貴州龍里林場馬尾松濕地松人工林土壤養(yǎng)分分布特征

倪曉薇 ，寧 晨 ，閆文德 ，劉之洲 ，陳 毅 ，寧曉波

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，湖南 長沙 410004；3.貴州省林業(yè)廳，貴州 貴陽 550001）

貴州龍里林場馬尾松濕地松人工林土壤養(yǎng)分分布特征

倪曉薇1，2，寧 晨1，2，閆文德1，2，劉之洲1，2，陳 毅1，2，寧曉波3

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室，湖南 長沙 410004；3.貴州省林業(yè)廳，貴州 貴陽 550001）

采用現(xiàn)場實測與實驗室分析相結(jié)合的研究方法，對貴州龍里林場外來引進樹種濕地松Pinus elliottii人工林及本地樹種馬尾松Pinus massoniana人工林不同土壤層理化性質(zhì)及養(yǎng)分元素特征進行了研究。結(jié)果表明：2種林分土壤pH值為4.38～4.53，均表現(xiàn)為弱酸性；濕地松人工林有機質(zhì)、全氮、磷、鉀、鈣含量均高于馬尾松人工林；微量元素Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Cr在2種林分中差異顯著（P＜0.05）；主成分分析法表明林分綜合環(huán)境因子變量各指標(biāo)受影響程度為NH4-N＞Zn＞速效P＞Co＞Mn＞Cu＞Mg＞N＞P＞速效K。這些數(shù)據(jù)表明，馬尾松人工林對各養(yǎng)分元素的利用效率均高于濕地松人工林，馬尾松的生長對養(yǎng)分的渴求高于濕地松。關(guān)鍵詞：馬尾松；濕地松；人工林；土壤養(yǎng)分元素；微量元素

引進優(yōu)良速生樹種在我國林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)和森林植被恢復(fù)方面取得了巨大成績，國內(nèi)已有很多成功的報道[1-2]，相思、桉樹和國外松等已成為我國南方森林景觀的組成樹種。然而，相關(guān)報道發(fā)現(xiàn)引進外來樹種存在對環(huán)境脅迫耐受程度低等問題[3]，并可能造成不良的生態(tài)后果，如削減土壤肥力及改變林下生物多樣性等[4-5]，國內(nèi)對這方面的研究較少[6]。

馬尾松Pinus massoniana是我國松樹中分布最廣、數(shù)量最多的樹種，其適應(yīng)能力強，耐干旱、瘠薄，是南方低山丘陵區(qū)群落演替的先鋒樹種，也是荒山綠化造林的主要樹種。在該區(qū)馬尾松林的面積達1.13×107hm2，蓄積量為3.4×108m3，占全國總造林面積的20%，僅次于杉木人工林的造林面積[7-8]。濕地松Pinus elliottii原產(chǎn)于美國東南部，我國自20世紀30年代開始引種，由于它適應(yīng)性強，生長快，木材用途廣，松脂產(chǎn)量高，目前已成為我國南方主要的造林樹種之一，南方11個省區(qū)濕地松造林面積達1.9×106hm2[9]。國內(nèi)已分別對它們的生長發(fā)育規(guī)律、生物產(chǎn)量和養(yǎng)分循環(huán)進行了研究[10-15]。

劉海等[16]研究了林齡相同的4年生馬尾松、濕地松幼樹生物量和養(yǎng)分積累，結(jié)果表明除鉀、鎂含量為濕地松＞馬尾松之外，氮、磷、鈣、鐵含量均為馬尾松＞濕地松，濕地松幼林對各養(yǎng)分元素的利用效率均高于馬尾松。田大倫等[17]研究了馬尾松和濕地松人工林的生物量動態(tài)變化，養(yǎng)分積累與分配以及養(yǎng)分循環(huán)特征進行比較，結(jié)果表明濕地松人工林各器官和總的養(yǎng)分積累量均高于馬尾松，濕地松林養(yǎng)分循環(huán)速率低,周轉(zhuǎn)時間長，需要的養(yǎng)分多，比馬尾松林維持地力的能力差。陳志勇等[18]研究了相似生境下 5 年生的馬尾松、濕地松幼樹凋落物生物量、熱值及養(yǎng)分元素之間相關(guān)性，結(jié)果表明除春季生物量為馬尾松小于濕地松之外，馬尾松幼林夏季、秋季、冬季凋落物生物量均高于濕地松幼林，且同齡馬尾松在生長過程中自肥能力比濕地松較強。

