大興安嶺山地樟子松天然林不同坡位土壤養分特征及相關性研究

李奕　滿秀玲　蔡體久等

摘要 以大興安嶺地區典型山地樟子松天然林為材料，研究了不同坡位土壤養分特征及其相關性，研究得出：坡位對土壤速效養分影響較大。樟子松天然林0～20 cm土層土壤有機質含量與土壤水解氮含量均有：坡上>坡下>坡中，二者含量平均值分別為1.24%和573.45 mg/kg；土壤全氮含量表現為：坡下>坡上>坡中，其含量平均值為2.504 g/kg。土壤全磷和土壤速效磷含量變化規律為：坡上>坡中>坡下，其土壤全磷含量分別為：2.469、2.180和2.160 g/kg ；土壤速效磷含量分別為607.80、509.76和443.84 mg/kg。土壤全鉀含量變化為：坡下>坡中>坡上，平均值為50.41 g/kg；土壤速效鉀含量變化為：坡上>坡中>坡下，其值分別為：500.16、476.00和443.15 mg/kg，平均值為473.10 mg/kg。相關分析結果表明，土壤有機質與其他養分元素含量呈正相關，除與土壤全鉀和速效鉀相關性較差，其余相關性均較好。在不同坡位上，土壤全量養分間的差異不顯著，速效養分間差異顯著。

關鍵詞 大興安嶺；樟子松天然林；坡位；土壤養分；相關性

中圖分類號 S791.253 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）05-01413-04

Abstract Soil nutrient characteristic and the correlation in different slope position of Scotch Pine Forest was studied in Da Hinggan Mountains， the results showed that， the slope has a great influence in Soil phosphorus nutrients. Soil organic matter，soil hydrolysable nitrogen of 0-20 cm soil layer was as follows： upslope> lower slope> middle slope. The average of soil organic matter，soil hydrolysable nitrogen was 1.24%，573.45 mg/kg， respectively. Soil total phosphorus and soil available phosphorus were as follows： upslope> middle slope> lower slope. The soil total phosphorus content was 2.469， 2.180 and 2.160 g/kg， respectively. The soil available phosphorus content of upslope was 607.80 mg/kg， with middle slope as 509.76 mg/kg， upslope as 443.84 mg/kg. Soil total potassium content was in line with： lower slope>middle slope > upslope， with the average of the content as 50.41 g/kg. Soil available potassium was in line with： upslope >middle slope > lower slope， with upslope as 500.16 mg/kg， the middle slope as 476.00 mg/kg， lower slope as 443.15 mg/kg. The average of soil available potassium was 473.10 mg/kg. Related analysis shows that soil organic matter was positively associated with the other nutrients. Besides the correlation between soil organic with soil total potassium

and soil available potassium was poor， the correlation of the rest nutrients was well. In different slope， soil total nutrients content was not significant， but soil available nutrients content was significant.

Key words Da Hinggan Mountains； Scotch Pine natural forest； slope position； soil nutrients； correlation

土壤養分是土壤肥力的重要標志，能供應和協調植物生長的營養條件與環境條件，對土地的可持續利用具有重要作用[1] 。植被和土壤是生態系統中相互影響、相互作用的重要組成部分。土壤不僅是植物生長繁育的基底，提供植物必需的水、肥、氣、熱等生活條件，同時也是物質循環和能量流動的“三庫”之一（植物庫、動物庫、土壤庫），是動植物殘體分解和微生物生命活動的基礎條件[2]。

大興安嶺是我國重要的國有林區，樟子松天然林作為大興安嶺地區的主要森林類型之一，目前國內對其土壤養分特征的研究很少。該文以大興安嶺山地樟子松天然林為研究對象，對不同坡位的樟子松天然林土壤養分分布特征進行研究，旨在了解不同坡位上土壤肥力狀況，揭示土壤養分的流動規律，通過分析養分間的相關關系，進一步了解土壤養分間的內在聯系，為該區土壤的有效利用和管理提供依據。

