不同树龄香榧林地土壤养分的变化规律

刘亚群，刘荣昌，韩素芳，柏明娥

（1.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2.浙江省淳安县富溪林场，浙江 淳安 311700）

土壤是林木生长的重要物质基础，植物吸收的营养元素大部分都来自土壤，了解和掌握土壤的养分状况可以为林地的经营管理和地力维护提供决策依据[1]。香榧Torreya grandis‘Merrillii’为我国特有的珍稀干果树种，至今已有1 000 多年的栽培历史[2-4]。已有研究表明，香榧主要分布于凝灰岩和流纹岩发育的红壤、黄红壤和黄壤上，对土壤肥力要求较高，一般要求土层厚度在60 cm 以上，土壤有机质含量大于2%[5-6]。香榧属常绿乔木，生长缓慢、周期长，需吸收大量矿质养分以促进根、茎、叶、花、果等的生长，且香榧的经济寿命长，盛果期可达100 年，结实期可达500 年，甚至上千年[7]。

长期持续从土壤吸收大量矿质养分，易导致土壤及树体矿质元素的失衡。施肥作为香榧栽培管理的主要经营措施，在促进香榧生长、提高香榧产量方面做出了重要贡献[8-9]，无论是单施复合肥，还是有机-无机肥配施，均可增加香榧林地土壤有机碳和土壤养分含量[10]，施微肥可有效协调土壤养分的平衡，改善香榧的营养状况[11]。关于香榧施肥技术方面，相关研究人员提出了少量多次、多施磷钾肥少施氮肥等施肥策略[12]，但在实际生产中仍存在因对土壤养分状况不清楚而造成盲目施肥、过度施肥等现象，从而导致树体生长失衡、产量下降[13]。目前，针对香榧林地土壤养分状况调查、不同树龄香榧土壤有机碳变化规律及其与土壤养分的关系等方面已有研究[14-15]，但针对不同树龄香榧林地的土壤养分状况及其随树龄的变化规律等方面的研究尚未见报道。本文以浙江会稽山区和磐安玉山、大盘山区等香榧主产区的香榧林地为研究对象，分析了不同树龄香榧林地的土壤养分状况及其随树龄和土层的变化规律，以期为香榧林地制定科学合理的养分管理和施肥策略提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于香榧主产区的诸暨、绍兴、嵊州、东阳和磐安5 个县（市）。研究区均为低山丘陵地貌，属典型的亚热带季风气候区，四季分明，气候温和，雨量充沛，年平均气温为16～ 18℃，年平均降水量为1 200～1 600 mm，土壤类型以红壤、黄壤和黄红壤为主。

根据当地香榧古树资源普查资料和农户访问情况选择了49 个不同树龄的香榧林样地，其中，树龄15～ 99 a香榧林样地12 个，树龄100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 香榧林样地各10 个，树龄≥1 000 a 香榧林样地7个。各树龄段的香榧树均以散生分布，经调查访问，每个样地每年基本上施肥2 次，春季开始萌芽时施一次三元复合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%），每株0.75～ 1.20 kg，秋季采果后施一次有机肥（畜禽粪便肥），每株25～ 35 kg，施肥方法采用环形沟施法。各取样地的基本信息见表1。

表1 取样地基本信息Table 1 Information of sample plots

表1 （续）

1.2 样品采集与指标测定

2019 年10—11 月，于香榧果实采摘后，分别在每个样地的香榧树冠投影外20 cm 左右采集0～ 20 cm、20～40 cm 土层的土壤，每个样地取3 个点按同层土样混合均匀后装入袋中。土壤样品采集完成后带回实验室，经风干、去杂、研磨、过20 目筛后进行指标测定。基于前人的研究结果，本研究选取尽可能能够代表土壤肥力质量的重要指标，包括水解性N、有效P、速效K、有机质含量、pH 值和中量元素Ca、Mg 含量等为分析对象。

土壤水解性N 含量测定采用碱解扩散法（LY/T 1228—2015）；土壤有效P 含量测定采用盐酸-硫酸双酸浸提-钼锑抗比色法（LY/T 1232—2015）；土壤速效K 含量测定采用1 mol·L-1乙酸铵浸提，火焰光度法测定（LY/T 1234—2015）；土壤有机质含量测定采用总有机碳分析仪燃烧法（LY/T 1237—1999）；土壤pH 值测定采用电位法（LY/T 1239—1999）；土壤Ca、Mg 含量采用原子吸收分光光度法测定（NY/T296—1995）。

