曹小玉 李際平 委 霞

(中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院 長沙 410004)

森林土壤養(yǎng)分含量是影響森林植被生長的關(guān)鍵(孫向陽， 2005)，直接影響著植被生物量及植物多樣性(Lehmanaetal.， 2015； 朱兆良， 2008； 孫桂芳等， 2011)。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，占據(jù)優(yōu)勢(shì)的是喬木層，其林木空間結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)森林環(huán)境起著決定作用，在很大程度上主導(dǎo)著林下植被的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響著森林凋落物養(yǎng)分歸還和養(yǎng)分供應(yīng)能力變化(樊丙玉， 2012)。通過優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)來促進(jìn)土壤養(yǎng)分含量改善的措施通常首先表現(xiàn)為改變森林空間結(jié)構(gòu)。森林空間結(jié)構(gòu)是表征林木的點(diǎn)格局及其屬性的空間分布指標(biāo)，與傳統(tǒng)的森林非空間結(jié)構(gòu)(如樹高、年齡、樹種組成、直徑和密度的結(jié)構(gòu))相比，森林空間結(jié)構(gòu)反映了森林群落內(nèi)林木的空間關(guān)系，即林木之間樹種、大小、水平分布、垂直分布等的空間關(guān)系，是森林經(jīng)營過程中最易調(diào)控的因子(惠剛盈等， 2018)。因此研究森林空間結(jié)構(gòu)對(duì)養(yǎng)分含量的影響，對(duì)揭示影響土壤養(yǎng)分含量的主導(dǎo)空間結(jié)構(gòu)因子、制定改善森林土壤養(yǎng)分含量的森林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施有重要意義。但目前關(guān)于森林土壤養(yǎng)分含量影響因素的研究主要集中在環(huán)境因子(海拔、土壤、坡度、坡向等)(Andersenetal.， 2012； 張繼平等， 2014)和森林非空間結(jié)構(gòu)因子方面(曹小玉等， 2014； 蔣文偉等， 2004； Capellessoetal.， 2016)。尚未見到森林空間結(jié)構(gòu)影響土壤養(yǎng)分含量的研究報(bào)道。

我國中亞熱帶地區(qū)森林覆蓋率高，但高溫多雨、坡度陡和人為干擾等極易引起土壤養(yǎng)分損耗和流失(曾曉敏等， 2018)，因此探討該地區(qū)林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響并明確關(guān)鍵影響因子十分必要。本研究以中亞熱帶6種典型林分(人工針葉純林、人工闊葉純林、人工闊葉混交林、人工針闊混交林、天然次生林和竹林)為對(duì)象，在比較林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量差異的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)、多元線性回歸分析和典型相關(guān)分析法，分析林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響，旨在揭示影響土壤養(yǎng)分含量的主導(dǎo)空間結(jié)構(gòu)因子，為制定以改善森林土壤養(yǎng)分含量為目標(biāo)的森林空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究的調(diào)查樣地位于湖南省平江縣福壽林場和蘆頭林場，平江縣(113°10′13″—114°9′6″E， 28°25′33″—29°6′28″N)地處湖南省東北部，總面積4 125 km2，地貌以山地和丘陵為主，是湖南省22個(gè)重點(diǎn)林業(yè)縣之一，林地面積占岳陽市的58%，活立木總蓄積量437萬m3，森林覆蓋率64.2%，森林植被類型多樣。屬大陸性季風(fēng)氣候、東亞熱帶向北亞帶過渡氣候帶，春溫多雨、寒流頻繁，降水集中； 夏秋多旱； 嚴(yán)寒期短，無霜期長。年均氣溫16.8 ℃，年均降水量1 450.8 mm，年日照1 731 h。福壽林場植被繁茂，群落較多，主要喬木樹種有杉木(Cunninghamialanceolata)、柳杉(Cryptomeriafortunei)、馬尾松(Pinusmassoniana)、楠竹(Phyllostachyspubescens)、青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca)和苦櫧(Castanopsissclerophylla)等，林下灌木有柃木(Euryajaponica)、杜鵑(Rhododendronsimsii)、烏飯樹(Vacciniumbracteatum)和鹽膚木(Rhuschinensis)等，草本有蕨(Pteridiumaquilinum)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)和魚腥草(Houttuyniacordata)等，海拔800 m以下為山地黃壤，800～1 400 m為山地黃棕壤，1 400 m以上的山頂和山脊有小塊草甸土。蘆頭林場的主要喬木樹種有杉木、馬尾松、閩楠(Phoebebournei)、木荷(Schimasuperba)、楠竹和青岡櫟等、林下灌木有馬銀花(Rhododendronovatum)、杜鵑和格藥柃(E.muricata)等，草本有蕨、竹葉草(Oplismenuscompositus)和苔草(Carexspp.)等。紅壤分布于海拔600 m以下，山地黃壤分布于海拔600～1 200 m，山頂1 200 m以上部分出現(xiàn)山地黃棕壤分布。除天然次生林外，研究樣地的其他林型均為在皆伐跡地上營造的人工林， 2006年后全部劃為公益林經(jīng)營，除進(jìn)行撫育性質(zhì)的間伐外，幾乎沒有采取任何其他的經(jīng)營措施。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置、植被調(diào)查和土壤取樣

