文昌市5 種森林類型土壤養(yǎng)分含量特征分析

黎麗娟

文昌市林業(yè)局，海南文昌 571300

森林是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，由各種動植物、微生物以及土壤組成。土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，對植物的生長和生態(tài)系統(tǒng)的健康起著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著全球氣候變化對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響日益顯著，研究和了解森林土壤養(yǎng)分含量特征越來越重要。不同森林類型凋落物、儲量、養(yǎng)分歸還量及凋落物分解速率不同，林下土壤養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異明顯［1-2］，且具有各自獨(dú)特的土壤養(yǎng)分特征。碳、氮、磷、鉀是植物生長發(fā)育的必需元素[3]，準(zhǔn)確了解不同森林類型土壤養(yǎng)分分布，直接關(guān)系到森林植被的生長和演替。因此，深入探究不同森林類型土壤養(yǎng)分含量特征，對于科學(xué)合理地利用和保護(hù)森林資源具有重要意義。

該文選擇海南省東北部的文昌市5 種不同森林類型（木麻黃林、大葉相思林、濕加松林、椰子林、混交林）土壤為研究對象，對不同森林類型間及不同層次土壤養(yǎng)分進(jìn)行測定及分析，探討了森林土壤養(yǎng)分特征的形成機(jī)制及其對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)域在海南省文昌市，地理位置為19°34′01″N ～19°44′23″N，110°43′19″E ～1111°58′34″E，屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫在25℃，夏季高溫多雨，冬季晴朗干燥，年均降水量為1740mm，全年雨量的70%～90%集中在6月～10 月，尤以9 月最多。受季風(fēng)帶影響，以南風(fēng)、東南風(fēng)為主。年均蒸發(fā)量為1892mm，與降雨量持平[4]。該區(qū)域目前的主要森林類型有次生演替過程形成的常綠闊葉混交林、木麻黃林、大葉相思林、椰子林、濕加松林及一些雜灌林等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇

2022 年8 月在文昌市選擇具有代表性的森林類型，選取年齡組成相近的典型林分進(jìn)行研究，分別是木麻黃(Casuarina equisetifolia)林、大葉相思（Acacia auriculiformis）林、椰子（Cocos nucifera）林、濕加松（Pinus elliottii×Pinus oaribaea）林、混交林，每種森林類型選擇3 個樣地，每個樣地面積為20m×30m，采用PVC 管對每個樣方標(biāo)記。

1.2.2 樣品采集及分析

1.2.2.1 樣品采集

在每個樣方內(nèi)按對角線隨機(jī)挖取土壤剖面3個，在土層0＜h≤20cm、20cm＜h≤40cm 處采集土壤，重復(fù)3 次，將土取出后帶回實(shí)驗室內(nèi)，土樣經(jīng)風(fēng)干去雜后過1mm、0.25mm 篩，用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測定。

1.2.2.2 土壤分析測定方法

根據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[5]對土壤樣品各項指標(biāo)進(jìn)行測定，其中pH 值測定采用電位法，有機(jī)質(zhì)含量測定采用鉻酸氧還滴定法，全氮含量測定采用半微量開氏法，全磷含量測定采用酸溶—鉬銻抗比色法，全鉀含量測定采用堿溶—火焰光度法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2012 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理，不同森林類型間采用spss 8.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）及多重比較（LSD），同一森林類型土層間采用spss 8.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本T 檢驗差異比較，用Spearman 相關(guān)性系數(shù)法分析土壤養(yǎng)分的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH

土壤溶液的pH 是影響土壤養(yǎng)分的重要因素之一，它直接影響土壤中養(yǎng)分存在的狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性[6]。由表1 可知，5 種森林類型的土壤剖面的各層pH 范圍在5.20～6.10，呈酸性。方差分析表明，5 種森林類型間土壤pH 含量差異極顯著(p＜0.01)，pH大小順序為濕加松林（5.20）＜混交林（5.45）＜椰子林（5.71）＜大葉相思林（5.93）＜木麻黃林（6.10）。其中，濕加松林、混交林土壤酸堿度屬于強(qiáng)酸性；椰子林、大葉相思林、木麻黃林土壤酸堿度屬于酸性，強(qiáng)弱相差不大。在土層垂直變化上，對2 個土層（0＜h≤20cm、20cm＜h≤40cm）pH 進(jìn)行對比，除了木麻黃林隨著土層加深而變大，其余都是隨著土層加深而變小趨勢。T 檢驗分析顯示，同一森林類型各層之間土壤pH含量均差異不顯著(p＞0.05)。