1.3 数据处理与统计分析

试验结果采用Microsoft Excel 2003 和SPSS l7.0 软件进行数据处理和统计分析。不同树龄、不同土层深度的养分含量差异利用双因素方差分析（two-way ANOVA）和显著性检验（LSD 检验）。土壤养分间的相关性利用双变量相关分析（Bivariate analysis）。

2 结果与分析

2.1 不同树龄香榧林地土壤速效养分含量

2.1.1 土壤水解性N 含量 由图1A 可以看出，香榧林地的土壤水解性N 含量随树龄的增加而呈逐渐下降趋势。在0～ 20 cm 土层，土壤水解性N 含量最高的为树龄15～ 99 a 香榧林地，树龄300～ 499 a、500～ 999 a、≥1 000 a 香榧林地的土壤水解性N 含量均显著低于树龄15～ 99 a 香榧林地的（P＜0.05）；在20～ 40 cm 土层，土壤水解性N 含量同样表现出随树龄的增加而逐渐下降的趋势，但下降幅度不明显，各树龄段香榧林地土壤之间差异不显著（P＞0.05）。从土壤剖面来看，随着土层加深，各树龄段香榧林地的土壤水解性N 含量均逐渐降低。其中，树龄15～ 99 a 和树龄100～ 299 a 香榧林地在20～ 40 cm 土层的土壤水解性N 含量比0～ 20 cm 土层的分别下降了41.00%和40.31%，差异达显著水平（P＜0.05）；树龄300 a 以上香榧林地20～ 40 cm 土层土壤水解性N 含量虽有降低，但差异已不显著（P＞0.05）。根据全国第二次土壤普查养分分级标准[16]，所有香榧林地的土壤水解性N 含量均大于150 mg·kg-1，处于极高水平，部分表层土样中的土壤水解性N 含量甚至超过临界值的2 倍以上。

图1 不同树龄香榧林地土壤速效养分含量比较Figure 1 Contents of soil available nutrient in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.1.2 土壤有效P 含量 由图1B 可知，土壤有效P 含量在不同土层间均随树龄的增加先上升后下降，土壤有效P 含量最高的为树龄100～ 299 a 香榧林地，最低的为树龄15～ 99 a 香榧林地。树龄100～ 299 a 香榧林地的土壤有效P 含量除与树龄300～ 499 a 香榧林地的土壤有效P 含量差异不显著（P＞0.05）外，与其它树龄香榧林地的土壤有效P 含量均有显著差异（P＜0.05）。从土壤剖面来看，相同树龄段香榧林地的土壤有效P 含量均随着土层的加深而逐渐下降，从树龄15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～40 cm 土层的土壤有效P 含量比0～ 20 cm 土层的土壤有效P 含量分别下降了43.27%、20.69%、11.54%、16.95%和16.69%。方差分析结果表明，相同树龄段在两土层间的有效P 含量均无显著性差异（P＞0.05）。对照养分分级标准，所有香榧样地的土壤有效P 含量均大于40 mg·kg-1，处于极高水平。

2.1.3 土壤速效K 含量 由图1C 可知，土壤速效K 含量表现出与土壤有效P 含量相同的变化规律，即随着树龄的增加先上升后下降，土壤速效K 含量最高的为树龄100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土层的含量分别为367.07 mg·kg-1和315.67 mg·kg-1，显著高于其它各树龄段香榧林地0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土层的含量（P＜0.05），而其它各树龄段香榧林地间的土壤速效K 含量无显著差异（P＞0.05）。相同树龄段香榧林地土壤速效K 含量均随土层的加深而逐渐下降，从树龄15～ 99 a、100～ 299 a、300～ 499 a、500～ 999 a 到≥1 000 a 香榧林地，20～ 40 cm 土层土壤速效K 含量比0～ 20 cm 土层土壤的分别下降了23.00%、14.00%、16.32%、17.73%和27.33%，但方差分析结果表明，相同树龄段两土层间的速效K 含量均无显著差异（P＞0.05），说明土层对速效K 含量的影响同样也不明显。对照土壤养分分级标准，所有香榧样地的土壤速效K 含量均在150 mg·kg-1以上，处于二级（高）以上水平。

通过对不同树龄和土层香榧林地土壤养分含量的方差分析结果表明（见表2），树龄和土层对土壤水解性N、有效P 和速效K 含量均有显著影响（P＜0.05），而树龄和土层的交互作用对三者的影响不显著。

表2 树龄、土层及其交互作用对香榧林地土壤养分的影响Table 2 Effect of tree age,soil layer and their interactions on soil nutrients in T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.2 不同树龄香榧林地土壤有机质含量和pH 值

