北江流域森林土壤磷空間分布特征研究*

鄧景月 余 斐 孫冬曉 鄧澤偉康 劍,2 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.中國科學院華南植物園，廣東廣州 510650）

北江一直以來都是廣州的主要水源地之一[1]，其流域也覆蓋了珠三角大多數(shù)地區(qū)。近年來，隨著人類活動增加，導致土地利用發(fā)生劇烈變化，此外，在退耕還林等政策的推動下，北江流域的土壤性質也發(fā)生了改變。磷是限制陸地生產力的重要因素，但也是植物生長的必要元素，其生物地球化學循環(huán)過程對森林生產力和穩(wěn)定性具有極為重要的影響[2]。現(xiàn)如今，生態(tài)公益林的建設是廣州市林業(yè)工作的重點項目之一[3]，植樹造林不僅是貫徹“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)方針，更是為進一步實現(xiàn)全球碳中和起到推動作用。北江流域擁有多個林場，北江流域植物區(qū)系有種子植物1 065 屬[4]，地理成分復雜，具有中國15 個種子植物屬分布區(qū)類型中的14 個，與世界其他地區(qū)的植物成分均有一定的聯(lián)系[5]。但是，目前北江流域大部分研究均是對水土調節(jié)[6]、抗災救援[7]、人類活動[8–10]、動物環(huán)境保護[11]等展開研究，鮮有人通過實地采樣分析北江流域森林土壤養(yǎng)分空間分布特征，本研究有助于進一步對北江流域森林保護與建設起到積極作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

北江是珠江水系的主要支流，發(fā)源于江西省信豐縣石碣大茅坑，經東江支流北山（即大坪山），在廣西北海市進入廣西壯族自治區(qū)河池市，自北向南流至河池市武定縣與北江匯合。北江主要位于廣東省境內，流域面積在思賢滘以上為52 068 km2，占珠江流域總面積的10.3%，地形起伏較大。北江上游夏季炎熱、冬季寒冷，夏季平均氣溫在21℃左右。降水量約600～1 000 mm，北江流域多雨，暴雨和洪水集中發(fā)生于每年4—6月，降水量較大。河道多為漫灘式湖泊，湖區(qū)面積占總面積的75%左右。濕地分布于北江干流上各主要支流內和下游地區(qū)及河口周圍地域。

1.2 土壤樣品采集與測定

選擇清遠市英德市、清城區(qū)、清新區(qū)、佛岡縣和韶關市，在地理云空間下載DEM 數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)有的林地數(shù)據(jù)綜合選取采樣點位置。韶關市調查時間為2020 年7—9 月，清遠市為2021 年7—9 月。遵循“隨機”與“等量”的采樣原則，兼顧采樣現(xiàn)場的實際情況，考慮交通與安全等方面因素，于2021 年5 月在北江流域按照GPS 點位采集林地0～80 cm 的土壤，0～20 cm（D1）、20～40 cm（D2）、40～60 cm（D3）、60～80（D4）。全區(qū)累計采集174 個采樣點（圖1）。

圖1 北江流域森林土壤樣點布設Fig. 1 Layout of forest soil the BeiJiang River Basin

樣品采集完成后，對樣品進行風干、研磨過篩等預處理。為保證實驗精度，在滿足操作規(guī)范的前提下，盡可能快速的對全部土壤樣品進行分析[12]，土壤TP 含量參照國家林業(yè)局發(fā)布的《森林土壤磷的測定》LY/T1232-2015 進行測定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用EXCEL 軟件對均值、極值、標準差等指標進行統(tǒng)計。

選擇ArcGIS 10.7 軟件對土壤養(yǎng)分進行空間克里格插值（Kriging）[14]，進而分析北江的土壤養(yǎng)分空間分布特征。

2 結果與分析

2.1 北江土壤表層土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計分析

由表1 可知，4 個土壤層磷含量均值、中位數(shù)、最小值及最大值從表層到深層依次遞減，D1～D4 土壤層平均值分別是247.949 mg/kg，216.331 mg/kg，207.592 mg/kg，206.83 mg/kg。其中，磷含量最高值位于D1，土壤層磷含量高達637.68（mg/kg）。D1～D4 土壤層標準誤差分別是8.167、7.771、7.335、7.541、D1～D4 土壤層標準差分別是107.732、102.07、96.759、99.474。D1～D4 土壤層峰度值與偏度值表明：4 個土壤層都呈偏正態(tài)，峰度值在D4 土壤層最小，為0.057，偏度值D1 最小，為0.752。

