景谷县思茅松人工林土壤养分特征与肥力评价*

杨斌，王家学，郭小玮，景跃波，姜远标

(1.云南省林业和草原科学院，云南 昆明 650201；2.国家林业草原思茅松工程技术研究中心，云南 昆明 650201；3.云南云景林业开发有限公司，云南 普洱 665499；4.普洱市林业和草原科学研究所，云南 普洱 665000)

思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)具有速生、丰产、高产脂、生态适应性强等特点，为云南省重要的乡土材、脂两用树种，主要分布于普洱、西双版纳、临沧及红河等州市。全省思茅松分布面积约为1.478×106hm2，其中普洱市分布面积就达1 247 071.1 hm2，因此思茅松也是普洱市十分重要的商品用材树种。2021年普洱市提出“双百”产业计划，拟实现定向刨花板产量5.0×105m3，浆纸产能3.00×106t，并整合资源，在全市范围内营建2.667×105hm2以思茅松、桉树为主的速生丰产工业原料林基地[1]。景谷县作为该“双百”产业计划中林浆纸的主要实施地，将在原有基础上实现纸浆产能提升到3.00×106t。按现有的生产技术(每生产1 t纸浆需消耗5.88 m3思茅松木材)计算，每年需木材1.764.0×106m3。由此可见，普洱市林产业发展对思茅松原料林的需求十分巨大。

土壤肥力是土壤供应与协调植物正常生长发育所需的养分和水、空气、热的能力，是土壤质量综合量度的重要内容，反映土壤各方面的性质；而土壤养分是土壤肥力的重要物质基础和主要指标。要保证林木的正常生长发育，获得速生和高产稳产，需要对土壤养分的丰缺程度进行诊断与评价，以实施科学的林地营养管理[2]。有许多研究者对赤松(P.densiflora)、杉木(Cunninghamialanceolata)、樟子松(P.sylvestrisvar.mongolica)、马尾松(P.massoniana)等针叶树种林分开展了土壤养分分析及肥力评价研究[3-8]，且有研究者针对思茅松人工林开展了土壤肥料的研究，但已有研究以苗木和幼林的施肥试验研究为主[9-16]，目前尚缺乏对思茅松人工林土壤养分状况的系统了解和肥力评价。本研究在思茅松主要栽培区景谷县的不同乡镇，选择具有代表性的思茅松人工林林分，对其土壤养分进行测定分析、对其土壤肥力进行评价，旨在准确了解景谷县思茅松原料林的土壤状况，以期为思茅松人工林的立地选择、土壤管理及经营措施的制定提供数据支持和科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

景谷县位于普洱市中部偏西(22°49′～23°52′N、100°02′～101°07′E)，全县国土面积752 494 hm2，有林地面积638 090.3 hm2(占国土面积的84.74%)，森林覆盖率80.69%。地形以山地为主，地势北高南低，海拔813～2 920 m。亚热带山原季风气候，年平均气温22.2 ℃，≥10 ℃积温7 360.9 ℃，平均降雨量1 354 mm，年均相对湿度77%，年均无霜期354 d[17]。阳光充足、雨水充沛，土壤以赤红壤为主且土层深厚、疏松，适宜思茅松的生长。

1.2 样地设置

2022年4月，在景谷县永平镇、凤山镇、民乐镇和小景谷镇选择具有代表性的思茅松人工林林分8个，每个林分分别设置1个调查样地(20 m×30 m)进行调查和土壤样品采集。样地调查因子包括：地理坐标、海拔、林龄、平均树高和平均胸径。样地基本概况见表1。

表1 思茅松人工林样地基本概况

1.3 土壤样品采集

在调查样地内设置5个小样方(5 m×5 m)，在每一小样方内用5点取样法采集0～50 cm的土壤样品，最后混合为一个土壤样品(重量约500 g)；将采集到的土壤样品带回实验室自然风干，除去石块和植物残体等，并通过2 mm的土样筛，保存待分析。

1.4 测定指标及分析方法

土壤检测指标包括pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾。检测方法按林业行业相关标准执行，其中：pH 值、有机质(OM)、全钾(TK)、速效钾(AK)的执行标准依次为LY/T1239—1999、LY/T1237—1999、LY/T1256—1999、LY/T1234—1999；全氮(TN)和碱解氮(AN)的执行标准为 LY/T1228—2015；全磷(TP)和有效磷(AP)的执行标准为LY/T1232—2015。

1.5 土壤肥力综合评价

将测定得到的8个指标的值分别进行标准化处理，在各个指标具有可比性的基础上，利用模糊数学中的加权乘法原理计算土壤肥力综合评价指数(IFI)。IFI计算公式[18]如下。

