陳欽程， 徐福利,2*， 王渭玲， 程治文

( 1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100; 2 中國科學(xué)院， 水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100; 3 西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 陜西楊凌 712100)

鉀是植物所必需的大量營養(yǎng)元素之一，而土壤中對植物最有效的鉀為速效鉀[1-6]。土壤速效鉀含量能夠直觀反映土壤可供植物利用的鉀素含量水平。已有研究表明土壤速效鉀在土壤養(yǎng)分循環(huán)與利用方面具有重要地位，能直接反映土壤的鉀素肥力狀況[7-13]。

華北落葉松是北方人工林栽植的主要樹種，具有生長快、木材優(yōu)質(zhì)、耐寒性好、水土保持效果好等優(yōu)點[14-16]。研究表明華北落葉松人工林種植初期長勢良好，而近年來長勢明顯不良[17]，因此需要合理發(fā)展與管理華北落葉松人工林。土壤養(yǎng)分水平對于林木的生長具有決定性影響，而目前有關(guān)華北落葉松林地氮、磷營養(yǎng)以及枯枝落葉對氮、磷及微生物量影響的研究[18-20]較多，卻鮮有對華北落葉松林地鉀素的研究，特別是林地土壤速效鉀變化的報道也較少，且林地土壤速效鉀含量的變化尚不明確[3]。因此，為了明確華北落葉松人工林土壤速效鉀含量狀況和提高人工林經(jīng)營水平，探討華北落葉松林下土壤速效鉀的動態(tài)規(guī)律具有重要意義。本研究選取陜西省秦嶺北麓不同林齡華北落葉松人工林林下土壤，進(jìn)行不同季節(jié)土壤速效鉀含量的分析，探討不同林齡華北落葉松土壤速效鉀的變化規(guī)律，評價不同林齡華北落葉松土壤速效鉀的含量等級，為華北落葉松人工林的養(yǎng)分管理與調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 研究材料

1.1 試驗地概況

1.2 試驗林木

供試林木為林場5年、10年、20年、30年、40年生的華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)，每個樣地面積均為20 m×20 m。樣地的基本特征見表1。

表1 樣地基本特征

2 研究方法

2.1 采樣與分樣

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用DPS7.05版進(jìn)行統(tǒng)計分析，分別取5個不同林齡的華北落葉松0—20 cm土層土壤的速效鉀含量的平均值，用LSD法分析不同月份、不同林齡之間的差異；采用DPS多元分析軟件對不同林齡華北落葉松0—20 cm土層的速效鉀與土壤含水量，土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量的之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林齡華北落葉松生育前期林地土壤速效鉀含量的變化

圖1 不同林齡華北落葉松生育前期林地土壤速效鉀含量Fig.1 Soil available K content in different ages of Larix principis-rupprechtii before growth period

3.2 不同林齡華北落葉松生育中后期土壤速效鉀含量的變化

圖2顯示，在0—20 cm土層，近熟林(30a)土壤的速效鉀含量較其他林齡高，達(dá)到264.67 mg/kg，成熟林(40a)次之，達(dá)到193.33 mg/kg，其次是幼齡林(5a，10a)與中齡林(20a)，中齡林(20a)的含量最小，但仍達(dá)到84 mg/kg，屬于中等含量水平，仍不缺鉀。從0—20 cm到20—40 cm土層，不同林齡土壤的速效鉀含量的變化趨勢與7月份大體一致，在20—40 cm土層，不同林齡土壤的速效鉀含量仍主要處于中等水平。40—60 cm與20—40 cm土層的土壤速效鉀含量所處等級相同，均處于中等水平。8月份整體土壤速效鉀含量水平較高，表明林地土壤速效鉀含量處于動態(tài)變化狀態(tài)，與土壤水熱條件有關(guān)，由于土壤干濕交替可導(dǎo)致固定態(tài)鉀增多，干燥使土壤溶液濃度增加，鉀離子容易到交換位置上來，增加了滲入層間孔穴的機(jī)會，鉀離子就能被吸持。如果溶液中鉀離子很少，則濕潤后固定鉀就會返滲出來。而在8月份，試驗區(qū)處于多雨季節(jié)，土壤溫度和水分含量均較高，所以速效鉀含量較6月份高。

圖2 不同林齡華北落葉松生育中期土壤速效鉀含量變化Fig.2 Soil content of available K for different ages of Larix principis-rupprechtii in growth period

