環洞庭湖防護林的土壤理化性狀研究

吳天樂，馬豐豐，楊 楠，羅 佳，李有志，牛艷東

(湖南省林業科學院，湖南 長沙 410004)

環洞庭湖防護林的土壤理化性狀研究

吳天樂，馬豐豐，楊 楠，羅 佳，李有志，牛艷東

(湖南省林業科學院，湖南 長沙 410004)

以環洞庭湖12種主要造林模式防護林為研究對象，對其進行土壤取樣和分析，研究環洞庭湖防護林土壤理化性狀。結果表明：環洞庭湖區防護林土壤養分處于中高水平，但速效磷比較貧乏；不同造林模式防護林的土壤理化性狀存在顯著差異，特別是速效氮、速效鉀、容重和pH值，其差異性均達到了極顯著水平，其中杉木+木荷等針闊混交模式防護林的土壤理化性狀最好，馬尾松+濕地松的針葉混交模式防護林的土壤理化性狀最差；土壤理化性狀各指標間存在著較為緊密的相關性，有機質與速效氮、速效磷、速效鉀呈極顯著正相關，與pH值及容重呈極顯著負相關；土壤有機質、速效氮、速效磷隨土層深度的增加而顯著遞減；速效鉀隨土層深度的增加呈遞減趨勢，但遞減不明顯；土壤容重隨土層深度的增加而顯著增加；pH值隨土層深度的增加呈增加趨勢，但增加不明顯。

洞庭湖；防護林；造林模式；土壤理化性狀

長期以來，由于不合理的開發與利用，洞庭湖區的植被被嚴重破壞，導致其生態系統服務功能損失和衰退[1]。環洞庭湖防護林體系建設以改善生態環境和發展農業為目的，從可持續林業出發，創建高水平的營造林模式，增加和恢復森林植被，控制水土流失，改善生態條件，同時還可保障農業的穩定、高產，促進農民生活水平的提高和農村發展[2]。國內關于洞庭湖濕地土壤養分狀況的研究有很多報導[3-4]，但對環洞庭湖防護林土壤與植被關系的研究鮮有報導。我們以不同類型防護林為研究對象，探討不同造林模式防護林的土壤理化性狀特征，以期為防護林體系建設及其生態與經濟效益的提高和實現林地可持續發展提供參考。

1 研究地概況

研究區位于湖南省洞庭湖區的9個縣、市、區，即常德市的澧縣、津市、安鄉縣，岳陽市的華容縣、臨湘市、岳陽縣、君山區、云溪區以及益陽市的南縣，屬亞熱帶季風濕潤氣候區，其熱量較豐富，雨量充沛。境內年平均氣溫16.4～17.0℃,年平均降水量為1328.8mm；其地貌大部分為環湖丘陵崗地、低山地形，土壤母質以砂巖、板頁巖、河流沖積物和第四紀紅色粘土為主，兼有少量花崗巖、紫色砂頁巖和石灰巖，土壤以紅壤、潮土和紫色土為主[5]。由于研究區內土壤類型不同、地形起伏不定以及植被空間分布格局的異質性，加上森林經營活動對土壤的影響，使得環洞庭湖防護林土壤理化性狀存在巨大的差異性。

2 研究方法

2.1樣地設置和土壤樣品的采集與處理

2010年7月，在環洞庭湖防護林區9個縣、市、區內選擇具有代表性的12種造林模式的林分進行樣地設置，各造林模式樣地概況見表1。

表1 12種造林模式樣地概況Tab 1 Thesampleplotsstatusof12differentforestationmodels防護林類型造林模式平均年齡(年)平均胸徑(cm)平均樹高(m)平均海拔(m)防浪林楊樹1220 9517 1181補植封山育林馬尾松+濕地松108 195 6855封山育林馬尾松1310 207 6434水源涵養林與水土保持林楓香+檫木+杉木1311 4011 21175濕地松+樟樹1110 176 71112杉木+楓香129 2410 56112濕地松+楓香1011 007 99100欒樹+刺槐108 127 16119濕地松+榿木1010 798 2150杉木+木荷1210 6110 2296濕地松+木荷1313 2310 9832杉木1414 4214 4878

每1種造林模式設樣地3塊，共36塊。每1個樣地選取3個有代表性的樣點采樣，并分別于坡面的上、中、下部各隨機挖3個土壤剖面，分0～10cm、10～20cm、20～40cm 3層進行取樣；取樣后將每1個樣地3個樣點同層的3個土壤樣品混合均勻后裝入樣品袋，共采集土樣108個。

