梵净山不同植被类型下土壤养分的差异

路 岑，张维勇，石 磊，林昌虎，3＊，何腾兵

（1．贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳550025；2．梵净山国家自然保护区管理局，贵州 江口555207；3．贵州医科大学，贵州贵阳550004；4．贵州大学新农村发展研究院中国西部发展能力研究中心，贵州贵阳550025）

梵净山不同植被类型下土壤养分的差异

路 岑1，张维勇2，石 磊2，林昌虎1，3＊，何腾兵4

（1．贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳550025；2．梵净山国家自然保护区管理局，贵州 江口555207；3．贵州医科大学，贵州贵阳550004；4．贵州大学新农村发展研究院中国西部发展能力研究中心，贵州贵阳550025）

为给梵净山自然保护区生态环境保护、植被可持续性建设与管理提供一定的参考资料和理论依据，通过野外实地调查、采样和室内分析相结合的方法，分析梵净山乔木林、灌木林、草地、竹林4种植被类型下土壤养分含量差异性特征。结果表明：梵净山土壤pH为4．33～5．36，为较强酸性，随土层深度增加，土壤pH逐渐增大；植被对土壤养分具有表聚效应，不同植被覆盖下表层土壤有机质、氮素、磷素含量均高于深层土壤；灌木林各层有机质、氮素、磷素、钾素含量较高于其他植被类型，由于灌木林地种群丰富，潮湿的地表环境条件有利于微生物对有机质的分解。高郁闭度下土壤径流、淋溶损失减少，所以土壤养分元素更易聚集。

梵净山；土壤养分；植被类型

森林生态系统为多种生物提供赖以生存的场所和自然环境条件，也是陆地生态系统中面积最大、组成结构最复杂、功能最完善的一种自然生态系统。一方面，森林土壤作为植物生长的必要环境条件，通过供应和调节土壤水、养分、气、热影响植物生长发育［1］，土壤环境的差异会导致植物群落结构、功能及物种多样性发生改变［2］。另一方面，森林凋落物、死亡植物体是土壤有机质的重要来源和森林土壤肥力维持的基础，植被防止或减轻水土流失引起的养分流失［3］，植被的出现及演替也将影响土壤性状发生改变［4］。良好的土壤环境为维持生态系统的稳定奠定了基础，植被也影响着土壤养分的积累、分布和循环。因此，植被与土壤是一个相互作用、相互影响、相互制约、协调发展的统一系统。土壤养分与植被之间关系的研究，一直是土壤学研究的重要领域。通过研究土壤养分的动态变化，对了解不同植被类型土壤肥力和元素循环具有重要意义。目前学者们对不同气候带植被类型与土壤性质的关系进行了研究：姜红梅等［5］对祁连山东段不同植被下土壤养分状况进行研究认为，植被对土壤养分具有表聚效应，不同植被类型对土壤养分的表聚强度不同。刘跃强等［6］对四川西北部典型群落类型森林土壤研究发现，不同植被类型土壤养分库有明显差异，植被越原始，养分库越高。

梵净山自然保护区位于27°46′50″～28°1′30″N，108°35′55″～108°48′30″E，贵州东北部江口、印江、松桃三县交界处，该山山体庞大，地势隆起显著，突立于贵州山原东部斜坡向湘西丘陵过渡之间，全区总面积567km2，是以保护黔金丝猴、梵净山冷杉等珍稀野生动植物及原生森林生态系统为主的国家级自然保护区，区内年平均气温5～17℃，年降水量1 100～2 600mm，平均相对湿度80%以上，中亚热带季风山地湿润气候特征明显，原始生态保存完好，物种丰富，植被类型多样，温度、降雨量、土壤、植物等垂直分布十分明显。土壤由山顶至山麓依次为山地灌丛草旬土、山地暗色矮林土、山地黄棕壤、山地黄壤、山地黄红壤。成土母质主要为元古代板溪群变质岩风化的残积和坡积物；由于岩浆的侵入活动使整个山区还有呈北东－南西的岩浆岩出露，构成部分土壤的成土母质。植被类型主要有常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林、针阔混交林、灌丛和高山草地等。地貌较复杂，可分为高中山峡谷、中山峡谷、低山丘陵和河谷盆地等地貌类型［7］。