本土樹種的馬尾松與外來樹種濕地松系同一個屬，但原生于不同地域環(huán)境樹種在相同立地條件下造成土壤養(yǎng)分含量方面有什么差異，國內(nèi)尚少見報道。土壤養(yǎng)分是由一定程度融合的人工養(yǎng)分和自然養(yǎng)分組成，自然養(yǎng)分是在土壤形成過程中本身存在的，而人工養(yǎng)分是由于人們在生產(chǎn)過程中不斷輸入而造成的。土壤養(yǎng)分反映了土壤為植物生長提供及協(xié)調(diào)營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力，是土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的綜合反映，是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。這一系列問題的研究可為本土樹種人工林的經(jīng)營管理以及評價引進外來樹種的生態(tài)后果提供科學(xué)依據(jù)。因此，本研究以貴州龍里林場的馬尾松和濕地松人工林為研究對象，分析2種不同林分下土壤大量營養(yǎng)元素以及微量營養(yǎng)元素含量狀況，比較不同林分類型在同層土壤條件下土壤養(yǎng)分狀況尤其是微量元素狀況的關(guān)系，盡可能地合理利用土壤，對人工林進行合理的施肥，適當(dāng)?shù)氖┓视欣谕寥鲤B(yǎng)分狀況的改善[19]，保持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，并為有效科學(xué)的植樹造林以及正確施肥提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

實驗樣地設(shè)置在貴州省龍里林場，地理位置 為 北 緯 26°22′～ 26°45′、 東 經(jīng) 106°45′～107°11′之間，處于苗嶺山脈中段，長江流域烏江水系與珠江流域紅水河水系的分水嶺，烏江三級支流三元河從林區(qū)流過，地勢西北高、東南低，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，多年平均氣溫14.8℃，降水量1 089.3 mm，相對濕度77%。龍里林場成土母巖主要為砂頁巖。土壤以黃壤為主，另有少量黃棕壤、草甸土。pH值在5.5～6.5之間，呈微酸性。

1.2 土壤樣品采集

在研究區(qū)選取20年生同齡且林分密度相近的馬尾松人工林、濕地松人工林，并分別在每個林分中依據(jù)坡位設(shè)置上中下3個樣地，每個樣地內(nèi)隨機設(shè)置3個采樣點進行土樣采集，每個樣點根據(jù)土層厚度和根系分布情況按照0～15、15～30、＞30 cm分層次取土。每個層次用布袋取土約1 kg，剔除根系、石塊等雜物，用于土壤理化性質(zhì)的分析，采用200 cm3標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀取土，用于土壤容重和含水率的測定。在距離林地200 m以外用同樣的方法取同等數(shù)量的土樣作為對照土壤。

1.3 土壤理化及化學(xué)分析法

土壤容重和自然含水率采用環(huán)刀法測定，土壤pH值采用SJ-4A型pH酸度計法(水浸提)測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；全氮采用半微量凱氏定氮法測定；硝態(tài)氮采用雙波長分光光度法測定，銨態(tài)氮采用納氏試劑比色法測定；全磷采用鉬銻抗比色法測定；速效磷采用鹽酸氟化銨浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度計法；全量鉀、鈣、鎂及微量元素采用碳酸鈉堿熔—鹽酸提取，用Hp3510原子吸收分光光度計測定。

2 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2010，SPSSl3.0及R 3.2.4進行數(shù)據(jù)處理，并利用R中vegan package的adonis命令對數(shù)據(jù)進行MANOVA多元方差檢驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤養(yǎng)分元素含量的變化

