武功山山地草甸不同海拔高度土壤机械组成与养分特性关系

袁颖丹 ，郭晓敏 ，陈 煦 ，程 晓 ，赵自稳 ，牛德奎 ，张金池，潜伟平，彭辉武，张文元

（1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2. 南京林业大学 南方现代林业协同创新中心，江苏省水土保持与生态修复重点实验室，江苏 南京 210037；3. 江西省森林培育重点实验室，江西 南昌 330045；4. 江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西 南昌 330045；5.萍乡市林业科学研究所，江西 萍乡 337000）

武功山山地草甸不同海拔高度土壤机械组成与养分特性关系

袁颖丹1,2,3,4，郭晓敏2,3,4，陈 煦2,3,4，程 晓2,3,4，赵自稳2,3,4，牛德奎2,3,4，张金池2，潜伟平5，彭辉武5，张文元2,3,4

（1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2. 南京林业大学 南方现代林业协同创新中心，江苏省水土保持与生态修复重点实验室，江苏 南京 210037；3. 江西省森林培育重点实验室，江西 南昌 330045；4. 江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西 南昌 330045；5.萍乡市林业科学研究所，江西 萍乡 337000）

以江西省武功山山地草甸为研究对象，取不同海拔高度不同土层的土壤，对武功山山地草甸土壤机械组成与养分之间的关系进行研究。结果表明：武功山山地草甸整体粒径组成为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞细粉粒＞中粉粒。武功山山地草甸土壤的有机质含量、全氮和碱解氮含量均处于一级以上水平，土壤有效磷含量处于三级水平，土壤速效钾处于四级水平。在有机质含量中，上层土壤有机质与粗砂粒呈显著负相关性，与细砂粒呈显著正相关性，下层土壤有机质与中粉粒、细粉粒和物理性粘粒均呈极显著负相关性，与粘粒呈显著负相关性。下层土壤pH值与粘粒呈极显著正相关性；下层土壤的全氮含量与物理性粘粒呈显著正相关性；上层土壤有效磷含量与粘粒呈显著正相关性，其余各指标间均无显著相关性。从整体来看，武功山的山地草甸土壤养分含量较高，肥力丰富，说明土壤有能力提供给植物生长所需的养分。

山地草甸；机械组成；养分；相关性

土壤机械组成是指土壤中矿物颗粒的大小及组成比例，土壤中的各级粒径是土壤的重要组成部分，影响着土壤的物理化学性质生物学特性，也直接关系到土壤的保肥保水和通透等性能[1]。不同土壤的机械组成，在矿物组成上有显著的区别，其化学成分和其他各种性质也均不相同[2]。土壤中的养分状况和它对各养分吸附能力的强弱都与土壤的粒级组成有很大的关系[3]。研究和了解土壤的机械组成和养分状况对土壤的改良、耕作和施肥都有着极为重要的意义[4]。

土壤是植物生存的基质，其氮、磷、钾素的供给直接影响着植物的生长、发育与繁殖策略及其群落的组成、结构与功能[5]。山地草甸的生长讲究土壤理化环境的适宜，合适的土壤理化环境能够提供良好的水、气、热等条件，适宜的化学环境能创造合适生长的肥力条件。殷晖等[6]认为土壤中的氮、磷、钾的供给能力取决于土壤颗粒的大小。高亚军认为[7]，土壤的形成就是粘粒形成与机械组成的变化，粘粒越多，土壤胶体越丰富，吸附性能越强，所吸附的养分越丰富。邹诚等[8]认为，土壤机械组成差异是造成养分差异的主要因素。

