法 蕾，郭 嘉，馬淑敏，賀淑霞，孫長(zhǎng)忠

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，北京 102300）

北京九龍山不同立地類型土壤有機(jī)質(zhì)研究

法 蕾，郭 嘉，馬淑敏，賀淑霞，孫長(zhǎng)忠*

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，北京 102300）

采用土壤剖面方式研究了九龍山不同林型林下土壤有機(jī)質(zhì)的分布動(dòng)態(tài)及差異，以及植被類型、海拔、郁閉度等影響因子對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響。結(jié)果表明：九龍山不同立地類型土壤有機(jī)質(zhì)含量為8.49 ～ 77.29 g/kg，最高的為灌木林，最低的為日本落葉松林；闊葉林下土壤有機(jī)質(zhì)高于針葉林，混交林高于純林；土壤中有機(jī)質(zhì)含量動(dòng)態(tài)受環(huán)境條件影響大，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土層深度呈顯著負(fù)相關(guān)，與海拔、郁閉度、土壤結(jié)合水含量等呈顯著正相關(guān)。

九龍山；立地類型；土壤；有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)是指土壤中所有含碳的物質(zhì)，包括各類動(dòng)植物的殘?bào)w、微生物以及其合成與分解而成的各類物質(zhì)，是土壤中不可或缺的一部分。對(duì)土壤的肥力以及結(jié)構(gòu)等方面均有著非常重要的意義，具有供肥、保肥和緩沖等功效，可以影響速效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速度與數(shù)量，進(jìn)而直接影響地表植被的生長(zhǎng)。作為森林土壤的一個(gè)重要參數(shù)和時(shí)空連續(xù)變異體，有機(jī)質(zhì)受物理環(huán)境、自然干擾、人為干擾、樹種特性、樹種對(duì)干擾的反應(yīng)等因素及相互作用所控制，植被類型不同，環(huán)境特點(diǎn)不同，土壤有機(jī)質(zhì)含量也不同。本文以北京九龍山為試驗(yàn)基地，對(duì)該區(qū)的不同立地條件下的土壤有機(jī)質(zhì)分布狀況進(jìn)行了研究。北京九龍山地處暖溫帶，具有典型的華北石質(zhì)山區(qū)特點(diǎn)，地帶性植被是暖溫帶落葉闊葉林，由于長(zhǎng)期受人為干擾，山地的現(xiàn)狀植被大多已是次生類型，特別在海拔低于800 m的山區(qū)，自然植被幾乎都是屢遭破壞的灌叢和灌草叢，植被種類較多，土壤營(yíng)養(yǎng)狀況差異較大。對(duì)九龍山不同立地類型森林土壤有機(jī)質(zhì)異質(zhì)性的研究，不僅有助于了解該地區(qū)土壤的形成過程、結(jié)構(gòu)和功能，以確保土壤能夠有更好的保持肥力，促進(jìn)該地區(qū)森林植被的生長(zhǎng)，而且對(duì)了解暖溫帶落葉闊葉林植物與土壤的關(guān)系也具有重要的參考價(jià)值，為當(dāng)?shù)厝斯ち值亟ㄔO(shè)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況與研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)地位于北京市門頭溝區(qū)，116° 6′ E，39° 42′ N，屬太行山低山丘陵區(qū)，年均氣溫11.8℃，平均降水量623.0 mm，平均蒸發(fā)量1 870.7 mm。土壤為砂巖、頁(yè)巖風(fēng)化坡積物上發(fā)育的淋溶褐土和褐土，由于長(zhǎng)期遭受不同程度的侵蝕，土壤表現(xiàn)為粗骨性特征。結(jié)構(gòu)發(fā)育不良，石礫含量高達(dá)30% ～ 40%，土層較薄，一般為40 ～ 50 cm，保水性能差。植被以灌木為主，有荊條（Vitex negundo var.heterophylla）、酸棗（Ziziphus jujuba var.spinosa）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、螞蚱腿子（Myripnois dioica）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata）、雀兒舌頭（Leptopus chinensis）等。另有成片的側(cè)柏（Platycladus orientalis）林、栓皮櫟（Quercus variabilis）林和油松（Pinus tabuliformis）人工林。該地區(qū)經(jīng)過40 a的封山育林、植樹造林，植被在一定程度上得到了更新和恢復(fù)，形成了針、闊葉林與大量天然次生植被類型鑲嵌狀分布。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調(diào)查 試驗(yàn)區(qū)處于九龍山林場(chǎng)大楊樹溝和增產(chǎn)路北坡，根據(jù)地形因子（如海拔、坡向、坡度），針對(duì)各個(gè)植物群落布設(shè)樣方，于2012年8月對(duì)植物群落進(jìn)行了調(diào)查。樣方涉及九龍山主要林型（表1），共設(shè)樣地28個(gè)，包含各類植物的純林、混交林等。樣方大小設(shè)置為：人工林樣地面積為 20 m×20 m；灌叢樣方面積為5 m×5 m。用剖面法進(jìn)行土壤采樣，混合土壤樣品呈“S”形均勻分布。采樣分為三層，分別為深度0 ～ 10 cm，＞ 10 ～ 20 cm，＞ 20 ～ 30 cm；每層各取1 kg左右的土壤樣品，裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品采集區(qū)情況如表1。

