梅州市森林土壤全钾含量与分布特征*

杨海燕 魏 丹 张中瑞 谢萍萍 苏锦麟谢镇东 黄振超,2 陶贝贝

（1.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；2.仲恺农业工程学院，广东 广州510225）

土壤是森林生态系统存在的物质基础，因此土壤养分含量水平决定了森林植被的生长质量[1]。钾是植物生长所必须的三大营养元素之一，一般占其干物质重的0.2%～4.1%[2]，参与植物包括酶系统活化、光合作用等在内的60 多种过程，对提高植被对氮的吸收具有重要作用[3]。虽然有研究对土壤钾进行过研究[4-5]，但由于土壤理化性质和生物学属性在不同位置、不同空间尺度上普遍存在空间异质性[6]，土壤钾含量在不同空间位置和不同土壤深度也呈现出差异，定量分析不同土壤深度土壤钾含量及其空间分布特征，不仅可为精准施肥与种植提供理论依据与实践指导[7]，也能为各种土壤养分反演模型提供更为精确的参数指导[8]。

梅州市地处广东省东北部，五岭山脉以南。2021 年广东省森林资源变更调查报告显示，梅州市森林面积为114.68 万hm2,林地面积为118.91 万hm2,森林覆盖率为74.52%，蓄积量为6687.71 万m3，森林覆盖率在广东省5 个北部生态功能区中占首位，与韶关市并列。目前公开发表的关于梅州市的森林土壤养分调查研究仅见张中瑞等[9]的《梅州市林地土壤有机碳储量及空间分布特征》，其他土壤养分元素分布特征尚为空白。本研究通过对梅州市各区（县）的森林土壤全钾含量进行分析，旨在揭示梅州市不同区（县）森林土壤全钾含量及其差异性，以及不同深度土壤全钾含量空间分布特征，为梅州市森林土壤钾元素综合评估、管理和合理施肥提供科学依据。同时，也为梅州市制定合理的森林经营规划提供参考。

1 研究区概况

广 东 省 梅 州 市 位 于115° 18′ ～116° 56′ E，23°23′～24°56′N，地处闽、粤、赣三省交界，东部与福建省龙岩市和漳州市接壤，南部与潮州市、揭阳市、汕尾市毗邻，西部与河源市接壤，北部与江西省赣州市相连。梅州市属亚热带季风气候区，是南亚热带和中亚热带气候区的过渡地带，年平均气温为20.7～21.5 ℃，气温为1 月最低，7月最高,年平均降雨量为1 400～1 850 mm，年总日照时数为1 778.1～1 874.7 h，山地土壤有红壤、赤红壤、山地黄壤、紫色土等。

2 研究方法

2.1 样点布设

2019 年7 月在梅州市开展林地土壤调查，基于森林资源二类调查数据，使用空间分层随机布点与专题布点相结合的方法,根据研究区森林植被、地形、气候特征，确定重点布点区域，通过无人机航拍测绘及高分辨率DEM 衍生数据提取，确定土壤样点布设位置及调查线路[10]，将布设样点的地理坐标定位到小班，合计1 098 个调查样点，如图1 所示。

图1 梅州市林地土壤调查样点布设Fig.1 Sample point layout

2.2 样点调查与样品采集

将布设样点的地理坐标定位到地籍小班，使用GPS 找到样点所在区域，依据样点地籍号、土壤类型、植被类型、坡位、坡向、坡度，在误差允许范围内（距离样点坐标半径100 m 内）选择土壤发育条件稳定，没有经过挖沟、整修等人为扰动的地方[10]，一个样点挖掘3 个土壤剖面，3个剖面水平间距不小于10 m，坡面长1.2～1.5 m，宽1.0 m 左右，深度达1.0 m，分5 层（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）取样，每个样品不少于500 g，3 个剖面各层土壤均匀混合成一个样品，将样品密封保存，带回实验室后及时风干、研磨过筛后参照《森林土壤钾的测定》(LY/T 1234-2015)[11]，测定土壤钾元素含量。

2.3 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25.0 软件对数据进行统计，根据全国第二次土壤普查规定的土壤养分分级标准对梅州市林地土壤全钾含量进行评价。采用单因素方差分析法（One-way ANOVA）分析不同区（县）土壤全钾的差异性，应用LSD法进行多重比较。应用克里金插值法分析不同土层土壤全钾含量的空间分布特征，并利用ArcGIS 10.7 软件生成土壤全钾含量的空间分布图。

3 结果与分析

3.1 梅州市土壤全钾含量

梅州市各区（县）森林土壤全钾含量状况如表1 所示，全市全钾含量的平均值为17.44 g/kg，各区（县）全钾含量的平均值由大到小依次为蕉岭县、五华县、大埔县、丰顺县、梅江区、梅县区、平远县、兴宁县。全市全钾含量的最大值为47.6 g/kg，各区（县）全钾含量的最大值范围在33～47.6 g/kg 之间，由大到小依次为大埔县、丰顺县、五华县、平远县、梅县区、蕉岭县、兴宁县、梅江区。全市全钾含量的最小值为2.09 g/kg，各区（县）全钾含量的最小值范围在2.09～4.07 g/kg之间，由大到小依次为梅江区、丰顺县、大埔县、平远县、兴宁县、梅县区、五华县、蕉岭县。全市全钾的标准差为80.02 g/kg，各区（县）标准差由小到大依次为梅江区、兴宁县、梅县区、平远县、蕉岭县、大埔县、五华县、丰顺县。