1 研究地概況

研究區位于大興安嶺漠河縣境內，地理坐標為121°07′～124°20′E，52°10′～53°33′N，該地區屬寒溫帶大陸性氣候，具有明顯的山地氣候特點，冬季漫長寒冷，夏季短暫溫熱，年平均氣溫-3.8 ℃，年平均降水量431.2 mm，多集中在7月份，初霜在9月初，終霜在5月中下旬，全年平均無霜期為89 d。植被系以興安落葉松（Larix gmelinii） 為優勢的北方寒溫帶明亮針葉林，此外還有樟子松林（Pinus sylvestris var.mongolica）、白樺林（Betula platyphylla）、山楊林（Populus davidiana）等也為該地區的主要森林類型。地帶性土壤主要是棕色針葉林土，常有草甸化和沼澤，并有永凍層存在[3]。

2 研究方法

2.1 標準地設置

在2010年5月，選擇該區有代表性的山地樟子松天然林為研究對象，坡度為35°～40°，坡長400 m左右，陽坡，整個坡面均有樟子松天然分布，坡上有山楊、白樺等樹種混生，坡中下部有落葉松和白樺等樹種混生。自坡頂向坡下每隔30 m設為取樣點，共設置11個取樣點，分別記為樣點1、樣點2、……、樣點11，依據林地基本特征及地形變化特點將整個坡面分為3段，即樣點1～樣點4為坡上，樣點5～樣點7為坡中，樣點8～樣點11為坡下。在每個取樣點挖3個土壤剖面，由于研究區土層很薄，一般在10～20 cm，下層由大小不等的石子組成，石粒間由粘重的土壤顆粒填充，很少有植物根系分布，因此，根據土層的厚度把土壤剖面分成0～10 cm和10～20 cm共2層，用100 cm3體積環刀取原狀土和土壤鋁盒，用環刀法測土壤密度和孔隙度[4]。同時分層取500 g左右的土樣裝入樣品袋，做好記錄。將實驗樣品帶回實驗室，12月份對其進行實驗測定。土壤各指標的測定采用混合樣，將3個采樣點采集的同土層的樣品進行混合，用四分法取樣，每個樣品測定3次。樣地基本情況詳見表1。

2.2 土壤樣品分析方法

將土樣風干、研磨、過篩剔除雜質后分析土壤有機質、土壤水解氮、土壤速效磷、土壤速效鉀的含量。測定方法均采用國家林業行業標準《森林土壤分析方法》，具體測定方法為：土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法（油浴加熱）；土壤全氮含量采用凱氏定氮儀法；土壤水解氮含量采用擴散法；土壤全磷含量采用堿熔-鉬銻抗比色法；土壤速效磷含量采用鹽酸-硫酸溶液浸提法；土壤全鉀用酸溶和土壤速效鉀經醋酸銨浸提處理后均采用ICE-3500原子吸收光譜儀進行測定。

2.3 數據處理 所獲數據的統計分析用SPSS18.0軟件完成，數據計算和作圖由Excel軟件完成。

3 結果與分析

3.1 不同坡位樟子松天然林土壤有機質分布特征

由圖1可知，自坡頂向坡下土壤有機質含量均表現為0～10 cm>10～20 cm，即表層土壤有機質含量高于下層。0～10 cm土層土壤有機質含量從樣點1～樣點4呈減小趨勢，這是由于坡頂的樣點1，地勢平坦，有白樺和山楊等闊葉樹種出現，密度較大，地表凋落物較厚，土壤有機質得到較好的積累，達最大值1.50%；而從樣點1～樣點4坡度逐漸增大，闊葉樹種數量逐漸減少，土壤質地變差，石粒含量增多，土壤有機質含量則逐漸減少，由坡頂樣點1的1.50%減少到樣點4的0.59%。樣點5到樣點11，0～10 cm土層土壤有機質含量呈波動增加的趨勢，增加幅度為89.67%。樣點11位于坡角，坡度較緩，土層明顯變厚，土壤疏松，且有較厚的枯枝落葉覆蓋，因此，土壤有機質的含量會明顯增加，但小于坡頂部。10～20 cm土層土壤有機質含量則表現出波動變化，規律不明顯，坡頂的樣點1土壤有機質含量最大，為0.43%，樣點4土壤有機質含量最小，為0.27%。整個坡面0～20 cm土層土壤有機質含量坡上最大，為1.37%，坡下其次，為1.30%，坡中最小，為1.06%。經檢驗，不同坡位間土壤有機質含量差異均不顯著（P>0.05）。該研究結果與一些學者[5-6]研究的坡底有機質含量最大的結果不同，可能是由于山地樟子松林坡頂部的白樺和山楊等闊葉樹種存在，凋落物較多，人為活動較少，從而使得土壤有機質得到更好的積累。

