黃茂根

(三明市羅卜巖省級自然保護區(qū)管理站，福建 三明 365000)

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機碳庫，其微弱的變化都可能引起氣候明顯改變[1-2]。此外，土壤有機碳不僅為植物生長提供碳源，而且良好的土壤結(jié)構(gòu)還在很大程度上影響土壤的持水性能和養(yǎng)分的有效性[3]。武夷樺(Betulawuyiensis)屬高大喬木，樹干通直，樹型優(yōu)美，木質(zhì)材質(zhì)良好，用途廣泛，可作家具和高檔地板，樹皮、枝葉含芳香油[4]。然而，由于武夷樺僅在福建省武夷山脈零星分布，有關(guān)適宜武夷樺生長的生境鮮見報道[5]。本研究以福建省三明市羅卜巖省級自然保護區(qū)不同坡位的武夷樺天然林群落為研究對象，測定土壤物理性質(zhì)及有機碳和全氮含量，比較不同坡位和土層的物理性質(zhì)及有機碳和全氮含量的差異，并探討武夷樺林土壤有機碳和全氮含量與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性，以期為研究適宜武夷樺生長的土壤環(huán)境提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省三明市羅卜巖自然保護區(qū)(117°34′15″—117°36′00″ E、26°25′45″—26°27′30″ N)，位于三明市沙縣西北部與明溪縣交界處，坐落在武夷山東側(cè)支脈，森林覆蓋率達97.8%，屬野生植物類型自然保護區(qū)。氣候為中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季氣溫較均勻，溫和濕潤，年均氣溫約12～13 ℃，1月均溫3 ℃左右，極端最低氣溫-15 ℃，7月均溫23～24 ℃；年均降水量在2000 mm以上，年相對濕度達85%，年霧日100 d以上[5]；保護區(qū)內(nèi)植物區(qū)系以泛熱帶分布為主，有種子植物127科340屬595種，其中珍稀瀕危植物10種[6]。

1.2 樣地設(shè)置

2018年8月，在保護區(qū)武夷樺天然林內(nèi)按不同坡位(上坡位和下坡位)分別設(shè)置4個20 m×20 m的樣方，調(diào)查樣地基本情況見表1。上坡位武夷樺林分海拔620 m，主要伴生樹種為閩楠(Phoebebournei)、臺灣冬青(Ilexformosana)等，平均胸徑為17.4 cm，平均樹高為12.6 m，林分密度為920株·hm2；下坡位武夷樺林分海拔500 m，主要伴生樹種為閩楠、閩粵栲(Castanopsisfissa)等，平均胸徑為17.6 cm，平均樹高為11.9 m，林分密度為1170株·hm-2。

表1 調(diào)查樣地基本情況

1.3 土壤的采集與測定

在每個樣方內(nèi)，隨機設(shè)置3個土壤剖面，共計在上坡位和下坡位樣地各挖取12個剖面。分層(0～10、10～20、20～40、40～60 cm)采取混合土樣，將同一樣方內(nèi)的土樣混合后拿回實驗室內(nèi)測定土壤養(yǎng)分；再分別在相應(yīng)土層用環(huán)刀取原狀土，測定土壤物理性質(zhì)。將混合土樣風(fēng)干后，過0.25 mm篩，采用元素分析儀(Vario EL Ⅲ，Elementar Analysensysteme GmbH，Hanau，Germany)測定土壤有機碳和全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS 19.0對不同坡位武夷樺林土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析不同坡位、不同土層武夷樺林土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量的差異，采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析土壤養(yǎng)分與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性，采用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡位武夷樺林土壤物理性質(zhì)

如圖1所示，不同土層土壤容重下坡位均高于上坡位，其中0～10、20～40 cm土層的差異達到顯著水平(P<0.05)。此外，上坡位和下坡位的土壤容重均隨土層深度的增加而增加，上坡位和下坡位的土壤容重分別從1.02、1.17 g·cm-3，增加到1.23、1.53 g·cm-3。這是由于土壤表層積累了大量的凋落物，腐爛的枯落物進入表層土壤使其變得疏松，使其有較小的容重，另一方面表層土壤也是根系的主要分布區(qū)，根系的穿插也增加了土壤的孔隙，進而降低了土壤的容重，而隨著土層深度的增加，根系數(shù)量減少，土體變得堅實，容重變大[7]。

