張亞男 丁曉綱 魏 丹 張志輝程長福 李瑩瑩 康 劍，3

（1. 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2. 清遠(yuǎn)市龍坪林場，廣東 清遠(yuǎn) 513400；3. 中國科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650）

氮是生物體的基本組成元素，是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素，土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的氮庫[1]。研究表明，人類活動和自然環(huán)境改變是導(dǎo)致土壤氮時空變化的主要因素，土壤碳氮比和氮磷比變化主要受氮肥使用量的影響，土壤氮含量隨氣候條件變化以及地表植被輸入吸收的不同而在時間尺度上發(fā)生變化[2]。

植物群落組成、生產(chǎn)力和凋落物通過改變土壤氮源，間接影響土壤全氮含量。不同類型植被土壤全氮含量存在很大的差異，且植被類型對土壤全氮含量的貢獻(xiàn)率為0.88%。凋落物數(shù)量和質(zhì)量與土壤微生物類型的耦合作用影響土壤呼吸和礦化，從而影響土壤全氮儲量。另外，凋落物的覆蓋可使土壤免受雨水沖刷，減少養(yǎng)分淋溶，有效改善土壤生境，使氮循環(huán)可持續(xù)[3-6]。

清遠(yuǎn)市位于廣東的中北部、北江中游、南嶺山脈南側(cè)與珠江三角洲的結(jié)合帶上，森林覆蓋率69.31%，森林面積2 076.7 萬畝，森林蓄積量8 533 萬m3，生物資源豐富，有中國南方珍稀動植物的物種基因庫和粵北生態(tài)屏障之稱[7-8]。本研究以清遠(yuǎn)市針葉林土壤為研究對象，在區(qū)域尺度上研究其土壤氮含量分布狀況，對于今后評估土壤養(yǎng)分含量狀況、精準(zhǔn)施肥、合理規(guī)劃利用林地資源、制定森林經(jīng)營規(guī)劃提供參考[9-10]。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研 究 區(qū) 系 廣 東 省 清 遠(yuǎn) 市（111°55′～113°55′E,23°31′～25°12′N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫20.7 ℃，最低氣溫為1 月份，最高氣溫為7月份，年平均日照1 662.2 h，年平均降雨量1 900 mm，每年無霜期平均為314.4 d。研究區(qū)地勢自西北向東南傾斜，以山地、丘陵為主，平原分布于北江兩岸的南部地區(qū)[7-8]。

1.2 樣品采集及測定

根據(jù)研究區(qū)植被、地形和氣候特征等狀況，采用專題樣點布設(shè)與空間隨機(jī)樣點布設(shè)相結(jié)合的方法布設(shè)樣點，共布設(shè)樣點134 個，樣點均分布在針葉林林分內(nèi)（研究區(qū)樣點分布情況見圖1）。各樣點均選擇有代表性地段挖掘3 個土壤剖面（各剖面間距大于10 m），剖面長1.2～1.5 m，寬0.8～1 m，深1 m。每個剖面均從上至下依次采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm 的土層樣品，每個樣點共采樣4 層/個×3 個（剖面）=12 份，分裝并及時帶回實驗室，在室內(nèi)常溫下風(fēng)干，揀出雜物，磨碎并充分混合，過100 目尼龍篩后用于檢測土壤樣品中的全氮含量[11-12]。采用凱氏定氮法測定全氮含量[13]。

圖1 清遠(yuǎn)市針葉林樣點分布Fig.1 Distribution of coniferous forest sampling points in Qingyuan city

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel、SPSS 和ArcGIS10.7 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，采樣點坐標(biāo)信息及氮含量數(shù)據(jù)整理于Excel 中進(jìn)行，在ArcGIS 軟件中加載廣東省矢量化地圖，對坐標(biāo)信息進(jìn)行添加，生成土壤剖面取樣點分布圖（圖1）。利用SPSS 進(jìn)行描述性統(tǒng)計分析，得出相關(guān)指標(biāo)的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，并與全國第二次土壤普查對于土壤肥力的劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行比較[14]；對數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，樣點數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，可采用空間插值法分析，利用ArcGIS 的地統(tǒng)計模塊中的普通Kriging 空間插值方法繪制土壤全氮空間插值圖[15-16]。

表1 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[14]Tab. 1 Soil nutrient grading standards

