文昌市5 种森林类型土壤养分含量特征分析

黎丽娟

文昌市林业局，海南文昌 571300

森林是一个复杂的生态系统，由各种动植物、微生物以及土壤组成。土壤是森林生态系统中最重要的组成部分之一，对植物的生长和生态系统的健康起着至关重要的作用。近年来，随着全球气候变化对森林生态系统的影响日益显著，研究和了解森林土壤养分含量特征越来越重要。不同森林类型凋落物、储量、养分归还量及凋落物分解速率不同，林下土壤养分质量分数差异明显［1-2］，且具有各自独特的土壤养分特征。碳、氮、磷、钾是植物生长发育的必需元素[3]，准确了解不同森林类型土壤养分分布，直接关系到森林植被的生长和演替。因此，深入探究不同森林类型土壤养分含量特征，对于科学合理地利用和保护森林资源具有重要意义。

该文选择海南省东北部的文昌市5 种不同森林类型（木麻黄林、大叶相思林、湿加松林、椰子林、混交林）土壤为研究对象，对不同森林类型间及不同层次土壤养分进行测定及分析，探讨了森林土壤养分特征的形成机制及其对森林生态系统的影响。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

研究区域在海南省文昌市，地理位置为19°34′01″N ～19°44′23″N，110°43′19″E ～1111°58′34″E，属热带海洋性季风气候区，年平均气温在25℃，夏季高温多雨，冬季晴朗干燥，年均降水量为1740mm，全年雨量的70%～90%集中在6月～10 月，尤以9 月最多。受季风带影响，以南风、东南风为主。年均蒸发量为1892mm，与降雨量持平[4]。该区域目前的主要森林类型有次生演替过程形成的常绿阔叶混交林、木麻黄林、大叶相思林、椰子林、湿加松林及一些杂灌林等。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择

2022 年8 月在文昌市选择具有代表性的森林类型，选取年龄组成相近的典型林分进行研究，分别是木麻黄(Casuarina equisetifolia)林、大叶相思（Acacia auriculiformis）林、椰子（Cocos nucifera）林、湿加松（Pinus elliottii×Pinus oaribaea）林、混交林，每种森林类型选择3 个样地，每个样地面积为20m×30m，采用PVC 管对每个样方标记。

1.2.2 样品采集及分析

1.2.2.1 样品采集

在每个样方内按对角线随机挖取土壤剖面3个，在土层0＜h≤20cm、20cm＜h≤40cm 处采集土壤，重复3 次，将土取出后带回实验室内，土样经风干去杂后过1mm、0.25mm 筛，用于土壤化学性质的测定。

1.2.2.2 土壤分析测定方法

根据《土壤农业化学分析方法》[5]对土壤样品各项指标进行测定，其中pH 值测定采用电位法，有机质含量测定采用铬酸氧还滴定法，全氮含量测定采用半微量开氏法，全磷含量测定采用酸溶—钼锑抗比色法，全钾含量测定采用碱溶—火焰光度法。

1.3 数据分析

采用Excel 2012 进行数据统计与处理，不同森林类型间采用spss 8.0 统计软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）及多重比较（LSD），同一森林类型土层间采用spss 8.0 统计软件进行独立样本T 检验差异比较，用Spearman 相关性系数法分析土壤养分的相关性。

2 结果与分析

2.1 土壤pH

土壤溶液的pH 是影响土壤养分的重要因素之一，它直接影响土壤中养分存在的状态、转化和有效性[6]。由表1 可知，5 种森林类型的土壤剖面的各层pH 范围在5.20～6.10，呈酸性。方差分析表明，5 种森林类型间土壤pH 含量差异极显著(p＜0.01)，pH大小顺序为湿加松林（5.20）＜混交林（5.45）＜椰子林（5.71）＜大叶相思林（5.93）＜木麻黄林（6.10）。其中，湿加松林、混交林土壤酸碱度属于强酸性；椰子林、大叶相思林、木麻黄林土壤酸碱度属于酸性，强弱相差不大。在土层垂直变化上，对2 个土层（0＜h≤20cm、20cm＜h≤40cm）pH 进行对比，除了木麻黄林随着土层加深而变大，其余都是随着土层加深而变小趋势。T 检验分析显示，同一森林类型各层之间土壤pH含量均差异不显著(p＞0.05)。

