武夷山風(fēng)景區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量研究

摘要：分析武夷山風(fēng)景區(qū)2008-2010年3年期間土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的空間變異特征，分析植被分布格局和海拔與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的關(guān)系。結(jié)果表明，①武夷山風(fēng)景區(qū)表層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量總體呈現(xiàn)隨海拔升高而上升的趨勢，氣候和植被類型的綜合作用決定了有機(jī)質(zhì)和氮素的空間分布。②土壤有機(jī)質(zhì)、全氮在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層具有空間相關(guān)性。土壤深度與有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量占0～60 cm土層有機(jī)質(zhì)含量的40%以上，甚至可高達(dá)66.33%。③從整體上看，3年間土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量基本上呈現(xiàn)不變的趨勢，表明武夷山景區(qū)在近幾年開發(fā)旅游過程中對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量保持較好。

關(guān)鍵詞：武夷山風(fēng)景區(qū)；土壤；有機(jī)質(zhì)；全氮；分布特征

中圖分類號：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0036-03

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的有機(jī)碳庫，其碳貯量現(xiàn)狀及貯碳能力是氣候、植被及人類活動等長期作用的結(jié)果[1]。土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量是土壤質(zhì)量的一個極其重要的屬性，它影響土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)與過程[2]，其主要來源于動植物、微生物殘體及根系分泌物等，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的主要因子，維持陸地生態(tài)環(huán)境的碳循環(huán)系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)外對土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的時空變化研究越來越多，特別是隨著統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展，在空間變異性方面的研究更加深入[3-5]。因此，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量被認(rèn)為是評價風(fēng)景區(qū)可持續(xù)性管理的重要因子。

武夷山是全球同緯度帶最完整、最典型、面積最大的中亞熱帶原生性森林生態(tài)系統(tǒng)，是研究土壤有機(jī)質(zhì)垂直分布規(guī)律及對氣候變化適應(yīng)與響應(yīng)機(jī)制的天然實(shí)驗(yàn)室。近年來國內(nèi)外學(xué)者對其土壤中元素含量特征已有不少研究[6，7]，但對武夷山自然保護(hù)區(qū)天然營養(yǎng)成分有機(jī)質(zhì)和全氮含量空間分布規(guī)律尚無系統(tǒng)研究。武夷山是世界文化與自然遺產(chǎn)雙遺地，因此，研究武夷山風(fēng)景區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量特征對武夷山風(fēng)景區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的平衡利用和旅游的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，對武夷山景區(qū)的精確管理和重點(diǎn)保護(hù)有著非常重要的啟示作用。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

武夷山脈位于閩贛邊境，其地理坐標(biāo)為117°27′-117°51′ E、27°33′-27°54′ N。該研究區(qū)域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，峰巒疊嶂，形成多樣的生態(tài)環(huán)境，是中國中亞熱帶最具典型、保存面積最大、保存最完好的森林生態(tài)系統(tǒng)。由于地勢高低懸殊，氣候的垂直變化頗為顯著，平均海拔為1 000～1 100 m，最高峰黃崗山2 158 m，最低海拔不到200 m；年平均氣溫13～19 ℃，年均降水量1 600～2 200 mm，局部地區(qū)高達(dá)3 000 mm，年平均相對濕度在70%～85%；海拔高度每上升100 m，氣溫下降0.44℃，同高度南坡比北坡溫度高0.5～0.7 ℃；降水量隨高度上升而增加。海拔高度差異引起氣候、生物等的遞變，植被的垂直分布明顯，主要有農(nóng)耕帶（海拔450 m以下）、常綠闊葉林帶（450～1 400 m）、中山矮曲林帶（1 600～1 900 m）和山地草甸帶（1 800 m以上）等林帶。研究區(qū)主要的森林類型有次生的常綠闊葉林、馬尾松林、杉木林、針闊混交林、竹林和灌木林等，面積約占整個風(fēng)景區(qū)面積的80%。

1.2 材料與方法

1.2.1 樣品采集及處理 為使樣品具有典型性和代表性，自2008年開始?xì)v經(jīng)3年對武夷山景區(qū)的6種樣地18個樣區(qū)（表1）進(jìn)行采樣分析。按分塊隨機(jī)布點(diǎn)的方法選擇合適地段分別設(shè)置3～5塊20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按S形布設(shè)取樣點(diǎn)5個，調(diào)查1 m厚土層土壤剖面特征，每個樣點(diǎn)按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm分層取樣風(fēng)干備用。經(jīng)研磨、過篩（φ0.149 mm）等處理，然后用四分法混合取出土樣，土樣按不同植被類型進(jìn)行分類測定，最后取平均值。海拔以平均值計，其取樣點(diǎn)基本情況如表1所示。

1.2.2 測定項目及方法 ①測定項目：有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮含量。②測定方法：有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全氮含量測定采用硒粉-硫酸銅-硫酸消化凱氏定氮法，全磷含量測定采用氫氧化鈉熔融鉬藍(lán)比色法，全鉀含量測定采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法，水解氮含量測定采用堿解擴(kuò)散法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量沿海拔梯度的變化

研究區(qū)主要的森林類型2008-2010年3年期間0～60 cm土壤基本理化性質(zhì)見表2。由表2可知，0～60 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量為灌木林>常綠闊葉林>針闊混交林>竹林>杉木林>馬尾松林，其中灌木林的有機(jī)質(zhì)含量是馬尾松林有機(jī)質(zhì)含量的2.25倍。0～60 cm土層中全氮含量為灌木林>常綠闊葉林>竹林>針闊混交林>馬尾松林>杉木林，其中灌木林的全氮含量是杉木林全氮含量的2.25倍。而且從表2可知，在海拔高度大于300 m以上的常綠闊葉林和灌木林，其有機(jī)質(zhì)含量分別為44.64、56.93 g/kg，全氮含量分別為1.64、1.71 g/kg，明顯高于海拔低于300 m的針闊混交林、竹林、杉木林和馬尾松林，有機(jī)質(zhì)和全氮含量總體上呈現(xiàn)隨海拔升高而上升的趨勢。