在對(duì)研究區(qū)試驗(yàn)林場典型林分全面踏查的基礎(chǔ)上，在立地條件基本一致的人工針葉純林、人工闊葉純林、人工闊葉混交林、人工針闊混交林、天然次生林和竹林共設(shè)置30塊20 m×30 m樣地，樣地基本情況見表1。將每塊樣地分割成6個(gè)10 m×10 m樣方，作為喬木層調(diào)查單元，調(diào)查樣方內(nèi)每株樹木的樹種、胸徑、樹高和坐標(biāo)等基本因子。在每個(gè)樣地利用S形取樣法(共5點(diǎn))采取0 ～ 20 cm表層土壤混合樣品，然后按四分法混合取土樣，每個(gè)土壤樣本為1 kg，用于測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

2.2 土壤樣品測定

有機(jī)質(zhì)含量測定采用油浴加熱重鉻酸鉀容量法； 全氮含量測定用半微量凱氏法； 全磷含量測定用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法； 堿解氮含量測定采用堿解擴(kuò)散法； 有效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法； 土壤速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法(Carteretal.，1993)。

2.3 林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)的選取與計(jì)算

林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)是描述林分內(nèi)林木之間樹種、大小、水平分布和垂直分布等空間關(guān)系的數(shù)量指標(biāo)，目前應(yīng)用最廣泛的是基于相鄰木空間關(guān)系從4個(gè)方面描述林分空間結(jié)構(gòu)特征,即采用混交度描述樹種之間的隔離程度，采用大小比數(shù)描述林木個(gè)體大小分化程度，采用角尺度和林層指數(shù)分別描述林木個(gè)體的水平分布和垂直分布格局(湯孟平等， 2004)。本研究采用混交度、角尺度和林層指數(shù)這3個(gè)指標(biāo)來分析林分空間結(jié)構(gòu)，相鄰木株數(shù)n取4，為避免以邊界木為對(duì)象木的相鄰木落在樣地之外從而影響林分空間結(jié)構(gòu)特征分析結(jié)果，在樣地四周設(shè)置了3 m的帶狀緩沖區(qū)以消除邊界影響。未選擇大小比數(shù)參與空間結(jié)構(gòu)分析，主要是考慮大小比數(shù)是用來計(jì)算樹種空間優(yōu)勢(shì)的，不能用來分析林分空間結(jié)構(gòu)?；旖欢取⒔浅叨群土謱又笖?shù)這3個(gè)指標(biāo)的計(jì)算公式如下(曹小玉等， 2015)。

