不同樹齡香榧林地土壤養分的變化規律

劉亞群，劉榮昌，韓素芳，柏明娥

（1.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；2.浙江省淳安縣富溪林場，浙江 淳安 311700）

土壤是林木生長的重要物質基礎，植物吸收的營養元素大部分都來自土壤，了解和掌握土壤的養分狀況可以為林地的經營管理和地力維護提供決策依據[1]。香榧Torreya grandis‘Merrillii’為我國特有的珍稀干果樹種，至今已有1 000 多年的栽培歷史[2-4]。已有研究表明，香榧主要分布于凝灰巖和流紋巖發育的紅壤、黃紅壤和黃壤上，對土壤肥力要求較高，一般要求土層厚度在60 cm 以上，土壤有機質含量大于2%[5-6]。香榧屬常綠喬木，生長緩慢、周期長，需吸收大量礦質養分以促進根、莖、葉、花、果等的生長，且香榧的經濟壽命長，盛果期可達100 年，結實期可達500 年，甚至上千年[7]。

長期持續從土壤吸收大量礦質養分，易導致土壤及樹體礦質元素的失衡。施肥作為香榧栽培管理的主要經營措施，在促進香榧生長、提高香榧產量方面做出了重要貢獻[8-9]，無論是單施復合肥，還是有機-無機肥配施，均可增加香榧林地土壤有機碳和土壤養分含量[10]，施微肥可有效協調土壤養分的平衡，改善香榧的營養狀況[11]。關于香榧施肥技術方面，相關研究人員提出了少量多次、多施磷鉀肥少施氮肥等施肥策略[12]，但在實際生產中仍存在因對土壤養分狀況不清楚而造成盲目施肥、過度施肥等現象，從而導致樹體生長失衡、產量下降[13]。目前，針對香榧林地土壤養分狀況調查、不同樹齡香榧土壤有機碳變化規律及其與土壤養分的關系等方面已有研究[14-15]，但針對不同樹齡香榧林地的土壤養分狀況及其隨樹齡的變化規律等方面的研究尚未見報道。本文以浙江會稽山區和磐安玉山、大盤山區等香榧主產區的香榧林地為研究對象，分析了不同樹齡香榧林地的土壤養分狀況及其隨樹齡和土層的變化規律，以期為香榧林地制定科學合理的養分管理和施肥策略提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于香榧主產區的諸暨、紹興、嵊州、東陽和磐安5 個縣（市）。研究區均為低山丘陵地貌，屬典型的亞熱帶季風氣候區，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，年平均氣溫為16～ 18℃，年平均降水量為1 200～1 600 mm，土壤類型以紅壤、黃壤和黃紅壤為主。

根據當地香榧古樹資源普查資料和農戶訪問情況選擇了49 個不同樹齡的香榧林樣地，其中，樹齡15～ 99 a香榧林樣地12 個，樹齡100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 香榧林樣地各10 個，樹齡≥1 000 a 香榧林樣地7個。各樹齡段的香榧樹均以散生分布，經調查訪問，每個樣地每年基本上施肥2 次，春季開始萌芽時施一次三元復合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%），每株0.75～ 1.20 kg，秋季采果后施一次有機肥（畜禽糞便肥），每株25～ 35 kg，施肥方法采用環形溝施法。各取樣地的基本信息見表1。

表1 取樣地基本信息Table 1 Information of sample plots

表1 （續）

1.2 樣品采集與指標測定

2019 年10—11 月，于香榧果實采摘后，分別在每個樣地的香榧樹冠投影外20 cm 左右采集0～ 20 cm、20～40 cm 土層的土壤，每個樣地取3 個點按同層土樣混合均勻后裝入袋中。土壤樣品采集完成后帶回實驗室，經風干、去雜、研磨、過20 目篩后進行指標測定。基于前人的研究結果，本研究選取盡可能能夠代表土壤肥力質量的重要指標，包括水解性N、有效P、速效K、有機質含量、pH 值和中量元素Ca、Mg 含量等為分析對象。

土壤水解性N 含量測定采用堿解擴散法（LY/T 1228—2015）；土壤有效P 含量測定采用鹽酸-硫酸雙酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1232—2015）；土壤速效K 含量測定采用1 mol·L-1乙酸銨浸提，火焰光度法測定（LY/T 1234—2015）；土壤有機質含量測定采用總有機碳分析儀燃燒法（LY/T 1237—1999）；土壤pH 值測定采用電位法（LY/T 1239—1999）；土壤Ca、Mg 含量采用原子吸收分光光度法測定（NY/T296—1995）。

