商洛金凤山地区人工林土壤pH值及养分特征分析

张孝存,崔格冲,杨 丽,杨维鸽

(商洛学院城乡规划与建筑工程学院,陕西 商洛 726000)

土壤有机质和土壤氮磷作为植物生长的关键因素,极大影响了林地发育潜能,因此被用作评估土壤生产力的重要指标[1]。摸清林区土壤养分状况对于更好地发挥土地效率,评价林区土壤质量和生态环境质量具有重要的指导意义[2]。

在土壤养分研究方面,我国学者雷斯越、赵文慧等对陕北吴起县枣庄沟小流域进行研究,认为土壤养分与植被生长状况在不同地形上的变化趋势具有一定的相关性[3]。温继良、周元清等运用模糊综合评判法,对云南省新平县茶园的土壤养分进行定量化综合评价[4]。张建贵、王理德等对不同退化程度的草地土壤养分特征、植被特征及其相关性研究表明:随着草地退化程度不断加深,植被群落结构逐渐趋向单一,土壤中养分含量明显减少,并且土壤因子对植物生长的贡献率也在发生变化[5]。冷冰涛、宋付朋研究认为秸秆还田以及不同施氮量可以调节玉米根区的土壤酸碱度[6]。

地处南北分界线的秦岭腹地陕西省商洛市是南水北调中线工程的水源涵养地,境内生态环境优越,是关天经济区的生态屏障[7],人工林在其林业和生态环境建设中发挥着重要作用。虽然国内外许多学者对人工林下土壤性质的研究很多,但对于培育和营造同等条件下不同树种的土壤化学性质差异和再生能力研究不多,尤其针对商洛地区的研究更少[8,9]。因此,笔者以商洛市商州区金凤山5种人工林为例,对其土壤pH、有机质、速效磷、全氮等指标进行分析,为人工林的培育和营造方面提供数据支撑,为商洛市生态环境建设提供帮助。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

金凤山位于陕西省商洛市商州区北部,地处秦岭腹地,109°56′～109°57′E,33°52′～33°53′N,海拔约为930 m,东临东龙山,西接二龙山,北靠戴云山,因地貌形态如凤凰展翅,被人们称为“金凤山”。为暖温带半湿润季风气候,年平均气温11～14℃,最高37～40.8℃,最低-11.8～-21.6℃,年平均降水量710～930 mm,呈现出四季分明、雨热同期的气候特点。土壤以黄棕壤、棕壤为主。土地利用主要以林业用地为主,森林植被以喜湿性针阔叶树为主,混生有少量常绿阔叶树种。

1.2 土壤样地选取及样品采集

于2018年3月初通过调查商州区植被分布状况,确定典型的人工林分布区——金凤山为研究区。3月下旬在金凤山定植于2004年的人工林核桃(Walnut)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、构树(Broussonetiapapyrifera)、沙皮松(PinuspsammopHila)和高橡树(QuercuspalustrisMünchh)采集土壤样品共26个,采样土层深度为0～20 cm。采样时先除去地表的杂物,再用梅花法采集土样,将所采土样搅拌均匀,取约1 kg土壤装入塑料袋中并编号。将土样自然风干,除去土壤中的树根、石块和枯枝落物等。最后,将土样研磨分别过1 mm筛和0.25 mm筛,分别用于测定土壤pH,以及土壤有机质、速效磷、全氮。由于商洛地区土壤钾含量一般能满足植物生长需要,缺钾现象甚少,所以未作为分析指标;由于全氮是速效氮的源泉,仅把全氮作为林地土壤养分分析指标。

1.3 土壤样品的测定和数据处理

土壤样品pH采用电位法,土壤有机质运用重铬酸钾溶液法—外加热法,全氮利用水杨酸钠法,速效磷采用磷钼蓝法。测定方法参考土壤农化分析及林区土壤相关技术标准。速效磷、全氮等指标经前处理后均采用德国全自动间断化学分析仪(Clever Chem)上机测定其含量,所有土样重复3次。

实验数据处理采用Microsoft Excel 2007软件,利用SPSS软件分析土壤各指标间的相关性,进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 不同人工林土壤p H分析

土壤p H值是土壤的主要理化指标之一,它与土壤的形成过程及土壤各养分间的有效性密切相关,直接关系到植物的长势[10]。由表1可知:5种人工林pH值由低到高依次为:沙皮松林＞刺槐林＞高橡树林＞核桃林＞构树林。沙皮松土壤 pH为6.19,呈弱酸性(弱酸性的 pH标准值 6.0～6.5);核桃林的土壤pH变幅在5.85～7.44之间,平均值为6.54,大部分土样呈弱酸性、中性(pH标准值6.5～7.0);刺槐林土壤pH范围在5.96～6.82,平均值为6.21,大部分呈弱酸性;高橡树林的土壤pH范围在5.73～6.79,平均值为6.31,大部分呈弱酸性和中性;构树林土壤pH范围在7.02～7.39,平均值为7.22,呈弱碱性(pH标准值7.0～7.5)。5种人工林 p H值变异程度均小于10%,属于弱变异。

