高黎貢山不同森林類型土壤肥力狀況研究

和麗萍，李貴祥，孟廣濤，柴 勇，李寧云

（云南省林業(yè)科學院，昆明650203）

土壤肥力狀況是土壤的基本屬性和本質特征，是土壤提供植物生長所需水分、養(yǎng)分、熱量和空氣的能力，是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反映［1］。不同林分因其凋落物和凋落量的性質不同，養(yǎng)分歸還量不同，故對林下土壤肥力的影響有很大的差異［2－3］。研究表明，不同森林群落的凋落物、貯量、養(yǎng)分歸還量及凋落物分解速率，對林下土壤肥力狀況的影響不盡相同；各樹種凋落物的數(shù)量、化學成分和分解速率不同，導致不同林分下土壤養(yǎng)分有較大差異，不同樹種對同種養(yǎng)分的吸收速率不同，因此，不同林分類型對土壤肥力的影響存在極大的差異［4－6］。

森林土壤作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分和狀態(tài)因子［7］，起著調節(jié)系統(tǒng)內外水分的分配及環(huán)境過濾器的作用，為植物的生長發(fā)育提供了必需的環(huán)境條件［8］。分析不同森林類型土壤養(yǎng)分狀況特征的差異，有利于了解森林土壤及其森林類型的關系，為保護和擴大森林資源，建立比較完善的林業(yè)生態(tài)體系提供理論依據。不同森林類型土壤因其氣候、成土母質、水文、植被和物質遷移堆積特征等因素表現(xiàn)出極大的差異。因此，研究土壤的肥力狀況，揭示其空間變異規(guī)律和分布狀況對實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用以及可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。本研究選擇高黎貢山7種不同森林類型，測定其不同層次土壤性質，對不同森林土壤的養(yǎng)分狀況特征進行研究，進一步了解該地區(qū)土壤肥力和土壤質量狀況，旨在為該區(qū)森林土壤資源的科學管理與評價以及森林植被的更新、保護與恢復提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

高黎貢山自然保護區(qū)南段位于保山市隆陽區(qū)、騰沖縣境內，北緯24°56′—26°09′，東經98°34′—98°50′；土壤垂直分異明顯，垂直帶譜較為完整，從山腳到山頂分布了相當于亞熱帶到寒溫帶的土壤類型［9－10］。高黎貢山處于我國西部型季風氣候區(qū)［10］，北部地區(qū)的降水具有四季均勻分配的特點，而南部地區(qū)干濕季十分明顯。植被類型主要有：熱帶季雨林、亞熱帶常綠闊葉林、硬葉常綠闊葉林、針葉林、灌叢植被、草叢、草甸等類型。高黎貢山是東亞植物區(qū)系的搖籃、植物區(qū)系之源、古南大陸和古北大陸植物區(qū)系的融合帶、物種多樣化的中心舞臺、地球上生物資源最豐富的地區(qū)之一［9－10］。高黎貢山自然保護區(qū)的土壤類型主要根據海拔高度來劃分。在高黎貢山南段的東西兩側坡面，其土壤垂直譜帶有差異。東坡自怒江河谷（820 m）至山頂（3 250m）的森林土壤類型依次為：褐紅壤、黃紅壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、亞高山灌叢草甸土。西坡各土壤類型的分布高度比東坡高，從中緬16號界樁（1 740m）起往上為：黃壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、亞高山灌叢草甸土，其土壤類型的垂直分布狀況見表1［11］。

1.2 土壤樣品的采集

2013年7月，分別在高黎貢山自然保護區(qū)南段7種不同森林類型：亞高山草甸與灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷，共設置了21個樣地（表2），樣地面積為20m×20m，每一個樣地采樣區(qū)按照S形布點法確定采樣點；每個采樣點分別采集0—20cm，20—40cm，40—60cm三層剖面土樣并將相應土層的土樣混合，再用四分法縮分成為該層的混合土壤樣品，分別裝袋帶回并進行室內分析。