1) 混交度指數(shù)：

式中：Mi為對(duì)象木i的混交度；Vij為離散型變量，當(dāng)對(duì)象木i與第j株相鄰木不屬同種時(shí)，Vij=1，否則Vij=0。

2)角尺度指數(shù)：

式中：Wi為對(duì)象木i的角尺度指數(shù)； 當(dāng)相鄰木的較小夾角小于標(biāo)準(zhǔn)角，Zij=1，反之Zij=0，標(biāo)準(zhǔn)角的取值為360°/(n+1)。

3)林層指數(shù)：

式中：Si為對(duì)象木i的林層指數(shù)；Zi為中心木i的空間結(jié)構(gòu)單元內(nèi)林層的個(gè)數(shù)；sij為離散性變量，當(dāng)對(duì)象木與相鄰木不屬于同一林層時(shí)，sij=1，反之，sij=0。

2.4 數(shù)據(jù)處理

本研究采用Pearson相關(guān)系數(shù)、多元線性回歸分析和典型相關(guān)分析法，分析森林空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響。

采用 Pearson 相關(guān)系數(shù)，計(jì)算林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)間的單因素相關(guān)性。公式如下:

林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響是多個(gè)林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)共同作用的結(jié)果，因此采用多元線性回歸分析，篩選出林分空間結(jié)構(gòu)關(guān)鍵影響因子，分別以有機(jī)質(zhì)含量Y1、全氮含量Y2、全磷含量Y3、堿解氮含量Y4、有效磷含量Y5和速效鉀含量Y6為因變量，以混交度X1、角尺度X2和林層指數(shù)X3為自變量，進(jìn)行逐步回歸，建立最優(yōu)的多元線性回歸模型。

典型相關(guān)分析(CCA)是研究兩組變量之間相關(guān)關(guān)系的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，它借用主成分分析的降維思想，分別對(duì)兩組變量提取主成分，且使兩組變量提取的主成分之間的相關(guān)程度達(dá)到最大，而從同一組內(nèi)部提取的各主成分之間互不相關(guān)，用從兩組分別提取的主成分的相關(guān)性來描述兩組變量整體的線性相關(guān)關(guān)系(郭志剛，1999)，其數(shù)學(xué)描述如下。

假設(shè)有一組變量X1,X2,Λ,Xp與另一組變量Y1,Y2,Λ,Yq，它們的線性組合為：

U=α1X1+α2X2+ΛαpXp=α′X；

V=β1Y1+β2Y2+ΛβqYq=β′Y。

其中，α=(α1,α2,Λ,αp)′和β=(β1,β2,Λ,βq)′為

表1 樣地基本概況Tab. 1 Survey of sample plots

任意非零向量，于是把研究兩組變量之間的問題化為研究兩個(gè)變量U與V之間的相關(guān)問題，希望尋求α和β，使U、V之間最大可能地相關(guān)，由相關(guān)系數(shù)的定義可知:

為進(jìn)一步探討森林空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，采用典型相關(guān)分析來判斷兩組變量的相關(guān)性，一組變量為森林空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)(混交度X1、角尺度X2和林層指數(shù)X3)，另一組變量為土壤養(yǎng)分指標(biāo)(有機(jī)質(zhì)Y1、全氮Y2、全磷Y3、堿解氮Y4、有效磷Y5、速效鉀Y6)。

由于各個(gè)林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)的單位和量綱不統(tǒng)一，為消除其量綱，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

式中：zi為i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)分值；xi為i指標(biāo)實(shí)際分值；xmin為i指標(biāo)最小值；xmax為i指標(biāo)最大值。

采用軟件Excel2007和SPSS21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分空間結(jié)構(gòu)特征