表1 樣品采集區(qū)概況Table 1 Information for sample plots

1.2.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 土樣在室內(nèi)剔除礫石和根系進(jìn)行自然風(fēng)干后，取風(fēng)干土樣約50 g研磨全部過0.25 mm篩，用于土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定。測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法外加熱法，同時(shí)進(jìn)行3次平行，取平均值，測(cè)定值保留2位小數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的分級(jí)參照全國(guó)第二次土壤普查肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性分析采用Exce1 2007和SPSS17.0。

2 結(jié)果與結(jié)論

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)分級(jí)

根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將九龍山土壤有機(jī)質(zhì)的含量進(jìn)行分級(jí)（表 2），九龍山土壤有機(jī)質(zhì)含量處于I級(jí)豐富水平的達(dá)14.29%，Ⅱ級(jí)豐富水平的達(dá)28.57%，Ⅲ級(jí)中等水平的達(dá)到了35.71%，第Ⅳ級(jí)有機(jī)質(zhì)缺乏的樣本共占21.43%，說明九龍山地區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量總體在中等偏上水平（表3）。

表2 土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)Table 2 Grading of soil organic matter in Jiulong Mountain

表3 不同立地土壤有機(jī)質(zhì)含量Table 3 The soil organic matter content in different site types g·kg－1

2.2 各類型林地土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)特征

用SPSS做描述性統(tǒng)計(jì)（Description statistics）中的頻數(shù)分布分析（Frequencies），得表4。由表4可知，九龍山不同立地類型有機(jī)質(zhì)含量為8.49 ～ 77.29 g/kg，平均值為30.78 g/kg，偏度系數(shù)1.007，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)正偏，峰度系數(shù)0.778，中位數(shù)27.30 g/kg，小于但接近平均值，最小眾數(shù)48.61 g/kg在平均數(shù)之上，其他都大于平均值，表明不同立地有機(jī)質(zhì)含量的高值區(qū)與低值區(qū)有較大差異。實(shí)際調(diào)查表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高值在灌木林，最低值在日本落葉松林。從統(tǒng)計(jì)信息看，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正態(tài)分布，

表4 土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)特征Table 4 The soil organic matter content characteristic value

2.3 不同立地類型土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

土壤有機(jī)質(zhì)含量與土地利用方式、植被類型等密切相關(guān)。九龍山地區(qū)森林土壤有機(jī)質(zhì)平均含量 30.78 g/kg，從圖 1可以看出，在不同的立地類型中，有機(jī)質(zhì)含量最高的是灌木林，達(dá)到了52.04 g/kg，其次是華北落葉松林，含量為49.13 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量最低的是日本落葉松林，含量為13.93 g/kg。闊葉林平均土壤有機(jī)質(zhì)含量為28.05 g/kg，針葉林平均土壤有機(jī)質(zhì)含量為27.26 g/kg，表明闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)水平稍高。這是因?yàn)殚熑~林地凋落物量多，植被覆蓋度和生物量相對(duì)較高，土壤有機(jī)質(zhì)積累多分解少，所以土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高。

圖1 九龍山不同林型土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 1 Soil organic matter content under different site types