表1 5 种森林类型土壤pH 变化比较Tab.1 Comparison of Soil pH Changes in 5 Types of Forests

2.2 土壤有机质

由表2 可以看出，5 种森林类型土壤有机质含量为5.42g/kg～14.14g/kg。方差分析表明，5 种森林类型间土壤有机质含量差异极显著(p＜0.01)。土壤有机质大小顺序为木麻黄林（5.42g/kg）＜椰子林（7.86g/kg）＜湿加松林（9.23g/kg）＜大叶相思林（9.44g/kg）＜混交林（14.14g/kg）。其中，混交林土壤有机质含量明显高于其他森林类型，木麻黄林整体低于其他森林类型，混交林土壤有机质是木麻黄林的2.84 倍。在土层垂直变化上，5 种森林类型的土壤有机质含量都表现出随深度增加而减小的变化规律，T 检验分析显示，同一森林类型各层之间土壤有机质含量均差异不显著(p＞0.05)。

表2 5 种森林类型土壤有机质养分含量变化比较Tab.2 Comparison of Organic Nutrient Content in 5 Types of Forest Soils

2.3 土壤全氮

土壤全氮含量是衡量土壤氮素供应状况及其有效性的重要指标[7]。由表3 可以看出，5 种森林类型土壤全氮含量在0.24g/kg～0.70g/kg。方差分析显示，5 种森林类型间土壤有机质含量差异极显著(p＜0.01)，土壤全氮大小顺序为木麻黄林(0.24g/kg)＜椰子林(0.36g/kg)＜湿加松林（0.38g/kg）＜大叶相思林（0.38g/kg）＜混交林（0.70g/kg）。在土层垂直变化上，土壤全氮在不同森林类型都表现出随深度增加而减小的变化规律。其中，混交林在不同土层间都表现出高于其他森林类型土壤，椰子林土壤氮含量在不同土层表现都比较低。T 检验分析显示，同一森林类型各层之间土壤有机质含量均差异不显著(p＞0.05)。

表3 5 种森林类型土壤全氮养分含量变化比较Tab.3 Comparison of Changes in Soil Total Nitrogen Nutrient Content for Five Forest Types

2.4 土壤全磷

土壤全磷量是衡量土壤中的所有形态磷的总量指标。由表4 可以看出，5 种森林类型土壤全磷含量在0.02g/kg～0.06g/kg，土壤全磷含量整体偏低。方差分析表明，5 种森林类型间土壤全磷含量差异极显著(p＜0.01)，5 种森林类型间土壤的全磷含量大小顺序为大叶相思林（0.02g/kg）＜木麻黄林（0.03g/kg）＜椰子林（0.04g/kg）＜混交林（0.05g/kg）＜湿加松林（0.06g/kg），其中湿加松林含量最高，是大叶相思林的3 倍。同一森林类型土层垂直变化上，都表现出随着土层增加而减小趋势。T检验分析显示，同一森林类型各层之间土壤全磷含量均差异不显著(p＞0.05)。

表4 5 种森林类型土壤全磷养分含量变化比较Tab.4 Comparison of Total Phosphorus Nutrient Contents in Soil of 5 Forest Types

2.5 土壤全钾

土壤全钾是衡量土壤中可供植物吸收利用的钾元素总量的指标。由表5 可以看出，5 种森林类型土壤全钾含量在0.50g/kg～0.92g/kg。方差分析显示，5 种森林类型间土壤有机质含量差异极显著(p＜0.01)，5 种森林类型土壤的全磷含量大小顺序为椰子林（0.50g/kg）＜大叶相思林（0.53g/kg）＜混交林（0.54g/kg）＜湿加松林（0.67g/kg）＜木麻黄林（0.92g/kg）。同一森林类型土层垂直变化上，除了木麻黄林外，都表现出随着土层增加而减少趋势。T 检验分析显示，同一森林类型各层之间土壤全钾含量差异不显著(p＞0.05)。

表5 5 种森林类型土壤全钾养分含量变化比较Tab.5 Comparison of Changes in Total Potassium Nutrient Content of Soil for Five Forest Types