由圖3可知，成熟林(40a)與近熟林(30a)后期較其他林齡的 0—20 cm土層土壤的速效鉀含量高，分別為212.7 mg/kg與199.0 mg/kg。從0—20 cm到20—40 cm土層，不同齡林土壤速效鉀含量變化趨勢與前期一致，仍呈下降趨勢。在20—40 cm土層，近熟林(30a)的速效鉀含量最高，為130.0 mg/kg。在40—60 cm土層，近熟林(30a)土壤速效鉀含量仍最高，與其他不同林齡土壤速效鉀含量均處在中等水平。龐夙等[24]研究表明，土壤速效鉀含量與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。原因主要是隨著枯枝落葉被土壤微生物分解的增多，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)增加。土壤有機(jī)質(zhì)不但提供了植物生長所需要的養(yǎng)分，也通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)改善土壤的養(yǎng)分狀況，從而提高了土壤的速效鉀含量。

圖3 不同林齡華北落葉松生育后期土壤速效鉀含量變化Fig.3 Soil available K content in different ages of Larix principis-rupprechtii after growth period

3.3 不同林齡華北落葉松0—20 cm土層速效鉀含量的變化規(guī)律

表2 510月份不同林齡華北落葉松0—20 cm土層速效鉀含量 (mg/kg)

3.4 不同林齡華北落葉松林地速效鉀與土壤水分，土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

土壤養(yǎng)分的變化與土壤其他理化性質(zhì)有密切關(guān)系，不同林齡華北落葉松0—20 cm土層土壤速效鉀含量分別與土壤含水量、 土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，土壤速效鉀含量與有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)為0.9259，達(dá)到極顯著正相關(guān)水平(P<0.01)，與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)為0.8495，達(dá)到顯著相關(guān)水平(P<0.05)，與土壤pH的相關(guān)系數(shù)為-0.8288，達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)水平(P<0.05)。

4 討論與結(jié)論

張漢春等[29]的研究結(jié)果說明，隨著林齡的增加，土壤總體養(yǎng)分水平隨林齡的增加而降低，尤其是速效鉀的下降趨勢明顯，而本研究的結(jié)果與其不同，華北落葉松生長中，對土壤速效鉀含量的降低不明顯。在華北落葉松人工林的生長過程中不施肥，林木從土壤中不斷吸收鉀素營養(yǎng)，隨著林齡的持續(xù)增加，土壤速效鉀并非與林齡呈正相關(guān)關(guān)系，成熟林與近熟林的土壤速效鉀含量并非小于幼齡林與中齡林。在各土層，華北落葉松土壤速效鉀含量在不同生育期并非隨著林齡的增加而減少，表明華北落葉松的生長并沒有減少土壤中的速效鉀含量，而且結(jié)合圖1至圖3的結(jié)果，在0—20 cm土層，成熟林與近熟林的土壤速效鉀含量明顯高于其他林齡，且達(dá)顯著性差異水平(P<0.05)。

紀(jì)萱等[30]的研究結(jié)果表明，不同林型不同深度非根際土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)除45年生紅松人工林和紅松混交林以外，其他林型沒有表現(xiàn)出隨土層深度加深而降低的情況。而本研究結(jié)果不同的是，不同林齡土壤速效鉀含量在0—20 cm、20—40 cm與40—60 cm土層的變化趨勢大致相同，20—40 cm土層較0—20 cm土層的土壤速效鉀含量低，40—60 cm較20—40 cm土層土壤速效鉀含量變化不穩(wěn)定。40—60 cm土層土壤速效鉀含量明顯受生物富集或表聚作用的影響[21]，因此變化較不穩(wěn)定?？偟膩碚f，秦嶺北麓區(qū)域華北落葉松人工林土壤速效鉀含量都很豐富，供鉀充足。

參考文獻(xiàn):

[1] 范欽楨, 謝建昌. 長期肥料定位試驗中土壤鉀素肥力的演變[J]. 土壤學(xué)報, 2005, 42(4):591-599.

Fan Q Z, Xie J C. Variation of potassium fertility in soil in the long-term stationary experiment[J]. Acta Pedologica Sinica, 2005, 42(4):591-599.

[2] 金繼運. 土壤鉀素研究進(jìn)展[J]. 土壤學(xué)報, 1993, 30(1):94-101.

Jin J Y. Advances in soil potassium research[J]. Acta Pedologica Sinica, 1993, 30(1):94-101.