1.3 數據處理與統計分析

試驗結果采用Microsoft Excel 2003 和SPSS l7.0 軟件進行數據處理和統計分析。不同樹齡、不同土層深度的養分含量差異利用雙因素方差分析（two-way ANOVA）和顯著性檢驗（LSD 檢驗）。土壤養分間的相關性利用雙變量相關分析（Bivariate analysis）。

2 結果與分析

2.1 不同樹齡香榧林地土壤速效養分含量

2.1.1 土壤水解性N 含量 由圖1A 可以看出，香榧林地的土壤水解性N 含量隨樹齡的增加而呈逐漸下降趨勢。在0～ 20 cm 土層，土壤水解性N 含量最高的為樹齡15～ 99 a 香榧林地，樹齡300～ 499 a、500～ 999 a、≥1 000 a 香榧林地的土壤水解性N 含量均顯著低于樹齡15～ 99 a 香榧林地的（P＜0.05）；在20～ 40 cm 土層，土壤水解性N 含量同樣表現出隨樹齡的增加而逐漸下降的趨勢，但下降幅度不明顯，各樹齡段香榧林地土壤之間差異不顯著（P＞0.05）。從土壤剖面來看，隨著土層加深，各樹齡段香榧林地的土壤水解性N 含量均逐漸降低。其中，樹齡15～ 99 a 和樹齡100～ 299 a 香榧林地在20～ 40 cm 土層的土壤水解性N 含量比0～ 20 cm 土層的分別下降了41.00%和40.31%，差異達顯著水平（P＜0.05）；樹齡300 a 以上香榧林地20～ 40 cm 土層土壤水解性N 含量雖有降低，但差異已不顯著（P＞0.05）。根據全國第二次土壤普查養分分級標準[16]，所有香榧林地的土壤水解性N 含量均大于150 mg·kg-1，處于極高水平，部分表層土樣中的土壤水解性N 含量甚至超過臨界值的2 倍以上。

圖1 不同樹齡香榧林地土壤速效養分含量比較Figure 1 Contents of soil available nutrient in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.1.2 土壤有效P 含量 由圖1B 可知，土壤有效P 含量在不同土層間均隨樹齡的增加先上升后下降，土壤有效P 含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，最低的為樹齡15～ 99 a 香榧林地。樹齡100～ 299 a 香榧林地的土壤有效P 含量除與樹齡300～ 499 a 香榧林地的土壤有效P 含量差異不顯著（P＞0.05）外，與其它樹齡香榧林地的土壤有效P 含量均有顯著差異（P＜0.05）。從土壤剖面來看，相同樹齡段香榧林地的土壤有效P 含量均隨著土層的加深而逐漸下降，從樹齡15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～40 cm 土層的土壤有效P 含量比0～ 20 cm 土層的土壤有效P 含量分別下降了43.27%、20.69%、11.54%、16.95%和16.69%。方差分析結果表明，相同樹齡段在兩土層間的有效P 含量均無顯著性差異（P＞0.05）。對照養分分級標準，所有香榧樣地的土壤有效P 含量均大于40 mg·kg-1，處于極高水平。

2.1.3 土壤速效K 含量 由圖1C 可知，土壤速效K 含量表現出與土壤有效P 含量相同的變化規律，即隨著樹齡的增加先上升后下降，土壤速效K 含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層的含量分別為367.07 mg·kg-1和315.67 mg·kg-1，顯著高于其它各樹齡段香榧林地0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層的含量（P＜0.05），而其它各樹齡段香榧林地間的土壤速效K 含量無顯著差異（P＞0.05）。相同樹齡段香榧林地土壤速效K 含量均隨土層的加深而逐漸下降，從樹齡15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～ 40 cm 土層土壤速效K 含量比0～ 20 cm 土層土壤的分別下降了23.00%、14.00%、16.32%、17.73%和27.33%，但方差分析結果表明，相同樹齡段兩土層間的速效K 含量均無顯著差異（P＞0.05），說明土層對速效K 含量的影響同樣也不明顯。對照土壤養分分級標準，所有香榧樣地的土壤速效K 含量均在150 mg·kg-1以上，處于二級（高）以上水平。

通過對不同樹齡和土層香榧林地土壤養分含量的方差分析結果表明（見表2），樹齡和土層對土壤水解性N、有效P 和速效K 含量均有顯著影響（P＜0.05），而樹齡和土層的交互作用對三者的影響不顯著。

表2 樹齡、土層及其交互作用對香榧林地土壤養分的影響Table 2 Effect of tree age,soil layer and their interactions on soil nutrients in T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.2 不同樹齡香榧林地土壤有機質含量和pH 值