表1 梅州市林地土壤全钾含量 g/kgTable 1 Total Kalium concentration in Meizhou

从不同区县差异看，梅江区和梅县区土壤钾含量差异不显著，且与其他区县均差异不显著；平远县土壤钾含量除与蕉岭县、五华县存在显著差异外（P＜0.05），与其他区县均差异不显著；蕉岭县和五华县土壤钾含量差异不显著，这两个县土壤钾含量除与平远县和兴宁县存在显著差异外，与其他区县均差异不显著；大埔县与丰顺县土壤钾含量之间差异不显著，这两个区县土壤钾含量除与兴宁县存在显著差异外，与其他区县均差异不显著；兴宁县土壤钾含量除与梅江区、梅县区差异不显著外，与其他区县土壤钾含量均存在显著差异。

3.2 不同区县全钾含量比较

根据全国第二次土壤普查规定的土壤养分分级标准，梅州市森林土壤全钾均值等级为Ⅲ级（表2），最大值和最小值均值的等级分别为Ⅰ级和Ⅵ级。从不同区县看，森林土壤全钾等级以Ⅲ级为主，主要分布在梅江区、梅县区、平远县、大埔县、丰顺县和五华县。蕉岭县森林土壤全钾等级为Ⅱ级，高于全市等级的平均水平，是梅州市唯一一个森林土壤全钾等级为Ⅱ级的区县，而兴宁县土壤全钾等级为Ⅳ级，低于全市等级的平均水平，是梅州市唯一一个森林土壤全钾等级为Ⅳ的区县。从最大值和最小值等级分类看，各区县最大值和最小值等级与全市平均水平保持一致，即所有区县土壤全钾最大值均处于Ⅰ级，而最小值均处于Ⅵ级。

表2 梅州市林地土壤全钾分级 g/kgTable 2 Classification of total Kalium concentration in Meizhou

3.3 不同深度全钾含量空间分布

由梅州市森林土壤全钾含量空间分布可知（图2），在L1 层（0～20 cm）全钾含量主要呈东高西低的分布格局，东部大部分地区全钾含量在17.0～30.8 g/kg 之间，西部大部分地区全钾含量在10.3～17.0 g/kg 之间；由L2 层（20～40 cm）分布可知，全钾含量也呈东高西低的分布格局。东部大部分地区全钾含量在17.0～30.8 g/kg 之间，西部大部分地区全钾含量在10.3～17.0 g/kg 之间；由L3 层（40～60 cm）分布可知，全钾含量总体呈现东高西南低的分布格局。东部大部分地区全钾含量在19.0～33.9 g/kg 之间，西南部全钾含量主要在14.8 g/kg 以下；由L4 层（60～80 cm）空间分布可知，全钾含量主要呈现东部高，中部和西南部低的格局。东部大部分地区全钾含量在19.0～33.9 g/kg 之间，中部和西南部全钾含量一般在19.0 g/kg以下；由L5 层（80～100 cm）分布可知，全钾含量主要呈东高西低趋势分布。东部大部分地区全钾含量在19.0～33.9 g/kg 之间，西部大部分地区全钾含量在10.3～19.0 g/kg 之间。

图2 梅州市林地不同土层深度钾含量空间分布特征Fig. 2 Total Kalium concentration and its spatial distribution in different soil levels

4 结论与讨论

梅州市森林土壤全钾含量平均值为17.44 g/kg，高于全市平均值的为蕉岭县、大埔县、丰顺县和五华县，而其他区县森林土壤全钾含量低于全市平均值，特别是兴宁县，其森林土壤全钾含量在全市最低。另外，兴宁县和平远县土壤钾元素含量显著低于其他区县。因此对钾元素含量较低的区县，应通过补充与调节土壤钾元素含量、增施有机肥和无机钾肥、秸秆还田、合理轮作等方式[12]，逐步改善土壤钾元素供应能力，以满足植被生长对钾元素的需求。从土壤钾元素标准差可知，大埔县、丰顺县和五华县标准差较大，说明在这3 个县，不同空间位置上的土壤钾元素含量的波动性较大。由于土壤钾元素含量受到气候、地形、植被、成土母质、土壤类型、土壤酶活性、微生物以及人类活动等因素的共同影响[1]，因此，在关注土壤钾元素含量外，也应进一步分析不同影响因子对不同空间位置土壤钾元素含量产生的影响，以降低不同空间位置土壤钾元素含量的波动。

从梅州市土壤钾含量分级看，全市以Ⅲ级为主，其中蕉岭县等级为全市最高，为Ⅱ级，而兴宁县为全市最低，为Ⅳ级。根据第二次土壤普查规定的土壤养分分级标准，梅州市大部分地区土壤钾含量处于中上等级，蕉岭县等级为高，而兴宁县处于中下等级。由于土壤钾元素是决定土壤肥力的重要因子，其含量高低直接影响区域土壤肥力水平及植被生长状态[13]。因此，未来应重点关注兴宁县土壤钾元素含量及其动态变化。

土壤养分空间异质性是土壤属性空间分异性的重要方面，对植物群落空间格局、维持和调节生物多样性产生重要影响[14]。土壤钾元素含量空间分布可直观反映其空间异质性，直观反映梅州市林地生产力。从不同深度土壤全钾含量空间分布可知，梅州市土壤全钾在不同深度均表现为东高西低的空间分布格局。由于土壤全钾空间分布对区域植被产量、施肥控制、土地质量评价和环境保护等均产生重要作用。因此，未来梅州市在提高土壤肥力、增加植被生产力等方面，应注重西部地区土壤肥力变化及其对植被生长的影响。另外，本研究仅分析了梅州市土壤全钾在不同土层深度下的空间分布规律，未来可以进一步探索不同因素，如植被类型。海拔、坡向、种植（耕作）方式等对不同深度土壤养分空间分布的影响。