川西米亞羅林區不同林分類型土壤養分性質研究

霍小鵬，張興華，李賢偉，張 健，張 毅

（1.西南油氣田分公司 安全環保與技術監督研究院，成都610213；2.四川農業大學 生態林業工程省級重點實驗室，四川 雅安625014；3.金堂縣林業局，四川 金堂610400）

土壤是在氣候、植被、地形、母質等因子綜合作用 下形成的，不同的植被類型影響著土壤養分的積累、分布與循環，而土壤養分含量又是植被生長的重要影響因子［1－2］。森林土壤由礦物和有機質組成，是植物生長繁育的基底，提供植物必需的水、肥、氣、熱等生活條件。森林植被是影響土壤理化性質的重要因素，充分了解植被與土壤性質間的相互關系，是森林經營的基礎。因此，研究不同林型下土壤性狀的變化規律及差異，對了解森林與土壤之間的關系，合理利用森林和森林土壤資源，建立良性循環的森林系統具有重要意義［3］。隨著生態環境問題的日趨尖銳，人們越來越重視對土壤與植被之間關系的研究［4］。不同學者對不同地區不同林分類型或植被類型土壤養分效應開展了大量研究［2，5－7］，雖然結果不盡相同，但大都認為同一地區不同林型間土壤養分相差較大，土壤養分受植被類型影響較明顯。

川西亞高山林區是長江上游重要的水源涵養林區，是中國半壁江山的“水塔”，是西南及長江上游地區重要的生態屏障，被譽為庇護四川及長江流域的“綠色萬里長城”［8］。上個世紀天然林被大規模砍伐后實施了封育及人工更新，形成了不同恢復階段的人工林、次生林和人工與天然更新共同作用的林分鑲嵌分布狀態。目前，該區研究主要集中在人工云杉林土壤性質［9－12］、土壤微生物及酶活性［13－15］和土壤水文效應［16－18］等方面，然而對于該地區不同林分類型土壤養分效應的研究報道尚不多見。筆者對川西亞高山不同林分類型土壤養分狀況進行了測定與分析，旨在探討該區域不同林分類型與土壤養分狀況間的關系，了解不同林分類型土壤養分規律，為進一步改進不同林型營林技術，更為林分結構調整及森林生態系統的更新、恢復與重建提供依據。

1 研究區概況

研究地區位于四川省阿壩州理縣米亞羅林區，地理坐標 31°24′—31°55′N、102°35′—103°4′E，海拔2 850～4 200m，屬于青藏高原向四川盆地過渡的高山峽谷區。氣候受著青藏高原地形的決定性影響，屬于季風山地氣候，夏季濕潤多雨，冬季寒冷干燥。年均氣溫6～12℃，1月份平均氣溫－8℃，7月份平均氣溫12.6℃，≥10℃的年積溫為1 200～1 400℃。年降水量為600～1 100mm，年蒸發量為1 000～1 900 mm。成土母巖主要為千枚巖、板巖和白云巖等殘坡積風化物，土壤自低到高依次為棕壤（2 700～3 300 m）、暗棕壤（3 300～3 600m）、棕色針葉林土（3 600～3 850m）。原生森林分布于海拔2 400～4 200m，以亞高山暗針葉林為主，喬木優勢樹種為川西云杉［Picea likiangensis （Franch）Pritz var.balfouriana（Rehd.et Wils.）Hillier ex Slavin］、岷江冷杉（Abies faxoniana Rehd.et Wils.）、樺 木 （Betula platyphylla Suk.）等。1955年以后，砍伐跡地上陸續開展了粗枝云杉（Picea asperata Mast.）、日本落葉松（Larix kaempferi Lambert Carriere）為主的人工更新。主要灌木有散生栒子（Cotoneaster divaricatus Rehd.et Wils.）、扁刺薔薇（Rosa sweginzowii Koehne）、紫 花 衛 矛 （Euonymus porphyreus Loes.）等。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

在米亞羅林區選取有代表性的25a云杉—落葉松林（A）、40a落葉松林（B）、40a云杉林（C）、40a云杉—落葉松林（D）、55a云杉林（E）、70a云杉林（F）、冷杉林（FF）、樺木林（BF）和灌木林（SF）共9種林分類型為研究對象。每種林分類型設置20m×20m的標準地，對各標準地進行每木檢尺，并調查標準地內植物種類、數量、群落年齡和生物量。同時調查標準地的坡度、坡向和土壤類型。各標準地基本概況見表1。

表1 標準地基本概況

2.2 土壤采集

在上述標準地上、中、下選取有代表性的3個采樣點，去除地表凋落物，在每一個采樣點分層（0—10 cm，10—20cm，20—30cm）取樣，按照四分法取約1 kg鮮土（3個采樣點每層混勻），裝袋貼好標簽，帶回實驗室后測定土壤養分。