①

式中：IFI为土壤肥力综合指数，Wi、fi为第i个因子权重值和隶属度值，n为指标数量。

各因子的权重值采用相关系数法确定，计算土壤养分含量各指标间的相关系数，利用同一指标与其它指标的相关系数绝对值之和的平均值除以绝对值之和，即为该项指标的权重值。各因子的隶属度值采用隶属度函数计算，根据林木效应曲线将隶属度函数分为S型和抛物线型两类，其中pH值采用抛物线型隶属度函数，其余7个指标均采用S型隶属度函数。两种类型的隶属度函数[18]如下。

S型：

②

抛物线型：

③

式中：f(x)是指标的隶属度，x是指标的测量值，x1、x2、x3、x4是指标的转折点。

根据相关文献研究和林地土壤的肥力特征[18]，各指标的转折点取值如表2。

表2 抛物线型和S型隶属度函数各指标的转折点

IFI是能够精确有效地评估土壤质量状况和退化程度的重要指标，其值介于0.1～1.0之间，IFI值越接近1.0，说明土壤肥力越好。按照文献[20]中的标准确定土壤肥力等级。分5个等级：IFI值>0.8为高，0.6

1.6 数据处理与分析

所得数据采用SPSS 19.0进行相关分析、隶属度函数值计算，用Microsoft Excel 2019进行数据平均值计算及图、表制作。

2 结果与分析

2.1 景谷县思茅松原料林土壤养分丰缺状况

思茅松原料林基地土壤pH值4.33～5.42，整体呈酸性，土壤养分情况见表3。根据《全国第二次土壤普查技术规程》规定的养分分级标准[19]对指标丰缺状况进行判断，研究区思茅松人工林土壤有机质含量10.50～74.4 g/kg，平均为26.26 g/kg，属于中等偏上水平；全氮含量0.42～1.74 g/kg，平均值为0.78 g/kg，属于缺乏等级；碱解氮含量33.0～202.0 mg/kg，数据变动较大，平均值为73.75 mg/kg，属于缺乏水平；全磷含量的平均值为0.23 g/kg，接近于极缺乏水平，其含量变动范围为0.09～0.44 g/kg；有效磷的含量为0.2～0.58 mg/kg，平均值为1.59 mg/kg，属于极缺乏状态；全钾含量的平均值为10.08 g/kg，处于缺乏水平，其含量变动为4.5～20.6 g/kg；速效钾含量51.0～244.0 mg/kg，数值变动范围较大，平均值为122.4 mg/kg，达到中等水平。由以上结果看出，景谷县思茅松人工原料林基地的土壤养分丰缺状况总体处于缺乏水平，7个养分指标中仅有机质、速效钾2个指标达到中等水平，其余5个指标处于缺乏或极缺乏水平。

表3 景谷思茅松原料林基地的总体土壤化学性质特征

变异系数(CV)一般用来表示各数据之间的离散程度，CV值越小，说明测定得到的数值越集中，CV值越大，则数据越分散。一般可将CV值分为3个等级，>75%为强变异，<15%为弱变异，15%～75%为中等变异。从表3可以看出：8个思茅松人工林土壤理化指标的变异系数由大到小依次为有效磷、有机质、碱解氮、速效钾、全磷、全氮、全钾、pH值，各指标中仅土壤pH值为弱变异(CV值4.4%)，有效磷含量为强变异(CV值高达82.4%)，其余指标为中等变异。这说明景谷县思茅松人工林原料基地土壤pH值较为一致，有机质、碱解氮、速效钾、全氮、全磷、全钾含量等指标在不同林分之间较为接近，而有效磷含量则在不同林分之间存在较大差异。

2.2 各林分土壤养分差异分析

从表4可知，8个思茅松人工林林分土壤养分存在差异。

表4 不同样点人工林的土壤化学性质特性

老鹰窝样点人工林土壤速效钾含量平均值为132.4 mg/kg，属于中等水平，有机质、碱解氮、全氮、全钾属于缺乏水平，有效磷和全磷处于极缺乏水平；大团山样点人工林土壤有机质含量处于中等水平，平均含量为21.62 g/kg，有效磷、全磷处于极缺乏水平，碱解氮、速效钾、全氮、全钾均处于缺乏水平；茂密样点人工林土壤速效钾含量达到丰富水平，平均含量为163.6 mg/kg，全钾含量达中等水平，有效磷含量为极缺乏水平，其余4个指标均为缺乏状态；黄果营样点人工林土壤有机质平均含量23.6 g/kg，达到中等水平，有效磷则为极缺乏水平，其它5个指标为缺乏水平；马打滚样点人工林土壤速效钾含量为中等水平，含量平均值为117.0 mg/kg，有效磷、全磷为极缺乏等级，其余4个指标为缺乏水平；文联样点人工林土壤速效钾含量为中等水平，平均值为144.6 mg/kg，有效磷和全磷为极缺乏水平，其余4个指标均为缺乏水平；文朗样点人工林土壤有机质和碱解氮含量为丰富水平，有效磷、全钾为极缺乏水平，速效钾和全氮为中等水平，全磷为缺乏水平；独水井样点人工林土壤中有机质含量达丰富水平，平均值达到45.33 g/kg，速效钾、全氮为中等水平，其余指标均为缺乏水平。从以上分析可以看出，8个思茅松人工林除独水井样点外，其余7个样点有效磷均处于极缺乏水平；碱解氮则是文朗人工林样点达到丰富水平，其余7个样点的人工林土壤均为缺乏水平。由此可知，独水井和文朗样点思茅松人工林的土壤养分情况总体较好，显著高于其他样地的人工林。因采集地思茅松人工林林龄均为10 a生以上，长期未开展人工施肥措施，造成各样点土壤养分含量差异的原因还有待于进一步的研究。

