魏志紅， 姜小三， 黃耀歡， 莊大方,， 戴守政,， 李 飛

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 江蘇 南京210095; 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)

與資源研究所， 北京 100101; 3.青海省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)中心， 青海 西寧 810000)

湘贛邊界山區(qū)林地土壤養(yǎng)分分異規(guī)律

魏志紅1,2， 姜小三1， 黃耀歡2， 莊大方2,1， 戴守政1,2， 李 飛3

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 江蘇 南京210095; 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)

與資源研究所， 北京 100101; 3.青海省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)中心， 青海 西寧 810000)

摘要：[目的] 對(duì)湘贛邊界山區(qū)林地在不同海拔高度及植被類型影響下的土壤養(yǎng)分特征和空間分異規(guī)律進(jìn)行研究，為林地土壤的合理利用及培肥提供依據(jù)。[方法] 采集林地表層土壤，測(cè)得各養(yǎng)分指標(biāo)含量，運(yùn)用修正的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和變異系數(shù)法，對(duì)該區(qū)土壤綜合肥力和空間變異性進(jìn)行評(píng)價(jià)。[結(jié)果] (1) 試驗(yàn)區(qū)土壤整體呈酸性，有機(jī)質(zhì)和全氮養(yǎng)分含量較高，但普遍缺乏速效養(yǎng)分(磷、鉀)。(2) 隨著從丘陵、低山到中山海拔等級(jí)的升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量及綜合肥力系數(shù)不斷增加；pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮的空間變異性不斷減小。(3) 不同林地生態(tài)系統(tǒng)覆被下土壤綜合肥力表現(xiàn)為：灌木林>針闊混交林>毛竹林>闊葉林>針葉林；空間變異性規(guī)律為：灌木林>針葉林>毛竹林>闊葉林>針闊混交林。(4) 人工林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、pH值及土壤綜合肥力都低于天然林。[結(jié)論] 中山海拔等級(jí)林地、針闊混交林、天然林對(duì)維持良好的土壤養(yǎng)分狀況具有更大潛力。

關(guān)鍵詞：湘贛邊界山區(qū)； 林地； 土壤養(yǎng)分； 空間分異

土壤是林地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分。土壤在諸多自然因素和人為因素共同作用下復(fù)雜的形成過程決定了土壤養(yǎng)分狀況會(huì)呈現(xiàn)出綴塊性或梯度格局的異質(zhì)性分布規(guī)律[1-2]。林地土壤養(yǎng)分對(duì)林地生產(chǎn)力具有決定性的影響，持久地維持和提高土壤肥力是林地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[3]。因此，國內(nèi)外的林地經(jīng)營實(shí)踐都非常重視對(duì)土壤養(yǎng)分狀況及其分異規(guī)律的探討。這些研究涵蓋了林地土壤養(yǎng)分隨著不同的林分類型，土壤類型、土壤深度，海拔、坡度、坡向以及人類活動(dòng)方式等因素呈現(xiàn)出的不同分異規(guī)律[4-13]。其中對(duì)林地植被和海拔對(duì)土壤養(yǎng)分狀況分異規(guī)律影響的研究更是熱點(diǎn)問題。植被的出現(xiàn)及其演替會(huì)影響土壤的形成和發(fā)育，植被的物種組成和結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分元素的循環(huán)有關(guān)，不同林地類型下土壤養(yǎng)分分布狀況存在明顯差異[8,10-12]。海拔作為重要山地地形因子，會(huì)引起氣候特征、林分類型、土壤類型隨之改變，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)的差異，土壤理化性狀指標(biāo)與海拔梯度有明顯的相關(guān)性[5,9,13]。但土壤養(yǎng)分狀況在不同的研究區(qū)域受林分類型、地形等因素影響而表現(xiàn)出的分異規(guī)律不盡相同。

中國南方丘陵山區(qū)所涵蓋的東南低山丘陵林區(qū)作為中國的5大林區(qū)之一，有最大的林地面積和領(lǐng)先的林業(yè)總產(chǎn)值，但該區(qū)域多山地丘陵，土壤抗蝕性差，易發(fā)生水土流失，是一個(gè)典型的生態(tài)脆弱區(qū)域。林地在保持水土、涵養(yǎng)水源、改善生態(tài)環(huán)境等方面的功能顯著， 探討該區(qū)域林地土壤養(yǎng)分的空間分異規(guī)律，并將其應(yīng)用到指導(dǎo)林地的生產(chǎn)和實(shí)踐中，會(huì)對(duì)林地生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極的影響。然而，對(duì)南方丘陵山區(qū)土壤養(yǎng)分狀況的認(rèn)識(shí)多基于30 a前的土壤普查，數(shù)據(jù)陳舊。湘贛邊界山區(qū)是居于南方丘陵山區(qū)中心地帶的一個(gè)較大尺度的典型區(qū)域，對(duì)其林地土壤養(yǎng)分空間分異規(guī)律的研究具有重要意義，然而，目前還沒有對(duì)該區(qū)域土壤養(yǎng)分狀況的研究發(fā)表。因此，本文以湘贛邊界山區(qū)林地土壤為研究對(duì)象，從林分類型、海拔高度等方面探討該區(qū)域土壤養(yǎng)分特征的空間分異規(guī)律，以期為中國南方大面積丘陵山區(qū)林地土壤健康、高效、可持續(xù)利用和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