表1 高黎貢山南段東、西坡面不同土壤類型的垂直分布狀況

1.3 土壤樣品的預處理

采回的土壤樣品放置在無太陽直射、相對無風、清潔的房間中自然風干，然后取風干樣品100g，用木錘搗碎后過20目尼龍篩，再從中取50g左右樣品在瑪瑙研缽中進一步磨細，充分研磨后使其全部過100目尼龍篩，將研磨過后的樣品混勻，裝入袋中密封保存，貼上標簽、編上號，待測定。

1.4 試驗方法

根據植被對土壤理化性質和肥力的影響，選擇土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀和pH值等8個項目進行測定。土壤有機質測定采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法；全氮、速效氮測定采用硫酸—高氯酸消化—堿解擴散法、堿解擴散法；全磷、速效磷測定采用硫酸—高氯酸消化—鉬銻抗比色法、氟化銨—鹽酸提取—鉬銻抗比色法；全鉀、速效鉀測定分別采用硫酸—高氯酸消化—火焰分光光度法、乙酸銨提取—火焰分光光度法；土壤pH值采用電位法［12］。

1.5 數(shù)據處理

采用Excel和DPS進行數(shù)據處理，用Duncan新復極差法（SSR法）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同森林類型土壤pH和有機質的剖面分異特征

從圖1可看出，研究區(qū)7個不同森林類型中干熱河谷土壤pH值最大為7.31，最小為6.95，平均為7.10，呈堿性，其余6個森林類型土壤pH值均介于4.09～5.26，呈酸性。且隨深度增加，pH 呈現(xiàn)出稍微增大的趨勢（除干熱河谷外），隨著海拔的升高，pH值呈下降趨勢。干熱河谷與其他6個森林類型pH差異性顯著。由此可見，土壤酸性的強弱與殘落物分解不完全和極大的降雨量有密切的關系，由于研究區(qū)除了干熱河谷其他6個森林類型土壤表層有大量的枯枝落葉覆蓋和強降雨引起鹽基離子的下移［7，13］。

表2 樣地基本狀況

圖1 不同森林類型土壤不同剖面層次土壤pH、有機質含量

土壤有機質是土壤固相部分的重要組成部分，是植物養(yǎng)分和土壤微生物生命活動的能量來源［14］。此外，它還是土壤結構的關鍵影響因子［15］，由此土壤有機質的含量大小可作為土壤肥力高低的一個重要指標。研究區(qū)不同森林類型土壤有機質含量存在顯著性差異，且由于植物枯落物在土壤表層具有“表聚性”造成了有機質含量總體上隨土層深度的增加而降低。從圖1可知，0—20cm土層有機質含量表現(xiàn)為：中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；20—40cm土層表現(xiàn)為：灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風常綠闊葉林＞干熱河谷；40—60cm土層表現(xiàn)為：灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風常綠闊葉林＞干熱河谷。中山濕性常綠闊葉林0—20cm土層除與灌叢土壤有機質含量差異不顯著外，與草甸、鐵杉林、季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷差異顯著，干熱河谷與其他6個森林類型差異均達到顯著水平；20—40cm土層和40—60cm土層存在同樣的情況，草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林土壤有機質含量差異不顯著，季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷之間的差異也不顯著，而前四個類型與后三個類型之間的差異就達到了顯著水平。綜合看來，土壤有機質含量中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞熱帶溝谷雨林＞季風常綠闊葉林＞干熱河谷，表明中山濕性常綠闊葉林土壤的肥力較高，而干熱河谷肥力較低。

2.2 不同森林類型土壤全量養(yǎng)分的剖面分異特征

土壤全量養(yǎng)分特征分析土壤中全磷、全氮和全鉀的含量能反映土壤“營養(yǎng)庫”中養(yǎng)分總儲量水平［16］。從圖2可知，土壤全磷含量總體表現(xiàn)為草甸＞季風常綠闊葉林＞灌叢＞鐵杉林＞中山濕性常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；土壤全氮含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷；土壤全鉀含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。

