貴州黔東南主要森林類型林下土壤肥力對比

李默然 楊 武

（貴州省林業調查規劃院，貴州貴陽 550003）

土壤肥力是土壤從營養條件與環境條件方面供應與協調植物生長的能力，是土壤基本屬性和本質特征的反映[1]。土壤理化性質是評價土壤肥力的重要指標[2]。研究表明，不同森林植被的土壤理化性質差異較大[3-5]。貴州黔東南森林以馬尾松純林及杉木純林為主，造成樹種單一、土壤酸化、肥力低下等問題，雖森林面積遼闊，但林分生產力低下[6-7]。為此，筆者選擇黔東南主要森林類型林下土壤作為研究對象，對不同林分類型土壤肥力特征進行研究，旨在及時為黔東南地區森林資源管理、植樹造林樹種選擇和規劃以及森林健康經營提供依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于貴州省黔東南苗族侗族自治州麻江縣龍山鄉復興村，根據區域森林資源劃分為馬尾松純林（A）、杉木純林（B）、針闊混交林（C）、落葉闊葉林（D）、常綠闊葉林（E）及闊葉混交林（E）等6 種森林類型，并且分別選取退耕地（G）、坡耕地（H）、水田（I）3種立地類型的表層土作為比較。在上述6種森林類型中，選擇立地條件相近（海拔、坡向、坡位等）且具有代表性的中、幼齡林分內分別設置400 m2的調查樣地，各樣地基本情況見表1。

1.2 研究方法

1.2.1樣地調查對所選擇樣地的海拔高度、土層厚度、土壤類型、坡向、坡度、林分郁閉度、林分密度進行調查，并記錄林下灌木層和草本層的植物種類以及草地枯枝落葉的厚度及分布。

1.2.2土壤樣本采集及理化性質測定每一標準地內按S 形布點方法，挖取3 個土壤剖面：分0～10、10～20、20～40 cm 3 個層次取樣，同時用環刀法測定土壤容重、含水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、水穩性團聚體等土壤物理指標。土壤樣品在室內自然風干后過土壤篩，分別測定其全氮等8 個土壤基本化學性質指標。

1.2.3數據處理應用Excel 2007和SPSS 18.0軟件對所獲得的數據進行相關性分析及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 土壤理化特征分析

黔東南6 種主要森林類型林下土壤按S 形布點方法，挖取3 個土壤剖面：分0～10、10～20、20～40 cm 3 個層次取樣，3 個對照立地類型只取0～10 cm的表層土壤。所測定的理化指標如表2所示。由表2 可以看出，隨著土壤深度的增加，土壤有機質、全氮磷鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等化學指標的含量基本處于下降趨勢，可見土壤養分主要富集于土壤表層。此外，土壤容重隨土壤深度增加也有少量增加，各層次土壤pH 值的波動無明顯的規律性。

表2 不同森林類型土壤各層次理化性質

在9 種立地類型中，以水田的速效養分含量較高，馬尾松純林土壤表層養分含量較高。其他立地類型各種養分含量分布不集中，較為分散。pH值方面僅有水田呈現微酸性，其他立地類型土壤呈現酸性。表層土壤有機質方面，林地土壤明顯高于3 種對照地類。在黔東南6種主要森林類型土壤層有機質含量方面，馬尾松純林＞杉木純林＞落葉闊葉林＞常綠闊葉林＞針葉闊葉林＞闊葉混交林。

2.2 林下土壤抗侵蝕性比較

森林不僅具有保蓄土壤的功能，還可以有效改善土壤理化性質。因此，植被在治理土壤侵蝕方面的作用已被大多數學者廣泛認可[9-12]。本文選擇了黔東南6 種森林類型以及退耕地（對照組）表層土壤，通過各立地類型土壤團聚體測定結果（表3）可以看出，有林地大于0.25 mm 的大團聚體的含量均大于退耕地，證明植被的生長有利于大團聚體含量的增加。在6 種森林類型當中，大于0.25 mm 的大團聚體含量依次為針闊混交林＞常綠闊葉林＞馬尾松純林＞闊葉混交林＞落葉闊葉林＞杉木純林。