2.2 不同樣地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量隨土壤層次的變化

從表3可知，不同樣地的不同土層，其有機(jī)質(zhì)和全氮在全土中的含量因土壤層次差異而各不相同，其中0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)和全氮含量在3個土層中是最高的，其次是20～40 cm土層的，40～60 cm土層的最低，同一類型植被中3種土層有機(jī)質(zhì)、全氮含量也表現(xiàn)出同樣的分布特征。其中0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量占0～60 cm整個土層有機(jī)質(zhì)含量的40%以上，最高可達(dá)66.33%，0～20 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量與40～60 cm土層的相比最高可達(dá)5.68倍。土層深度與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，土層越淺，有機(jī)質(zhì)和全氮含量越高，土層越深，有機(jī)質(zhì)和全氮含量越低。因?yàn)榭葜β淙~多，腐殖酸含量隨著土層變淺而豐富，有利于土壤有機(jī)質(zhì)輸入率不斷提高。

在相同深度的土層，不同植被的有機(jī)質(zhì)含量也有差異，在0～20 cm土層中，灌木林>杉木林>常綠闊葉林>竹林>針闊混交林>馬尾松林；其中，灌木林的有機(jī)質(zhì)含量是馬尾松林有機(jī)質(zhì)含量的3.07倍。其全氮含量也有差異，灌木林>常綠闊葉林>竹林>針闊混交林>馬尾松林>杉木林；其中，灌木林的全氮含量是杉木林全氮含量的3.78倍。在土層0～60 cm各類型植被的有機(jī)質(zhì)/全氮大都在21.21～29.11，說明經(jīng)過多年對武夷山自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)和管理使土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量逐漸趨向均一化，空間相關(guān)距離也因而變小。

2.3 旅游活動沖擊下的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量和有機(jī)質(zhì)/全氮變化

表4為不同年份各類型植被土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量統(tǒng)計情況。由表4可知，3年常綠闊葉林有機(jī)質(zhì)平均含量為44.80 g/kg、全氮含量為1.64 g/kg、有機(jī)質(zhì)/全氮為27.44，有機(jī)質(zhì)含量最大年份與最小年份相差6.41 g/kg，是這3年平均值的14.31%。除了個別年份和樣地有機(jī)質(zhì)和全氮含量差異較大（可能與采樣時天氣條件有關(guān)，如剛下過暴雨等情況），其余呈現(xiàn)有升有降，從整體上看基本呈現(xiàn)不變的趨勢，表明武夷山景區(qū)在近幾年開發(fā)旅游過程中對土壤有機(jī)質(zhì)及其養(yǎng)分元素保持較好，并沒有出現(xiàn)缺少養(yǎng)分的狀況，使土壤兩種重要的指標(biāo)有機(jī)質(zhì)和全氮含量逐漸趨向均一化。說明武夷山內(nèi)的植被經(jīng)過多年的管理和重點(diǎn)保護(hù)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有機(jī)質(zhì)/全氮呈現(xiàn)良好的態(tài)勢，旅游開發(fā)并沒有破壞武夷山景區(qū)的土壤環(huán)境。

3 結(jié)論

經(jīng)過近幾年對武夷山景區(qū)的土壤基本理化性質(zhì)，包括有機(jī)質(zhì)、全氮含量、有機(jī)質(zhì)/全氮等性質(zhì)的研究，結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)含量為灌木林>常綠闊葉林>針闊混交林>竹林>杉木林>馬尾松林；不同類型植被土壤中不同土層有機(jī)質(zhì)在全土中的含量隨著土壤層次差異而各不相同，其中0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)和全氮含量在3個土層中是最高的，其次才是20～40 cm土層有機(jī)質(zhì)和全氮含量，40～60 cm土層有機(jī)質(zhì)和全氮含量最低，同一類型植被中3種土層有機(jī)質(zhì)、全氮含量也表現(xiàn)出同樣的分布特征；武夷山自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)和管理使土壤兩種重要的指標(biāo)有機(jī)質(zhì)和全氮含量逐漸趨向均一化，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有機(jī)質(zhì)/全氮呈現(xiàn)良好的態(tài)勢，旅游業(yè)的發(fā)展并沒有破壞景區(qū)的土壤環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李君劍，石福臣，柴田英昭，等.東北地區(qū)三種典型次生林土壤有機(jī)碳、總氮及微生物特征的比較研究[J].南開大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，40（3）：84-90.

[2] 解宏圖，李維福，鄭 立.東北黑土活性有機(jī)碳、氮分布研究[J].土壤通報，2008，39（2）：249-253.

[3] 許文強(qiáng)，羅格平，陳 曦，等.天山北坡綠洲土壤有機(jī)碳和養(yǎng)分時空變異特征[J].地理研究，2006，25（6）：59-62.

[4] 張春華，王宗明，任春穎，等.松嫩平原玉米帶土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的時空變異特征[J].地理研究，2011，30（2）：256-268.

[5] 趙鎖勞，彭玉魁.我國黃土區(qū)土壤水分、有機(jī)質(zhì)和總氮的近紅外光譜分析[J].分析化學(xué)， 2002，30（8）：978-980.

[6] 王國兵，王 豐，金裕華，等.武夷山不同海拔植被土壤微生物量N時空變異[J].生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（4）：784-789.

[7] 薛麗佳，高 人，楊玉盛，等.武夷山土壤有機(jī)碳和黑碳的分配規(guī)律研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2011，24（3）：399-403.