3.2 不同坡位樟子松天然林土壤氮分布特征

由圖2可以看出，樟子松天然林土壤全氮含量表層土壤大于下層土壤，即0～10 cm>10～20 cm。0～10 cm土層，土壤全氮含量由整個坡面最大值的樣點1減小到最小值的樣點5，其值分別為2.484 g/kg和1.146 g/kg，減小幅度達53.86%。而樣點6到樣點11，土壤全氮含量呈波動增加的趨勢，波動范圍為1.244～1.847 g/kg。10～20 cm土層，整個坡面樣點土壤全氮含量呈波動增加的趨勢，最大值出現在坡底樣點10處，其值為1.119 g/kg，最小值出現在坡上樣點3處，其值為0.564 g/kg。分析導致這一結果的原因可能是整個坡面的坡度大小變化。就0～20 cm土層土壤全氮含量變化趨勢來看，不同坡位樟子松天然林土壤全氮含量表現為：坡下>坡上>坡中，其值分別為2.658、2.537和2.316 g/kg。經檢驗，不同坡位間土壤全氮含量差異均不顯著（P>0.05）。樟子松天然林土壤全氮含量平均值為2.504 g/kg。

如圖3所示，自坡頂向坡下土壤水解氮含量均表現為0～10 cm>10～20 cm，即表層土壤水解氮含量大于下層。0～10 cm土層土壤水解氮含量從樣點1到樣點4呈減小的趨勢，樣點5到樣點11土壤水解氮含量呈波動式增加趨勢，這是由于坡度的存在，長期的沖刷作用使許多礦物風化產物隨著地表和地下徑流水由高處向下坡位及其坡腳淋洗遷移，下坡位或坡腳是其他坡位水土流失的一個匯[5]。坡頂樣點1土壤水解氮含量達最大值，為605.50 mg/kg，樣點4的土壤水解氮含量最小，為271.02 mg/kg，減小幅度為55.24%，達顯著水平（P<0.05）。10～20 cm土層土壤水解氮含量變化較小，整體表現為波動式增加的趨勢，坡下部的樣點10處土壤水解氮含量達最大值為244.05 mg/kg。就整個坡面土壤水解氮含量的變化趨勢來看，樟子松天然林0～20 cm土層土壤水解氮含量從坡上到坡下有先減小后增大的趨勢，不同坡位土壤水解氮含量大小排序為：坡上>坡下>坡中，坡上為610.02 mg/kg，坡下為604.50 mg/kg，坡中為505.82 mg/kg。經檢驗，除坡上和坡下水解氮含量差異不顯著（P>0.05）外，其余兩兩差異顯著（P<0.05）。