梵净山国家级自然保护区由于远离工业污染源，受人类活动影响较小，比较完整地保持了原有的自然环境特点和生态系统，气候湿润，植物资源种类丰富，植被和土壤的垂直变化明显，是研究自然植被和土壤自然背景值的理想场所。我国学者对梵净山植被分布、地质构造、土壤类型等方面进行了研究［78］，但就目前而言，在梵净山自然保护区内开展的土壤养分状况分析研究较少。进一步探明不同植被类型与土壤养分，特别是土壤基本养分如有机质、氮、磷、钾之间的关系，对于合理利用森林和森林土壤资源、建立森林生态系统良性循环具有重要意义。基于此，笔者通过分析梵净山典型植被群落下不同层次土壤养分的变化，探讨不同植被类型对土壤养分含量的影响等问题，以期为梵净山自然保护区生态环境保护、植被可持续性建设与管理提供一定的参考资料和理论依据。

1材料与方法

1．1样品采集与处理

试验于2013年10月开展，进行了样地调查、土样采集及实验数据的测定分析。试验中，根据梵净山森林土壤面积、地形地貌、植被覆盖等情况选取竹林、乔木林、灌木林、草地4块样地。为了降低环境因子的影响，采样点须具有典型性和代表性。在4样地中用多点混合取样法按0～20cm、20～40cm 和40～60cm分3层分别取土样装入不含污染物的布袋，带回实验室自然风干，剔除有机残体、杂质等。风干后按对角线四分取土法分取1／2样品研磨过筛，供分析测试用，另1／2作为备用样品保存。

1．2测定项目与分析方法

土壤pH采用电极电位法（水土比1∶2．5）测定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化－外加热法测定，土壤全氮采用半微量凯氏法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用盐酸－氟化氨提取－钼锑抗比色法测定，速效磷采用双酸法浸提－钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提－火焰光度法测定。以上测定方法参见《土壤农业化学分析方法》［9］。

测定结果用算术平均值表示。剔除分布于平均值±3倍标准差之外的数据，经Excel 2003统计整理后进行方差分析。

2结果与分析

2．1梵净山土壤养分总体特征

根据全国第二次土壤普查养分分级标准（表1），并结合梵净山自然保护区自然植被土壤养分统计特征（表2），梵净山自然保护区4种不同植被类型下的土壤有机质含量极丰富，一级，变幅为6．08～145．63g／kg，平均含量为43．34g／kg；全氮含量极丰富，一级，变幅为0．46～9．79g／kg，平均含量为3．14g／kg；全磷含量极丰富，一级，变幅为0．94～7．13g／kg，平均含量为2．85g／kg；全钾含量极缺乏，六级，变幅为1．53～6．7g／kg，平均含量为3．69g／kg；碱解氮含量极丰富，一级，变幅为26．87～657．51mg／kg，平均含量为259．16mg／kg；有效磷含量极丰富，一级，变幅为25．5～497．41mg／kg，平均含量为124．07mg／kg；速效钾含量适宜，四级，变幅为17～280mg／kg，平均含量为91．65mg／kg。可见，区内自然植被下土壤养分含量较丰富。枯枝落叶、苔藓植被以及根系分泌物是土壤养分的重要来源，而丰富的养分含量也保证了梵净山森林植被的正常生长，表明梵净山森林植被与土壤间有着良好的物质循环。

土壤养分空间变异性分析是土壤养分管理的基础，变异系数是土壤性质的内在反映，可以区别不同土壤养分对外界条件的敏感性。进一步分析表明，变异系数有效磷最大，为0．85；pH最小，为0．11。变异系数的大小反应特性参数的空间变异程度，一般认为，0．1≤CV≤1．0为中等变异性。从表2看出，该区各养分含量均为中等变异性，反映了该区土壤性状不均一的特点。

表1 全国第二次土壤普查养分的分级标准Table 1 Classification standard of the Second National Soil Survey

表2 梵净山自然保护区自然植被土壤养分的统计特征Table 2 Soil nutrients of natural vegetation in Fanjing Mountain Nature Reserve

2．2梵净山4种不同植被类型土壤的养分特征

2．2．1pH土壤pH是反映土壤酸碱度的重要指标，不仅直接影响土壤中K＋、Ca2＋、Mg2＋、Na＋和有效磷对植物的供应，还使一些微量元素有效性也受到制约［10］。土壤微生物的活动、有机质的分解、土壤矿质元素的释放与转移以及土壤发生过程中的元素迁移，都和土壤酸碱度有关［11］。梵净山4种不同植被类型土壤pH为4．33～5．34，呈极强酸性和弱酸性，0～20cm土壤pH由大到小依次为竹林＞草地＞乔木林＞灌丛，20～40cm及40～60cm土壤pH由大到小依次为乔木林≥草地＞竹林＞灌丛（图1）。除竹林外，不同植被类型覆盖下土壤pH随土壤深度增大而酸度减弱，由于表层土壤受枯枝落叶和有机物分解产生有机酸使土壤酸度增加，而大气沉降输入土壤较多的H＋代换表层土壤中的盐基离子，盐基离子下降至深层土壤中，使得表层土壤pH降低，深层土壤的pH升高，再加上贵州地区酸沉降状况，表层土壤与酸沉降接触密切［12］。

