戴智明 梁少湖 陸雙莉 黃文浩 梁彬堂廖逸雯 劉小軍

(1.廣東省江門市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心, 廣東 江門 529099; 2.廣東鑫華資環(huán)科技有限公司, 廣東 江門 529020 )

土壤養(yǎng)分是森林生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的必要基礎(chǔ), 養(yǎng)分水平能夠決定森林植被的生長狀況[1]。傳統(tǒng)林業(yè)生產(chǎn)中往往將林地簡單依據(jù)地形、 行政區(qū)劃劃分, 忽略了土壤養(yǎng)分空間變異性, 從而導(dǎo)致某些地區(qū)林地施肥不足或過高, 這不僅造成肥料的浪費而且還容易對生態(tài)環(huán)境造成威脅。 關(guān)于森林土壤養(yǎng)分的研究開展了許多, 主要針對特定營養(yǎng)元素氮[2-3]、 磷[4]、 鉀[5]以及有機碳[6]等對土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行評價。 研究人員還對廣東不同流域的森林土壤養(yǎng)分及重金屬元素進(jìn)行了深入的調(diào)查分析, 在水平和垂直尺度揭示了土壤元素的空間格局[7-8]。 然而, 針對沿海地區(qū)森林土壤養(yǎng)分狀況的研究鮮有報道, 有研究人員對鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園土壤有機碳含量及其影響因素進(jìn)行了分析[9], 發(fā)現(xiàn)不同生物群落有機碳含量存在差異。 作為廣東重要的生態(tài)系統(tǒng)類型之一, 沿海地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)對于區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。 本文通過調(diào)查典型的粵東沿海地區(qū)森林土壤的養(yǎng)分含量, 分析不同林種土壤養(yǎng)分差異, 從而有針對性地對森林土壤現(xiàn)狀提出恢復(fù)與保持土壤養(yǎng)分、 保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境的改良措施。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)以臺山市為主, 位于珠江三角洲西南部, 東臨珠海, 北靠新會區(qū), 海域面積4 778 km2, 海(島) 岸線長698 km, 有廣海灣和鎮(zhèn)海灣兩大海灣, 大小海島(礁) 348 個, 其中上、下川島分別為全省第二、 第六大島。 地勢北高西高, 以低山丘陵為主。 研究區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候, 年平均氣溫21.8 ℃, 平均年降水量1 936 mm, 年平均日照時2 006 h。 良好的自然條件孕育了豐富的森林資源, 全市森林覆蓋率44.17%, 森林蓄積量約655 萬m3。 土壤類型包括水稻土、 黃壤、 紅壤、 赤紅壤、 濱海潮間鹽土、 脫潮土和潮土等[10]。

1.2 土壤采樣及測定方法

圖1 研究區(qū)樣點分布Fig.1 Distribution of sample points in the study area

2021 年8 月在臺山市開展森林土壤調(diào)查, 根據(jù)土壤類型、 林分類型、 地形因子等因素的空間格局, 進(jìn)行土壤樣本布點, 其中, 防護(hù)林采集42個采樣點, 經(jīng)濟(jì)林3 個, 特種用途林2 個, 用材林84 個.共完成131 個野外調(diào)查樣點。 使用取土器采集0～30 cm 的表層土壤樣本, 將采集好的樣品用封口袋盛裝, 帶回實驗室, 將樣品平鋪到土盤上, 放置于通風(fēng)透氣、 不受陽光直射且無污染的地方, 在自然條件下風(fēng)干。 在剔除肉眼可見的枯枝落葉、 根系和碎石之后磨細(xì), 然后用100 目過篩, 分別保存于封口袋中并做好標(biāo)記。 測定指標(biāo)主要包括土壤養(yǎng)分(有機碳、 全氮、 全磷、 全鉀)等指標(biāo)。 參照《土壤有機碳的測定重鉻酸鉀氧化-分光光度法》 HJ 615—2011[11]進(jìn)行測定有機碳;采用凱氏法[12]測定全氮(N, g/kg) 含量; 參照《森林土壤磷的測定》 LY/T1232—2015[13]測定全磷(P, g/kg) 含量; 參照 《土壤全鉀測定法》(GB 9836—1988)[14]測定全鉀(K, g/kg) 含量。

1.3 土壤分級及林種分類

土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)如表1, 標(biāo)準(zhǔn)參考自《廣東土壤》[15]。 根據(jù)《廣東省森林資源二類調(diào)查技術(shù)規(guī)程》, 研究區(qū)共涉及4 個林種、 5 個亞林種, 具體如表2。

表1 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standards of soil nutrients

表2 林種分類Table 2 Classification table of forest species

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019、 R、 SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林土壤養(yǎng)分含量