2 結(jié)果與分析

2.1 針葉林土壤全氮含量描述性統(tǒng)計

清遠(yuǎn)市針葉林土壤全氮含量的描述性統(tǒng)計結(jié)果見表2，由表可知，各土層由上至下全氮含量平均值逐漸降低，說明該區(qū)域土壤全氮含量在垂直剖面上呈現(xiàn)隨深度增加而不斷降低的趨勢；0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 土層土壤全氮變異系數(shù)屬于中等程度變異，60～80 cm 土層土壤全氮離散程度最高，最易受到極端值的影響。經(jīng)與土壤肥力的劃分標(biāo)準(zhǔn)對比，0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 土層土壤全氮處于Ⅲ級水平，60～80 cm 土層土壤全氮處于Ⅴ級水平。

表2 針葉林全氮含量描述性統(tǒng)計Tab. 2 Descriptive statistics of total nitrogen content in coniferous forests

2.2 針葉林土壤全氮含量分布特征

利用普通Kriging 空間插值法繪制的清遠(yuǎn)市針葉林土壤各土層全氮空間插值圖見圖2。由圖可知，清遠(yuǎn)市針葉林土壤同一土層不同區(qū)域全氮含量不同，中部針葉林土壤全氮含量最高，西北部和東南部針葉林土壤全氮含量較低，整體上土壤全氮含量自西北至東南呈先增加后減少的趨勢。不同土層全氮含量不同，西北部、中部、東南部土層土壤全氮含量均隨深度加深而減少。研究區(qū)內(nèi)土層全氮含量最高區(qū)域為0～20 cm 中部區(qū)域土層，處于1 198.12～2 683.33 mg·kg-1之間。

圖2 針葉林土壤全氮分布Fig.2 Distribution of soil total nitrogen in coniferous forest

3 結(jié)論與討論

本研究主要采用普通Kriging 空間插值法研究清遠(yuǎn)市針葉林土壤全氮含量的分布狀況，結(jié)果顯示：清遠(yuǎn)市針葉林土壤同一土層不同區(qū)域全氮含量不同，中部針葉林土壤全氮含量最高，西北部和東南部針葉林土壤全氮含量相對較低；不同土層全氮含量不同，隨著土層厚度的增加，全氮含量不斷減小；各土層全氮含量平均值分別為：1 276.74 mg·kg-1（0～20 cm）、1 161.16 mg·kg-1（20～40 cm）、1 126.45 mg · kg-1（40～60 cm）、555.00 mg·kg-1（60～80 cm），0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 土層土壤全氮處于Ⅲ級高水平狀態(tài)，60～80 cm 土層土壤全氮處于Ⅴ級低水平狀態(tài)。

土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是可以被植物直接吸收利用的氮素，其中硝態(tài)氮為氧化態(tài)的氮源，既容易被植物吸收利用，也容易向土壤深處移動；銨態(tài)氮為還原態(tài)的氮源，移動性相對較差，容易被土壤吸附固定[17]。本研究中，不同土層全氮含量不同，隨著土層厚度的增加，全氮含量不斷減小，與上述結(jié)論相似，還原態(tài)的氮大多被固定在土壤表層，氧化態(tài)的氮除留在表層外，逐漸向深層土壤轉(zhuǎn)移。

在不考慮植被類型的條件下，土壤理化性質(zhì)與海拔等環(huán)境因素相關(guān)，任啟文等[18]研究認(rèn)為土壤全氮與海拔呈正相關(guān)關(guān)系，海拔影響土壤微生物能量獲取，微生物的分解作用進(jìn)而影響全氮含量[19]。本研究得出，清遠(yuǎn)市針葉林同一土層不同區(qū)域全氮含量存在差異，表明全氮含量與海拔等地形因子可能存在一定關(guān)系，由于本研究未與海拔等地形因素進(jìn)行相關(guān)性分析，在今后的研究中將增加地形等因素與全氮等土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析。

植被的種類、數(shù)量及分布格局決定了凋落物的種類、產(chǎn)量，導(dǎo)致土壤生物化學(xué)轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的變化并引起土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性[20]。本研究所涉及的均為針葉林,林分內(nèi)樹種組成、年齡及數(shù)量等也可能導(dǎo)致土壤全氮含量在空間上的差異，因此，需要對研究區(qū)內(nèi)的土壤樣點進(jìn)行長期定位觀測。