2.2樣品分析方法

土壤樣品取回后，進行風干、碾碎、過篩等處理。過1mm篩測土壤速效氮、速效磷、速效鉀以及pH值，過0.25mm篩測土壤有機質。有機質用重鉻酸鉀容量法測定；速效氮用堿解擴散法測定；堿性土壤速效磷用0.5mol·L-1碳酸氫鈉溶液浸提法測定；酸性和中性土壤速效磷用0.05mol·L-1HCl-0.025mol·L-1(1/2H2SO4)溶液浸提法測定；速效鉀用1mol·L-1乙酸銨(NH4OAc)浸提-火焰光度法測定；pH值用酸度計法測定；土壤容重用環刀法測定。

2.3數據分析軟件

應用SPSS 17.0數據統計分析軟件和Excel2003數據處理軟件對試驗數據進行統計分析、顯著性差異檢驗及相關性分析。

3 結果與分析

3.1環洞庭湖防護林土壤理化性狀總體特征

由表2可以看出：環洞庭湖12種造林模式防護林的土壤有機質含量變幅為6.33～37.17g·kg-1，平均含量為20.08g·kg-1；速效氮含量變幅為11.16～181.67mg·kg-1，平均含量為79.85mg·kg-1；速效磷含量變幅為0.60～10.26mg·kg-1，平均含量為2.99mg·kg-1；速效鉀含量變幅為5.84～185.26mg·kg-1，平均含量為116.03mg·kg-1；pH值的變幅為4.39～8.44，可劃分為強酸性、酸性、弱酸性、中性和弱堿性土壤；土壤容重的變幅為1.16～1.70g·cm-3，平均值為1.42。

表2 環洞庭湖12種造林模式防護林土壤理化性狀變異情況Tab 2 Thevariationofsoilphysicalandchemicalpropertiesof12differentforestationmodels指標有機質(g·kg-1)速效N(mg·kg-1)速效P(mg·kg-1)速效K(mg·kg-1)pH土壤容重(g·cm-3)最小值(min)6 3311 160 605 844 391 16最大值(max)37 17181 6710 26185 268 441 70平均值(mean)20 0879 852 99116 035 521 42標準差(SD)7 5338 852 5247 881 130 138變異系數(Cv)0 380 490 840 410 200 097

從各養分指標的變異情況來看，速效磷的變異系數(Cv)最大，為84%，其次是速效氮、速效鉀，pH值的變異系數最小，為20%。按其變異系數的大小可劃分為：弱變異性，Cv<0.1；中等變異性，Cv=0.1～1.0；強變異性，Cv>1.0[6]。由表2可知，所有養分含量均為中等變異程度，表明洞庭湖不同造林模式防護林的土壤養分分布不均。而土壤容重的變異系數為9.7%，變異較弱，這表明土壤的質地比較均勻。

3.2不同造林模式防護林土壤理化性狀

森林土壤中的有機質主要來源于枯枝落葉及動物、微生物的分解物[7]，林分類型不同，其分解速度和有機質的含量有較大差異。從表3可以看出：12種造林模式中林地土壤有機質含量以杉木+木荷混交模式最高，達32.03g·kg-1，杉木純林模式次之，為24.95g·kg-1，馬尾松+濕地松混交模式最低，僅為11.45g·kg-1；速效氮的含量以杉木+木荷混交模式最高，達157.34mg·kg-1，杉木純林模式次之，為112.59 mg·kg-1，馬尾松+濕地松混交模式最低，僅為30.43mg·kg-1；速效磷含量以濕地松+楓香混交模式最高，達6.37mg·kg-1，濕地松+榿木混交模式次之，為5.44mg·kg-1，馬尾松純林最低，僅為0.97mg·kg-1；速效鉀含量以杉木+楓香混交模式最高，達175.5mg·kg-1，杉木+木荷混交模式次之，為164.51mg·kg-1，馬尾松+濕地松混交模式最低，僅為33.91mg·kg-1；pH值以楊樹純林為最高，達8.37，呈弱堿性，欒樹+刺槐混交模式次之，為7.13，呈中性，以杉木+木荷混交模式最低，僅為4.53，接近強酸性；土壤容重以馬尾松+濕地松混交模式最大，達1.61g·cm-3，欒樹+刺槐混交模式次之，為1.58g·cm-3，以杉木+木荷混交模式最小，僅為1.23g·cm-3。