2.3 土壤肥力综合评价

从图1可以看出，各人工林样地土壤肥力综合指数为0.1～0.7，平均值为0.337，处于较低水平；老鹰窝样地人工林土壤肥力最低为0.12，独水井样地最高为0.679，8个样点人工林土壤肥力排序为独水井>文朗>茂密>黄果营>老鹰窝>文联>马打滚>大团山。

图1 不同样点土壤肥力综合指数

3 讨论与结论

本研究在云南省普洱市景谷县思茅松原料林基地选取8个具有代表性的人工林林分，对其土壤的养分含量和肥力状况进行研究，结合全国第二次土壤普查分级标准可知：土壤有机质、速效钾含量处于中等水平，全氮、碱解氮、全磷、全钾4个指标的含量缺乏，而有效磷含量处于极缺乏水平。总体来说，景谷县思茅松原料林基地土壤养分基本为缺乏状态。土壤养分丰缺状况能为施肥提供直观的指导，当土壤养分测定值达到土壤普查分级标准中的“丰富”时，施肥效果不显著；在“中等”范围内，表明施肥有一定效果，可根据具体情况适量施用；而在“缺乏区”，则表明施肥对增产会产生较显著的效果。据蒋云东等[16]的研究，氮、磷、钾3种肥料配合施用能显著提升思茅松幼林的树高和胸径生长量，但在肥种的选择上，发现施用尿素对各土壤养分指标有正效应，而施用过磷酸钙在提高土壤磷、钾含量的同时，减少了土壤有机质和氮素的含量；而付强等[11]的研究表明，针对不同的林地立地指数，思茅松幼林的需肥量也存在差异。因此，在思茅松人工林的土壤管理中，应根据相关区域的氮、磷、钾元素含量的特点，进行有针对性地施肥。

思茅松原料林基地有机质、碱解氮、速效钾、全氮、全磷、全钾为中等变异的肥力因子，变异系数相对不大；而有效磷含量在8个采样点间的差异较大，变异系数最大，达到 82.4%，说明8个采样点土壤的有效磷具有明显的变异性，分布不均匀，所有8个人工林中除独水井样点外，7个人工林土壤的有效磷含量均处于极缺乏水平。南方红壤淋溶强烈，土壤铁、铝、锰含量高，极易对有效磷进行固定，加之南方红壤风化程度高，该类土壤残留磷的有效性很差，并且酸性红壤的低pH值，也是限制磷素有效性发挥的重要原因[21]。同时，合理的施肥方法和施用量对于提高施肥效率十分关键，磷素在土壤中扩散速率小、迁移慢，所以施磷肥时可以适当集中在根系周围，磷肥和有机肥、农家肥或者煤渣混合后施用，能够减少磷素的固定[21-22]，尽管针对思茅松这一树种，有研究者已经开展过一系列的幼林期的施肥试验研究[9-12，14，16，23]，但研究多限于思茅松幼林期，如罗娅等[23]通过对思茅松造林前3年的思茅松幼树开展施肥试验，提出思茅松幼林期可少用或不用钾肥，而将氮肥与磷肥配合施用，能够显著促进幼树的高径生长，并显著提高土壤中有效磷的含量。事实上，为获得对思茅松人工林需肥特性系统全面的认识，长期定位试验十分必要，这有助于了解土壤—作物—肥料系统中磷素收支平衡的磷肥临界用量，以确定合理施肥量。

由于土壤质量评价具有一定的目的性和针对性，不同研究者所利用的指标也不尽相同[24]，本研究选择有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和全氮、全磷、全钾等在土壤质量评价中使用频率较高的肥力因子作为主要的评价指标，得出了相关的土壤肥力状况。除此以外，土壤的孔隙度、含水量和机械组成等物理性质，土壤酶活性和微生物特性等生物学性质，也是土壤综合评价的重要指标，并显著影响着土壤营养元素的转化循环和养分的有效性，是值得我们在今后的工作中进一步研究和探索的内容。只有对土壤肥力进行科学全面的分析评价，并与林地生产力、林木生长量等指标相结合，才能为思茅松的造林地选择，原料林营建中的精准施肥和土壤管理等提供指导和依据，促进思茅松林分生长量的提升、林地高产和可持续经营，促进思茅松的产业化发展。