不同土層非毛管孔隙度上坡位均大于下坡位，但均未達到顯著水平(P>0.05)；上坡位與下坡位不同土層非毛管孔隙度均無顯著差異。毛管孔隙度上坡位40～60 cm土層顯著高于下坡位，其它土層不同坡位則無顯著差異；上坡位和下坡位的毛管孔隙度隨土層深度的增加而降低?？偪紫抖壬掀挛?0～60 cm土層顯著高于下坡位，其它土層不同坡位無顯著差異；上坡位和下坡位的總孔隙度隨土層深度的增加而降低。

2.2 不同坡位武夷樺林土壤有機碳、全氮含量及C∶N

如圖2所示，上坡位不同土層有機碳含量變化范圍在6.38～27.47 g·kg-1之間，下坡位不同土層有機碳含量變化范圍在9.16～23.21 g·kg-1之間。除40～60 cm土層外，不同坡位有機碳含量差異不顯著，上坡位0～10、10～20、20～40、40～60 cm土層有機碳含量分別是下坡位相應(yīng)土層的1.2、1.1、1.0、0.7倍。0～10 cm土層有機碳含量分別是10～20、20～40、40～60 cm土層的1.7～1.8、2.4～3.0、2.5～4.3倍，表現(xiàn)出隨土層深度的增加而減少的規(guī)律。此外，0～20 cm土層有機碳含量占整個土層(0～60 cm)的50%～58%，表明0～20 cm土層是林分根系集中分布區(qū)，大量腐爛的死根是該層土壤有機碳的重要來源，此外凋落物的歸還也是土壤有機碳的重要來源[8-9]。

*：不同小寫字母為不同坡位同一土層差異顯著；不同大寫字母為同一坡位不同土層差異顯著，下同。圖1 不同坡位武夷樺林土壤容重和孔隙狀況

圖2 不同坡位武夷樺林土壤有機碳含量、全氮含量及碳氮比

上坡位不同土層全氮含量變化范圍在0.54～1.35 g·kg-1之間，下坡位不同土層全氮含量變化范圍在0.63～1.27 g·kg-1之間。除40～60 cm土層外，不同坡位全氮含量差異不顯著(P>0.05)，上坡位0～10、10～20、20～40、40～60 cm土層全氮含量分別是下坡位相應(yīng)土層的1.1、1.0、0.9、0.8倍。0～10 cm土層有機碳含量分別是10～20、20～40、40～60 cm土層的1.5～1.6、1.9～2.2、2.0～2.5倍，與有機碳隨土層深度變化的規(guī)律相似。

上坡位不同土層C∶N比變化范圍在11.9～20.3之間，下坡位不同土層C∶N變化范圍在13.6～18.2之間。上坡位0～10、10～20 cm土層C∶N顯著高于下坡位(P<0.05)，而其它土層則無顯著差異(P>0.05)。上坡位和下坡位C∶N均隨土層深度的增加而減少。

2.3 武夷樺林土壤養(yǎng)分與物理性質(zhì)的相關(guān)性

由表2可知，有機碳含量與全氮含量、C∶N、毛管孔隙度和總孔隙度顯著正相關(guān)，與容重顯著負相關(guān)；全氮含量與C∶N、毛管孔隙度和總孔隙度顯著正相關(guān)，與容重顯著負相關(guān)；C∶N與毛管孔隙度和總孔隙度正相關(guān)，與容重顯著負相關(guān)；而非毛管孔隙度與容重顯著負相關(guān)。容重與有機碳含量和全氮含量均表現(xiàn)為顯著負相關(guān)，表明容重越大越不利于土壤有機碳和全氮的富集。非毛管孔隙度與容重呈顯著負相關(guān)，表明容重越大，土壤顆粒越緊密，導(dǎo)致土壤的非毛管孔隙度越小。

表2 武夷樺林土壤養(yǎng)分與物理性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

3 小結(jié)

坡位對武夷樺林表層土壤容重影響達到顯著水平，上坡位顯著低于下坡位；而對深層土壤未達到顯著水平。坡位對表層土壤有機碳和全氮含量無顯著影響，而顯著影響深層土壤有機碳和全氮含量。武夷樺林不同坡位土壤容重均表現(xiàn)為隨土層的增加而增加，而土壤有機質(zhì)、全氮含量和C∶N隨土層的增加而減少。土壤有機碳和全氮含量與土壤容重表現(xiàn)出顯著的負相關(guān)，表明土壤容重的增加不利于土壤養(yǎng)分含量的累積；而土壤有機碳和全氮含量與毛管孔隙度呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。

*：感謝福建省林業(yè)科學(xué)研究院黃雍容在外業(yè)調(diào)查和數(shù)據(jù)分析等方面給予指導(dǎo)！