表1 5 種森林類型土壤pH 變化比較Tab.1 Comparison of Soil pH Changes in 5 Types of Forests

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

由表2 可以看出，5 種森林類型土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.42g/kg～14.14g/kg。方差分析表明，5 種森林類型間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異極顯著(p＜0.01)。土壤有機(jī)質(zhì)大小順序為木麻黃林（5.42g/kg）＜椰子林（7.86g/kg）＜濕加松林（9.23g/kg）＜大葉相思林（9.44g/kg）＜混交林（14.14g/kg）。其中，混交林土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他森林類型，木麻黃林整體低于其他森林類型，混交林土壤有機(jī)質(zhì)是木麻黃林的2.84 倍。在土層垂直變化上，5 種森林類型的土壤有機(jī)質(zhì)含量都表現(xiàn)出隨深度增加而減小的變化規(guī)律，T 檢驗分析顯示，同一森林類型各層之間土壤有機(jī)質(zhì)含量均差異不顯著(p＞0.05)。

表2 5 種森林類型土壤有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分含量變化比較Tab.2 Comparison of Organic Nutrient Content in 5 Types of Forest Soils

2.3 土壤全氮

土壤全氮含量是衡量土壤氮素供應(yīng)狀況及其有效性的重要指標(biāo)[7]。由表3 可以看出，5 種森林類型土壤全氮含量在0.24g/kg～0.70g/kg。方差分析顯示，5 種森林類型間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異極顯著(p＜0.01)，土壤全氮大小順序為木麻黃林(0.24g/kg)＜椰子林(0.36g/kg)＜濕加松林（0.38g/kg）＜大葉相思林（0.38g/kg）＜混交林（0.70g/kg）。在土層垂直變化上，土壤全氮在不同森林類型都表現(xiàn)出隨深度增加而減小的變化規(guī)律。其中，混交林在不同土層間都表現(xiàn)出高于其他森林類型土壤，椰子林土壤氮含量在不同土層表現(xiàn)都比較低。T 檢驗分析顯示，同一森林類型各層之間土壤有機(jī)質(zhì)含量均差異不顯著(p＞0.05)。

表3 5 種森林類型土壤全氮養(yǎng)分含量變化比較Tab.3 Comparison of Changes in Soil Total Nitrogen Nutrient Content for Five Forest Types

2.4 土壤全磷

土壤全磷量是衡量土壤中的所有形態(tài)磷的總量指標(biāo)。由表4 可以看出，5 種森林類型土壤全磷含量在0.02g/kg～0.06g/kg，土壤全磷含量整體偏低。方差分析表明，5 種森林類型間土壤全磷含量差異極顯著(p＜0.01)，5 種森林類型間土壤的全磷含量大小順序為大葉相思林（0.02g/kg）＜木麻黃林（0.03g/kg）＜椰子林（0.04g/kg）＜混交林（0.05g/kg）＜濕加松林（0.06g/kg），其中濕加松林含量最高，是大葉相思林的3 倍。同一森林類型土層垂直變化上，都表現(xiàn)出隨著土層增加而減小趨勢。T檢驗分析顯示，同一森林類型各層之間土壤全磷含量均差異不顯著(p＞0.05)。

表4 5 種森林類型土壤全磷養(yǎng)分含量變化比較Tab.4 Comparison of Total Phosphorus Nutrient Contents in Soil of 5 Forest Types

2.5 土壤全鉀

土壤全鉀是衡量土壤中可供植物吸收利用的鉀元素總量的指標(biāo)。由表5 可以看出，5 種森林類型土壤全鉀含量在0.50g/kg～0.92g/kg。方差分析顯示，5 種森林類型間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異極顯著(p＜0.01)，5 種森林類型土壤的全磷含量大小順序為椰子林（0.50g/kg）＜大葉相思林（0.53g/kg）＜混交林（0.54g/kg）＜濕加松林（0.67g/kg）＜木麻黃林（0.92g/kg）。同一森林類型土層垂直變化上，除了木麻黃林外，都表現(xiàn)出隨著土層增加而減少趨勢。T 檢驗分析顯示，同一森林類型各層之間土壤全鉀含量差異不顯著(p＞0.05)。

表5 5 種森林類型土壤全鉀養(yǎng)分含量變化比較Tab.5 Comparison of Changes in Total Potassium Nutrient Content of Soil for Five Forest Types

2.6 土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)分析

由表6 可知，相關(guān)分析表明：土壤pH 與土壤全鉀含量達(dá)到極顯著正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤全磷含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、土壤全磷含量達(dá)到極顯著正相關(guān)，與土壤全鉀含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與土壤全磷含量達(dá)到顯著正相關(guān)，與土壤全鉀含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤全磷與土壤全鉀含量相關(guān)關(guān)系不顯著。