表3 環洞庭湖12種造林模式防護林土壤理化性狀表Tab 3 Thesoilphysicalandchemicalpropertiesof12differentforestationmodels造林模式有機質(g·kg-1)速效N(mg·kg-1)速效P(mg·kg-1)速效K(mg·kg-1)pH土壤容重(g·cm-3)楊樹15 69±6 17a57 65±26 85ab2 27±0 31abc137 39±38 54cd8 37±0 08f1 48±0 07cde馬尾松+濕地松11 45±7 22a30 43±17 17a1 52±0 28ab33 91±34 02a5 35±0 18bcd1 61±0 11e馬尾松21 18±6 69ab58 03±10 49ab0 97±0 23a101 11±41 53bcd4 54±0 08a1 44±0 10bcde楓香+檫木+杉木23 62±8 81ab108 59±30 15c2 39±0 90abc150 42±27 86cd5 21±0 08abc1 33±0 14abc濕地松+樟樹16 09±9 26a71 44±30 01abcd2 38±2 78ab83 96± 8 45bcd4 83±0 05ab1 41±0 11abcd杉木+楓香23 91±6 76ab108 18±24 96c2 27±0 15abc175 50±12 19d4 54±0 04a1 27±0 11ab濕地松+楓香17 93±8 42a62 21±25 16ab6 37±1 70c101 46±35 07bcd6 12±0 61d1 41±0 09abcd欒樹+刺槐13 79±5 65a50 35±18 34ab4 07±2 72bc142 54±21 45cd7 13±0 25e1 58±0 10de濕地松+榿木20 65±7 85ab93 41±35 57bc5 44±3 69bc163 91±23 03cd5 25±0 35abc1 34±0 14abc杉木+木荷32 03±4 99b157 34±21 41d2 28±0 60abc164 51±22 07cd4 53±0 12a1 23±0 05a濕地松+木荷17 59±4 94a59 12±18 12ab3 25±3 47abc115 08±24 86bcd5 60±0 22bcd1 43±0 09bcde杉木24 95±9 10ab112 59±28 74c4 16±3 66bc61 99± 7 62b4 53±0 06a1 40±0 04abcd 注：采樣土層深為40cm；表中所列數據為各模式樣地的平均值；具有相同字母平均數表示差異不顯著，不同字母平均數表示差異顯著(p<0 05)。

3.3不同土層土壤理化性狀

從表4可以看出：土壤有機質含量隨土層深度的增加而顯著遞減， 0～10cm土層土壤有機質含量約為20～40cm土層的2.05倍；土壤速效氮含量隨土層深度的增加而遞減， 0～10cm土層為20～40cm的1.77倍，差異顯著； 0～10cm土層的土壤速效磷含量顯著高于其它各層，當土層深度大于10cm 時，速效磷含量急劇下降， 20～40cm土層的土壤速效磷含量與0～10cm的相差2.9倍；土壤速效鉀含量隨土層深度的增加而遞減，但差異不顯著， 20～40cm土層與0～10cm土層相比，相差1.46倍；土壤pH值隨土層深度的增加而增加，但差異不顯著；土壤容重隨土層深度的增加而顯著增加，說明越往深層，土壤越緊實。

表4 環洞庭湖防護林不同土層土壤理化性狀表Tab 4 Thesoilphysicalandchemicalpropertiesindifferentsoillayers土層深度(cm)有機質(g·kg-1)速效N(mg·kg-1)速效P(mg·kg-1)速效K(mg·kg-1)pH土壤容重(g·cm-3) 0～1026 00±6 27c102 83±39 10a4 85±3 23b139 96±45 89a5 32±1 11a1 33±0 11a10～2020 03±5 62b78 61±32 62ab2 44±1 56a112 16±47 83a5 54±1 16a1 41±0 12a20～4012 68±5 85a58 11±33 18b1 68±1 11a95 98±42 33a5 69±1 19a1 52±0 12b

3.4土壤理化性狀的相關性

土壤理化性狀相關性分析結果(見表5)表明：土壤理化性狀各指標間存在著較為緊密的相關性；有機質與速效氮、速效磷、速效鉀呈極顯著正相關，與pH值及容重呈極顯著負相關，其中有機質與速效氮的相關性(r=0.914，p<0.01)最密切；有機質和速效氮的消長趨勢是一致的，其含量的高低直接反映土壤肥力水平的高低；有機質與容重的相關性(r=-0.869，p<0.01)次之，可能是因為土壤容重下降，其透氣和滲水能力增強，微生物活動增加，有利于土壤有機質的積累；而土壤pH值(r=-0.474，p<0.01)常通過影響微生物的活動顯著影響土壤有機質的空間分布，微生物最適宜在中性環境下活動，在強酸或強堿條件下其活動受抑制。