3.3 不同坡位土壤磷分布特征

由圖4可以看出，樟子松天然林11個樣點的土壤全磷含量均表現為0～10 cm>10～20 cm，即表層土壤全磷含量大于下層土壤。0～10 cm土層，土壤全磷含量呈波動遞減的趨勢，土壤全磷含量最大值出現在位于坡頂的樣點1處，其值為1.641 g/kg，最小值出現在坡度最大的樣點4處，土壤全磷含量為0.929 g/kg。10～20 cm土層，土壤全磷含量變化趨勢與0～10 cm土層變化趨勢相似，其最大值也出現在位于坡頂有闊葉樹種存在的樣點1處，其含量為1.355 g/kg，但最小值出現在樣點6處，含量大小為0.732 g/kg，其最大值是最小值的1.85倍。整個坡面0～20 cm土層，樟子松天然林土壤全磷含量大小表現為：坡上>坡中>坡下，其值分別為2.469、2.180和2.160 g/kg。樟子松天然林土壤全磷含量平均值為2.270 g/kg。

由圖5可得，自坡頂到坡底，土壤速效磷含量均表現為0～10 cm<10～20 cm，即表層土壤速效磷含量小于下層土壤。0～10 cm土層，從坡頂樣點1到樣點4，土壤速效磷含量急劇減少，由最大值290.79 mg/kg減少到160.13 mg/kg，減少幅度為44.93%，達顯著水平（P<0.05），這是由于樣點1到樣點4坡度較大，土壤淋溶作用明顯，且坡頂由于闊葉樹種存在，其凋落物較多，土壤中磷得到較好的歸還。樣點5～樣點11，由于坡度變緩，淋溶作用較弱，土壤速效磷含量變化呈波動減少的趨勢，變化范圍為154.59～235.45 mg/kg。10～20 cm土層土壤速效磷含量變化趨勢與0～10 cm土層趨勢一致，坡頂樣點1處達最大值，為550.77 mg/kg，樣點11處達最小值，為267.52 mg/kg，最大值是最小值的2.06倍。就整個坡面0～20 cm土層來看，樟子松天然林土壤速效磷含量大小表現為：坡上>坡中>坡下，坡上為607.80 mg/kg，坡中為509.76 mg/kg，坡下為443.84 mg/kg，整個坡面土壤速效磷平均值為520.47 mg/kg。經檢驗，不同坡位間土壤速效磷含量差異均顯著（P<0.05）。該研究結果與高雪松等[6]研究的坡底部土壤速效磷含量最大不一致，分析原因可能由于該研究區與高雪松實驗區相比，少雨且氣候較為干燥，沖刷作用較弱所致。

3.4 不同坡位土壤鉀分布特征

由圖6可得，樟子松天然林自坡頂到坡底，土壤全鉀含量均為0～10 cm<10～20 cm，即表層土壤全鉀含量低于下層土壤全鉀含量。0～10 cm土層，土壤全鉀含量呈波動增加趨勢，坡頂樣點1土壤全鉀含量最小，最小值為18.74 g/kg，坡底樣點11處，土壤全鉀含量最大，最大值為28.68 g/kg，最大值是最小值的1.53倍。10～20 cm土層土壤全鉀含量大小變化趨勢與0～10 cm土層土壤全鉀含量大小變化趨勢相似，坡底樣點11處，土壤全鉀含量達最大值，為31.53 g/kg，最小值出現在樣點7處，其值為24.19 g/kg，最大值是最小值的1.30倍。就整個樟子松天然林坡面0～20 cm土層來看，樟子松天然林土壤全鉀含量平均值為50.41 g/kg，不同坡位土壤全鉀含量大小表現為：坡下>坡中>坡上，其含量大小分別為：54.50、49.56和47.17 g/kg。