混交林與純林相比，混交林平均土壤有機(jī)質(zhì)含量為43.62 g/kg，純林平均土壤有機(jī)質(zhì)含量為27.69 g/kg，經(jīng)方差分析，混交林土壤有機(jī)質(zhì)與純林土壤有機(jī)質(zhì)差異顯著，因此，混交林土壤有機(jī)質(zhì)含量要明顯高于純林土壤有機(jī)質(zhì)含量，這可能與混交林下土壤微生物活動(dòng)更為活躍，導(dǎo)致枯落物回歸更為迅速相關(guān)。

混交林有機(jī)質(zhì)含量為38.34 ～ 77.25 g/kg，其中，灌木 ＞ 丁香混交林 ＞ 油松混交林；純林有機(jī)質(zhì)含量為18.77～ 60.34 g/kg；其中闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量為：栓皮櫟 ＞ 椴樹 ＞ 油松 ＞ 五角楓 ＞ 白蠟 ＞ 黃櫨 ＞ 山楂，針葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量為：華北落葉松 ＞ 側(cè)柏 ＞ 樟子松 ＞ 日本落葉松。闊葉純林有機(jī)質(zhì)含量平均值為28.97 g/kg，針葉純林土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為28.11 g/kg，闊葉純林土壤有機(jī)質(zhì)含量略高于針葉純林，但二者差異不顯著。

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)及環(huán)境因子關(guān)系

土壤中有機(jī)質(zhì)的含量也會(huì)受不同環(huán)境因子的影響。分析表明，北京市九龍山地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤垂直層次呈極顯著負(fù)相關(guān)，與采樣海拔呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，與采樣地郁閉度呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。說明土壤有機(jī)質(zhì)隨土壤層次的加深而逐漸減少，這主要是因?yàn)楸韺油寥劳庑?、結(jié)構(gòu)性均好于下層，地表枯落物多，微生物活動(dòng)頻繁，有利于有機(jī)質(zhì)的積累；而隨著層次加深，土壤通氣性明顯下降，微生物較少，不利于土壤結(jié)構(gòu)發(fā)展，養(yǎng)分循環(huán)較慢，因而土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著低于表層。

圖2 針葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 2 Soil organic matter content under coniferous forest

圖3 闊葉林土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 3 Soil organic matter content under broad-leaved forest

由圖2至圖4可以看出，各林型土壤表層0 ～ 10 cm的土壤有機(jī)質(zhì)含量均遠(yuǎn)高于＞10 ～ 20 cm、＞20 ～ 30 cm層，且表層土與下層土有機(jī)質(zhì)含量差異達(dá)到了顯著水平，這說明不同林型土壤有機(jī)質(zhì)的垂直分布規(guī)律較為一直。不同林型土壤有機(jī)質(zhì)地上與地下分布規(guī)律接近。除山楂純林＞20 ～ 30 cm層高于＞10 ～ 20 cm層外，其余各林型＞10 ～ 20 cm層與＞20 ～ 30 cm層差異不顯著。這是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)含量與微生物的活動(dòng)相關(guān)。在深層土壤中，土壤有機(jī)質(zhì)含量完全取決于母質(zhì)及生物因素的影響，因而有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于地表。

土壤有機(jī)質(zhì)的含量與海拔、郁閉度、坡度及胸徑均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，這主要是與九龍山的地形特點(diǎn)相關(guān)的，九龍山地屬華北石質(zhì)山區(qū)，山體整體土層較薄，但山頂頂部地勢(shì)多為開闊平坦，水土流失少，土層深厚，林下枯落物較多，利于有機(jī)質(zhì)積累，因而養(yǎng)分含量較高。郁閉度越大，植被胸徑越大，表明森林植被生長(zhǎng)越旺盛，土壤有機(jī)質(zhì)含量也就越高。土壤結(jié)合水與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性也很明顯，考慮與土壤微生物活動(dòng)相關(guān)，九龍山屬于華北石質(zhì)山區(qū)，氣候干旱，水分含量較高的土壤微生物活動(dòng)頻繁，利于養(yǎng)分的回歸。

圖4 混交林土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure 4 Soil organic matter content under mixed forest

