僅可為精準施肥與種植提供理論依據(jù)與實踐指導(dǎo)[7]，也能為各種土壤養(yǎng)分反演模型提供更為精確的參數(shù)指導(dǎo)[8]。

梅州市地處廣東省東北部，五嶺山脈以南。2021 年廣東省森林資源變更調(diào)查報告顯示，梅州市森林面積為114.68 萬hm2,林地面積為118.91 萬hm2,森林覆蓋率為74.52%，蓄積量為6687.71 萬m3，森林覆蓋率在廣東省5 個北部生態(tài)功能區(qū)中占首位，與韶關(guān)市并列。目前公開發(fā)表的關(guān)于梅州市的森林土壤養(yǎng)分調(diào)查研究僅見張中瑞等[9]的《梅州市林地土壤有機碳儲量及空間分布特征》，其他土壤養(yǎng)分元素分布特征尚為空白。本研究通過對梅州市各區(qū)（縣）的森林土壤全鉀含量進行分析，旨在揭示梅州市不同區(qū)（縣）森林土壤全鉀含量及其差異性，以及不同深度土壤全鉀含量空間分布特征，為梅州市森林土壤鉀元素綜合評估、管理和合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。同時，也為梅州市制定合理的森林經(jīng)營規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

廣 東 省 梅 州 市 位 于115° 18′ ～116° 56′ E，23°23′～24°56′N，地處閩、粵、贛三省交界，東部與福建省龍巖市和漳州市接壤，南部與潮州市、揭陽市、汕尾市毗鄰，西部與河源市接壤，北部與江西省贛州市相連。梅州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是南亞熱帶和中亞熱帶氣候區(qū)的過渡地帶，年平均氣溫為20.7～21.5 ℃，氣溫為1 月最低，7月最高,年平均降雨量為1 400～1 850 mm，年總?cè)照諘r數(shù)為1 778.1～1 874.7 h，山地土壤有紅壤、赤紅壤、山地黃壤、紫色土等。

2 研究方法

2.1 樣點布設(shè)

2019 年7 月在梅州市開展林地土壤調(diào)查，基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，使用空間分層隨機布點與專題布點相結(jié)合的方法,根據(jù)研究區(qū)森林植被、地形、氣候特征，確定重點布點區(qū)域，通過無人機航拍測繪及高分辨率DEM 衍生數(shù)據(jù)提取，確定土壤樣點布設(shè)位置及調(diào)查線路[10]，將布設(shè)樣點的地理坐標定位到小班，合計1 098 個調(diào)查樣點，如圖1 所示。

圖1 梅州市林地土壤調(diào)查樣點布設(shè)Fig.1 Sample point layout

2.2 樣點調(diào)查與樣品采集

將布設(shè)樣點的地理坐標定位到地籍小班，使用GPS 找到樣點所在區(qū)域，依據(jù)樣點地籍號、土壤類型、植被類型、坡位、坡向、坡度，在誤差允許范圍內(nèi)（距離樣點坐標半徑100 m 內(nèi)）選擇土壤發(fā)育條件穩(wěn)定，沒有經(jīng)過挖溝、整修等人為擾動的地方[10]，一個樣點挖掘3 個土壤剖面，3個剖面水平間距不小于10 m，坡面長1.2～1.5 m，寬1.0 m 左右，深度達1.0 m，分5 層（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）取樣，每個樣品不少于500 g，3 個剖面各層土壤均勻混合成一個樣品，將樣品密封保存，帶回實驗室后及時風(fēng)干、研磨過篩后參照《森林土壤鉀的測定》(LY/T 1234-2015)[11]，測定土壤鉀元素含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，根據(jù)全國第二次土壤普查規(guī)定的土壤養(yǎng)分分級標準對梅州市林地土壤全鉀含量進行評價。采用單因素方差分析法（One-way ANOVA）分析不同區(qū)（縣）土壤全鉀的差異性，應(yīng)用LSD法進行多重比較。應(yīng)用克里金插值法分析不同土層土壤全鉀含量的空間分布特征，并利用ArcGIS 10.7 軟件生成土壤全鉀含量的空間分布圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 梅州市土壤全鉀含量