從表2可看出，人工針葉純林、人工闊葉純林和竹林的混交度分別為0.05、0.02和0.06，接近零度混交，說明混交度偏低，樹種隔離程度差，林木周圍幾乎被同一樹種包圍，需要改善林分混交度，在林下補(bǔ)植一些混交樹種，增強(qiáng)林分樹種間的隔離程度和林分穩(wěn)定性。人工闊葉混交林和人工針闊混交林的混交度分別為0.47和0.52，屬中度混交，說明這兩類森林的林木周圍有一半左右的鄰近木屬于混交樹種，林分混交度較好。天然次生林的林分混交度最高，為0.73，林木周圍70%以上的樹種屬混交樹種，林分樹種間的隔離程度比較理想。

表2 不同林分類型的林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)①Tab.2 Stand spatial structure index of various stand types

①同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Different letters in the same row mean significant difference at 0.05 level.

人工針葉純林、人工闊葉純林、人工闊葉混交林和針闊混交林的角尺度分布范圍為0.28～0.40，屬于均勻分布，林木水平分布狀態(tài)不夠理想，應(yīng)通過人工干預(yù)，降低均勻分布的比例，將林木水平分布由均勻分布向隨機(jī)分布調(diào)整。天然次生林和竹林的林分角尺度分別為0.49和0.47，為隨機(jī)分布，是比較理想的分布狀態(tài)。

竹林林分的林層指數(shù)為0.45，林層指數(shù)較理想，說明竹林林分空間結(jié)構(gòu)單元中的中心木與超過40%的鄰近木不屬于同一林層，林分垂直空間利用較充分； 天然次生林的林層指數(shù)為0.62，林層指數(shù)最高，說明天然次生林60%左右的林木與周圍鄰近木不屬于同一林層，林分垂直空間利用充分; 而人工針葉純林、人工闊葉純林、人工闊葉混交林和人工針闊混交林的林層指數(shù)為0.34～0.38，林層指數(shù)總體上偏低，林木分化程度弱，自然更新不足，導(dǎo)致超過60%的林木與周圍林木處在同一林層。

3.2 不同林分類型土壤養(yǎng)分含量特征

從表3可看出，6種林分的土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為11.13～29.07和0.75～1.27 g·kg-1，天然次生林土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量最高，分別達(dá)到29.07和1.27 g·kg-1，其次是闊葉混交林(20.01和0.91 g·kg-1)，含量最小的是竹林(11.13和0.75 g·kg-1)，天然次生林、闊葉混交林的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別是竹林的2.61和1.69倍，全氮含量分別是1.80和1.21倍。土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量均表現(xiàn)為天然次生林﹥?nèi)斯ら熑~混交林﹥?nèi)斯め橀熁旖涣蜘內(nèi)斯ら熑~純林﹥?nèi)斯め樔~純林﹥竹林。6種林分的土壤全磷含量為0.17～0.29 g·kg-1，天然次生林最高，針闊混交林次之，人工針葉純林土壤全磷含量最低。天然次生林土壤全磷含量是人工針葉純林的1.71倍。土壤堿解氮的含量范圍為20.84～82.87 mg·kg-1，且表現(xiàn)為天然次生林﹥?nèi)斯ら熑~純林﹥?nèi)斯ら熑~混交林﹥?nèi)斯め樔~純林﹥竹林﹥針闊混交林，天然次生林土壤堿解氮含量是竹林的3.94倍。土壤有效磷含量范圍為1.06～3.80 mg·kg-1，含量最高的是天然次生林，其次是人工針闊混交林，含量最低的是人工闊葉純林，天然次生林土壤有效磷含量是人工闊葉純林的3.58倍。土壤速效鉀的含量范圍為13.62～63.17 mg·kg-1，且表現(xiàn)為人工闊葉純林﹥天然次生林﹥?nèi)斯ら熑~混交林﹥?nèi)斯め樔~純林﹥?nèi)斯め橀熁旖涣蜘冎窳帧?/p>

表3 不同林分類型的土壤養(yǎng)分含量①Tab.3 Soil nutrient content of various stand types

①同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.