2．2．2有机质 由图1还可知，随土层深度增加，不同植被类型林下土壤有机质含量大幅度减少，土层0～20cm的有机质含量明显高于其他各层，原因是森林受人为活动因素影响较小，土壤环境处于半封闭状态，动植物群落发育丰富，物质循环过程中动物残体、植被凋落物分解和累积使土壤有机质含量增加，而下层土壤有机质受地表凋落物影响较小。在0～20cm、20～40cm土层，不同植被覆盖下土壤有机质含量依次为灌木林＞草地＞乔木林＞竹林；40～60cm土层，不同植被覆盖下土壤有机质含量依次为灌木林＞草地＞竹林＞乔木林。灌木林地土壤各层有机质含量明显高于其他林地土壤相应各层，原因是灌木林地下凋落物较多，同时灌草丛坡度最小，强降雨条件下灌木林水土流失较小，土壤有机质含量受径流冲刷影响相应较小［13］。0～20cm土层中，竹林土壤有机质含量最低，原因是竹林本身培肥能力较差，地表枯落物厚度小养分回归量较少［1415］，这也可能是竹林土壤表层pH较高的原因之一，Apain等［16］的研究结果证明，澳大利亚变质岩上发育的热带雨林土壤有机质含量与土壤pH呈显著负相关关系。。

图1 4种植被类型不同土层土壤的pH和有机质含量Fig．1 pH and organic matter content in soils with different layer of four vegetation types

2．2．3全氮和碱解氮 土壤全氮是衡量土壤氮素肥力状况的重要指标。土壤碱解氮则可以直接被植物吸收，对植物的生长发育有着重要的影响，也是考察土壤质量的重要指标。从图2看出，不同植被覆盖下土壤全氮含量和碱解氮含量除竹林外，随土层深度增加，不同植被类型林下土壤全氮、碱解氮含量均表现减少趋势，且土层0～20cm的含量明显高于其他各层，灌木林地土壤各层全氮、碱解氮含量明显高于其他林地土壤相应各层。土壤氮素含量的变化与土壤有机质含量变化基本相似，这是由于土壤氮素主要分布于土壤有机质中［17］，这与前人的研究结果一致［18－19］。

图2 4种植被类型不同土层土壤中的全氮和碱解氮含量Fig．2 Total nitrogen and available nitrogen content in soils with different layer of four vegetation types

2．2．4全磷和有效磷 在主要植物营养元素中，磷在风化壳中的物质迁移最小。土壤全磷的含量主要受成土作用和土壤母质的影响，而有效磷可直接提供给植物生长所需，所以土壤全磷和有效磷也是衡量土壤养分状况的重要指标。图3表明，4种植被类型中，全磷含量为灌木林最高，乔木林次之，再次为草地，竹林最低。在0～20cm、20～40cm、40～60cm土层中，全磷含量灌木林分别为5．25g／kg、4．38g／kg和3．72g／kg，乔木林分别为3．50g／kg、2．50g／kg和1．29g／kg，草地分别为5．58g／kg、2．50g／kg和1．84g／kg，竹林分别为2．84g／kg、1．72g／kg和2．50g／kg。不同土层不同植被类型覆盖下土壤全磷含量均为灌木林最高、竹林最低。由图3还看出，不同植被全磷与有效磷含量顺序不尽相同。有效磷含量灌木林分别为186．09mg／kg、96．12mg／kg和73．28mg／kg，乔木林分别为126．08mg／kg、152．95mg／kg和113．51mg／kg，草地分别为189．85mg／kg、90．73mg／kg和61．72mg／kg，竹林分别为237．36mg／kg、86．21 mg／kg和28，70mg／kg。0～20cm土层，竹林有效磷含量最高，草地次之，再次为灌木林；20～40cm、40～60cm土层，竹林有效磷含量最高，灌木林次之，再次为草地，竹林最低。竹林、灌木林、草地有效磷含量随土层深度增加呈减少趋势，而乔木林有效磷含量随着土层深度增加呈先增加后减小的抛物线趋势。

