遼東山區主要森林類型土壤養分含量特征研究

戴 立

(遼寧省林業發展服務中心，遼寧 沈陽 110036)

森林是陸地生態系統的主體[1]，森林土壤是森林生態系統的重要組分和元素儲庫，不同土地利用方式直接影響生態系統物質循環過程及要素[2]，研究和了解森林土壤養分含量及特征，對進一步認識森林生態系統的營養元素循環過程、反饋機制和對各種干擾的響應，及實現森林生態系統服務功能的可持續管理均具有重要的理論和實踐意義[3]。遼東山區是遼寧省重要的用材林生產基地和水源涵養基地，也是遼寧中部城市群和遼河平原的綠色屏障和重要水源地[4]，本研究以遼東地區柞木林、紅松林、落葉松林3種不同森林類型為對象，通過測定其表層土壤中氮素(全氮、硝態氮、銨態氮)、磷素(全磷、有效磷)及有機碳含量，探索不同森林類型對土壤養分含量的影響，為今后合理調控森林土壤氮、磷、碳，改善森林土壤養分環境，并對制定有利于增加林地土壤養分含量森林持續經營的管理措施提供理論依據。

1 研究區概況

研究區位于遼寧省新賓縣木奇鎮境內，地理位置124°27′E，41°40′N，平均海拔400 m，該區為長白山脈向西南延伸的支脈余脈，屬于溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫5～8 ℃，年均降水量700～1 200 mm，年均日照時數2 423.6 h，無霜期125～140 d，植被為長白和華北植物區系交匯處，土壤為棕色森林土。

2 研究方法

2.1 土樣采集與制備

選擇分布集中、立地條件相似的3種不同森林類型分別設置3個20 m×20 m的樣地，共計12個樣地，在每個樣地內按照“S”型隨機設置5個土壤剖面，采集0～10 cm土壤樣品，取好后將5點樣品混成1個土樣，裝入自封袋內密封保存，帶回實驗室測定。將采集的土壤樣品自然風干，挑出植物殘體、石塊土礫后，研磨過100目篩備用，用于土壤化學性質測定。

2.2 化學性質測定

采用凱式定氮儀法測定土壤全氮；采用靛酚藍比色法測定土壤銨態氮；采用紫外分光光度法測定土壤硝態氮；采用酸溶-鉬銻抗比色法測定土壤全磷；采用堿浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷；采用重鉻酸鉀-硫酸消化-硫酸亞鐵滴定法測定土壤有機碳[5]。

2.3 數據處理

采用Excel 2019進行常規數據的統計及作圖，利用SPSS 22.0對不同森林類型土壤化學性質進行方差分析。

3 結果與分析

3.1 不同森林類型土壤氮含量

從圖1可以看出，3種林型土壤全氮含量為2.2～4.1 g·kg-1，其中落葉松林土壤全氮含量最高，柞木林次之，紅松林最低。方差分析表明，紅松林與落葉松林、柞木林的土壤全氮含量之間均存在顯著差異(P<0.05)，而落葉松林與柞木林之間差異不顯著(P>0.05)。3種林型土壤銨態氮含量為58.7～66.1 mg ·kg-1，表現為柞木林>落葉松林>紅松林。方差分析表明，3種林型間銨態氮含量無顯著差異(P>0.05)。土壤硝態氮含量表現為落葉松林最高，達98.6 mg ·kg-1，紅松林次之，為60.4 mg ·kg-1，柞木林最低，為57.4 mg ·kg-1。

圖1 不同林型土壤的氮素含量

3.2 不同森林類型土壤磷含量

從圖2可以看出，柞木林土壤全磷含量最高，為421.0 mg ·kg-1，落葉松林為403.9 mg ·kg-1，紅松林最低，為327.5 mg ·kg-1。土壤有效磷含量為16.7～20.1 mg ·kg-1，表現為柞木林>落葉松林>紅松林。方差分析表明，紅松林與落葉松林、柞木林的土壤全磷含量之間均存在顯著差異(P<0.05)，落葉松林與柞木林之間差異不顯著，而3種林型土壤有效磷含量差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同林型土壤的磷素含量