湘贛邊界山區(qū)位于湖南、江西兩省境內(nèi)，介于東經(jīng)109°55′—112°26′,北緯25°14′—30°00′，是由一系列呈東北—西南走向的平行山地(羅霄山脈)雁行排列于湘贛邊境上組成(圖1)，是湘江和贛江的分水嶺，丘陵山地面積約占全區(qū)土地面積的82.4%。地貌上表現(xiàn)為嶺谷相間，成土母質(zhì)主要是花崗巖和片麻巖，土壤地帶性規(guī)律明顯，隨海拔高度的增加，主要土壤類型由紅壤向黃紅壤、黃壤、暗黃棕壤不斷變化。全區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,冬冷夏熱，年際變化較大，光、熱、水資源豐富，且高值基本同步，山區(qū)山地氣候垂直變化明顯。年均氣溫15~20 ℃，年均降雨量1 800~2 000 mm，年日照時(shí)數(shù)1 300~1 800 h，無霜期250~300 d。地帶性植被為東部亞熱帶常綠闊葉林，屬于湘贛栲楠林松、杉林區(qū)，以針葉林和針闊混交林面積最大、分布最廣，植被繁多，其組成種類以杉、松、楠、檫、木荷、楓香、苦櫧、青岡櫟、毛竹等為代表，主要以杉、松、闊及竹為主，低丘崗地多有油茶林地分布。近年來，人工林地面積不斷擴(kuò)增，增加了經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收，但同時(shí)造成了地帶性天然常綠闊葉林面積大幅度減少、樹種結(jié)構(gòu)單一、森林幼齡化嚴(yán)重，這對(duì)土壤質(zhì)量的下降和水土流失的加劇帶來隱患。

圖1　湘贛邊界山區(qū)采樣地分布

2材料與方法

2.1　土壤樣品的采集與分析

2012年10月，在湘贛邊界山區(qū)內(nèi)，綜合TM影像、地形圖、1∶10萬土地利用類型圖及其他基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，規(guī)劃出具有可行性的野外綜合考察路線；沿野外考察路線，在對(duì)不同林地生態(tài)系統(tǒng)、優(yōu)勢(shì)植被、地形因素、人類活動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)了解的基礎(chǔ)上，選取有代表性的采樣地56個(gè)，用“S”形取樣法獲得采樣地內(nèi)0—20 cm土層深度的多點(diǎn)混合樣。記錄采樣地的經(jīng)緯度和高程信息及景觀信息，獲得采樣地分布如圖1所示，采樣地概況見表1。土樣測(cè)定項(xiàng)目為pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀。其中，土壤pH值的測(cè)定使用IQ 150土壤原位pH儀在野外即時(shí)獲得；其他理化指標(biāo)在土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室處理后進(jìn)行室內(nèi)測(cè)定。將土樣去除根系和石礫后，陰涼處風(fēng)干、研磨、過篩處理；采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，半微量開氏法測(cè)全氮含量，稀酸浸提分光光度法測(cè)速效磷含量，醋酸銨浸提火焰光度法測(cè)速效鉀的含量。

表1　湘贛邊界山區(qū)供試土壤采樣地概況

2.2　土壤養(yǎng)分含量綜合評(píng)價(jià)方法

土壤各獨(dú)立的養(yǎng)分指標(biāo)難以直接反映土壤養(yǎng)分的整體水平，為比較全面客觀地反映土壤養(yǎng)分的整體狀況，本文采用修正的內(nèi)梅羅(Nemero)綜合指數(shù)法[14]對(duì)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)。將土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀5項(xiàng)養(yǎng)分因子作為基本參數(shù)，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后獲得綜合肥力系數(shù)，繼而對(duì)不同分類范疇下林地土壤養(yǎng)分的綜合肥力進(jìn)行比較。具體計(jì)算方法為：