2.3 分析方法與數據處理

2.3.1 樣品測試 土壤pH值采用酸度計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀氧化比色法測定；全N采用重鉻酸鉀—硫酸消化法測定；全K采用NaOH堿熔—原子吸收分光光度法測定；速效K采用1mol／L乙酸銨浸提—原子吸收分光光度法測定；全P采用NaOH堿熔—鉬銻抗比色法有效磷的測定；有效P采用0.03mol／L的NH4F和0.025mol／L鹽酸浸提法測定［19］。

2.3.2 數據統計分析 利用Excel和SPSS 13.0軟件對數據進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 不同林分類型土壤pH值

酸堿度是森林土壤中最為重要的化學特性之一，受土壤母質、氣候和植被等條件的制約，是指示土壤形成、發育和演替過程的一個重要指標。土壤pH變化直接影響著土壤中養分存在的形態，而且還能顯著影響土壤理化性質、土壤動物群落和微生物群落的結構和功能以及植物的生長發育等。

由圖1可以看出，9種林分類型土壤pH均＜5.6，屬于酸性土壤，這與雨水的淋溶作用及與表層有機物在降解過程中生成大量酸性物質積累有關［20］。從土壤剖面pH垂直分布看，除林分類型A，D，E，SF外，其它林地土壤剖面pH值均具有從表層到下層逐漸增大的趨勢。

圖1 不同林地土壤pH變化

3.2 不同林分類型土壤有機質

土壤有機質是評價土壤肥力的一項重要指標，它既是植物礦質和有機營養的源泉，又是土壤微生物的能源物質。它不僅能增加土壤的保肥和供肥能力，提高土壤養分的有效性，而且能促進團粒結構的形成，改善土壤的通透性、蓄水能力及通氣性，增加土壤的抗蝕性等。

由圖2分析可知，冷杉林地有機質含量最大，55a云杉林地最低，9種林分類型土壤剖面有機質平均含量大小順序為：冷杉林（FF）＞40a云杉—落葉松林（D）＞70a云杉林（F）＞40a云杉林（C）＞灌木林（SF）＞樺木林（BF）＞40a落葉松林（B）＞25a云杉—落葉松林（A）＞55a云杉林（E）。可見，在0—30 cm土層中，人工林地土壤有機質含量總體上隨林分年齡增加而增大，而天然林地土壤有機質含量變化則不明顯。在表層（0—20cm）中，25a云杉—落葉松林土壤有機質含量為冷杉林的38.0%，比冷杉林減少了62.0%；當土層深度為20—30cm時，40a云杉—落葉松林土壤有機質最大，為55a云杉林的3.15倍。此外，從圖2還可以看出，9種林分均以表層土壤有機質含量最大，隨著土層深度的增加，有機質含量下降。

圖2 不同林地土壤有機質含量比較

土壤有機質的這種分布狀況主要是由不同的林分類型的凋落物量及凋落物分解速率差異引起的，而凋落物的分解速率又受凋落物自身性質與土壤溫度的影響。冷杉林高有機質含量與林地長年累積較厚的枯枝落葉密不可分；55a云杉林因大幅度間伐后林分密度顯著降低，有機質含量隨年凋落量降低而減小；樺木林和灌木林地有機質含量高于其它一些針葉是其凋落量易分解的緣故。

3.3 不同林分類型土壤氮素含量

土壤全N包括所有形式的有機和無機氮素，其含量是土壤氮素養分的貯備指標，綜合反映了土壤的氮素狀況。土壤中的氮素以生物為主要來源，隨死亡的生物有機體進入土壤，以有機形態儲存起來，故土壤氮素含量與土壤有機質的關系較為密切。

由圖3可見，在9種林分土壤剖面全N含量平均值大小順序為：FF＞D＞C＞SF＞B＞F＞BF＞E＞A；其中，25a云杉—落葉松土壤全N含量最低，冷杉林含量最大；表層土壤中，25a云杉—落葉松林地全N含量僅為冷杉林的23.0%；在20—30cm土層中，25 a落葉松—云杉林地全N含量比冷杉林下降了78.0%。此外，9種林分表層土壤全N含量都高于心土層，且并隨著土層的加深，土壤全N含量的總體差異逐漸減小。在天然林中，冷杉林全N含量表現最好，這主要是因為其土壤有機質含量高，而土壤全N量的分布特征和動態在很大程度上又取決于土壤有機質含量的變化［20］；在人工林中，40a云杉—落葉松林凋落物易分解，土壤有機質含量高，所以土壤全N含量高于其它人工林地，這也說明了混交林可以有效地改善林地土壤養分狀況。