2.2.1 土壤有機質含量 不同樹齡香榧林地土壤有機質含量的變化范圍平均為25.49～ 35.96 g·kg-1，處于三級（中上）以上水平。由圖2A 可以看出，隨著樹齡的增加，土壤有機質含量先上升后又有所下降，在0～ 20 cm土層，土壤有機質含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，達47.38 g·kg-1，之后土壤有機質含量由高到低依次為樹齡300～ 499 a、500～ 999 a 和≥1 000 a 香榧林地，但上述各樹齡段香榧林地土壤有機質含量的差異不顯著（P＞0.05），有機質含量最低的為樹齡15～ 99 a 香榧林地，與樹齡100～ 299 a 香榧林地土壤有機質含量的差異達顯著水平（P＜0.05），而與其它樹齡段香榧林地土壤有機質含量差異不顯著（P＞0.05）；在20～ 40 cm 土層，土壤有機質含量最高的為樹齡500～ 999 a 香榧林地，最低的仍為樹齡15～ 99 a 香榧林地，兩者之間差異顯著（P＜0.05）。從垂直剖面來看，隨著土層的加深，各香榧林地土壤有機質含量均明顯下降，且所有樹齡段香榧林地在不同土層間均表現出顯著性差異（P＜0.05），說明土層深度對土壤有機質含量的影響較大。從表2 可以看出，樹齡和土層對土壤有機質含量影響顯著，而樹齡和土層的交互作用對有機質含量的影響不顯著。

2.2.2 土壤pH 值 從圖2B 可以看出，無論是0～ 20 cm 土層還是20～ 40 cm 土層，土壤pH 值最低的均為樹齡15～ 99 a 香榧林地，分別為4.5 和4.58；土壤pH 值最高的均為樹齡≥1 000 a 香榧林地，分別為5.4 和5.36。土壤pH 值隨樹齡的增加呈波動式變化，總體呈上升趨勢，方差分析表明樹齡15～ 99 a 香榧林地的土壤pH 值與樹齡≥1 000 a 香榧林地間存在顯著差異（P＜0.05），而與其它樹齡段香榧林地間差異不顯著（P＞0.05）。相同樹齡段香榧林地不同土層間的土壤pH 值變化不明顯，兩土層間均無顯著性差異（P＞0.05）。從分級標準來看，除樹齡＞1 000 a 香榧林地的土壤pH 值平均為5.36 外，其它香榧林地的土壤pH 值均在5.0 以下，處于酸性和強酸的分界點4.5左右。由表2 可知，樹齡對土壤pH 值的影響顯著，而土層、樹齡和土層的交互作用對其影響不顯著。

圖2 不同樹齡香榧林地土壤有機質含量和pH 值比較Figure 2 Soil organic matter content and pH in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3 不同樹齡香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量

2.3.1 土壤Ca 含量 不同樹齡香榧林地土壤中的Ca、Mg 含量見圖3。從圖3A 可以看出，土壤中的Ca 含量隨樹齡的增加呈現出先降后升的變化規律，含量最高為樹齡≥1 000 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層中的含量分別為2.76 g·kg-1、2.16 g·kg-1，顯著高于其它各樹齡香榧林地（P＜0.05），而其它各樹齡段香榧林地土壤中的Ca 含量比較接近，相互間無顯著性差異；相同樹齡香榧林地在0～ 20 cm 土層中的Ca 含量均高于20～ 40 cm 土層，但差異均不顯著（P＞0.05）。

圖3 不同樹齡香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量比較Figure 3 Contents of Ca and Mg in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3.2 土壤Mg 含量 由圖3B 可知，土壤中的Mg 含量隨香榧樹齡的增加而變化的規律性不明顯，總體呈下降趨勢，含量最高的為樹齡100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土層中的含量分別為4.07 g·kg-1、4.22 g·kg-1，最低的為樹齡300～ 499 a 香榧林地，其含量分別為2.79 g·kg-1、2.91 g·kg-1，2 個樹齡段香榧林地間差異顯著（P＜0.05）；相同樹齡在20～ 40 cm 土層的Mg 含量反而稍高于0～ 20 cm 土層的，但二者差異均不顯著（P＞0.05）。從表2 可以看出，樹齡對土壤中Ca、Mg 含量影響顯著，而土層、樹齡和土層的交互作用對二者的影響不顯著。

2.4 土壤養分間的相關性分析

香榧林地土壤速效養分含量、有機質含量、pH 值及中量元素Ca、Mg 含量之間的相關性系數如表3。由表3 可知，土壤有機質含量與水解性N 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數為0.447，與有效P、速效K 含量呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數分別為0.258 和0.215；土壤速效K 含量與有效P 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數為0.608；土壤pH 值與Ca 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），與有機質含量呈正相關，而與水解性N、有效P、速效K 含量呈負相關，但相關性不明顯（P＞0.05）。