由圖7可知，樟子松天然林表層土壤速效鉀含量均大于下層土壤，即0～10 cm>10～20 cm。0～10 cm土層，土壤速效鉀含量呈波動減少的趨勢，樣點1處也由于闊葉樹種存在，凋落物較多的原因使其土壤速效鉀含量達最大值，為441.72 mg/kg，樣點9處的土壤速效鉀含量為最小值229.41 mg/kg，最大值是最小值的1.93倍。10～20 cm土層，土壤速效鉀含量呈波動增加的趨勢，其波動范圍為134.81～209.04 mg/kg，最大值出現在樣點7處，最小值出現在坡度最大的樣點2處，與0～10 cm土層相比，10～20 cm土層土壤速效鉀含量波動較小，可能由于樟子松天然林的林木根系大多分布在0～10 cm土層，其生長利用的速效鉀也在表層土壤，且研究區域雨水較少，表層土壤所受沖刷作用較下層土壤強。整個坡面0～20 cm土層，樟子松天然林土壤速效鉀含量表現為：坡上>坡中>坡下，其值分別為：500.16、476.00和443.15 mg/kg。經檢驗，不同坡位土壤速效鉀含量差異均顯著（P<0.05）。該研究結果與高雪松等[6]研究的不同利用方式與坡位土壤物理性質及養分特征分析研究結果一致，均為土壤速效鉀含量坡上最大，坡下最小。與郜文軍等[7]研究的山區小流域不同海拔和坡位土壤養分分布及相關性分析中速效鉀變化趨勢一致，即隨海拔降低，土壤速效鉀的含量有減少的趨勢。

3.5 土壤養分相關性分析

對整個坡面的不同土壤養分作相關性分析，結果表明，土壤有機質與土壤全氮、水解氮、全磷、速效磷均呈極顯著正相關，且相關性均較好，土壤有機質與土壤全鉀、速效鉀呈正相關，相關性較差；土壤全氮與土壤水解氮呈極顯著正相關，與土壤全磷、速效磷呈顯著正相關，與土壤全鉀、速效鉀呈負相關；土壤水解氮與土壤全磷、速效磷、全鉀、速效鉀均呈正相關，但土壤水解氮與土壤全磷和速效磷的相關性相對較高；土壤全磷與土壤速效磷呈極顯著正相關，與土壤全鉀、速效鉀雖呈正相關，但其相關性不顯著；土壤速效磷與土壤全鉀、速效鉀均呈負相關，相關系數均較低；土壤全鉀與土壤速效鉀呈顯著正相關。土壤養分分布是由結構性因素和隨機性因素共同作用的結果。結構性因素，如氣候、母質、地形、土壤類型等可以導致土壤養分強的空間相關性，而隨機性因素如施肥、耕作措施、種植制度等各種人為活動使得土壤養分的空間相關性減弱，朝均一化方向發展[8]。由于研究區面積較小，自然條件相對一致，在結構性因素影響下，土壤養分間有強的空間相關性。

4 結論

（1） 樟子松天然林0～20 cm土層土壤有機質含量與土壤水解氮含量具有相似的變化規律，表現為：坡上>坡下>坡中。土壤有機質含量坡上、坡中、坡下分別為1.37%、1.30%和1.06%；土壤水解氮含量坡上為610.02 mg/kg，坡中為505.82 mg/kg，坡下為604.50 mg/kg。土壤全氮含量變化為：坡下>坡上>坡中，其含量分別為2.658、2.316和2.537 g/kg。

（2）樟子松天然林0～20 cm土層土壤全磷和土壤速效磷含量變化規律為：坡上>坡中>坡下，其土壤全磷含量分別為：2.469、2.180和2.160 g/kg ；土壤速效磷含量分別為607.80、509.76和443.84 mg/kg。整個坡面兩者平均值分別為2.270 g/kg 和520.47 mg/kg。

（3）樟子松天然林0～20 cm土層不同坡位土壤全鉀含量大小表現為：坡下>坡中>坡上，其含量大小分別為：54.50、49.56和47.17 g/kg，平均值為50.41 g/kg；土壤速效鉀含量大小表現為：坡上>坡中>坡下，其值分別為：500.16、476.00和443.15 mg/kg，平均值為473.10 mg/kg。

（4）樟子松天然林土壤有機質含量大小與土壤全氮、土壤水解氮、土壤全磷和土壤速效磷含量大小均呈正相關，相關性較好，而與土壤全鉀和土壤速效鉀含量大小雖呈正相關，但相關性較差；土壤全氮含量和土壤速效磷含量二者與土壤全鉀和土壤速效鉀含量均呈負相關，其余兩兩均為正相關。

參考文獻

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