武功山山地草甸在我国范围内具有海拔低以及分布范围广的特点，属于典型的亚热带山地草甸，近年来，随着武功山一年一度的帐篷节活动的开展，武功山山地草甸都遭到不同程度的人为干扰破坏。由于在亚热带山地草甸中对机械组成和养分关系的研究较少，故本论文选取武功山不同海拔中未遭受人为干扰的区域进行采样，研究不同海拔土壤上下层的机械组成和土壤养分的相关特性，对山地草甸的土壤改良和施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江西武功山位于罗霄山脉北段，为赣江水系和湘江水系的分水岭（114°10′～ 114°17′E，27°25′～27°35′N），属于低纬度亚热带季风气候，气候温和，四季分明，年平均气温14～16℃，夏季最高温度为23℃，年均日照时间在1 580～1 700 h之间，年平均蒸发量1 360～1 700 mm，年平均湿度70%～80%，年均降水量为1 350～1 570 mm。武功山岩石主要由花岗岩、片麻岩构成；主峰白鹤峰（金顶）海拔1 918.3 m。土壤是山地草甸土，由于枯枝落叶丰富以及积水、低温等因素，有机物腐烂分解缓慢，土层浅薄，色泽黝黑，干后成块[9]。在我国华东植被区划中具有重要地位，山体垂直，海拔较高，且山势陡峻，导致气候、土壤、植被的垂直地带性分异明显，具典型的山地草甸植被类型。在天然草地上，主要有禾本科的野古草Arundinella anomala、芒 Miscanthus sinensis、茅根Perotis indica等，还有少量蓼科Polygonaceae、蔷薇科Rosaceae、唇形科Labiatae和十字花科Cruciferae植物[10]。

1.2 试验设计和样品采集

2013年10月下旬于武功山上进行试验样地设置与样品采集。在武功山金顶风景区，海拔1 600 m到1 900 m之间，每隔100 m为一个海拔梯度，共4个梯度（1 600，1 700，1 800，1 900 m）。每个梯度选取人为干扰较小、坡向一致、植物生长一致的植被区域，随机设置3个10 m×10 m的样地，以作为对比不同海拔间土壤特征的试验样地。每个样方内采用沿对角线5点采样，每个采样点的土壤包括两层，深度依次为上层（0～20 cm）和下层（20～40 cm）的土样[11]，去除土壤中的植物根系，带回实验室，然后风干、磨碎、过筛、保存，供土壤养分和机械组成的测定使用[12]。

1.3 测定方法

土壤全氮采用FOSS8400全自动凯氏定氮仪测定；土壤碱解氮采用碱解蒸馏法测定；土壤有机质采用重铬酸钾—浓硫酸消煮法测定；土壤pH值采用电位测定法；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定；土壤速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定[13]；土壤机械组成采用比重计法测定。

1.4 数据处理

应用Excel 2013和SPSS 21.0进行数据统计分析，数据用ANOVA方差分析，差异显著性运用LSD进行多重比较，相关性采用Pearson相关系数进行分析。

2 结果与分析

2.1 土壤机械组成特征

土壤颗粒组成指土壤中大小不同的各级土粒的比率，是影响土壤松紧度、通透性能以及肥力高低的基本因素，是反映土壤发育程度的标志之一[14]。笔者测定了粒径＜1 mm的细土部分土壤机械组成，依据卡钦斯基土壤粒径分级标准进行分级，主要包含：1.00～0.25 mm的粗砂粒含量、0.25～0.05 mm的细砂粒含量、0.05～0.01 mm的粗粉粒含量、0.01～0.005 mm的中粉粒含量、0.005～0.001 mm的细粉粒含量、＜0.001 mm的粘粒含量和＜0.01 mm的物理性粘粒含量。

由表1可知，从上下土层来看，上层土壤颗粒组成顺序为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞中粉粒≈细粉粒；下层土壤颗粒组成顺序为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞细粉粒＞中粉粒。上层土的物理性粘粒含量大于下层土。从不同海拔高度来看，1 900 m海拔土壤的颗粒组成顺序为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞细粉粒＞中粉粒；1 800 m海拔土壤的颗粒组成顺序为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞细粉粒＞中粉粒；1 700 m海拔土壤的颗粒组成顺序为：粗砂粒＞粗粉粒＞细砂粒≈粘粒＞中粉粒＞细粉粒；1 600 m海拔土壤的颗粒组成顺序为：细砂粒＞粗砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞中粉粒＞细粉粒。物理性粘粒的海拔高度顺序：1 600＞1 800＞1 900＞1 700 m。1 600 m的物理性粘粒含量最大，说明在海拔1 600 m处的土壤养分含量较高保水保肥能力强，但通透性较差。

0.05 ～0.01 mm粗粉粒上下层土含量差异显著，在上层土中，海拔1 600 m与其他3个海拔的差异明显；在下层土中，海拔1 900 m与海拔1 600 m、1 700 m这两个海拔相比差异显著；在1.00～0.25 mm粗砂粒下层土含量中，海拔1 900和1 600、1 700、1 800 m三者之间呈现出差异显著性；0.25～0.05 mm细砂粒下层土含量中，海拔1 600 m与海拔1 700 m两者之间差异显著；0.005～0.001 mm细粉粒下层土含量中，海拔1 800 m与1 700 m两者之间具有显著差异性。通过比较得知，显著差异性大多数表现在下层土壤中，说明上层土壤可能受到人为干扰的影响，其显著性相差并不大，而下层土壤多保持其原状性质，所以其显著性增加。