(1) 參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)各養(yǎng)分因子參數(shù)按如下方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[14]，以消除各參數(shù)之間的量綱差別，獲得各養(yǎng)分因子的分肥力系數(shù)。分肥力系數(shù)Pi的計(jì)算方法如下：

(1)

式中：Pi——分肥力系數(shù)，即土壤屬性i(i=1,2,3,4,5)的肥力系數(shù)；Ci——第i個(gè)屬性的實(shí)際測(cè)定值；Xp,Xa——分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上、下限；Xc——介于分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上下限間；屬性值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(Xa，Xc，Xp)主要結(jié)合第二次全國土壤普查標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)赝寥捞匦?，參見闕文杰等[14]的研究結(jié)果，其中pH值的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)選用Xa:4.5,Xc:5.5,Xp:6.5。

通過該方法標(biāo)準(zhǔn)化后，Pi參數(shù)值介于0~3之間，優(yōu)點(diǎn)：相同參數(shù)間可比性較強(qiáng)；同一級(jí)別各屬性分肥力系數(shù)較接近，可比性高，測(cè)定值超過上限時(shí)，分肥力系數(shù)不再提高，反映出作物對(duì)土壤屬性的要求不是越高越好。

(2) 土壤綜合肥力系數(shù)的計(jì)算和分級(jí)。綜合肥力系數(shù)的計(jì)算可采用加和法、平均值法、加權(quán)評(píng)價(jià)值法等，本文采用修正的內(nèi)梅羅(Nemero)公式對(duì)土壤綜合肥力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算并分級(jí)：

(2)

式中：P——土壤綜合肥力系數(shù)； P平均——土壤各屬性分肥力系數(shù)的平均值； P最小——土壤各分肥力系數(shù)中的最小值； n——參評(píng)土壤屬性的項(xiàng)數(shù)。

將土壤各分肥力系數(shù)分別假定為3，2和1，再根據(jù)n值(n=5)，按公式(5)計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的綜合肥力系數(shù)P3，P2和P1，分別為2.4，1.6和0.8。當(dāng)某土壤肥力系數(shù)P≥2. 4時(shí)，表示土壤肥力等級(jí)為優(yōu)；1.6≤P<2.4時(shí)，表示土壤肥力等級(jí)為良；0.8≤P<1.6時(shí)，表示土壤肥力等級(jí)為中；P<0.8時(shí)，表示土壤肥力等級(jí)為差。

2.3　土壤養(yǎng)分空間變異性的評(píng)價(jià)方法

土壤養(yǎng)分空間變異性分析是土壤養(yǎng)分管理和合理施肥的基礎(chǔ)，變異系數(shù)是土壤性質(zhì)的內(nèi)在反映，能夠區(qū)別不同土壤養(yǎng)分對(duì)外界條件的敏感性，常被用來評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分的變異性。變異系數(shù)(Cv)，即標(biāo)準(zhǔn)差與均值比值的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算方法見公式(6)：

Cv=(SD/M)×100%

(3)

式中：Cv——變異系數(shù)；SD——標(biāo)準(zhǔn)差； M——算術(shù)平均值。

本文采用Nielsen等[15]的劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變異系數(shù)進(jìn)行分等定級(jí)，對(duì)土壤養(yǎng)分的空間變異性進(jìn)行評(píng)價(jià)。Cv值≤10%時(shí)為弱變異，在10%~100%之間為中等程度變異，≥100%時(shí)為強(qiáng)變異。在對(duì)各類型土壤養(yǎng)分的整體變異情況進(jìn)行比較時(shí)，本研究利用每一類型土壤所有參評(píng)因子(土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀)變異系數(shù)的算術(shù)平均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在對(duì)各類型土壤養(yǎng)分的整體變異情況進(jìn)行比較時(shí)，本研究利用每一類型土壤所有參評(píng)因子(土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀)變異系數(shù)的算術(shù)平均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3結(jié)果與分析

3.1　土壤養(yǎng)分整體分布特征

分析結(jié)果(表2)表明，研究區(qū)內(nèi)土壤綜合肥力系數(shù)為1.05，肥力評(píng)語為中等。表層土壤各指標(biāo)養(yǎng)分含量的變幅分別為，土壤pH值4.35~6.15，有機(jī)質(zhì)含量10.83~76.71g/kg，土壤全氮含量0.45~3.50g/kg，速效磷含量1.05~8.19mg/kg，速效鉀含量30.86~292.12mg/kg；結(jié)合第二次全國土壤普查養(yǎng)分等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]可知，土壤全體樣本呈酸性，70%以上樣本處于酸性水平；土壤有機(jī)質(zhì)有超過半數(shù)的樣本處于養(yǎng)分等級(jí)一級(jí)水平；土壤全氮有近1/2處于養(yǎng)分等級(jí)一級(jí)水平；土壤速效磷含量有80%以上處于最低水平，100%的樣本都處于4，5，6這3個(gè)低養(yǎng)分含量級(jí)別；土壤速效鉀含量屬于整體偏低水平，養(yǎng)分均值處于4級(jí)水平?？偟膩碚f，該試驗(yàn)區(qū)土壤整體呈酸性，有機(jī)質(zhì)和全氮含量較高，但普遍缺乏速效磷、鉀養(yǎng)分。