圖3 不同林地土壤全N含量比較

3.4 不同林分類型土壤鉀素含量

土壤鉀是植物光合作用、淀粉合成和糖類轉化所必須的元素，也是衡量土壤肥力的一個重要指標。土壤中的鉀主要有礦物鉀、緩效鉀和速效性K等3種形態。其中，土壤速效K可以直接被植物吸收利用，可以反映土壤鉀素供應能力，可以作為判斷是否需要施肥的依據。

由圖4可見，9種林分土壤剖面全K含量平均值大小順序為：B＞SF＞BF＞C＞E＞D＞A＞F＞FF；其中，40a落葉松林表層土壤全K含量最大，為冷杉林的1.73倍；20—30cm土層中，冷杉林全K含量最低，比含量最高的40a落葉松林下降了41.4%。9種林分土壤剖面速效K含量平均值大小順序為：D＞SF＞A＞E＞BF＞C＞F＞B＞FF；40a落葉松—云杉林表層土壤速效K含量最高，為冷杉林的2.50倍；20—30cm土層中，55a云杉林最小，為含量最高的40a落葉松—云杉林的46.2%。對比不同剖面土壤鉀素含量變化可知，土壤速效鉀含量均隨土壤深度的增加而減小，而土壤全K含量卻隨土層深度加深變化不明顯；其中，A，B，C，D，F和FF林分類型0—20cm土層全K含量低于20—30cm土層含量，而E、BF和SF林分類型土壤全K含量變化則相反。土壤鉀素的這種含量變化說明林地土壤鉀素含量除了受雨水的淋洗作用影響外，還與土壤質地、成土母質、生物等因素有關。

圖4 不同林地土壤鉀素含量比較

3.5 不同林分類型土壤磷素含量

磷在土壤中主要以有機和無機兩種形態存在，其含量與母質中的礦物成分、土壤質地、剖面層次等有關。土壤全P在一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應能力，但其并不能作為土壤磷素供應的指標，而土壤有效P能相對反映土壤磷素供應水平高低，可以作為判斷是否需要施肥的依據，在實際生產中有重大意義。

圖5 不同林地土壤磷素含量比較

由圖5可見，40a落葉松林土壤全P含量最大。在表層和20—30cm土層中，40a落葉松林地全P含量分別為25a云杉—落葉松林的2.22倍和2.14倍；9種林地土壤剖面全P含量平均值大小順序為：B＞D＞C＞SF＞FF＞E＞F＞BF＞A。9種林分類型中，土壤速效P含量以55a云杉林為最大，其表層土壤有效P含量為40a云杉林的10.55倍；在20—30cm土層時，55 a云杉林土壤速效P含量為冷杉林的10.24倍；9種林分類型土壤剖面速效P含量平均值大小順序為：E＞A＞B＞SF＞BF＞FF＞C＞F＞D。不同林分全P和速效P含量都表現為表土層高于心土層，這種含量變化可能受氣候、地表植被和其它一些生物因素的影響。

3.6 林地表層理化性質相關性分析

依據9種林分類型土壤養分含量測定結果，對其土壤養分進行相關性分析，結果見表2。由表2可以看出，土壤pH與土壤有機質含量極顯著負相關，與土壤全N顯著負相關，但與其它養分相關性不顯著；土壤有機質含量與全N極顯著正相關，與土壤有效P和全K顯著負相關；土壤全K和全P分別與土壤速效K和有效P相關性不顯著，說明土壤總的磷素和鉀素含量不能直接表征土壤鉀元素和磷元素的有效利用性。

表2 土壤養分指標間的相關性分析

4 結論

（1）9種林分類型土壤pH均＜5.6，土壤有機質含量大小順序為：冷杉林（FF）＞40a云杉—落葉松林（D）＞70a云杉林（F）＞40a云杉林（C）＞灌木林（SF）＞樺木林（BF）＞40a落葉松林（B）＞25a云杉—落葉松林（A）＞55a云杉林（E）；25a云杉—落葉松林地全N含量最低，冷杉林含量最大，大小順序為：FF＞D＞C＞SF＞B＞F＞BF＞E＞A。

（2）9種林分類型中，40a落葉松林土壤全K含量最大，冷杉林最小，大小順序為：B＞SF＞BF＞C＞E＞D＞A＞F＞FF；40a落葉松－云杉地土壤速效K含量最大，大小順序為：D＞SF＞A＞E＞BF＞C＞F＞B＞FF。

（3）9種林分類型中，40a落葉松林地最大土壤全P含量，大小順序為：B＞D＞C＞SF＞FF＞E＞F＞BF＞A。55a云杉林土壤速效P含量最大，大小順序為：E＞A＞B＞SF＞BF＞FF＞C＞F＞D。

（4）土壤pH值與土壤有機質含量極顯著負相關，與土壤全N顯著負相關；土壤有機質含量與全N極顯著正相關，與土壤有效P和全K顯著負相關；土壤全K和全P含量分別與速效K和有效P相關性不顯著。

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