不同植被类型对土壤物理及化学性质的影响——以挂墩杉竹林和茶园下发育的黄壤为例

郭湘宇，陈松林

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

不同植被类型对土壤物理及化学性质的影响
——以挂墩杉竹林和茶园下发育的黄壤为例

郭湘宇，陈松林*

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

不同植被类型对于土壤的理化性质有重要影响，文章以武夷山自然保护区挂墩发育的黄壤为例，在野外观察、室内实验基础上，将相同气候、母岩、地形条件的杉竹林和茶园下发育的黄壤进行理化性质的比较，得出植被类型的不同是导致土壤结构、颜色、质地、pH值、有机质含量等一系列理化性质差异的原因，揭示不同的植被条件对土壤物理及化学性质的影响.

黄壤；杉竹林；茶园；植被；武夷山

土壤是在五大自然成土因素——母质、气候、生物、地形及时间的综合作用下发生发展起来的.五大自然成土因素在土壤发育和形成过程中缺一不可、不可代替而且相互联系、相互影响.这种相互作用使得土壤趋于多样化和复杂化[1].其中，土壤发育形成过程中最活跃的因素是植物、动物和微生物等组成的生物因素.特别是高等绿色植物，在其生命活动中，能选择性地吸收原本分散在母质、水体、大气中的营养元素，通过光合作用合成有机质，促使养分与能量在土壤中累积，对土壤的形成有直接的影响.同时植物的枝叶和根系也间接影响了土壤的发育环境，从而影响土壤的理化性质.在其他因素相似的条件下，植被条件不同可导致土壤发育趋于多样.而通过人为活动又可以能动地改变土壤的植被条件.因此，通过比较武夷山挂墩的杉竹林和茶园下发育的黄壤理化性质差异，揭示不同的植被类型对土壤理化性质的影响，为武夷山野生自然保护区内黄壤资源的合理保护与开发提供依据.

1 研究区概况

武夷山国家自然保护区（27°33′～27°54′N，117° 27′～117°51′E），位于闽赣边界，走向自东北向西南.平均海拔为1000～1100 m，属中山地貌，地势自北向南依次降低，区内最高峰黄岗山海拔2158 m，最低海拔350 m左右[2].海拔900 m以上山体的母岩以火山凝灰岩为主，山体的下部以岩浆侵入活动形成的粗粒花岗岩为主，成土母质多为坡积物或坡残积物.保护区属典型的中亚热带季风气候.地势高差悬殊，气候垂直变化明显.年均温13～19℃，年均降水1600～2200 mm，年平均相对湿度在70～85%以上[3].

武夷山的土壤垂直带谱较为完整，随海拔的升高按红壤—黄红壤—黄壤—山地草甸土依次更替.其中武夷山黄壤分布于海拔1000～1900 m[4]，其植被覆盖多样，有地带性植被常绿阔叶林、针阔混交林、竹林、杉木林以及人工茶园等.

2 材料和方法

2.1 土样的采集和处理

在实地考察的基础上，挖取武夷山黄壤带中挂墩的杉竹林和茶园下发育的黄壤两个代表性剖面，记录地点方位、地形地貌特征和植被条件类型，观察剖面形态特征并同时进行分层记录，对每一剖面按照由下往上的方法用比样盒采集每层土样以备进行室内观察，并将每层土壤分析样品用土样袋采集带回实验室进行理化性质分析.

2.2 室内实验方法

采用中国土壤标准比色卡和以1∶5土水比用奥利龙818型酸度计进行比色和测定pH值，并分别采用甲种比重计法和速测法测定土壤的机械组成和有机质含量.

3 结果分析

3.1 杉竹林和茶园下发育的黄壤成土环境

气候、母岩、植被等构成了土壤发育的基本环境.因此，调查样地的基本环境情况，对于了解一种土壤的成土过程至关重要.两个采样点的基本成土环境见表1.

由表1可知，两地的海拔介于1100～1250 m，均位于武夷山黄壤带.两地的成土母岩母质相同，气候条件相同，并且都位于坡度较大的中山坡地，只有两地植被条件类型存在差异，一是杉竹林，另一是以茶树为单一优势种的坡地茶园.

3.2 杉竹林和茶园下发育的黄壤物理性质差异

土壤颜色、质地、结构、干湿度、新生体、侵入体等，即土壤的形态特征，是土壤物质组成的外在表现，可作为判断和研究成土条件、成土过程、肥力特征和演变的依据[1].两个剖面的分层及各层土壤的部分形态特征见表2.