表3 各森林類型土壤水穩性團聚體含量單位：%

2.3 土壤肥力評價

2.3.1土壤肥力評價因子相關性分析楊曉娟等[13]認為各土壤理化因子之間是相互影響的，具有一定的相關性。對0～10、10～20、20～40 cm 3個土層的土壤肥力評價因子進行相關性分析（見表4）。結果表明，含水率與有機質、全氮呈負相關關系；土壤pH與全磷呈正相關關系，與速效鉀呈顯著正相關關系；土壤有機質與全氮及堿解氮呈正相關關系；此外，全磷與速效鉀存在正相關關系，速效鉀與速效磷、堿解氮呈正相關關系。

表4 森林土壤各肥力因子的相關矩陣

2.3.2土壤肥力評價因子主成分分析土壤肥力評價是多因子的復雜系統，在進行系統分析時，存在包括土壤有機質在內的多個因子問題，且多個因子之間具有一定的相關關系，增加了肥力評價的難度與復雜性[13-14]。因此，本文利用降維思想把多因子轉化成較少的幾個互不相關的綜合因子，最后計算綜合得分即進行主成分評分。具體結果見表5～6。

表5 方差分解主成分提取分析

表6 成分得分系數矩陣

根據主成分累積貢獻率達到85%為宜的原則[14]，故選取前5 個特征值，即第1～5 號主成分（見表4）其特征根分別為3.300、1.791、1.533、1.080 和0.785，累計貢獻率達到84.879%，說明前5個主成分基本能夠反映土壤肥力評價系統內的變異信息。

用F1、F2、F3、F4、F5表示各自成分土壤肥力綜合指標，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10分別表示土壤容重、pH值、有機質、含水率、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷及速效鉀。5 個主成分表達式分別如下：0.552X6+0.148X7+0.165X8+0.420X9-0.319X10；

總得分F=0.329 97F1+0.179 08F2+0.153 28F3+0.107 99F4+0.078 47F5

將各樣地土壤肥力評價指標標準化后，將數據分別代入上述表達式計算各主成分的得分，再以各主成分的方差貢獻率為權數，對所提取的得分進行加權求和，得到不同森林類型下土壤肥力的綜合得分（見表7）。結果表明，落葉闊葉林的土壤肥力最好、其次為常綠闊葉林、然后分別是杉木純林、馬尾松純林、針闊混交林。其中落葉闊葉林枯落物的凋落及分解速率較快，并且周期相對較短，土壤養分更新較為頻繁，可能是其土壤肥力較高的主要原因。而針闊混交林個體內部競爭激烈，對土壤肥力消耗過大，養分的缺失尤為明顯。

表7 不同森林類型的土壤肥力綜合得分

3 結論與討論

隨著土壤深度的增加，土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等化學指標的含量基本處于下降趨勢，表現出比較明顯的表聚性。這與相關研究結果一致[15]。此外，黔東南幾種主要森林類型的土壤養分含量分布不集中，較為分散。

史東梅等[16]認為，＞0.25 mm 水穩性團聚體含量與土壤抗沖指數呈顯著正相關，即大粒徑水穩性團聚體含量越高，土壤結構穩定性越好，土粒越不易被徑流沖散，土壤抗侵蝕性能力越強。有林地大于0.25 mm 的大團聚體含量均大于退耕地，證明植被的生長有利于大團聚體含量的增加。在黔東南6種森林類型當中，大于0.25 mm 的大團聚體含量依次為針闊混交林＞常綠闊葉林＞馬尾松純林＞落葉混交林＞落葉闊葉林＞杉木純林。由此可知，針闊混交林土壤結構的穩定性較好，不易被徑流沖散，其土壤抗侵蝕性在6種森林類型中最好。

黔東南9 種立地類型中，土壤因子之間存在一定的關系。6 種森林類型林下土壤中，落葉闊葉林的土壤肥力優于其他森林類型。建議在將來加強落葉闊葉林營造工程，有效控制地力衰退，促進黔東南地區林業的發展。