3.3 不同森林類型土壤有機碳含量

從圖3可以看出，柞木林有機碳含量最高，為70.5 mg ·kg-1，其次是落葉松林，為60.4 mg ·kg-1，紅松林最低，為53.8 mg ·kg-1。方差分析表明，3種森林類型下土壤有機碳含量之間差異不顯著。

圖3 不同林型土壤的有機碳含量

4 結論與討論

土壤氮、磷、碳含量動態變化與其土壤生產力、大氣中溫室氣體濃度的變化關系密切，因此，土壤氮、磷、碳循環研究一直是土壤學、農學、生態學界重點關注領域。本研究結果表明，3種森林類型土壤全氮含量表現為落葉松林>柞木林>紅松林。土壤全氮包括有機態氮和無機態氮，全氮含量代表著土壤中氮總的貯存量和供氮能力[6]。土壤的氮素主要來源于土壤表面枯落物的分解。落葉松和柞樹都是落葉林，落葉松林和柞木林的枯落物層高于紅松林，導致落葉松林、柞木林土壤全氮含量高于紅松林。銨態氮是以銨根離子的形態流通于大氣、水、土壤、植物和能充當肥料的枯落物等物質之間[7]。3種林型土壤銨態氮含量表現為柞木林>落葉松林>紅松林，銨態氮含量相差不大。土壤中銨態氮含量與全氮含量的差異主要體現在柞木林與落葉松林，這主要是因為柞木林與落葉松林相比，根系對氮素的吸收能力更強，葉片銨態氮含量更高[8]，枯落物對土壤氮素補充能力也更強。土壤銨態氮含量可以反映出土壤供氮能力，本研究中，3種林型土壤中銨態氮含量均較高，說明供氮能力較強。3種林型土壤硝態氮含量表現為落葉松林>紅松林>柞木林。硝態氮同銨態氮一樣，易被植物體吸收，但硝態氮極易溶于水，易造成養分流失[9]。養分的流失程度取決于植被茂密程度，即地表枯落物層的厚度和林地的垂直結構。而紅松林與落葉松林、柞木林相比，土壤中硝態氮的含量低于落葉松林，稍高于柞木林，這可能因為紅松林土壤中有機氮的礦化作用和無機氮的固持作用更強[10]。此外，在通氣性較好的土壤中，銨態氮也易轉化為硝態氮[11]。

磷是植物生長發育所必需的營養元素之一，能被植物吸收利用的磷主要來源于土壤，而土壤磷素主要來自于土壤中枯落物的分解[12]。本研究3種森林類型土壤中全磷和有效磷含量表現均為柞木林>落葉松林>紅松林。土壤全磷含量是土壤中磷元素的總貯存量，包括有機磷和無機磷，而土壤有效磷是可以被植物直接吸收利用的，其含量反映了土壤的供肥能力[13]。土壤有效磷的含量也與土壤表層的枯落物分解有關[14]，柞木林和落葉松林枯落物層厚，因此含量要高于紅松林。

森林儲存了占整個陸地生態系統2/3以上的有機碳，在調節全球生態系統碳平衡中起了巨大作用[15]，而人類活動、林分狀況和自然環境條件的變化是影響森林碳儲量的主要因素[16]。本研究中3種森林類型土壤中有機碳含量表現為柞木林>落葉松林>紅松林。土壤有機碳主要來自于土壤表層枯落物的腐爛分解[17]，柞木林由于人為干擾較少，枯落物層較厚，土壤有機碳最高。落葉松林和紅松林由于人為干擾較多，例如間伐、果實采摘等；而落葉松林的枯落物層較紅松林厚，因此落葉松林的有機碳含量高于紅松林。