3.3 林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量的單因素相關(guān)性分析

從表4可看出，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量都與林分空間結(jié)構(gòu)3個(gè)指標(biāo)呈顯著正相關(guān)，而土壤全磷、堿解氮和速效鉀含量與林分空間結(jié)構(gòu)3個(gè)指標(biāo)均無顯著相關(guān)。說明混交度、角尺度和林層指數(shù)是影響土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量的重要結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

表4 林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量的Pearson相關(guān)系數(shù)①Tab.4 Pearson correlation coefficients between stand spatial structure and soil nutrient content

①*:P<0.05;**:P<0.01.

3.4 林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量的逐步回歸分析

從表5可看出，全磷、堿解氮和速效鉀的回歸方程擬合效果不好，均未通過顯著性檢驗(yàn)，而有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷的回歸方程擬合效果好，均通過了顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，決定系數(shù)R2都較高，分別是0.791、0.683和0.570，說明篩選進(jìn)回歸方程的林分空間結(jié)構(gòu)因子顯著地影響著土壤養(yǎng)分含量。比較標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)后發(fā)現(xiàn)，影響土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量的主導(dǎo)因子是混交度和林層指數(shù)，而影響土壤全氮含量的主導(dǎo)因子是混交度。

3.5 林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量的典型相關(guān)分析

從表6可看出，第一組典型變量的相關(guān)系數(shù)為0.951，屬于強(qiáng)相關(guān)，且在α=0.01水平上通過了典型相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)。這說明，林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量整體上相關(guān)程度顯著，可用林分空間結(jié)構(gòu)變量組來解釋土壤養(yǎng)分變量組。第二組和第三組典型變量的相關(guān)系數(shù)分別為0.595和0.500，相關(guān)性較弱。顯著性檢驗(yàn)表明，在α=0.05水平上，第二組和第三組典型變量均未通過典型相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)。

依據(jù)上述分析，只對(duì)第一組典型變量進(jìn)行典型相關(guān)模型分析，從表7可得出第一組典型變量的典型相關(guān)模型如公式：

在線性組合U1中，系數(shù)絕對(duì)值較大的是X1(混交度)和X3(林層指數(shù))，分別為-0.697，-0.283，說明林分空間綜合性指標(biāo)主要由混交度和林層指數(shù)決定，在線性組合V1中，系數(shù)絕對(duì)值最大的是Y1(有機(jī)質(zhì))，為-0.853，說明土壤養(yǎng)分綜合性指標(biāo)主要是有機(jī)質(zhì)決定的。

典型載荷分析(表8)表明，典型變量U1和原始變量X1(混交度)、X3(林層指數(shù))的相關(guān)系數(shù)較大，說明混交度和林層指數(shù)在對(duì)土壤養(yǎng)分的影響上起著決定作用； 典型變量V1和原始變量Y1(有機(jī)質(zhì))、Y5(有效磷)的相關(guān)系數(shù)較大，說明土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)比較敏感。

表5 林分空間結(jié)構(gòu)與土壤養(yǎng)分含量的多元逐步回歸方程Tab.5 Regression analysis between stand spatial structure and soil nutrient content

表6 典型相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗(yàn)Tab.6 Canonical correlation coefficient and its significance test

表 7 典型變量的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)Tab.7 Standardization coefficient of typical variables

表8 原始變量與典型變量間的相關(guān)系數(shù)Tab.8 Correlation coefficients between original variables and typical variables

4 討論

不同類型的林分在樹種組成、競爭大小、水平分布和垂直分布等方面都存在差異，導(dǎo)致林分空間結(jié)構(gòu)各異。本研究顯示天然次生林的空間結(jié)構(gòu)在整體上最優(yōu)，其他5種人工林的空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣排序因指標(biāo)而異，無規(guī)律性的變化。這主要是因?yàn)樘烊淮紊质巧稚锱c環(huán)境長期相互作用和演化的結(jié)果，形成了較為理想的異齡、混交、復(fù)層的空間結(jié)構(gòu)(Rozas， 2006)，而人工林的樹種組成、水平和垂直分布格局、林木競爭大小、撫育間伐方式均受人為干擾嚴(yán)重，林分空間結(jié)構(gòu)變化并無規(guī)律性。