表2　湘贛邊界山區(qū)土壤養(yǎng)分整體分布特征

依變異系數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤整體變異系數(shù)為39.2%，呈中等程度變異。除了pH值的變異系數(shù)小于10%，為弱變異，其他各養(yǎng)分含量指標(biāo)都在10%~100%，即都呈現(xiàn)出中等程度變異，但其中速效磷、鉀養(yǎng)分含量的變異程度又明顯大于有機(jī)質(zhì)和全氮的養(yǎng)分含量，反映了土壤養(yǎng)分含量的異質(zhì)性分布特點(diǎn)。

3.2　不同海拔高度土壤養(yǎng)分分異規(guī)律

山區(qū)地形起伏大，復(fù)雜的地形分異對(duì)林地土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移和分配有不同影響。海拔高度作為重要的地形因子，會(huì)對(duì)林地土壤養(yǎng)分分異狀況產(chǎn)生顯著影響，且海拔數(shù)據(jù)較坡長、坡度、坡向，等其他地形因子更易于獲得，使得對(duì)不同海拔高度下林地土壤養(yǎng)分特征的研究更具實(shí)際意義。據(jù)陳志明和劉振東等[17]對(duì)中國基本地貌類型中海拔高度的分級(jí)進(jìn)行的研究，可將中國山地海拔分為6級(jí)。本研究采樣點(diǎn)的高程范圍在95~1 302 m之間，處于丘陵海拔(<500 m)、低山海拔(500~800 m)、中山海拔(800~2 000 m)3個(gè)海拔等級(jí)范圍內(nèi)，故本研究在這3個(gè)海拔等級(jí)內(nèi)，探討不同海拔高度對(duì)林地土壤養(yǎng)分的分異影響。具體分析結(jié)果見表3。

表3　不同海拔等級(jí)下林地土壤養(yǎng)分分異特征

表3結(jié)果顯示，在丘陵海拔、低山海拔、中山海拔3個(gè)海拔等級(jí)內(nèi)，隨著海拔等級(jí)的升高，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效磷的含量不斷增大。其中，有機(jī)質(zhì)、全氮含量的變化趨勢(shì)主要由隨海拔高度的升高帶來的溫度的降低和濕度的增加引起，這些變化有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累；而含有機(jī)質(zhì)多的土壤固磷作用往往較弱，可以提高磷的有效性[18]，這有利于速效磷養(yǎng)分的積累，解釋了土壤速效磷含量所呈現(xiàn)出的變化趨勢(shì)。另外，土壤pH值和土壤速效鉀表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì)。

隨著海拔等級(jí)的升高，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮3項(xiàng)肥力因子的變異系數(shù)都不斷降低，即空間變異性不斷減小，這與隨著海拔升高人為干擾強(qiáng)度降低并且林分類型趨向單一有關(guān)。而土壤速效磷的空間分異性不斷增大，速效鉀和土壤整體養(yǎng)分含量的空間變異性是先增大后減小。

總的來說，研究區(qū)內(nèi)中山海拔等級(jí)處土壤養(yǎng)分綜合肥力系數(shù)(1.14>1.05)和變異系數(shù)均值(33.1%<39.2%)都優(yōu)于土壤養(yǎng)分整體狀況。如圖2所示，在3個(gè)海拔等級(jí)內(nèi)具有最高的綜合肥力系數(shù)和最低的空間變異性，呈現(xiàn)出最好的土壤養(yǎng)分狀況。

3.3　不同林地生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分分異規(guī)律

林地的植被組成與結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分元素的循環(huán)有關(guān)，土壤養(yǎng)分特征與植物群落的演替密切相關(guān)[19]。按林地的自然屬性將采樣地分類，進(jìn)行闊葉林、灌木林、針葉林、毛竹林和針闊混交林這5種不同林地生態(tài)系統(tǒng)下土壤的養(yǎng)分特征分析，可以從偏重自然生態(tài)的角度去探究不同林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤養(yǎng)分分異特征的影響。將土壤樣本按采樣地的林地類型進(jìn)行歸類并進(jìn)行養(yǎng)分特征分析，得到不同林地生態(tài)系統(tǒng)下土壤養(yǎng)分分異特征見表4。