表5 土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis on soil organic matter content

3 結(jié)論

九龍山各立地類型土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較大，總體來(lái)說土壤有機(jī)質(zhì)含量最高的為灌木林，最低的為日本落葉松林；闊葉林下土壤有機(jī)質(zhì)要高于針葉林；混交林林下土壤有機(jī)質(zhì)含量要高于純林。土壤中有機(jī)質(zhì)含量動(dòng)態(tài)受環(huán)境條件影響大，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土層深度呈顯著負(fù)相關(guān)，隨土層加深而含量降低，表層0 ～ 10 cm土壤有機(jī)質(zhì)明顯高于下層；與海拔、郁閉度、土壤結(jié)合水含量等呈顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)給主要來(lái)源于土壤微生物的活動(dòng)和地表植被凋落物的分解回歸，土壤中的微生物大多聚集在地表0 ～ 10 cm的土層中，該層次土壤微生物活動(dòng)活躍，枯落物分解迅速，有機(jī)質(zhì)含量較高。隨土層的深入，這種補(bǔ)給越來(lái)越少，有機(jī)質(zhì)含量也逐漸降低。

[1] 杜靜靜，張永清.不同種植年限果園土壤有機(jī)質(zhì)變化特征研究[J].西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，27（2）：51－54.

[2] 王志超，杜阿朋，趙知淵，等.3種密度鄧恩桉人工林凋落物貯量與土壤有機(jī)質(zhì)的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（4）：56－60.

[3] 周莉，曹建華，程陽(yáng)，等.不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量的影響研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（10）：42－44.

[4] Michael W I S, Margaret S T, Samuel A, et al.Persistence of soil organic matter as an ecosystem property[J].Nature, 2011, 478（7367）：49－56.

[5] 史志華，蔡崇法，王天巍，等.紅壤丘陵區(qū)土地利用變化對(duì)土壤質(zhì)量影響[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2001，10（6）：537－543.

[6] 蘇永中，趙哈林.科爾沁沙地不同土地利用和管理方式對(duì)土壤質(zhì)量性狀的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（10）：1 681－1 686.

[7] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1999.

[8] 王清奎，汪思龍，高洪，等.土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（4）：360－363.

[9] 傅伯杰，郭旭東，陳利頂，等.土地利用變化與土壤養(yǎng)分的變化——以河北省遵化縣為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（6）：927－931.

[10] 郭旭東，傅伯杰，陳利頂，等.低山丘陵區(qū)土地利用方式對(duì)土壤質(zhì)量的影響——以河北省遵化市為例[J].地理學(xué)報(bào)，2001，56（4）：447－455.

[11] 劉光崧.中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與分析標(biāo)準(zhǔn)方法——土壤理化分析與剖面描述[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

[12] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[13] 渠開躍，代力民，馮慧敏，等.遼東山區(qū)不同林型土壤有機(jī)質(zhì)和NPK分布特征[J].土壤通報(bào)，2009，40（3）：558－562.

[14] 曹啟民，吳鵬飛，趙春梅，等.海南植膠區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)緯度分布特征及其氣候影響因素[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（7）：85－87.

Soil Organic Matter Distribution in Different Site Types in Jiulong Mountain

FA Lei，GUO Jia，MA Shu-min，HE Shu-xia，SUN Chang-zhong*
（Experimental Center of Forestry in North China, CAF, Beijing 102300, China）

Survey by soil profile was made on organic matter distribution and difference in different site types in Jiulong Mountain, Beijing.The results showed that soil organic matter content under different site types varied from 8.49 to 77.29 g/kg, the highest content was under shrub, the lowest under Larix kaempferi forest.Broad-leaved forest had more soil organic matter than coniferous forest, and mixed forest had more than pure forest.Dynamic soil organic matter content was influenced by environmental conditions, and had significant negative relation with the depth of soil layer, but positive relation with elevation, crown density and soil water content.

Jiulong Mountain; site type; organic matter

S714.2

A

1001-3776（2014）06-0045-05

2014-03-09；

2014-09-20

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（CAFYBB2012004）

法蕾（1977－），女（回族），河北石家莊人，高級(jí)工程師，博士，從事森林生態(tài)、微生物生態(tài)研究；*通訊作者。