表1 土壤采样点的成土环境因子Tab.1Soil environmental factors of soil sampling sites

表2 杉竹林下黄壤和茶园下黄壤的部分形态特征比较Tab.2Comparison of morphological characteristics of yellow soil developed in cunninghamia lanceolata forests and tea plantation

由野外实地观测和室内分析结果可知，杉竹林下黄壤土壤剖面颜色总体呈黄色偏浅，颜色较亮；茶园下黄壤土壤剖面呈黄棕色，颜色较暗.茶园下黄壤的A层不仅比杉竹林下黄壤厚，而且颜色也较暗.由于林分类型的不同，杉木毛竹混交林乔木层对降雨有截留作用，而茶园则表现为雨水直接的冲刷，故茶园土壤结构为细粒状；茶树根系较浅，其根只能在土壤表层中穿插，未能大量深入到B层，其保土能力较弱，表层土相对容易被冲刷.这使得上层土壤其结构主要以单粒为主，砾石也较多，土壤结构为细粒状、小块状，土壤更疏松.Bs层土壤孔隙较少，土壤质地粘性较强，透气性差.同时茶园土壤更疏松与人为干扰的作用也有直接的关联，因此茶园土壤的松土强度远远比杉木毛竹混交林强.

杉竹林植被下发育的土壤中，根系含量较多，保土保水能力较强.这使得其砾石含量较少，且土壤结构较好，团聚体发育较多，杉竹林下黄壤有竹鞭穿插，根系多，层次过渡不明显.这是由于竹鞭的穿插、竹子须根和杉木根的生长，把上层土壤的有机质带到下层，导致层次界限模糊.

土壤的质地也是土壤的重要形态特征之一，土壤的粗细状况不同，各个粒级的相对百分比也不同，其粒径大小、粒间空隙不同，影响土壤的毛管水的传导和土壤结构类型的形成进而影响到土壤的保水保肥能力，是评定土壤生产性能的重要参数[1].表3为通过室内分析，得出的土壤机械组成分析结果，并根据美国质地分类三角表查出各层土壤质地的名称.

表3 杉竹林下黄壤和茶园下黄壤的机械组成Tab.3Mechanical composition of yellow soil developed in cunninghamia lanceolata forests and tea plantation

根据表3中的各层土壤的机械组成分析结果，计算各土壤类型的B层土壤的黏化率，杉竹林下黄壤的黏化率略小于茶园下黄壤.从土壤质地来看，两种土壤的上层均属于砂壤土.从图1中可以清楚的看出各层土壤的机械组成.茶园下黄壤的Ah层和B层黏粒含量均略大于杉竹林下黄壤.据研究，毛竹粗生长与10～40 cm土层土壤中<0.001mm黏粒含量相关性极显著[5].另外，茶园下黄壤的砾石含量较杉竹林下黄壤多，且各层次均以砂粒含量占优势.自上而下，杉竹林下黄壤和茶园下黄壤各土层的砂粒含量递减，而产生这种现象不仅受成土母质所含强抗性风化物的含量影响，还受到人为耕作对土壤翻动的影响.

3.3 杉竹林和茶园下发育的黄壤化学性质差异

土壤pH值主要取决于土壤溶液中氢离子的浓度，氢离子多来源于吸附性Al3+以及土壤生物呼吸作用产生的CO2溶于水后形成碳酸和有机质降解产生的有机酸[6].它反映的是土壤的酸碱程度，影响土壤矿物质的转化及土壤养分的有效性进而影响到植物的生长.

图1 杉竹林下黄壤和茶园下黄壤各层机械组成简图Fig.1The mechanical composition diagram of yellow soil developed in cunninghamia lanceolata forests and tea plantation

土壤有机质是土壤组成的重要固相物质，它与土壤矿物质共同为植物的生长提供养分.土壤有机质含量高的相应的土壤全氮、全磷、水解性氮、速效磷，速效钾含量也都比较高[7].土壤有机质是土壤肥力的基础，它可以综合反映土壤的肥力水平[8].植物通过光合作用将无机物转化为有机质，其枯枝落叶掉落于地面形成一定厚度的枯枝落叶层，促进土壤的有机质的累积.不同植被条件通过其生产生命活动合成有机质，直接或间接地影响和改变着土壤的理化性质和肥力状况.表4为杉竹林下黄壤和茶园下黄壤各层pH值及有机质含量.

由表4中可以看出杉竹林和茶园下发育黄壤的各层pH值基本都在5左右，都为酸性土，与毛竹、杉木和茶树生长所需的酸性或微酸性环境相适宜[9].