表1 不同海拔高度土壤上层与下层机械组成Table 1 The upper and lower soil mechanical components at different altitudes

表2 不同海拔高度上层与下层土壤养分Table 2 The upper and lower soil nutrients at different altitudes

土壤机械组成和土壤养分含量的变异强度评价参照薛正平的三级评价法进行分析：变异系数CV＜10%为弱变异；10%≤CV≤30%，中等变异；CV＞30%，强变异。从不同海拔高度来看，整体变幅较大，属于中度-强变异，尤其是在海拔1 800 m均属于强度变异。从不同土层来看，整体也是属于中度-强变异，但是上层土的变异性明显大于下层土，上层土最大变异系数为107.5%，下层土最大变异系数为111%。

2.2 土壤养分含量状况

土壤pH值的范围在4.66～4.77，属于强酸性土壤，其变异系数均属于弱变异，海拔之间与土层之间均无显著差异。根据全国第二次土壤普查养分分级标准，武功山山地草甸土壤的有机质含量、全氮和碱解氮含量均处于一级以上水平，土壤有机质含量上层比下层高0.598%，整体有机质含量在6.03%～10.07%之间，变异系数属于中度—弱变异。土壤全氮含量上层比下层高0.78 g·kg-1，整体全氮含量在 2.42 ～ 4.79 g·kg-1，变异系数属于中度-弱变异。土壤碱解氮含量上层比下层高65.71 mg·kg-1，整体碱解氮含量在176.29～353.35 mg·kg-1，变异系数属于中度-强变异。土壤有效磷含量处于3级水平，土壤有效磷含量下层土壤比上层土壤高4.05 mg·kg-1，变异系数属于中度-强变异。土壤速效钾处于四级水平，土壤速效钾含量上层比下层高10.18 mg·kg-1，变异系数属于强度变异。

在土壤上层速效钾养分含量中，海拔1 700 m与海拔1 800 m具有显著差异性。在土壤上层全氮养分含量中，海拔1 700 m与海拔1 800 m、1 900 m之间具有显著差异性。在土壤上层碱解氮养分含量中，海拔1 700 m与海拔1 800 m之间具有显著差异性。在土壤下层有效磷养分含量中，海拔1 900 m与海拔1 700 m之间具有显著差异性。

2.3 上层与下层土壤机械组成与土壤养分之间的关系

从表3 中可以看出，在有机质含量中，上层土壤有机质与粗砂粒（粒径1.00～0.25 mm）呈显著负相关性，与细砂粒（粒径0.25～0.05 mm）呈显著正相关性，下层土壤有机质与中粉粒（粒径0.01～0.005 mm）、细粉粒（粒径0.005～0.001 mm）和物理性粘粒（粒径＜0.01 mm）均呈极显著负相关性，与粘粒（粒径＜0.001 mm）呈显著负相关性。由此可以看出有机质是造成土壤各粒径不同组成比例的重要因素之一。

表3 武功山山地草甸土壤养分与机械组成的相关性†Table 3 Correlation between soil nutrients and mechanical composition in Wugong mountain meadow

下层土壤pH值与粘粒（粒径＜0.001 mm）呈极显著正相关性；下层土壤的全氮含量与物理性粘粒（粒径＜0.01 mm）呈显著正相关性；上层土壤有效磷含量与粘粒（粒径＜0.001 mm）呈显著正相关性，其余各指标间均无显著相关性。

3 结论与讨论

土壤中的各粒径是土壤的重要组成部分，影响了土壤的许多物理化学性质，它对植物生长的作用主要是通过对土壤水分的保持、通气性能以及有机质的固持性能的影响来实现。研究结果表明，武功山山地草甸整体粒径组成为：粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞细粉粒＞中粉粒。从土壤特征分析结果来看，土壤粒径范围集中在粗砂粒（粒径1.00～0.25 mm）和细砂粒（粒径0.25～0.05 mm），粘粒比重居中。根据卡庆斯基土壤质地类型进行分类，武功山山地草甸土壤属于轻壤土类型。此种类型土壤透水透气性能良好，有机质含量较高。