2.6 土壤养分指标相关分析

由表6 可知，相关分析表明：土壤pH 与土壤全钾含量达到极显著正相关，与土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷含量达到显著负相关；土壤有机质与土壤全氮、土壤全磷含量达到极显著正相关，与土壤全钾含量达到显著负相关；土壤全氮与土壤全磷含量达到显著正相关，与土壤全钾含量达到显著负相关；土壤全磷与土壤全钾含量相关关系不显著。

表6 土壤养分指标之间的相关性分析Tab.6 Correlation Analysis Between Soil Nutrient Indicators

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）5 种森林类型土壤养分存在明显的差异，土壤pH 范围在5.20～6.10，呈酸性。其中，湿加松林、混交林土壤酸碱度属于强酸性，椰子林、大叶相思林、木麻黄林土壤属于酸性，强弱相差不大；土壤有机质含量为5.42g/kg～14.14g/kg，土壤全氮含量为0.24g/kg～0.70g/kg，均为混交林最高，大叶相思林、湿加松林、椰子林次之，木麻黄林最低；土壤全磷含量为0.02g/kg～0.06g/kg，为湿加松林最高，混交林、椰子林、木麻黄林次之，大叶相思林最低；土壤全钾含量为0.50g/kg～0.92g/kg，木麻黄林最高，湿加松林、混交林、大叶相思林次之，椰子林最低。

（2）同一森林类型不同土层间差异不显著，除pH外，基本土壤养分指标上呈现出随土壤深度的增加各指标值逐渐下降。其中，混交林比人工林各化学指标下降得较慢，土壤养分分布均匀。

（3）相关分析表明：土壤pH 与土壤全钾含量达到极显著正相关，与土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷含量达到显著负相关；土壤有机质与土壤全氮、土壤全磷含量达到极显著正相关，与土壤全钾含量达到显著负相关；土壤全氮与土壤全磷含量达到显著正相关，与土壤全钾含量达到显著负相关；土壤全磷与土壤全钾含量存在不显著相关关系。

3.2 讨论

土壤pH 主要取决于成土母质和成土过程及土壤溶液浓度[8]。研究结果表明，5 种森林类型土壤pH均在6.5 以下，呈酸性，主要原因可能是当地土壤代换性氢离子和代换性铝及土壤溶液中铝离子含量高且比较活泼，易存在于酸性土壤中，因而导致土壤呈酸性；其次是文昌地处高温多雨的地方，风化淋溶较强，盐基易淋失，容易形成酸激拆性土壤；再者是文昌市属于台地平原，人类活动频繁，加剧了土壤酸化程度。

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，它与土壤矿质部分共同作为林木营养的来源，它的存在或多或少会直接影响和改变着土壤的一系列物理和化学、生物学的性质[9]。该研究结果表明，不同森林类型土壤养分指标（土壤有机质、全氮、全磷、全钾）大小顺序不完全一致，并非土壤有机质含量高的其全氮、全磷、全钾含量也都比较高[10]，因此影响土壤化学特征的因素十分复杂，仅从土壤有机质方面不能全面揭示土壤的化学特征[11]。该研究中5 种森林类型，人工林（木麻黄林、湿加松林、大叶相思林、椰子林）土壤有机质、全氮、全磷含量均低于混交林，究其原因可能是：（1）4 种人工林地采用清理和翻耕等方式进行土地准备，这会导致土壤的有机质流失，而混交林由于天然生态系统的作用，土壤保持有机物的能力较强；（2）人工林树种单一，与混交林相比，树种多样性不足，无法形成复杂生态系统，缺乏一些诸如植物残体降解及其它生物活动等机制，导致土壤养分的循环和提供量有所下降；（3）人工林经常使用化肥来补充土壤养分，在一定程度上阻碍了土壤微生物的正常生长和养分利用。

同一森林类型不同土层研究结果表明，不同土壤层次各化学指标的结果也不尽相同。除个别指标外，总体呈现出随土壤深度的增加各指标值逐渐下降，但差异并不显著，与前人研究结果基本一致[11]。研究认为，土壤表层更容易受到外界环境的影响，造成土壤养分分布不均匀。另外，混交林比人工林各化学指标在不同土层间差异较小，主要是原因是混交林林分结构复杂，群落多样性高，土壤有机质含量高，土壤微生物多样性高，更有利于有机物的积累，同时受到人为干扰也较少。