2.2.1 土壤有机质含量 不同树龄香榧林地土壤有机质含量的变化范围平均为25.49～ 35.96 g·kg-1，处于三级（中上）以上水平。由图2A 可以看出，随着树龄的增加，土壤有机质含量先上升后又有所下降，在0～ 20 cm土层，土壤有机质含量最高的为树龄100～ 299 a 香榧林地，达47.38 g·kg-1，之后土壤有机质含量由高到低依次为树龄300～ 499 a、500～ 999 a 和≥1 000 a 香榧林地，但上述各树龄段香榧林地土壤有机质含量的差异不显著（P＞0.05），有机质含量最低的为树龄15～ 99 a 香榧林地，与树龄100～ 299 a 香榧林地土壤有机质含量的差异达显著水平（P＜0.05），而与其它树龄段香榧林地土壤有机质含量差异不显著（P＞0.05）；在20～ 40 cm 土层，土壤有机质含量最高的为树龄500～ 999 a 香榧林地，最低的仍为树龄15～ 99 a 香榧林地，两者之间差异显著（P＜0.05）。从垂直剖面来看，随着土层的加深，各香榧林地土壤有机质含量均明显下降，且所有树龄段香榧林地在不同土层间均表现出显著性差异（P＜0.05），说明土层深度对土壤有机质含量的影响较大。从表2 可以看出，树龄和土层对土壤有机质含量影响显著，而树龄和土层的交互作用对有机质含量的影响不显著。

2.2.2 土壤pH 值 从图2B 可以看出，无论是0～ 20 cm 土层还是20～ 40 cm 土层，土壤pH 值最低的均为树龄15～ 99 a 香榧林地，分别为4.5 和4.58；土壤pH 值最高的均为树龄≥1 000 a 香榧林地，分别为5.4 和5.36。土壤pH 值随树龄的增加呈波动式变化，总体呈上升趋势，方差分析表明树龄15～ 99 a 香榧林地的土壤pH 值与树龄≥1 000 a 香榧林地间存在显著差异（P＜0.05），而与其它树龄段香榧林地间差异不显著（P＞0.05）。相同树龄段香榧林地不同土层间的土壤pH 值变化不明显，两土层间均无显著性差异（P＞0.05）。从分级标准来看，除树龄＞1 000 a 香榧林地的土壤pH 值平均为5.36 外，其它香榧林地的土壤pH 值均在5.0 以下，处于酸性和强酸的分界点4.5左右。由表2 可知，树龄对土壤pH 值的影响显著，而土层、树龄和土层的交互作用对其影响不显著。

图2 不同树龄香榧林地土壤有机质含量和pH 值比较Figure 2 Soil organic matter content and pH in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3 不同树龄香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量

2.3.1 土壤Ca 含量 不同树龄香榧林地土壤中的Ca、Mg 含量见图3。从图3A 可以看出，土壤中的Ca 含量随树龄的增加呈现出先降后升的变化规律，含量最高为树龄≥1 000 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土层中的含量分别为2.76 g·kg-1、2.16 g·kg-1，显著高于其它各树龄香榧林地（P＜0.05），而其它各树龄段香榧林地土壤中的Ca 含量比较接近，相互间无显著性差异；相同树龄香榧林地在0～ 20 cm 土层中的Ca 含量均高于20～ 40 cm 土层，但差异均不显著（P＞0.05）。

图3 不同树龄香榧林地土壤中量元素Ca、Mg 含量比较Figure 3 Contents of Ca and Mg in different aged T.grandis ‘Merrillii’ stand

2.3.2 土壤Mg 含量 由图3B 可知，土壤中的Mg 含量随香榧树龄的增加而变化的规律性不明显，总体呈下降趋势，含量最高的为树龄100～ 299 a 香榧林地，在0～ 20 cm 和20～ 40 cm 土层中的含量分别为4.07 g·kg-1、4.22 g·kg-1，最低的为树龄300～ 499 a 香榧林地，其含量分别为2.79 g·kg-1、2.91 g·kg-1，2 个树龄段香榧林地间差异显著（P＜0.05）；相同树龄在20～ 40 cm 土层的Mg 含量反而稍高于0～ 20 cm 土层的，但二者差异均不显著（P＞0.05）。从表2 可以看出，树龄对土壤中Ca、Mg 含量影响显著，而土层、树龄和土层的交互作用对二者的影响不显著。

2.4 土壤养分间的相关性分析

香榧林地土壤速效养分含量、有机质含量、pH 值及中量元素Ca、Mg 含量之间的相关性系数如表3。由表3 可知，土壤有机质含量与水解性N 含量呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.447，与有效P、速效K 含量呈显著正相关（P＜0.05），相关系数分别为0.258 和0.215；土壤速效K 含量与有效P 含量呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.608；土壤pH 值与Ca 含量呈极显著正相关（P＜0.01），与有机质含量呈正相关，而与水解性N、有效P、速效K 含量呈负相关，但相关性不明显（P＞0.05）。