[3] 譚德水, 金繼運, 黃紹文, 等. 長期施鉀與秸稈還田對西北地區(qū)不同種植制度下作物產(chǎn)量及土壤鉀素的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2008, 1(5):886-893.

Tan D S, Jin J Y, Huang S Wetal. Effect of long-term K fertilizer application and returning wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems in northwestern China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 1(5):886-893.

[4] 張會民, 徐明崗, 呂家瓏, 等. 不同生態(tài)條件下長期施鉀對土壤鉀素固定影響的機(jī)理[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2007, 18(5):1009-1014.

Zhang H M, Xu M G, Lü J Letal. Effects of long-term potassium fertilization on potassium fixation in soils under different ecological conditions:A mechanism study[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(5):1009-1014.

[5] Zhang H L, Zhang X Y, Liu X B. Spatial distribution of soil nutrient at depth in black soil of Northeast China:a case study of soil available potassium[J]. Nutrition Cycling Agroecosystem, 2013, 95:319-331.

[6] Ahmad N, Cornforth I S, Walmsley D. Methods of measuring available nutrients in west Indian soil[J]. Plant and Soil, 1973, 39:635-647.

[7] 李娟, 張世熔, 孫波,等. 瀲水河流域生態(tài)修復(fù)過程中土壤速效鉀的時空變異[J]. 水土保持學(xué)報, 2004, 18(6):88-92.

Li J, Zhang S R, Sun Betal. Temporal spatial variability of soil available potassium in processing of restorage ecosystem in Lianshui basin[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(6):88-92.

[8] 李曉燕, 張樹文. 吉林省德惠市土壤速效鉀的空間分異及不同插值方法的比較[J]. 水土保持學(xué)報, 2008, 22(4):97-100.

Li X Y, Zhang S W. Spatial heterogeneity and comparison of different methods of interpolation of soil available K in Dehui city, Jilin province [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(4):97-100.

[9] 陳相宇, 程鳳科, 徐長亮, 等. 廬山土壤速效鉀的垂直分布特征研究[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報, 2012, 18(24):98-101.

Chen X Y, Cheng F K, Xu C Letal. Vertical distribution characteristics of soil available potassium in Lushan Mountains[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2012, 18(24):98-101.

[10] 余世鵬, 楊勁松, 劉廣明, 等. 我國不同水熱梯度帶農(nóng)田土壤速效鉀含量的時空變異特征[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2011, 30(2):1-4.

Yu S P, Yang J S, Liu G Metal. Temporal spatial variability of soil available potassium in field along gradients of precipitation and temperature in China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2011, 30(2):1-4.

[11] Blake L, Mercik S, Koerschens M. Potassium content in soil, uptake in plants and the potassium balance in three European long-term field experiments[J]. Plant and Soil, 1999, 216:1-14.

[12] Gideon O A, Akinol G. Critical levels for soil pH, available P, K, Zn and Mn and maize ear-leaf content of P, Cu and Mn in sedimentary soils of South-Western Nigeria[J]. Fertilizer Research, 1985, 6:65-71.

[13] Simonis A D, Nimeth K. Comparative study on EUF and other methods of soil analysis for the determination of available potassium in soils from Northern Greece[J]. Plant and Soil, 1985, 83:93-106.

[14] 張金屯, 孟東平. 蘆芽山華北落葉松林不同齡級立木的點格局分析[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(1):35-40.

Zhang J T, Meng D P. Spatial pattern analysis of individuals in different age classes ofLarixprincipis-rupprechtiiin Luya mountain reserve，Shanxi, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(1):35-40.

[15] 隋玉龍, 陳麗艷, 馬莉. 不同林齡日本落葉松與華北落葉松生長的比較[J]. 河北林果研究, 2009, 24(4):362-365.

Sui Y L, Chen L Y, Ma L. Comparative study on the growth of different age ofLarixkaempferiandLarixprincipis-rupprechtii[J]. Hebei Journal of Foresity and Orchard Reserch, 2009, 24(4):362-365.

[16] 翟洪波, 呼和牧仁, 周梅, 等. 不同年齡華北落葉松光合、蒸騰生理生態(tài)特征的研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2010, 31(2):66 -71.

Zai H B, Hu H M R, Zhou Metal. Studies on photosynthetic physiological characteristics of different ages ofLarixprincipis-rupprechtii[J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University, 2010, 31(2):66 -71.