3 結論與討論

3.1 討論

香榧是浙江省的特色珍稀干果，具有較高的經濟和生態價值，浙江會稽山區和磐安的玉山、大盤山區是古代榧樹T.grandis的中心產區，也是浙江省目前的香榧主產區，保留有較多的香榧古樹資源，同時也分布有近幾十年新發展起來的香榧中幼林資源[17-20]。土壤養分是影響森林生態系統生產力、結構和功能的重要因素，充足且均衡的土壤養分供應可以滿足植物穩定而快速生長的需要。從本研究結果來看，香榧林地的土壤養分指標均處于中等以上水平，其中水解性N 和有效P 含量處于1 級（極高）水平，部分樣地甚至超過臨界值水平的2 倍以上，速效K 含量處于中等以上水平，相對低于水解性N 和有效P 含量，說明目前各香榧林地的土壤養分含量都能夠滿足香榧生長的正常需求，部分養分處于過剩狀態，這可能與林農的施肥習慣有著密切關系。林農為了追求產量往往向土壤中投入過量肥料，忽略了土壤本身的養分供給能力，導致大量的養分殘余并在土壤中累積，特別是近幾十年來新發展起來的香榧林地N 含量偏高，且過高的N 含量容易造成土壤酸化。因此，根據目前的香榧林地土壤養分狀況，需要適當調整養分管理方式，降低N 肥的施用量，增施有機肥，適當施入K 肥，合理調控N、P、K 的比例，且土壤中的礦質元素Ca、Mg 含量也較豐富，無需額外施入。

土壤養分變化是一個長期復雜的過程，區域環境和栽培、施肥等管理模式及林木生長年限都會對土壤養分產生較大的影響。本研究結果表明，樹齡和土層對土壤速效養分水解性N、有效P、速效K 和有機質含量均產生顯著影響，且隨著土層的加深，土壤養分含量均逐漸降低，呈現明顯的表聚現象，這種分布特征和變化趨勢與前人在天然林地、人工林地以及農田土壤方面的研究結果基本相似[21-25]。一般在香榧造林初期，土壤貧瘠，土壤有機質含量低，林農為了使香榧快速生長往往施入過多的速效肥，使得土壤中的養分含量富集，土壤酸化明顯，隨著樹齡的增長，土壤中的有機質含量增多，香榧樹體對N、P、K 的需求也增大，使得林地中的速效養分含量逐漸降低，且香榧林地的施肥深度一般在20～ 30 cm，造成表層土壤養分含量相對較高。楊家慧等[26]的研究也表明，在造林初期，林地土壤貧瘠，且凋落物少導致有機質積累較少，隨著林齡的增加，表層積累了較多的凋落物，微生物活動頻繁，促進了凋落物的分解，使得土壤表層的有機質含量比深層高。大量研究認為，結構性因素（地形地貌、母質、氣候等）和人為因素（土地利用方式、耕作、施肥、管理水平等）是引起土壤養分時空變異的主要影響因子[26-27]，林齡的增加通過影響植被和林分環境使土壤化學性質發生變化[28]。因此，為了更好、更科學地指導香榧林地的養分管理，達到生態可持續經營，還需加強對土壤養分特征影響因子的深入研究。

3.2 結論

研究表明，樹齡對香榧林地的水解性氮、有效P、速效K 和有機質含量、pH 值及土壤Ca、Mg 含量均有顯著影響。土壤水解性N 含量隨著樹齡的增加呈現逐漸下降的變化趨勢，土壤有效P、速效K 和有機質含量均隨著樹齡的增加先上升后下降，土壤pH 值隨著樹齡的增加呈波動式變化，Ca 含量隨著樹齡的增加呈現出先降后升的變化規律，而Mg 含量隨著樹齡的變化而變化的規律性不明顯。土層對香榧林地的速效養分和有機質含量影響顯著，而對土壤pH 值和Ca、Mg 含量的影響不顯著。相關性分析表明，土壤各養分指標之間關系密切，其中，土壤有機質與水解性N 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），與有效P、速效K 含量呈顯著正相關（P＜0.05）；土壤速效K 與有效P 含量呈極顯著正相關（P＜0.01）；土壤pH 值與Ca 含量呈極顯著正相關（P＜0.01），與有機質呈正相關，而與水解性N、有效P、速效K 含量呈負相關，但相關性不明顯（P＞0.05）。本研究中各香榧林地的土壤養分指標均處于中等以上水平，且隨著樹齡的增加，土壤酸化現象也得到逐步改善。