表6 土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性分析Tab.6 Correlation Analysis Between Soil Nutrient Indicators

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）5 種森林類型土壤養(yǎng)分存在明顯的差異，土壤pH 范圍在5.20～6.10，呈酸性。其中，濕加松林、混交林土壤酸堿度屬于強(qiáng)酸性，椰子林、大葉相思林、木麻黃林土壤屬于酸性，強(qiáng)弱相差不大；土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.42g/kg～14.14g/kg，土壤全氮含量為0.24g/kg～0.70g/kg，均為混交林最高，大葉相思林、濕加松林、椰子林次之，木麻黃林最低；土壤全磷含量為0.02g/kg～0.06g/kg，為濕加松林最高，混交林、椰子林、木麻黃林次之，大葉相思林最低；土壤全鉀含量為0.50g/kg～0.92g/kg，木麻黃林最高，濕加松林、混交林、大葉相思林次之，椰子林最低。

（2）同一森林類型不同土層間差異不顯著，除pH外，基本土壤養(yǎng)分指標(biāo)上呈現(xiàn)出隨土壤深度的增加各指標(biāo)值逐漸下降。其中，混交林比人工林各化學(xué)指標(biāo)下降得較慢，土壤養(yǎng)分分布均勻。

（3）相關(guān)分析表明：土壤pH 與土壤全鉀含量達(dá)到極顯著正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤全磷含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、土壤全磷含量達(dá)到極顯著正相關(guān)，與土壤全鉀含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤全氮與土壤全磷含量達(dá)到顯著正相關(guān)，與土壤全鉀含量達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)；土壤全磷與土壤全鉀含量存在不顯著相關(guān)關(guān)系。

3.2 討論

土壤pH 主要取決于成土母質(zhì)和成土過程及土壤溶液濃度[8]。研究結(jié)果表明，5 種森林類型土壤pH均在6.5 以下，呈酸性，主要原因可能是當(dāng)?shù)赝寥来鷵Q性氫離子和代換性鋁及土壤溶液中鋁離子含量高且比較活潑，易存在于酸性土壤中，因而導(dǎo)致土壤呈酸性；其次是文昌地處高溫多雨的地方，風(fēng)化淋溶較強(qiáng)，鹽基易淋失，容易形成酸激拆性土壤；再者是文昌市屬于臺地平原，人類活動頻繁，加劇了土壤酸化程度。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，它與土壤礦質(zhì)部分共同作為林木營養(yǎng)的來源，它的存在或多或少會直接影響和改變著土壤的一系列物理和化學(xué)、生物學(xué)的性質(zhì)[9]。該研究結(jié)果表明，不同森林類型土壤養(yǎng)分指標(biāo)（土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）大小順序不完全一致，并非土壤有機(jī)質(zhì)含量高的其全氮、全磷、全鉀含量也都比較高[10]，因此影響土壤化學(xué)特征的因素十分復(fù)雜，僅從土壤有機(jī)質(zhì)方面不能全面揭示土壤的化學(xué)特征[11]。該研究中5 種森林類型，人工林（木麻黃林、濕加松林、大葉相思林、椰子林）土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量均低于混交林，究其原因可能是：（1）4 種人工林地采用清理和翻耕等方式進(jìn)行土地準(zhǔn)備，這會導(dǎo)致土壤的有機(jī)質(zhì)流失，而混交林由于天然生態(tài)系統(tǒng)的作用，土壤保持有機(jī)物的能力較強(qiáng)；（2）人工林樹種單一，與混交林相比，樹種多樣性不足，無法形成復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，缺乏一些諸如植物殘體降解及其它生物活動等機(jī)制，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的循環(huán)和提供量有所下降；（3）人工林經(jīng)常使用化肥來補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，在一定程度上阻礙了土壤微生物的正常生長和養(yǎng)分利用。

同一森林類型不同土層研究結(jié)果表明，不同土壤層次各化學(xué)指標(biāo)的結(jié)果也不盡相同。除個別指標(biāo)外，總體呈現(xiàn)出隨土壤深度的增加各指標(biāo)值逐漸下降，但差異并不顯著，與前人研究結(jié)果基本一致[11]。研究認(rèn)為，土壤表層更容易受到外界環(huán)境的影響，造成土壤養(yǎng)分分布不均勻。另外，混交林比人工林各化學(xué)指標(biāo)在不同土層間差異較小，主要是原因是混交林林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，群落多樣性高，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，土壤微生物多樣性高，更有利于有機(jī)物的積累，同時受到人為干擾也較少。