不同剖面層草甸和季風常綠闊葉林、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林全磷含量的差異均不顯著，而和干熱河谷的差異達到了顯著水平，干熱河谷和季風常綠闊葉林、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林全磷含量的差異也均不顯著；草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林0—20cm土層土壤全氮含量差異不顯著，和鐵杉林、季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷存在顯著性差異，20—40cm，40—60cm土層干熱河谷土壤全氮含量與其余6個森林類型的差異顯著，而其余6個森林類型的全氮含量之間差異性不顯著；草甸、灌叢、季風常綠闊葉林不同層次全鉀含量差異不顯著，鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林不同層次全鉀含量差異也不顯著，而干熱河谷與其他的森林類型土壤全鉀含量差異均表現(xiàn)為顯著。

2.3 不同森林類型土壤速效養(yǎng)分的剖面分異特征

土壤速效氮、磷和鉀的含量水平對于植物的生長起著關鍵作用，是反映土壤供應養(yǎng)分能力的重要指標。研究表明，植物的物種組成和結構與營養(yǎng)元素的循環(huán)有關［16－17］。由此可見，土壤速效氮、磷、鉀的分布特征對于了解森林生態(tài)系統(tǒng)的土壤肥力和營養(yǎng)元素的循環(huán)有著重要的意義。

圖2 不同森林類型土壤不同剖面層次土壤全量養(yǎng)分含量

由圖3可看出，土壤速效養(yǎng)分含量總體上隨土層深度的增加而降低，土壤速效鉀含量干熱河谷＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞草甸＞中山濕性常綠闊葉林＞灌叢＞鐵杉林；土壤速效氮含量草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞鐵杉林＞干熱河谷；土壤速效磷含量季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞灌叢＞草甸＞鐵杉林＞中山濕性常綠闊葉林＞干熱河谷。

不同森林類型不同剖面層次土壤速效養(yǎng)分含量存在顯著性差異。0—20cm土層季風常綠闊葉林土壤速效鉀和熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異不顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異顯著；20—40cm土層土壤速效鉀季風常綠闊葉林和干熱河谷的差異不顯著，和其他的森林類型差異均存在顯著性差異，草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著；40—60cm土層土壤速效鉀干熱河谷和熱帶溝谷雨林、季風常綠闊葉林的差異不顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異顯著，季風常綠闊葉林和草甸、熱帶溝谷雨林差異不顯著，和干熱河谷、灌叢、鐵杉林、中山濕性常綠闊葉林的差異存在顯著水平。0—20cm土層土壤速效氮灌叢和草甸、中山濕性常綠闊葉林、季風常綠闊葉林的差異不顯著，和鐵杉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異顯著，20—40cm土層土壤速效氮草甸和其他森林類型存在顯著水平，灌叢除中山濕性常綠闊葉林外和其他6個森林類型差異顯著，中山濕性常綠闊葉林和季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著，和草甸、鐵杉林、干熱河谷存在顯著差異，40—60cm土層土壤速效氮灌叢和草甸、中山濕性常綠闊葉林的差異不顯著，和鐵杉林、季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林、干熱河谷的差異顯著，鐵杉林和季風常綠闊葉林、熱帶溝谷雨林的差異不顯著，和草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著。0—20cm土層土壤速效磷草甸和季風常綠闊葉林存在顯著差異外和其他6種森林類型的差異均不顯著，20—40cm土層土壤速效磷熱帶溝谷雨林和中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、季風常綠闊葉林差異不顯著，40—60cm土層土壤速效磷季風常綠闊葉林和中山濕性常綠闊葉林、干熱河谷的差異顯著，和草甸、灌叢、鐵杉林、熱帶溝谷雨林差異存在顯著水平。