梅州市各區(qū)（縣）森林土壤全鉀含量狀況如表1 所示，全市全鉀含量的平均值為17.44 g/kg，各區(qū)（縣）全鉀含量的平均值由大到小依次為蕉嶺縣、五華縣、大埔縣、豐順縣、梅江區(qū)、梅縣區(qū)、平遠縣、興寧縣。全市全鉀含量的最大值為47.6 g/kg，各區(qū)（縣）全鉀含量的最大值范圍在33～47.6 g/kg 之間，由大到小依次為大埔縣、豐順縣、五華縣、平遠縣、梅縣區(qū)、蕉嶺縣、興寧縣、梅江區(qū)。全市全鉀含量的最小值為2.09 g/kg，各區(qū)（縣）全鉀含量的最小值范圍在2.09～4.07 g/kg之間，由大到小依次為梅江區(qū)、豐順縣、大埔縣、平遠縣、興寧縣、梅縣區(qū)、五華縣、蕉嶺縣。全市全鉀的標準差為80.02 g/kg，各區(qū)（縣）標準差由小到大依次為梅江區(qū)、興寧縣、梅縣區(qū)、平遠縣、蕉嶺縣、大埔縣、五華縣、豐順縣。

表1 梅州市林地土壤全鉀含量 g/kgTable 1 Total Kalium concentration in Meizhou

從不同區(qū)縣差異看，梅江區(qū)和梅縣區(qū)土壤鉀含量差異不顯著，且與其他區(qū)縣均差異不顯著；平遠縣土壤鉀含量除與蕉嶺縣、五華縣存在顯著差異外（P＜0.05），與其他區(qū)縣均差異不顯著；蕉嶺縣和五華縣土壤鉀含量差異不顯著，這兩個縣土壤鉀含量除與平遠縣和興寧縣存在顯著差異外，與其他區(qū)縣均差異不顯著；大埔縣與豐順縣土壤鉀含量之間差異不顯著，這兩個區(qū)縣土壤鉀含量除與興寧縣存在顯著差異外，與其他區(qū)縣均差異不顯著；興寧縣土壤鉀含量除與梅江區(qū)、梅縣區(qū)差異不顯著外，與其他區(qū)縣土壤鉀含量均存在顯著差異。

3.2 不同區(qū)縣全鉀含量比較

根據(jù)全國第二次土壤普查規(guī)定的土壤養(yǎng)分分級標準，梅州市森林土壤全鉀均值等級為Ⅲ級（表2），最大值和最小值均值的等級分別為Ⅰ級和Ⅵ級。從不同區(qū)縣看，森林土壤全鉀等級以Ⅲ級為主，主要分布在梅江區(qū)、梅縣區(qū)、平遠縣、大埔縣、豐順縣和五華縣。蕉嶺縣森林土壤全鉀等級為Ⅱ級，高于全市等級的平均水平，是梅州市唯一一個森林土壤全鉀等級為Ⅱ級的區(qū)縣，而興寧縣土壤全鉀等級為Ⅳ級，低于全市等級的平均水平，是梅州市唯一一個森林土壤全鉀等級為Ⅳ的區(qū)縣。從最大值和最小值等級分類看，各區(qū)縣最大值和最小值等級與全市平均水平保持一致，即所有區(qū)縣土壤全鉀最大值均處于Ⅰ級，而最小值均處于Ⅵ級。

表2 梅州市林地土壤全鉀分級 g/kgTable 2 Classification of total Kalium concentration in Meizhou