2．2．5全钾和速效钾 由图4看出，4种森林植被不同土层深度土壤全钾含量均为乔木林最高。随土层深度增加，乔木林、灌木林土壤全钾逐渐减小，竹林全钾表现为先减小后增加，而草地全钾则表现为先增大后减小趋势。森林土壤中钾素含量的主要来源是母质在成土过程中的释放，其次是有机质中钾素的补充，因此不同植被类型对土壤全钾含量变化规律不明显。从图4还看出，表层土壤速效钾含量高于20～40cm、40～60cm土层。随土层深度增加，土壤速效钾含量均表现为减小趋势。受土层深度影响较大，不同植被类型0～20cm土层速效钾含量分别是20～40cm和40～60cm土层含量的1～4．7倍和2．4～4．8倍。

图3 4种植被类型不同土层土壤的全磷和有效磷含量Fig．3 Total phosphorus and available phosphorus contentin soils with different layer of four vegetation types

图4 4种植被类型不同土层土壤的全钾和速效钾含量Fig．4 Total potassium and rapidly available potassium content in soils with different layer of four vegetation types

3小结

对梵净山4种不同植被草地、竹林、灌木林、乔木林土壤剖面中养分特征的研究表明：1）土壤pH 在4．33～5．56，土壤为较强酸性，随土层深度增加，土壤pH逐渐增大，其中，草地土壤pH最高，灌木林土壤酸性最高。2）不同植被覆盖下表层土壤有机质、氮素、磷素含量均高于深层土壤，反应了植被对土壤养分具有表聚效应［20］，土壤养分的表聚为地表植物提供了丰富的养分补充，地表覆盖度增加有效地减轻土壤侵蚀，从而促进土壤与植被的相互循环演替。3）总体上看，灌木林各层有机质、氮素、磷素、钾素含量较高于其他植被类型，由于灌木林地种群丰富，潮湿的地表环境条件有利于微生物对有机质的分解；几种样地中灌木林地的坡度较小，且郁闭度高，相同条件下土壤径流、淋溶损失少，所以土壤养分元素更易聚集。植被对于土壤氮素、磷素、钾素含量的影响最直接因素即通过土壤与植被的相互循环演替，因此，不同植被群落对土壤养分的影响各不相同，但保护和提高土壤有机质含量是森林土壤培肥最有利的措施。

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（责任编辑：刘 海）

Difference of Soil Nutrients under Different Vegetation Type in Fanjing Mountain Nature Reserve

LU Cen1，ZHANG Wei－yong2，SHI Lei2，LIN Changhu1，3＊，HE Tengbing4
（1．College of Life Science，Guizhou University，Guiyang，Guizhou550025；2．Fanjing Mountain National Nature Reserve Administration，Jiangkou，Guizhou555207；3．Guiyang Medical University，Guiyang，Guizhou550004；4．Chinese Western Development Ability Research Center，Institute of New Rural Development，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

The difference characteristics of soil nutrients under four vegetation types of arbor forest，shrub forest，grassland and bamboo forest in Fanjing Mountain Nature Reserve was analyzed by the combination of field survey，sampling and indoor analysis to provide a certain reference data and theoretical basis for ecological environment protection，vegetation sustainable construction and management of Fanjing Mountain Nature Reserve．Results：pH of the soil is 4．33～5．36and soil pH increases gradually with increase of soil depth．Vegetation is of the surface accumulation effect to soil nutrients and the organic matter，nitrogen and phosphorus content in topsoil is higher than those in deep soil under different vegetation types．The content of organic matter，nitrogen，phosphorus and potassium in different soil layers of shrub forest is higher than other vegetation types because the abundant microorganism population and humid surface environment condition are beneficial to decompose organic matter．Less runoff and leaching loss of the soil under high canopy density is beneficial to accumulate soil nutrient elements more easily．

Fanjing Mountain nature reserve；soil nutrient；vegetation type

S158

A

1001－3601（2016）02－0093－0177－05

2015－06－16；2015－12－30修回

贵州省省院合作项目“梵净山自然保护区不同植被类型元素化学计量与生态稳定性的关系研究［黔科合院地合（2013）7002］；贵州省社发攻关课题“气候变化对濒危植物梵净山冷杉的响应及其种质资源保育关键技术研究”［黔科合SY字（2013）3152］

路 岑（1991－），女，在读硕士，研究方向：环境污染与治理。E－mail：lucen1109＠163．com

＊通讯作者：林昌虎（1961－），男，研究员，从事土壤学与环境科学方面研究。E－mail：linchanghu79＠sina．com