圖2　不同海拔等級(jí)下林地土壤養(yǎng)分綜合特征

土壤養(yǎng)分指標(biāo) 養(yǎng)分含量闊葉林灌木林針葉林毛竹林針闊混交林變異系數(shù)/%闊葉林灌木林針葉林毛竹林針闊混交林有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)35.1038.0140.6541.0862.7129.729.043.429.920.0全氮/(g·kg-1)2.001.641.702.132.2624.931.544.440.13.2速磷/(mg·kg-1)2.315.152.192.692.6716.082.534.325.713.4速鉀/(mg·kg-1)118.8389.0072.76105.3377.9267.551.244.670.728.2pH均值5.335.305.185.595.349.99.47.24.46.7綜合評(píng)價(jià)1.121.200.981.151.1629.640.734.834.214.3

3.3.1不同林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的影響如表4所示，針闊混交林下土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他類型(p<0.05)，這與針闊混交林具有較多的凋落物歸還量和較常綠闊葉林更低的凋落物分解率[20]有關(guān)。各植被覆被下的土壤全氮含量差異不顯著，整體含量較高，都處于1.64~2.26 g/kg之間；灌木林下土壤速效磷含量顯著高于其他類型(p<0.05)，均值為5.15 mg/kg，這與采樣灌木林多油茶林地，油茶林地因施肥有明顯的磷素高值有關(guān)，但整體上各林地類型覆被下的土壤速效磷含量仍處于較低水平；在土壤速效鉀含量方面，闊葉林的含量顯著高于針葉林的含量(p<0.05)；各植被覆被類型下土壤pH值都居于偏酸水平，但針葉林的酸性顯著高于毛竹林的酸性(p<0.05)，這與土壤微生物的活動(dòng)，以及亞熱帶針葉林消耗不掉所有的礦化氮，而隨著硝態(tài)氮淋溶的不斷進(jìn)行，陽離子的大量輸出從而導(dǎo)致土壤酸化，使針葉林下土壤呈現(xiàn)出較強(qiáng)的酸性有關(guān)[11]。

3.3.2不同林地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤綜合指標(biāo)的影響根據(jù)土壤養(yǎng)分含量綜合評(píng)價(jià)方法和土壤養(yǎng)分空間變異性的評(píng)價(jià)方法，獲得各林地類型下土壤養(yǎng)分的綜合肥力系數(shù)和變異系數(shù)的均值，結(jié)果如圖3所示。

圖3　不同林地類型下土壤養(yǎng)分綜合特征

5種林地類型下土壤綜合肥力系數(shù)： 灌木林>針闊混交林>毛竹林>闊葉林 >針葉林，肥力評(píng)價(jià)為中等,但只有針葉林的綜合肥力狀況低于土壤養(yǎng)分整體水平(0.98<1.05)。5種林地類型下變異系數(shù)均值大?。汗嗄玖?針葉林>毛竹林>闊葉林>針闊混交林，且都呈中等程度變異。土壤綜合肥力系數(shù)越大，土壤綜合肥力狀況越好，土壤養(yǎng)分變異系數(shù)的均值越小，土壤養(yǎng)分狀況的變異程度越小、穩(wěn)定性越好?？梢钥闯觯嗄玖?、針闊混交林的土壤有最好的綜合肥力，其次為毛竹林，單一的闊葉林和針葉林綜合肥力最差。由于灌木林多為不同種類的經(jīng)濟(jì)林種，雖有最高的土壤養(yǎng)分綜合，但卻有最大的變異系數(shù)，不能呈現(xiàn)出穩(wěn)定均一性；而針闊混交林不僅具有較高的綜合肥力系數(shù)，又具有最低的變異系數(shù)均值，土壤綜合肥力系數(shù)(1.16>1.05)和變異系數(shù)均值(14.0%<39.2%)都優(yōu)于土壤養(yǎng)分整體狀況，呈現(xiàn)出最好的土壤養(yǎng)分狀況，所以，針闊混交林對(duì)維護(hù)研究區(qū)林地土壤的自肥能力具有最大的潛力。因此，要加強(qiáng)對(duì)已有針闊混交林的保護(hù)，并適度提倡針闊混交的造林綠化工程，防止土壤肥力衰退，保持林業(yè)持續(xù)發(fā)展。