表1 北江流域森林土壤磷含量描述性統(tǒng)計 mg/kgTable 1 Descriptive statistical table of forest soil phosphorus content in Beijiang River Basin

根據(jù)圖2 統(tǒng)計分析，D1 與其余各土壤層之間磷含量均存在顯著差異，但D2～D4 間差異不顯著。

圖2 北江流域森林土壤磷含量箱線圖Fig. 2 Box line diagram of soil phosphorus content in forest soil in BeiJiang River Basin

2.2 北江流域各森林土壤層磷含量空間分布特征

從圖3 可以明顯看出，D1 土壤層磷含量主要集中在75.326～637.68（mg/kg）,磷含量呈現(xiàn)南北較少，中部較多，西部少，東部多的分布情況；D2 土壤層磷含量主要集中在75.326～637.68（mg/kg，磷含量呈現(xiàn)西南部較少，西北向東南方向恒定的態(tài)勢；D3 土壤層磷含量主要集中在63.114～580.92（mg/kg），呈現(xiàn)西南部與東北部較少，西北向東南方向恒定的態(tài)勢；D4 土壤層磷含量主要集中在60.878～514.7（mg/kg），呈現(xiàn)西南部與東北部較少，西北向東南方向恒定的態(tài)勢。

圖3 北江流域不同土壤層森林土壤磷含量空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil phosphorus content in forests of different soil layers in Beijiang River Basin

總體來說，4 個土壤層磷含量的空間分布由西南向東北均呈現(xiàn)先增加后降低再增加的分布特征。就水平方向而言，4 個土壤層磷含量空間分布總體都表現(xiàn)為西高東低，流域內D2 土壤層東、西兩側土壤磷含量相差較其它土壤層大，且具有明顯的空間分布差異性。垂直方向，D1～D4 土壤層磷含量總體呈逐漸下降趨勢，D1 與D2，D3 和D4相比北江流域以東地區(qū)土壤層磷含量明顯升高，D1-D4 土壤層磷含量呈明顯下降趨勢，D1～D4 在西北-東南呈現(xiàn)對稱分布。

3 結論與討論

從垂直空間上看，北江流域4 層土壤的土壤磷含量范圍在63.11～637.68 mg/kg 范圍內，且隨著土壤深度不斷加深，土壤磷的含量逐漸降低，這與白軍紅[15]、南富森[16]等人研究結果一致。

從北江流域土壤磷的水平分布格局看，在北江沿岸以及北江與其它河流交匯處土壤含磷量相對較高，遠離河岸處處土壤含磷量相對較低。這是由于植被、地形、微生物等共同作用的結果，靠近北江沿岸，植被與土壤微生物受到水分和其他因素影響，呼吸與分解作用加強，導致磷循環(huán)速率加快。此外，河流沿岸海拔不同，水流的堆積作用也為這些地方土壤磷含量的累積創(chuàng)造了有利的自然條件。這也與李建輝[17]、司涵[18]等人研究結果一致。

通過對不同森林土壤層磷含量進行描述性統(tǒng)計、對比分析和空間作圖，結果呈現(xiàn)出明顯的一致性。隨著土壤深度加深，4 個土壤層磷含量的平均值由表層至深層依次降低以及離散程度逐漸減低，D2 與D4 土壤層的標準誤差值和標準差相近，說明二者空間變異性減少。

植被的生長發(fā)育需要吸收各種元素[19]，研究北江流域森林土壤磷養(yǎng)分特征及分布格局有利于廣州省公益林項目的建設，對指導其對樹種的選擇有著重要的參考價值[20]。同時，通過分析和估算，測算出了北江流域森林壤磷含量，揭示了其分布格局，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定以及磷的可持續(xù)利用具有重要意義。