圖3 不同森林類型土壤不同剖面層次土壤速效養(yǎng)分含量

2.4 不同森林類型土壤肥力的綜合評價

比較不同森林類型土壤肥力水平時，不同森林類型土壤pH值、土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀等變化不一且又存在著一定的相關性，因此可以通過主成分分析，將原來較多的變量化為少數(shù)幾個能綜合反映其土壤肥力因素的新變量，用于衡量其土壤肥力水平。表3顯示8個指標（pH值、有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀）的特征根及主成分的貢獻率，前2個特征值的累積貢獻率為82.601%，表明這2個特征值已提供全部指標75%以上的信息。其中，有機質、全氮、速效氮在第一主成分中發(fā)揮重要作用，土壤肥力綜合水平隨著這些因子的增加而呈上升趨勢；而速效磷、全磷、速效鉀在第二主成分中發(fā)揮重要作用。

表3 主成分分析的特征根及其貢獻率

通過主成分分析計算各森林類型綜合得分并進行排序（表4），結果表明，草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。表明草甸土壤肥力最好，而干熱河谷土壤肥力最差，并且土壤肥力隨海拔升高而增加，這說明草甸表層土壤由于根系分布較多，對于維護其土壤的自肥能力具有較大的潛力。灌叢、中山濕性常綠闊葉林、鐵杉林、季風常綠闊葉林土壤有機質的含量較豐富，土層較厚，土壤肥力較好。

表4 綜合主成分值

3 結論與討論

（1）本研究中，7種不同森林類型有機質、有效氮、磷、鉀的含量基本上都隨土壤深度增加而減少，這是因為森林土壤養(yǎng)分主要來源于地上植被枯枝落葉物的分解，從而造成土壤養(yǎng)分具有“表聚性”。森林中林木從土壤中吸取的礦質養(yǎng)分相當一部分以凋落物的形式歸還土壤，不同的林分具有不同的物種組成、生物學等特性，使得其凋落物的種類和數(shù)量及其分解速率均存在較大差異，從而引起林地不同土層土壤的有機質含量和分布狀況不同；林地土壤全氮和全磷的含量同樣與凋落物的積累有關，土壤中的氮和磷被植物吸收之后又以凋落物的形式歸還土壤，所以林地土壤上層中的速效氮、磷含量高于土壤下層。

（2）研究表明，高黎貢山研究區(qū)總體上呈現(xiàn)出土壤有機質、全氮、全磷和速效性養(yǎng)分含量較高、土壤肥力較好，但不同森林類型土壤的肥力特征以及同一森林類型不同層次土壤的肥力特征均存在著差異，不同森林類型土壤養(yǎng)分變化存在差異。在土壤綜合肥力方面，通過主成分分析7種森林類型土壤肥力排序為：草甸＞灌叢＞中山濕性常綠闊葉林＞鐵杉林＞季風常綠闊葉林＞熱帶溝谷雨林＞干熱河谷。

（3）高黎貢山研究區(qū)不同森林類型對土壤肥力狀況的影響不同。其中，草甸、灌叢、中山濕性常綠闊葉林土壤有機質含量較高，能很好地促進土壤養(yǎng)分含量的增加，使其土壤肥力狀況較好；各森林類型土壤化學指標大小順序并非完全一致（圖1—3），土壤有機質含量高的土壤其全氮、全磷、速效磷、速效鉀等含量也不一定都比較高，由此可知影響土壤肥力的因素十分復雜，應從土壤物理、化學、生物學等各個方面全面揭示土壤的肥力特征。土壤肥力是土壤的基本屬性和本質特征，是土壤提供植物生長所需水分、養(yǎng)分、空氣和熱量的能力，是土壤物理、化學和生物學性質的綜合體現(xiàn)。本研究中，我們僅從土壤化學特性狀況對高黎貢山不同森林類型的土壤肥力進行了分析研究，為了更加全面系統(tǒng)深入地了解該區(qū)土壤肥力特征，下一步應加強對土壤物理和生物學性狀等方面的研究。

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