3.4　天然林和人工林下土壤養(yǎng)分分異規(guī)律

天然林又稱自然林，指依靠自然能力形成的森林，而人工林是采用人工播種、栽植或扦插等方法和技術(shù)措施營造培育而成的林地。與天然林相比，人工林從造林開始就伴隨著一系列的人類經(jīng)營管理措施，等人類活動(dòng)干擾。本文將采樣地劃分為人工林與天然林進(jìn)行土壤養(yǎng)分特征的分析，可從偏重人類活動(dòng)方面去探究林地土壤養(yǎng)分的分異規(guī)律。對(duì)照第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，獲得各單項(xiàng)養(yǎng)分含量均值所處的養(yǎng)分等級(jí)；并依土壤養(yǎng)分含量綜合評(píng)價(jià)方法和土壤養(yǎng)分空間變異性的評(píng)價(jià)方法得出土壤肥力以及土壤空間變異的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)果顯示如圖4所示。

圖4　人工林和天然林的土壤養(yǎng)分分異特征

依圖4結(jié)果，從各單項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)含量看，除了速效磷含量以外，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、pH值都是人工林低于天然林，其中人工林pH值低于天然林差異顯著(p<0.05)；土壤養(yǎng)分空間變異性方面，有機(jī)質(zhì)、全氮、速磷都是天然林低于人工林。

從養(yǎng)分因子綜合指標(biāo)看，如圖4綜合評(píng)價(jià)結(jié)果所顯示，土壤綜合肥力為人工林(1.03)<林地整體(1.05)<天然林(1.12)，肥力評(píng)價(jià)均為中等；土壤整體空間變異性為人工林(41.8%)>林地整體(39.2%)>天然林(33.6%)，都呈現(xiàn)出中等程度變異。這說明在南方土壤呈酸性本低、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的大環(huán)境下，天然林較人工林可以更好的維持良好的土壤養(yǎng)分性狀。是由于山區(qū)丘陵地帶土壤侵蝕原本就較平地嚴(yán)重，人工林在未達(dá)到一定的郁閉度而發(fā)揮水土保持功能時(shí)，其減少土壤侵蝕導(dǎo)致的表層養(yǎng)分流失的能力會(huì)比天然林差很多；同時(shí)，除了部分人工經(jīng)濟(jì)林的墾復(fù)施肥措施可以增加土壤養(yǎng)分含量的積累，人工林的整地、采伐作業(yè)，等其他多數(shù)經(jīng)營措施，都會(huì)對(duì)林地土壤帶來不同程度的人為干擾作用，產(chǎn)生土壤擾動(dòng)、干擾地被植物，減少枯枝落葉層的厚度、數(shù)量；這些都會(huì)影響人工林地表層土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與積累，并增大其土壤養(yǎng)分的空間變異性。

4結(jié) 論

(1) 研究區(qū)土壤整體呈酸性，有機(jī)質(zhì)和全氮養(yǎng)分含量較高，但普遍缺乏速效養(yǎng)分P，K，研究區(qū)整體土壤綜合肥力系數(shù)為1.05，肥力評(píng)語為中等。因此，在以后的林業(yè)生產(chǎn)中，如果適當(dāng)添加磷肥、鉀肥，林地土壤綜合肥力以及林業(yè)生產(chǎn)力可能會(huì)得到更大提高。土壤整體變異系數(shù)為39.2%，呈中等程度變異。除了pH值為弱變異，其他各養(yǎng)分含量指標(biāo)都呈現(xiàn)出中等程度變異，但其中速效磷、鉀養(yǎng)分含量的變異程度又明顯大于有機(jī)質(zhì)和全氮的養(yǎng)分含量。

(2) 隨著海拔等級(jí)的升高，山地氣候特征、林分類型、土壤類型隨之發(fā)生梯度改變，這導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分狀況也表現(xiàn)出明顯的梯度分異規(guī)律。研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷的含量隨著海拔等級(jí)的升高不斷增大，這與程先福等[19]對(duì)江西省興國縣的的研究結(jié)果相一致，但卻與張巧明等[13]對(duì)秦嶺火地塘林區(qū)土壤速效磷含量隨海拔升高而下降的研究結(jié)果正相反，這表明土壤養(yǎng)分的海拔分異規(guī)律會(huì)因研究區(qū)地域較大的差異而有所不同。同時(shí)，本研究進(jìn)一步得出土壤綜合肥力也隨海拔等級(jí)的升高不斷增大。在空間變異性方面，土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮3項(xiàng)肥力因子隨海拔等級(jí)的升高不斷降低。