表5 土壤理化性狀的相關性分析Tab 5 Correlationanalysisofsoilphysicalandchemicalproperties有機質速效氮速效磷速效鉀pH容重有機質1 000速效氮0 914??1 000速效磷0 427??0 338?1 000速效鉀0 554??0 574??0 2651 000pH-0 474??-0 494??0 0100 0361 000容重-0 869??-0 864??-0 377?-0 687??0 485??1 000 注：“??”表示在0 01水平上極顯著相關；“?”表示在0 05水平上顯著相關。

4 結論與討論

(1) 森林的植被類型不同，其生物量和凋落物數量有較大的差異，能夠進入土壤中的有機物數量也有較大的差異[8]。環洞庭湖不同造林模式防護林的植被類型不同，其土壤理化性狀存在顯著差異，其中土壤速效氮、速效鉀、容重和pH值的差異達到了極顯著水平；不同造林模式防護林的土壤速效養分含量與有機質含量存在極顯著正相關關系，其含量的變化規律與有機質變化規律相似，這是由于有機質的分解是森林土壤養分(尤其是有效養分)的重要來源[9]。

(2)在所有模式中，以針闊混交模式的土壤理化性狀最好，特別是杉木+木荷、杉木+楓香、楓香+檫木+杉木等模式，能有效改善土壤條件，促進林下凋落物的積累和分解，能提高養分的有效性，增加林地養分含量；土壤理化性狀最差的是馬尾松+濕地松的針葉混交模式，其凋落物少，且分解慢，造成養分缺乏，對土壤的改良效果最差。

(3)土壤理化性狀各指標間存在著較為緊密的相關性，有機質與速效氮、速效磷、速效鉀呈極顯著正相關，與pH值及容重呈極顯著負相關。

(4)土壤成土母質能直接或間接地影響土壤的理化性狀[10]。欒樹+刺槐混交模式的土壤成土母質為中性紫色土，其有機質、速效氮含量較低，而速效磷、速效鉀含量卻較高，這正好符合紫色土養分特點[11]；楊樹純林模式的土壤成土母質為河流沖積物，主要受流域內母質(石灰巖、紫色砂頁巖)、土壤的影響，pH值呈堿性，有機質積累較少，速效氮、速效磷含量較低，速效鉀含量相對較豐富，這也正符合河潮土的養分特點。

(5)土壤有機質、速效氮、速效磷均隨土層深度的增加而顯著遞減，而速效鉀隨土層深度的增加呈遞減趨勢，但遞減不明顯，這是由于凋落物在地表堆積、腐解的緣故，所以土壤養分主要分布在表土層；土壤容重隨土層深度增加顯著增加，而土壤pH值隨土層深度增加呈遞增趨勢，但遞增不顯著。

總體上講，環洞庭湖防護林的土壤理化性狀較好，這可能是因為植被的恢復使大量植物凋落物和根系分泌物分解，釋放養分歸還土壤，以及植物吸收土壤養分通過生物循環在表層土壤中富集。這些對整個洞庭湖生態環境保護有非常積極的影響。

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ResearchonsoilphysicalandchemicalpropertiesofprotectionforestsurroundingDongtingLake

WU Tianle，MA Fengfeng，YANG Nan，LUO Jia，LI Youzhi，NIU Yandong

(Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China)

Through investigating and analyzing the soil in 12 different forestation models of protection forest surrounding Dongting Lake, the soil physical and chemical properties were studied. The results showed that soil nutrient was at a high level, but relatively poor in available phosphorus. The soil physical and chemical properties were significant difference among different forestation models, especially differences in available nitrogen, available K, bulk density and pH were significant at 0.01 level. The forestation model ofCunninghamialanceolata+Schimasuperbahad the best soil physical and chemical properties, but the forestation model ofPinusmassoniana+Pinuselliottiihad the worst soil physical and chemical properties. The soil organic matter had significant positive correlation with available N, available P and available K, but had significant negative correlation with pH and bulk density. The contents of soil organic matter, available N and available P significantly decreased with the increase of soil depth，while the decrease was not obvious in available K. The soil bulk density significantly increased with the increase of soil depth, while the increase was not obvious in pH.

Dongting Lake；protection forest；forestation model；soil physical and chemical properties

2011-06-24

2011-08-09

S 153

A

1003-5710(2011)04-0015-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 04. 005

(文字編校：唐效蓉，張 珉)