3.3 不同深度全鉀含量空間分布

由梅州市森林土壤全鉀含量空間分布可知（圖2），在L1 層（0～20 cm）全鉀含量主要呈東高西低的分布格局，東部大部分地區(qū)全鉀含量在17.0～30.8 g/kg 之間，西部大部分地區(qū)全鉀含量在10.3～17.0 g/kg 之間；由L2 層（20～40 cm）分布可知，全鉀含量也呈東高西低的分布格局。東部大部分地區(qū)全鉀含量在17.0～30.8 g/kg 之間，西部大部分地區(qū)全鉀含量在10.3～17.0 g/kg 之間；由L3 層（40～60 cm）分布可知，全鉀含量總體呈現(xiàn)東高西南低的分布格局。東部大部分地區(qū)全鉀含量在19.0～33.9 g/kg 之間，西南部全鉀含量主要在14.8 g/kg 以下；由L4 層（60～80 cm）空間分布可知，全鉀含量主要呈現(xiàn)東部高，中部和西南部低的格局。東部大部分地區(qū)全鉀含量在19.0～33.9 g/kg 之間，中部和西南部全鉀含量一般在19.0 g/kg以下；由L5 層（80～100 cm）分布可知，全鉀含量主要呈東高西低趨勢分布。東部大部分地區(qū)全鉀含量在19.0～33.9 g/kg 之間，西部大部分地區(qū)全鉀含量在10.3～19.0 g/kg 之間。

圖2 梅州市林地不同土層深度鉀含量空間分布特征Fig. 2 Total Kalium concentration and its spatial distribution in different soil levels

4 結(jié)論與討論

梅州市森林土壤全鉀含量平均值為17.44 g/kg，高于全市平均值的為蕉嶺縣、大埔縣、豐順縣和五華縣，而其他區(qū)縣森林土壤全鉀含量低于全市平均值，特別是興寧縣，其森林土壤全鉀含量在全市最低。另外，興寧縣和平遠縣土壤鉀元素含量顯著低于其他區(qū)縣。因此對鉀元素含量較低的區(qū)縣，應(yīng)通過補充與調(diào)節(jié)土壤鉀元素含量、增施有機肥和無機鉀肥、秸稈還田、合理輪作等方式[12]，逐步改善土壤鉀元素供應(yīng)能力，以滿足植被生長對鉀元素的需求。從土壤鉀元素標準差可知，大埔縣、豐順縣和五華縣標準差較大，說明在這3 個縣，不同空間位置上的土壤鉀元素含量的波動性較大。由于土壤鉀元素含量受到氣候、地形、植被、成土母質(zhì)、土壤類型、土壤酶活性、微生物以及人類活動等因素的共同影響[1]，因此，在關(guān)注土壤鉀元素含量外，也應(yīng)進一步分析不同影響因子對不同空間位置土壤鉀元素含量產(chǎn)生的影響，以降低不同空間位置土壤鉀元素含量的波動。

從梅州市土壤鉀含量分級看，全市以Ⅲ級為主，其中蕉嶺縣等級為全市最高，為Ⅱ級，而興寧縣為全市最低，為Ⅳ級。根據(jù)第二次土壤普查規(guī)定的土壤養(yǎng)分分級標準，梅州市大部分地區(qū)土壤鉀含量處于中上等級，蕉嶺縣等級為高，而興寧縣處于中下等級。由于土壤鉀元素是決定土壤肥力的重要因子，其含量高低直接影響區(qū)域土壤肥力水平及植被生長狀態(tài)[13]。因此，未來應(yīng)重點關(guān)注興寧縣土壤鉀元素含量及其動態(tài)變化。

土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性是土壤屬性空間分異性的重要方面，對植物群落空間格局、維持和調(diào)節(jié)生物多樣性產(chǎn)生重要影響[14]。土壤鉀元素含量空間分布可直觀反映其空間異質(zhì)性，直觀反映梅州市林地生產(chǎn)力。從不同深度土壤全鉀含量空間分布可知，梅州市土壤全鉀在不同深度均表現(xiàn)為東高西低的空間分布格局。由于土壤全鉀空間分布對區(qū)域植被產(chǎn)量、施肥控制、土地質(zhì)量評價和環(huán)境保護等均產(chǎn)生重要作用。因此，未來梅州市在提高土壤肥力、增加植被生產(chǎn)力等方面，應(yīng)注重西部地區(qū)土壤肥力變化及其對植被生長的影響。另外，本研究僅分析了梅州市土壤全鉀在不同土層深度下的空間分布規(guī)律，未來可以進一步探索不同因素，如植被類型。海拔、坡向、種植（耕作）方式等對不同深度土壤養(yǎng)分空間分布的影響。