杉竹林和茶园下发育黄壤的不同深度有机质含量分布情况见图2.在相同深度，杉竹林下黄壤的有机质含量明显多于茶园下黄壤.对于整个剖面土体而言，竹林植被条件下发育的土壤其有机质含量高于茶树植被下发育的土壤.原因主要有：1）挂墩杉竹林下的黄壤上是人工维持较好的杉竹林.主要是杉竹林的枯枝落叶且枯枝落叶层厚，土壤有机质来源更丰富，使得整个土体的有机质多于茶园下黄壤.2）竹鞭和竹子的须根可增加土壤有机质来源.根须多，扎到一定的深度（40～50cm）.竹鞭穿插和须根系的生长，把上层的有机质带到下层，而茶树的根系较浅，也较不发达，使相同深度的有机质含量远远大于茶园下黄壤.3）受到人为因素的影响.例如有机肥的施用有利于有机质积累和分解，并能疏松土壤[10].

此外，杉竹林下黄壤和茶园下黄壤的有机质含量均随深度增大而减小，但杉竹林下黄壤的减幅较小，而茶园下黄壤的有机质含量则随深度剧减.而土壤有机质深度分布特征又与土壤剖面的发育过程密切相关.土壤剖面表层覆盖有地表植被枯落物，并存在大量植物细根，有机质来源丰富，有机质含量普遍较高.在杉竹林，受人为对土壤的翻动的影响，上层有机质被带到下层，杉竹林下黄壤中的有机质随深度减小缓慢.

表4 杉竹林下黄壤和茶园下黄壤剖面各层pH值和有机质Tab.4PH and organic matter of section of each yellow soil layer developed in cunninghamia lanceolata forests and tea plantation

图2 杉竹林下黄壤和茶园下黄壤各层有机质分布简图Fig.2Organic matters distribution diagram of each yellow soil layers developed in cunninghamia lanceolata

4 结论

植被和土壤在生态系统中关系是十分密切的.土壤为植被的存在和发展提供了必要的物质基础，植被的出现及其演替反过来也将影响土壤的形成和发育[11].通过对武夷山的人工生态茶园黄壤和人工维护的杉竹林下发育的黄壤的理化性质差异比较，结果表明：武夷山黄壤的发育受到其植被条件的影响明显.杉竹林竹鞭穿插，须根根系发达，导致土壤疏松，土壤机械组分产生差异.有机质由上层被带到下层，层次过渡不明显，使整个土层颜色加深.枯枝落叶多以及人工施用有机肥使土壤有机质来源丰富，杉竹林下黄壤中有机质大于茶园下黄壤.不同植被条件还造成杉竹林和茶园土壤pH值大小及同一层次有机质含量的差异.

综上所述，植被条件的不同造成了杉竹林下黄壤和茶园下黄壤的土壤颜色、质地、结构、有机质含量、pH值等理化性质差异，也反映了不同的植被类型对于土壤成土发育过程的影响，可为土壤资源的合理开发与保护提供方法与途径，即在对亚热带自然条件下发育的土壤进行作物种植时，应根据选择作物的不同，要对其下发育的土壤进行差异性管理和保护.人类可以通过人为活动改变植被条件，从而对土壤资源进行适当改良，实现可持续利用.

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责任编辑：黄澜

Research on Vegetation Types Difference's Impact on Soil Development A Case Study of Yellow Soil Developed in Guadun Cunninghamia Lanceolata Forests and Tea Plantation

GUO Xiangyu，CHEN Songlin＊
（School of Geographical Science，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

The difference of vegetɑtion types hɑs ɑ greɑt impɑct on soil development,the pɑper tɑkes yellow soil developed in Guɑdun of Wuyishɑn Nɑtionɑl Nɑturɑl Reserve ɑs ɑn exɑmple,ɑnd mɑkes ɑ physicochemicɑl property compɑrison be⁃tween different types of yellow soils pɑrtly developed in cunninghɑmiɑ lɑnceolɑtɑ forests ɑnd teɑ plɑntɑtion in the sɑme cli⁃mɑte,rock ɑnd topogrɑphicɑl conditions through field observɑtion ɑnd lɑborɑtory experiments.In the end,the pɑper comes to conclusion thɑt the difference of vegetɑtion types is the mɑin fɑctor thɑt cɑuses the differences of physicochemicɑl proper⁃ty such ɑs soil color,texture,structure,orgɑnic mɑtter content,pH,etc,ɑnd reveɑl the effects of different vegetɑtion condi⁃tions on soil development.

yellow soil；cedɑr-bɑmboo；teɑ；vegetɑtion；Wuyishɑn

K 903

A

1674-4942（2014）03-0297-04

2014-05-20

国家基础科学人才培养基金项目“福建师范大学地理学基地科研训练及科研能力提高项目”（J1210067）*通讯作者