3 结论与讨论

3.1 讨论

香榧是浙江省的特色珍稀干果，具有较高的经济和生态价值，浙江会稽山区和磐安的玉山、大盘山区是古代榧树T.grandis的中心产区，也是浙江省目前的香榧主产区，保留有较多的香榧古树资源，同时也分布有近几十年新发展起来的香榧中幼林资源[17-20]。土壤养分是影响森林生态系统生产力、结构和功能的重要因素，充足且均衡的土壤养分供应可以满足植物稳定而快速生长的需要。从本研究结果来看，香榧林地的土壤养分指标均处于中等以上水平，其中水解性N 和有效P 含量处于1 级（极高）水平，部分样地甚至超过临界值水平的2 倍以上，速效K 含量处于中等以上水平，相对低于水解性N 和有效P 含量，说明目前各香榧林地的土壤养分含量都能够满足香榧生长的正常需求，部分养分处于过剩状态，这可能与林农的施肥习惯有着密切关系。林农为了追求产量往往向土壤中投入过量肥料，忽略了土壤本身的养分供给能力，导致大量的养分残余并在土壤中累积，特别是近几十年来新发展起来的香榧林地N 含量偏高，且过高的N 含量容易造成土壤酸化。因此，根据目前的香榧林地土壤养分状况，需要适当调整养分管理方式，降低N 肥的施用量，增施有机肥，适当施入K 肥，合理调控N、P、K 的比例，且土壤中的矿质元素Ca、Mg 含量也较丰富，无需额外施入。

土壤养分变化是一个长期复杂的过程，区域环境和栽培、施肥等管理模式及林木生长年限都会对土壤养分产生较大的影响。本研究结果表明，树龄和土层对土壤速效养分水解性N、有效P、速效K 和有机质含量均产生显著影响，且随着土层的加深，土壤养分含量均逐渐降低，呈现明显的表聚现象，这种分布特征和变化趋势与前人在天然林地、人工林地以及农田土壤方面的研究结果基本相似[21-25]。一般在香榧造林初期，土壤贫瘠，土壤有机质含量低，林农为了使香榧快速生长往往施入过多的速效肥，使得土壤中的养分含量富集，土壤酸化明显，随着树龄的增长，土壤中的有机质含量增多，香榧树体对N、P、K 的需求也增大，使得林地中的速效养分含量逐渐降低，且香榧林地的施肥深度一般在20～ 30 cm，造成表层土壤养分含量相对较高。杨家慧等[26]的研究也表明，在造林初期，林地土壤贫瘠，且凋落物少导致有机质积累较少，随着林龄的增加，表层积累了较多的凋落物，微生物活动频繁，促进了凋落物的分解，使得土壤表层的有机质含量比深层高。大量研究认为，结构性因素（地形地貌、母质、气候等）和人为因素（土地利用方式、耕作、施肥、管理水平等）是引起土壤养分时空变异的主要影响因子[26-27]，林龄的增加通过影响植被和林分环境使土壤化学性质发生变化[28]。因此，为了更好、更科学地指导香榧林地的养分管理，达到生态可持续经营，还需加强对土壤养分特征影响因子的深入研究。

3.2 结论

研究表明，树龄对香榧林地的水解性氮、有效P、速效K 和有机质含量、pH 值及土壤Ca、Mg 含量均有显著影响。土壤水解性N 含量随着树龄的增加呈现逐渐下降的变化趋势，土壤有效P、速效K 和有机质含量均随着树龄的增加先上升后下降，土壤pH 值随着树龄的增加呈波动式变化，Ca 含量随着树龄的增加呈现出先降后升的变化规律，而Mg 含量随着树龄的变化而变化的规律性不明显。土层对香榧林地的速效养分和有机质含量影响显著，而对土壤pH 值和Ca、Mg 含量的影响不显著。相关性分析表明，土壤各养分指标之间关系密切，其中，土壤有机质与水解性N 含量呈极显著正相关（P＜0.01），与有效P、速效K 含量呈显著正相关（P＜0.05）；土壤速效K 与有效P 含量呈极显著正相关（P＜0.01）；土壤pH 值与Ca 含量呈极显著正相关（P＜0.01），与有机质呈正相关，而与水解性N、有效P、速效K 含量呈负相关，但相关性不明显（P＞0.05）。本研究中各香榧林地的土壤养分指标均处于中等以上水平，且随着树龄的增加，土壤酸化现象也得到逐步改善。