(3) 植被的物種組成和結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分元素的循環(huán)密切有關(guān)。5種林地類型下土壤養(yǎng)分分布狀況存在明顯差異。針闊混交林下土壤有機(jī)質(zhì)含量(62.70 g/kg)和灌木林下土壤速效磷含量(5.15 mg/kg)都顯著高于其他類型；各林地類型下的土壤全氮含量差異不顯著，整體含量較高，都處于1.64~2.26 g/kg之間；闊葉林的土壤速效鉀含量高于針葉林，針葉林的酸性高于毛竹林都具有差異顯著性。土壤綜合肥力系數(shù)：灌木林(1.2)>針闊混交林(1.16)>毛竹林(1.15)>闊葉林(1.12)>針葉林(0.98)，變異系數(shù)均值大?。汗嗄玖?40.7%)>針葉林(34.8%)>毛竹林(34.2%)>闊葉林(29.6%)>針闊混交林(14.3%)?？梢姡橀熁旖涣直３滞寥婪柿梆B(yǎng)分穩(wěn)定性的能力都較強(qiáng)，而針葉林都較弱。建議在以后的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中要盡可能的營造針闊混交林，已有的針葉林可向針闊混交林方向做適當(dāng)調(diào)整，防止土壤肥力下降和土壤酸化的加劇。

(4) 人工林和天然林的土壤養(yǎng)分分異特征明顯。除了速效磷含量以外，人工林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、pH值都低于天然林，其中人工林pH值低于天然林差異顯著(p<0.05)。土壤綜合肥力為人工林(1.03)<天然林(1.12)，土壤整體空間變異性為人工林(41.8%)>天然林(33.6%)。這說明在南方土壤呈酸性本低、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的大環(huán)境下，天然林較人工林可以更好的維持良好的土壤養(yǎng)分性狀。

(5) 相對(duì)于其他研究多關(guān)注于土壤養(yǎng)分單項(xiàng)指標(biāo)的分異規(guī)律，本研究從土壤養(yǎng)分綜合指標(biāo)方面探討了湘贛邊界山區(qū)受不同海拔高度等級(jí)和林地植被類型表現(xiàn)出的土壤養(yǎng)分的分異規(guī)律。得出，土壤綜合肥力系數(shù)：中山海拔等級(jí)林地(1.14)、針闊混交林(1.16)和天然林(1.12)都大于林地整地(1.05)，變異系數(shù)均值：中山海拔等級(jí)林地(33.1%)、針闊混交林(14.0%)和天然林(33.6%)都小于林地整體(39.2%)，越高的綜合肥力系數(shù)和較低的變異系數(shù)代表了土壤越好的保持土壤肥力及養(yǎng)分穩(wěn)定性的能力。因此，中山海拔等處林地、針闊混交林地和天然林地對(duì)維護(hù)山區(qū)林地土壤的自肥能力有較大的潛力，在林地生產(chǎn)實(shí)踐中更要注重對(duì)符合該條件的林地進(jìn)行保護(hù)，以保證湘贛邊界山區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定性。

致謝：本文在撰寫過程中得到中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所江東和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)劉志鵬老師給予的耐心指導(dǎo)和無私幫助，以及中國科學(xué)院的宋大平、秦瑞、付晶瑩等在野外采樣及室內(nèi)試驗(yàn)分析過程中的幫助，在此一并致謝！

[參考文獻(xiàn)]

[1]Heuvelink G, Webster R. Modelling soil variation: past, present, and future[J]. Geoderma， 2001,100(3):269-301.

[2]Lin H, Wheeler D, Bell J, et al.Assessment of soil spatial variability at multiple scales[J]. Ecological Modelling， 2005,182(3):271-290.

[3]楊曉娟,王海燕,劉玲,等.吉林省東部低山丘陵區(qū)4種林分類型林地的土壤肥力分析[J].水土保持通報(bào)，2013,33(4):142-148.

[4]李明輝,彭少麟,申衛(wèi)軍,等.丘塘景觀植被恢復(fù)與土壤養(yǎng)分空間分異規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(S):72-75.

[5]呂世麗,李新平,李文斌,等.牛背梁自然保護(hù)區(qū)不同海拔高度森林土壤養(yǎng)分特征分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013,41(4):161-168.

[6]張忠華,胡剛,祝介東,等.喀斯特森林土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性及其對(duì)樹種分布的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011,35(10):1038-1049.

[7]Lauber C L, Strickland M S, Bradford M A, et al. The influence of soil properties on the structure of bacterial and fungal communities across land-use types[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2008,40(9):2407-2415.

[8]Sayer E J, Wright S J, Tanner E V, et al. Variable responses of lowland tropical forest nutrient status to fertilization and litter manipulation[J]. Ecosystems, 2012,15(3):387-400.

[9]Martinson G O, Corre M D, Veldkamp E. Responses of nitrous oxide fluxes and soil nitrogen cycling to nutrient additions in montane forests along an elevation gradient in Southern Ecuador[J]. Biogeochemistry， 2013,112(1/3):625-636.