表1 5种人工林土壤酸碱度

2.2 不同人工林土壤养分分析

2.2.1 不同人工林土壤有机质分析

土壤有机质在促进植物生长、改善土壤理化性质方面具有决定性作用[11]。由表3可见,金凤山林区土壤有机质含量核桃林＞刺槐林＞构树林(＞沙皮松林＞高橡树林。LSD检验表明,核桃林、刺槐林、构树林和沙皮松林土壤有机质含量之间差异不显著,但前三者土壤有机质含量与高橡树林土壤的差异达到极显著水平(p＜0.01),沙皮松林土壤有机质含量与高橡树林土壤的存在显著性差异(p＜0.05)。根据全国第二次土壤普查养分分级标准(表2),其中核桃林、刺槐林、构树林和沙皮松林土壤有机质均属于三级水平,即土壤有机质含量适量;而高橡树林土壤有机质平均含量仅为16.19 g/kg,属于有机质含量缺乏;主要是由于金凤山高橡树林下土层较薄,而高橡树林面积较大,且林地密度和覆盖度较高,未进行抚育间伐造成营养面积不足,导致地表植物生长较少,从而影响林木的正常发育,林下枯落物分解速度较慢,且叶片大、硬厚,极难分解,不利于土壤腐殖质的积累,故有机质较缺乏。

2.2.2 不同人工林土壤全氮分析

土壤中的氮元素存在形式主要为有机氮,约占全氮90%以上。有机氮通过矿化成为无机氮的主要来源,也是植物生长发育的重要营养元素,对植物养分吸收起着重要作用。氮肥作用效果受土壤物理性质、有机质含量、pH、生化抑制剂种类等的影响。实验发现(表3):土壤全氮平均含量核桃林＞沙皮松林＞高橡树林＞刺槐林＞构树林,均处于一级水平(表2),土壤氮含量很丰富。这是由于商洛地区全年气温温和,金凤山森林覆盖率高,林地凋落物的增加以及动植物遗体分解产生的氮素使土壤养分含量逐渐增加,促进土壤养分循环,因而全氮含量高。

2.2.3 不同人工林土壤速效磷分析

森林土壤中磷的来源基本为含磷矿物以及动植物残体形成的有机磷。其中,速效磷含量在农业生产中常被用来表征土壤磷的供应水平。金凤山的5种人工林土壤速效磷含量核桃林＞刺槐林＞高橡树林＞构树林＞沙皮松林,含量均较低(表3)。其中,5种人工林中仅核桃林的速效磷含量属于缺乏水平,与其它4种土壤速效磷含量之间存在极显著差异(p＜0.01);刺槐林、高橡树林、构树林均处于很缺水平,而沙皮松林速效磷含量为1.33 mg/kg,属于极其缺乏(表2)。原因在于磷在土壤中移动性差,植物仅能吸收距根系表面1～4 mm土壤中的磷;同时,金凤山存在轻微的水土流失现象,表层土壤中磷素淋失,从而导致土壤有效磷含量极低[12]。

表2 土壤有机质、全氮和速效磷含量等级分布

表3 5种人工林土壤养分含量情况

2.3 不同人工林土壤p H和养分含量相关性分析

对金凤山5种人工林表层土壤 pH、有机质、速效磷、全氮含量关系进行分析,相关分析表明(表4):(1)土壤pH和有机质达到显著弱相关,相关性系数为0.266(p＜0.05),与张洋、刘华等对商洛地区人工林研究结果一致[13];p H和速效磷之间相关性不显著,与余婉丽等对广西桉树人工林土壤养分研究结论一致[14];p H和全氮之间呈显著负相关关系,相关系数为-0.265(p＜0.05)。(2)速效磷和全氮达到极显著相关水平,相关系数为 0.441(p＜0.01)。

表4 土壤p H和养分相关性分析

3 结论

本研究以金凤山人工林为研究区域,选取林区5种不同人工林地的土壤pH、有机质、速效磷和全氮为研究对象,主要结论如下:

3.1 人工土壤有机质含量核桃林＞刺槐林＞构树林＞沙皮松林＞高橡树林,前4者土壤有机质含量属于适量水平,但高橡树林土壤有机质缺乏,与前4者土壤有机质含量存在显著差异。人工林土壤全氮含量核桃林＞沙皮松林＞高橡树林＞刺槐林＞构树林,均属于很丰富等次;但人工林土壤速效磷含量均处于缺乏及其以下水平。人工林土壤酸碱性除构树林土壤pH为弱碱性,其余多为弱酸性,变异较弱。这说明植树能促进土壤全氮和有机质(除高橡树)的积累,有利于改善土壤质量,带来明显的生态效益。

3.2 5种人工林土壤养分中速效磷和全氮之间呈极显著相关,相关系数为0.441(p＜0.01);pH与有机质之间为显著性相关关系,相关性系数为0.266(p＜0.05);而p H与全氮之间为显著负相关关系,相关系数为-0.265(p＜0.05)。

3.3 人工林抚育中应注意适时间伐,多林种配合栽植,有利于提高林地土壤有机质和全氮含量水平;及时补充土壤所需速效磷成分,采取工程措施,防止速效磷流失,以便取得更好的生态、经济和社会效益。

Analysis on Soil Nutrient Properties and pH of Different Forest Land in Jinfeng Mountain in ShangLuo