2種林分土壤養(yǎng)分元素含量的研究結(jié)果如表1所示。由表1可知，2種林地均呈酸性，pH值在4.38～4.58之間，土壤pH值隨土壤深度變化趨勢不明顯?？傮w比較，能看出馬尾松人工林土壤pH值最強。土壤酸度是土壤肥力狀況的重要影響因子，土壤有機質(zhì)分解、土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素的釋放與轉(zhuǎn)移，以及土壤發(fā)生過程中的元素遷移都與土壤pH值有關(guān)。

表1 不同林分類型土壤養(yǎng)分元素含量?Table 1 Contents of macro-nutrients in soil layers of Pinus massoniana and Pinus elliottii plantations

在表層土壤中，有機質(zhì)含量在濕地松人工林（23.50 g/kg）中遠高于馬尾松人工林（16.56 g/kg），但在深層土壤中，馬尾松人工林（14.21 g/kg）卻略大于濕地松人工林含量（13.99 g/kg）。對任意層土壤相比較，全氮含量在濕地松人工林中均顯著高于馬尾松人工林（p＜0.05），鎂元素在2種不同林分中的含量排列順序和有機質(zhì)含量分布呈現(xiàn)一致性。

通過比較各林分速效養(yǎng)分可發(fā)現(xiàn)，在任何土壤層中，濕地松人工林銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均高于馬尾松人工林。在表層土壤（0～15 cm）速效鉀含量比較，濕地松人工林（15.42 mg/kg）＞馬尾松人工林（10.61 mg/kg）；而速效磷含量馬尾松人工林（1.24 mg/kg）＞濕地松人工林（1.18 mg/kg）。在深層土壤中（＞30 cm），速效磷和速效鉀含量分布特征與表層土壤相反。

2種林分與同一地區(qū)無林空地相比，各養(yǎng)分元素均低于無林空地，其主要原因可歸結(jié)為：造林后隨著大量植物種類的增加，對土壤中大量元素的吸收、積累增多，以至土壤中大量元素貯量減少；由于Ca是植物體中不易移動的元素，被植被吸收后生物循環(huán)緩慢，故在土壤中呈現(xiàn)下降趨勢；K元素最易淋溶，生物循環(huán)系數(shù)大，故在土壤中貯量下降幅度??；氨氮在林分土壤中的大幅增加表明隨著植物根系生長及其伴隨土壤微生物的增多，加快土壤中有機物的礦化作用，轉(zhuǎn)換為易于植物根系吸收和微生物利用的速效氮形式；土壤中速效磷的降低表明附著在土壤膠體中的速效磷被植物及根系微生物通過根系分泌物及酶加以吸收利用。由此可見，土壤中大量元素貯量雖有減少，但因其減少幅度不大，另外，通過凋落物及死地被物中含有豐富的營養(yǎng)元素可補充，不會引起土壤肥力下降，而對提高土壤營養(yǎng)元素的利用起到促進的作用。

3.2 土壤微量元素含量的變化

土壤各層微量元素含量變化由表2所示。鉛、鐵、銅、鋅、錳、鉻、鈷的含量在2種不同林分中均是濕地松人工林最高，馬尾松人工林含量較低。在表層土壤（0～15 cm）中，馬尾松人工林與濕地松人工林的微量元素鉛、鈷、鉻、鐵含量具有差異顯著性（P＜0.05）；在中層土壤（15～30 cm）中，2種林分微量元素鎳、鈷、鉻、鐵、銅、鋅、錳含量差異明顯；在最深層土壤（＞30 cm）中，鉛、鈷、鉻、鐵、鋅、錳、鎘均存在差異顯著性（P＜0.05）。從總體上看，馬尾松人工林植被對土壤中微量元素的利用程度高于濕地松人工林。

表2 不同林分類型土壤微量元素含量?Table 2 Contents of micro-nutrients in soil layers of Pinus massoniana and Pinus elliottii plantations