研究區(qū)共采集131 個土壤樣本, 全氮含量0.28 ～2.05 g/kg, 變異程度較大, 平均含量為0.74 g/kg, 屬于較低水平。 全磷含量整體偏低,平均為0.25 g/kg, 屬于低的水平。 有機碳含量整體變異較小, 平均12.43 g/kg, 屬于中等水平,整體分布呈右偏分布。 全鉀含量平均23.60 g/kg,處于很高水平, 分布范圍3.34 ～66.73 g/kg, 變異程度極大(表3)。

表3 臺山市土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計Table 3 Statistics of soil nutrient content

2.2 不同林種森林土壤養(yǎng)分差異

土壤有機碳是反映土壤質(zhì)量和土壤健康的一個重要指標(biāo), 其含量多少直接影響著土壤中的生物過程以及土地生產(chǎn)力。 不同林種林地土壤有機碳含量沒有顯著差異, 如圖2 所示。 經(jīng)濟(jì)林有機碳含量相對較高, 平均為16.37 g/kg, 處于較高水平。 其它林種有機碳含量相對較低, 也處于中等至高的水平, 主要在10 ～15 g/kg 之間分布。 其中, 防護(hù)林的有機碳含量離散程度最大, 分布在3.18～39.43 g/kg 之間。

圖2 臺山市不同林種土壤有機碳含量Fig.2 Soil organic carbon content of different forest species

在植物生長所必需的營養(yǎng)元素中, 氮素是植物生長和產(chǎn)量形成的首要因素, 土壤全氮含量是反映土湊肥力高低的重要指標(biāo)。 如圖3 所示, 不同林種間土壤全氮含量沒有顯著差異, 經(jīng)濟(jì)林全氮含量相對較高, 平均為0.84 g/kg, 處于中等水平。 其余林種的全氮含量相對較為一致, 平均為0.65～0.77 g/kg。 其中, 用材林的分布較為集中,平均含量為0.72 g/kg。

圖3 臺山市不同林種土壤全氮含量Fig.3 Soil total nitrogen content of different forest species

磷是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素, 也是常見的植物生長限制性因子。 研究區(qū)的全磷含量平均水平較低, 特種用途林與防護(hù)林、 用材林之間有顯著差異(圖4)。 特種用途林的全磷含量較其它林種高, 平均值為0.37 g/kg, 盡管如此, 仍處于低等級(V 級) 水平。

圖4 臺山市不同林種土壤全磷含量Fig.4 Soil total phosphorus content of different forest species

鉀是植物生長所必需的營養(yǎng)元素之一, 也是反映土壤肥力的重要指標(biāo), 全鉀是土壤中各種形態(tài)鉀含量的總和。 不同林種林地土壤全鉀含量之間差異不顯著(圖5)。 林地土壤全鉀存在研究區(qū)含量普遍高, 林地土壤全鉀含量養(yǎng)分等級基本處于Ⅳ級(含量中等) 以上。 但經(jīng)濟(jì)林全鉀含量偏低, 平均含量為14.91 g/kg, 處于Ⅳ級水平。

圖5 臺山市不同林種土壤全鉀含量Fig.5 Soil total potassium content of different forest species

3 結(jié)論與討論

粵東沿海不同林種林地土壤養(yǎng)分含量存在差異。 其中, 土壤全鉀在各林種內(nèi)含量較髙, 處于Ⅳ級(含量中等) 水平及以上, 僅有經(jīng)濟(jì)林中鉀元素相對含量較低。 研究表明, 土壤鉀元素含量受到氣候、 地形、 植被、 成土母質(zhì)、 土壤類型、土壤酶活性、 微生物以及人類活動等因素的共同影響[16-17]。 經(jīng)濟(jì)林屬于人為干擾較大的林分, 大量的經(jīng)濟(jì)樹種吸收養(yǎng)分元素, 鉀元素沒有得到及時的補充, 可能是鉀含量相對較低的重要原因。有機碳含量整體處于中等水平, 不同林種間沒有顯著差異。 全氮含量整體偏低, 經(jīng)濟(jì)林氮素含量相對較高, 氮肥大量施用是主要因素。 此外, 有研究表明, 土壤全氮含量可能與地形因素密切相關(guān), 地形因素通過改變地表水的流向和土壤侵蝕的方式影響土壤氮空間格局[18-19]。 全磷的含量偏低, 處于V 級(含量低) 和VI 級(含量很低)水平, 特用林相對含量顯著高于防護(hù)林、 用材林,這可能是由于人工施用化肥、 天然林保護(hù)等措施導(dǎo)致的。 盡管如此, 全磷含量仍然處于較低水平,這可能是由于磷作為植被生長的限制性因素, 林木生長旺盛則磷含量消耗較大[20]。

整體來看, 林地土壤全鉀含量整體較高, 全氮、 全磷、 有機碳含量處于中等及更低水平。 特種林磷含量相對較高, 表明人為干擾的強弱是影響不同林種養(yǎng)分含量的重要因素[21-22]。 鑒于臺山市全磷含量缺乏, 應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H, 適量增施磷肥, 并注重提高肥料的利用效率, 科學(xué)調(diào)整氮、磷、 鉀和其他微量元素的比例。