不同林分類型的林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響程度并不相同，林分空間結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致了不同林分林下光環(huán)境與群落的組成、土壤養(yǎng)分條件、土壤質(zhì)地、凋落物性質(zhì)存在顯著差異，從而直接對(duì)土壤養(yǎng)分含量產(chǎn)生影響(邱建麗等， 2019)。研究結(jié)果顯示，研究區(qū)不同林分類型土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的排序?yàn)樘烊淮紊蜘內(nèi)斯ら熑~混交林﹥?nèi)斯め橀熁旖涣蜘內(nèi)斯ら熑~純林﹥?nèi)斯め樔~純林﹥竹林。這是由于研究區(qū)的天然次生林是常綠闊葉林，人類活動(dòng)對(duì)其土壤環(huán)境的干擾較小，各種動(dòng)物殘?bào)w、植物凋落物通過土壤微生物的分解積累了大量有機(jī)質(zhì)。混交林和闊葉林的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于針葉純林的原因可能是土壤有機(jī)質(zhì)積累受地上凋落物分解和地下細(xì)根周轉(zhuǎn)影響，混交林、闊葉林地上枯落物和地下細(xì)根的C/N顯著低于針葉純林，使其枯落物和樹種根系較針葉純林更易分解，土壤有機(jī)質(zhì)能得到及時(shí)補(bǔ)充(路翔等， 2012)。竹林土壤有機(jī)質(zhì)含量最低的原因是竹林逐年砍伐導(dǎo)致凋落物歸還量降低，每年更新又從土壤中吸取大量養(yǎng)分(趙超， 2011)。土壤有機(jī)質(zhì)中氮素含量相對(duì)固定，所以土壤全氮與有機(jī)質(zhì)的含量在不同林分類型中表現(xiàn)出了相同的規(guī)律。研究區(qū)天然次生林土壤全磷含量最高，針闊混交林次之，針葉人工純林最低，其原因是天然次生林、針闊混交林和闊葉林在生長演替過程中產(chǎn)生了大量更容易分解的凋落物，使土壤更容易得到磷素補(bǔ)充，從而使其土壤磷的來源顯著大于人工針葉純林(樊綱惟等， 2014)。研究區(qū)土壤有效磷含量最高的是天然次生林，其次是人工針闊混交林，含量最低的是人工闊葉純林，這是因?yàn)榧兞峙c天然林、針闊混交林相比，其林下植被更少，且凋落物分解較慢，導(dǎo)致有效磷含量較低。研究區(qū)6種林分類型的土壤有效磷含量范圍為1.06～3.80 mg·kg-1，除天然次生林外，其他林分類型的土壤有效磷含量都較低，這可能與研究區(qū)的成土母質(zhì)和氣候因素有關(guān)，研究區(qū)的土壤類型為山地黃棕壤，富含游離態(tài)的氧化鐵和氧化鋁等陽離子，極容易與土壤中的磷元素結(jié)合，形成難以被植物直接利用的難溶性磷； 同時(shí)，中亞熱帶的多雨氣候也是造成土壤有效磷流失的重要原因(Vitouseketal.， 2010; Zengetal.， 2018)。研究區(qū)6種林分類型土壤堿解氮的含量為20.84～82.87 mg·kg-1，其含量排序?yàn)樘烊淮紊蜘內(nèi)斯ら熑~純林﹥?nèi)斯ら熑~混交林﹥?nèi)斯め樔~純林﹥竹林﹥針闊混交林，說明天然次生林有效氮素供應(yīng)能力最高，人工闊葉林次之,針闊混交林最低，但研究區(qū)土壤堿解氮含量并沒有表現(xiàn)出與土壤全氮含量同步變化的規(guī)律，這是因?yàn)橥寥缐A解氮含量容易受環(huán)境因素影響，如氣候、土壤、植被、水分等容易導(dǎo)致土壤堿解氮含量變化(張振明等， 2011)。研究區(qū)6種森林類型的速效鉀含量范圍為13.62～63.17 mg·kg-1，說明研究區(qū)森林土壤速效鉀含量比較貧乏。已有研究表明速效鉀含量與土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化、枯落物的厚度及土壤含水量密切相關(guān)(實(shí)龍博等， 2017)，因此在林分經(jīng)營過程中維持喬灌草的物種多樣性對(duì)增加土壤速效鉀含量具有重要意義。