[17] 雷瑞德, 黨坤良, 張碩新, 等. 秦嶺南坡中山地帶華北落葉松人工林對土壤的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 1997, 33(5):463—470.

Lei R D, Dang K L, Zhang S Xetal. Effect of aLarixprincipis-rupprechtiiforest plantation on soil in middle zone of south-facing slope of the Qinling mountains[J]. Scientia Silvae Sinicae, 1997, 33(5):463—470.

[18] 楊凱, 朱教君, 張金鑫, 等. 不同林齡落葉松人工林土壤微生物生物量碳氮的季節(jié)變化[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2009, 29(10):5500-5506.

Yang K, Zhu J J, Zhang J Xetal. Seasonal dynamics of soil microbial biomass C and N in two larch plantation forests with different ages in Northeastern China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(10):5500-5506.

[19] 王欣, 高明達(dá), 楊飛,等. 不同林齡華北落葉松人工林葉凋落物分解及養(yǎng)分動態(tài)比較[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2012, 40(10):56-61.

Wang X, Gao M D, Yang Fetal. Litter decomposition and nutrient dynamics ofLarixrincipis-rupprechtiiplantations of different ages[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2012, 40(10):56-61.

[20] 李良, 翟洪波, 姚凱, 等. 不同林齡華北落葉松人工林枯落物儲量及持水特性研究[J]. 中國水土保持, 2010, 3(4):32-34.

Li L, Zai H B, Yao Ketal. Litter reserves and water-holding capacity of Larix principis-rupprechtii with different stand ages[J]. Soil and Water Conservation in China, 2010, 3(4):32-34.

[21] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2010. 107.

Bao S D. Soil agrochemical analysis(3rd Edition)[M]. Beijing:China Agriculture Press, 2010. 107.

[22] Cui W W, Liu J P. Study on the differences of village-level spatial variability of agricultural soil available K in the typical black soil regions of northeast China[J]. Computer and Computing Technologies in Agriculture, 2010, Part II, IFIP AICT 345:674-681.

[23] Pracilio G, Adams M L, Smettem K R J. Determination of spatial distribution patterns of clay and plant available potassium contents in surface soils at the farm scale using high resolution gamma ray spectrometry[J]. Plant and Soil, 2006, 282:67-82.

[24] 龐夙, 陶曉秋, 張英, 等. 會理縣新植煙區(qū)土壤速效鉀含量空間變異特征及其影響因子[J].中國煙草科學(xué), 2012, 33(1):32-36.

Pang S, Tao X Q, Zhang Yetal. Spatial variability characteristic and influencing factors of soil available potassium in new tobacco plantation district in Huili County[J], Chinese Tobacco Science, 2012, 33(1):32-36.

[25] 張偉, 陳洪松, 王克林, 等. 喀斯特峰叢洼地土壤養(yǎng)分空間分異特征及影響因子分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(9):1828-1835.

Zhang W, Chen H S, Wang K Letal. The heterogeneity of soil nutrients and their influencing factors in peak-cluster depression areas of Karst Region[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2006, 39(9):1828-1835.

[26] Halevy J. Estimation of available potassium for cotton by soil analysis[ J]. Plant and Soil, 1977, 47:363-373.

[27] 胡誠, 宋家詠, 李晶, 等. 長期定位施肥土壤有效磷與速效鉀的剖面分布及對作物產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2012, 21(4):673-676.

Hu C, Song J Y, Li Jetal. Profile distribution of soil available phosphorus and available potassium concentrations and crop yields in long-term fertilization experiment[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2012, 21(4):673-676.

[28] Mercik S, Stepien W, Labetowicz J. The fate of nitrogen, phosphorus and potassium in long term experiments in Skierniewice [J]. Plant Nutrition and Soil Science, 2000, 163:273-278.

[29] 張漢春. 華北落葉松人工林土壤肥力的研究[J]. 科學(xué)大眾·科學(xué)教育, 2012, (1):177-178.

Zhang H C.Larixprincipis-rupprechtiiforests plantation fertility research[J]. Popular Science, 2012, (1):177-178.

[30] 紀(jì)萱, 陳立新, 薛洪祥, 等. 不同林齡紅松人工林土壤養(yǎng)分及微量元素的變化規(guī)律[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007, 35(7):27-29.

Ji X, Chen L X, Xue H X. Change of soil nutrients and microelements in korean pine plantations of different ages[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2007, 35(7):27-29.