[10]蔣文偉,周國模,余樹全,等.安吉山地主要森林類型土壤養(yǎng)分狀況的研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2004,18(4):73-76.

[11]羅歆,代數(shù),何丙輝,等.縉云山不同植被類型林下土壤養(yǎng)分含量及物理性質(zhì)研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011,25(1):64-69.

[12]孫艷紅,張洪江,程金花,等.縉云山不同林地類型土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006,20(2):106-109.

[13]張巧明,王得祥,龔明貴,等.秦嶺火地塘林區(qū)不同海拔森林土壤理化性質(zhì)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011,25(5):69-73.

[14]闕文杰,吳啟堂.一個(gè)定量綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的方法初探[J].土壤通報(bào)，1994,25(96):245-247.

[15]Nielsen D R, Bouma J. Soil Spatial Variability [M]. Pudoc: Wageningen, 1985.

[16]全國土壤普查辦公室.中國土壤[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002.

[17]劉振東,陳志明,于秀波.中國地貌全國研制[J].地圖,1995(1):36-38.

[18]林克惠.土壤中磷的固定以及施用石灰和有機(jī)質(zhì)對(duì)磷的有效性的影響[J].土壤通報(bào),1963(5):22-26.

[19]程先富,史學(xué)正,于東升,等.丘陵山區(qū)林地土壤養(yǎng)分狀況研究：以江西省興國縣為例[J].水土保持學(xué)報(bào),2003,17(2):28-30.

[20]李海濤,于貴瑞,李家永.井岡山森林凋落物分解動(dòng)態(tài)及磷、鉀釋放速率[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(2):233-240.

Spatial Variation of Forest Soil Nutrient in Hu’nan-Jiangxi Boundary Mountain Areas

WEI Zhihong1，2, JIANG Xiaosan1, HUANG Yaohuan2, ZHUANG Dafang2，1, DAI Shouzheng1，2, LI Fei3

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu

210095,China; 2.InstituteofGeographicScienceandNaturalResourcesResearch,CAS,Beijing100101,

China; 3.QinghaiEcologicalandEnvironmentalRemoteSensingMonitorCenter,Xining,Qinghai810000,China)

Abstract：[Objective] To improve the studies on ecological conditions, utilization, and protection of forest resources, the soil spatial variation and the spatial distribution of sample sites in forest of Hu’nan—Jiangxi boundary mountain areas were analyzed. [Methods] The soil nutrient content was measured, and the comprehensive advantage of soil nutrients was evaluated by the changed Nemero formula, the soil spatial variability was evaluated by the coefficient of variation(CV).[Results] (1) Soils of the experimental region were characterized as acidic and had high values of soil organic matter(SOM) and soil total nitrogen(STN) generally, but were all lack of soil available phosphorus(SAP) and soil available potassium(SAK)nutrients, (2) With the rise of elevation level of hill, low mountain, middle mountain, the values of soil pH, SOM, STN, SAP and comprehensive fertility coefficient increased, but the spatial variation of soil pH, SOM and STN decreased. (3) According to the different forest types, the comprehensive advantage of soil nutrients were made as follow: shrubs> the mixed forest> Phyllostarchys pubescens forest> broad-leaved forest> coniferous forest, the order of the spatial variation were: shrubs> coniferous forest> P. pubescens forest> broad-leaved forest> the mixed forest. (4) All the soil nutrient indicators of natural forest, except the SAP, were higher than that of plantation.[Conclusion] The forest in middle mountain, mixed forest and natural forest have more potential to maintain good soil nutrient status in the study area.

Keywords:Hunan-Jiangxi border mountain areas; forest; soil nutrients; spatial variation

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)01-0349-07

中圖分類號(hào)：S151.9， S714.8

通信作者：姜小三(1967—)，男(漢族)，江蘇省姜堰縣人，博士，副教授，主要從事資源環(huán)境信息系統(tǒng)研究。E-mail：gis@njau.edu.cn。

收稿日期：2014-05-26修回日期：2014-06-13

資助項(xiàng)目：科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“我國南方丘陵山區(qū)綜合科學(xué)考察”(SQ2012FY4910045)； 國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目“基于GRACE陸地水儲(chǔ)量變化反演的西南五省干旱監(jiān)測(cè)研究”(51309210)； 青海省科學(xué)技術(shù)廳科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃“青海省可可西里國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)天地一體化綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)研發(fā)”(2013-T-Y28)

第一作者：魏志紅(1989—)，女(漢族)，河南省南陽市人，碩士研究生，研究方向?yàn)橘Y源環(huán)境信息系統(tǒng)。E-mail：weizh@lreis.ac.cn。