林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量有顯著影響，但主導(dǎo)影響因子并不明確，本研究用Pearson 相關(guān)分析、多元線性逐步回歸分析和典型相關(guān)分析初步確定了影響土壤養(yǎng)分含量的主導(dǎo)因子，表明混交度是影響土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量的主導(dǎo)因子，這主要是因?yàn)槎鄻浞N混交林的樹冠重疊、冠層深厚、枝繁葉茂，更易形成較多地表凋落物，增加了凋落物歸還土壤的能力，改善了凋落物的分解速度，更易累積大量的有機(jī)質(zhì)。同時(shí)，混交樹種深淺不一的根系在土壤中縱橫交錯(cuò)，相互穿插，改善了土壤的通氣性、透氣性和疏松度，活躍了土壤微生物活動(dòng)，導(dǎo)致微生物增加，進(jìn)而加速了土壤養(yǎng)分的循環(huán)和有效化(黃永來， 2006； Wanetal.， 2015)。多元線性逐步回歸結(jié)果顯示，林層指數(shù)也是影響土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量的主要林分空間結(jié)構(gòu)因子，這是因?yàn)椋?林層是森林生態(tài)系統(tǒng)與外界相互作用最直接的部分，它影響著森林生態(tài)系統(tǒng)接受太陽能和截留降水的能力； 不同的林層會(huì)形成有差異的林內(nèi)小氣候，如光環(huán)境、風(fēng)速、空氣溫濕度等，這將影響到林下群落的組成和結(jié)構(gòu)、土壤蒸發(fā)量、土壤熱儲(chǔ)量、土壤溫度、林地微生物活性及凋落物分解等，進(jìn)而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量的差異(康磊， 2009； Norbyetal.， 2003)。同時(shí)，研究結(jié)果也顯示，3個(gè)多元線性回歸模型的決定系數(shù)R2都較高，說明混交度和林層指數(shù)顯著地影響著林分土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量。雖然3種相關(guān)性分析方法較直觀地揭示了林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)與土壤養(yǎng)分含量的單因素相關(guān)性及林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的綜合影響，但3種分析都是建立在變量線性關(guān)系的假設(shè)之上，因此未來可試用非線性模型或灰色關(guān)聯(lián)度分析進(jìn)一步探索林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響。同時(shí)，為進(jìn)一步揭示林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響機(jī)理和土壤養(yǎng)分維持機(jī)制，應(yīng)將相關(guān)機(jī)理研究和相應(yīng)的經(jīng)營措施的制定作為今后研究的重點(diǎn)。

5 結(jié)論

林分空間結(jié)構(gòu)因子顯著地影響著土壤養(yǎng)分含量，其中對(duì)土壤養(yǎng)分整體水平起決定作用的是混交度和林層指數(shù)，對(duì)土壤養(yǎng)分含量單項(xiàng)指標(biāo)起決定作用的主導(dǎo)因子隨土壤養(yǎng)分指標(biāo)而異，其中影響土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量的林分空間結(jié)構(gòu)主導(dǎo)因子是混交度和林層指數(shù)，影響土壤全氮含量的主導(dǎo)因子只有混交度。因此，如欲提高土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量或土壤養(yǎng)分整體水平，可采取調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)和林層結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)營措施； 如欲提高土壤全氮含量，只需采用調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)的管理措施。