土壤pH值反映了土壤的酸碱度，是土壤溶液的酸碱反映，土壤酸碱度是影响植物分布的重要因素，同时也影响着植物的生长发育，它与土壤的理化性质具有相关性。武功山山地草甸的土壤的pH值在4.66～4.77之间，属于强酸性土壤。土壤有机质整体处于一级水平，有机质含量较为丰富，土壤中所含碳的有机物质较多，武功山山地草甸土壤有机质主要来源于各类植物的凋落物、死亡的植物体及根系，土壤动物以及各种微生物的残体，虽然仅占土壤的一小部分，但它显著地影响着土壤的理化特征。

根据全国第二次土壤普查养分分级标准可知[15]，武功山山地草甸土壤中的全氮含量处于一级极为丰富的水平，碱解氮含量也处于一级极为丰富的水平，有效磷含量处于三级最适宜的水平，速效钾含量处于四级适宜水平，从整体来看，武功山的山地草甸土壤养分含量较高，肥力丰富，说明土壤有能力提供给植物生长所需的养分。本研究主要以土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾为研究对象，而土壤养分的内容较多，除本文所涉及到的几项主要指标之外，还包含钙、镁、硫等中、微量元素，有研究表明中、微量元素对禾本科的植被作用和大量元素一样重要[16-17]，另外，作为国家准5A级旅游景区，武功山草甸分布区受到较多的人为干扰[18]，未来将结合更加全面的土样养分指标，同时考虑人为干扰对草甸影响的相关效应，进一步对武功山草甸分布区域植被及土壤生态学特征开展深入的研究。

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Relationship between soil mechanical composition and nutrient characteristics at different altitudes in mountain meadow of Wugong mountain

YUAN Yingdan1,2,3,4, GUO Xiaomin2,3,4, CHEN Xu2,3,4, CHENG Xiao2,3,4, ZHAO Ziwen2,3,4, NIU Dekui2,3,4,ZHANG Jinchi2, QIAN Weiping5, PENG Huiwu5, ZHANG Wenyuan2,3,4
(1. College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi, China; 2. Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Ecological Restoration in Jiangsu Province, Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 3.Jiangxi Key Laboratory of Silviculture, Nanchang 330045, Jiangxi, China;4.Collaborative Innovation Center of Jiangxi Typical Trees Cultivation and Utilization, Nanchang 330045, Jiangxi, China; 5. Forestry Science Institute of Pingxiang, Pingxiang 37000, Jiangxi, China)

The meadow of Wugong Mountain in Jiangxi Province as the research object, take different soil layers at different altitudes,studied the relationship between the mechanical composition of the soil and the nutrients in the meadow of Wugong mountain. The results show that the whole soil composition of the mountain meadow is coarse sand＞ fi ne sand＞coarse silt＞clay＞ fi ne slit＞medium silt. The content of organic matter, total nitrogen and available nitrogen in the soil of Wugong mountain meadow were all at fi rst level,the available phosphorus content of the soil was at third level, and the available potassium in the soil was at fourth level. In the content of organic matter, soil organic matter and coarse sand showed a signi fi cant negative correlation, a signi fi cant positive correlation with fi ne sand,the lower soil organic matter and medium silt, fi ne silt and clay showed signi fi cant negative correlation, a signi fi cant negative correlation with clay. The lower soil pH value had signi fi cant positive correlation with clay; lower soil total nitrogen content and physical clay showed a signi fi cant positive correlation; the upper soil available phosphorus was signi fi cantly positively correlated with clay content, there was no signi fi cant correlation between other indexes. On the whole, the soil nutrient content in the mountain meadow of Wugong Mountain is higher, and the soil fertility is abundant, which shows that the soil has the ability to provide the necessary nutrients for plant growth.

mountain meadow; mechanical composition; nutrient; correlation

S714.5

A

1673-923X(2017)07-0118-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.018

2016-09-20

国家自然科学基金项目（31360177、31560150）；国家科技支撑计划课题（2012BAC11B06）；江西省研究生创新专项资助项目（YC2013-B029、YC2016-B038）

袁颖丹，博士研究生

张文元，副教授，博士；E-mail：zwy15@126.com

袁颖丹，郭晓敏，陈 煦，等. 武功山山地草甸不同海拔高度土壤机械组成与养分特性关系[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(7): 118-122.

[本文编校：吴 毅]