3.3 土壤各養(yǎng)分元素相關(guān)性分析

從總體來看，MANOVA 多元方差分析表明差異顯著（p＜0.001），說明土壤類型各養(yǎng)分元素組成受林分類型影響。主成分軸1（PCA 49.6%）和軸2（PCA 16.8%）表明各樣地土壤養(yǎng)分差異主要受速效養(yǎng)分（氨氮、硝氮、速效P、速效K）以及各微量元素影響（見圖1）。林分綜合環(huán)境因子變量各指標(biāo)受影響程度為NH4-N＞Zn＞速效P＞Co＞Mn＞Cu＞Mg＞N＞P＞速效K。

圖1 土壤各養(yǎng)分元素主成分分析PCAFig.1 Principle cardinal analysis of soil nutrients contents among Pinus massoniana and Pinus elliottii plantations

由表3、4可知，在2種林分中，全氮與全磷之間，存在極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）；2種林分中的全磷與C/N存在負相關(guān)性（p＜0.05）。在濕地松人工林土壤中，速效鉀和硝態(tài)氮之間具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）；鎂與全鉀之間有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01），相反，其與鈣之間具有顯著負相關(guān)性（p＜0.05）；鈣與微量元素之間均具有負相關(guān)性；鉀與大部分微量元素具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01），如與鉛、鎳、鐵、鋅、錳；有機質(zhì)、全氮分別與微量元素鉻、銅之間具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.05）；在濕地松人工林土壤

中的微量元素之間均是正相關(guān)，銅與鋅、鋅與錳、錳與鉛都具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）；而鐵與錳、錳與銅、錳與鈷之間具有顯著正相關(guān)性（p＜0.05）（見表3）。

表3 濕地松人工林養(yǎng)分元素相關(guān)性Table 3 Pearson’s correlation matrix of soil physicochemical properties in Pinus elliottii plantation

表4 馬尾松人工林養(yǎng)分元素分析?Table 4 Pearson’s correlation matrix of soil physicochemical properties in Pinus massoniana plantation

由表4可知，在馬尾松人工林中，全氮與全磷之間具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01），與銨態(tài)氮之間存在顯著負相關(guān)性（p＜0.05），與全鎂、速效磷之間具有顯著正相關(guān)性（p＜0.05）；全磷與速效磷有顯著正相關(guān)性（p＜0.05）；大量元素鎂與微量元素鐵、銅、鋅、錳之間具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）；眾多微量元素之間存在相關(guān)性，如鐵、鋅、錳兩兩之間有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）；鎳與鈷、鐵、銅、鋅、錳均具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01）。

4 結(jié)論與討論

在林齡相近的2個林分中，濕地松人工林土壤中有機質(zhì)、全氮、磷、鉀、鎂、鐵及速效養(yǎng)分含量均高于馬尾松人工林。這些數(shù)據(jù)表明,馬尾松人工林對各養(yǎng)分元素的利用效率均高于濕地松人工林，馬尾松的生長對氮的渴求高于濕地松。植被作為土壤有機質(zhì)的主要來源，對土壤化學(xué)性質(zhì)也有深刻的影響[20]。在表層土壤（0～15 cm）內(nèi)，濕地松林的土壤容重、含水率和pH值均高于馬尾松，說明濕地松林的土壤熟化度高于馬尾松林，這與劉海等[16]人研究結(jié)果一致。

大量研究表明，立地條件可影響林木對土壤養(yǎng)分的吸收利用，土壤中養(yǎng)分元素的含量高低直接影響著群落生產(chǎn)力，土壤養(yǎng)分越豐富，群落生產(chǎn)力越低[21]。在本研究中，濕地松人工林任一深度的土壤微量元素鉛、鎳、鈷、鉻、銅、錳、鋅、鎘含量均高于馬尾松人工林，表明本研究區(qū)域內(nèi)馬尾松林內(nèi)植被對土壤微量元素的利用程度高于濕地松。

土壤中各環(huán)境因子并不是單獨起作用的，它們之間存在著影響和制約的關(guān)系，并且研究區(qū)域的大氣候環(huán)境也制約著土壤環(huán)境因子起作用的范圍[22]。本研究中，鉀、鐵、鎂、錳、鋅等元素之間均具有極顯著正相關(guān)性（p＜0.01)，可表明土壤中的元素與元素之間起著相輔相成的作用，互相影響。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷兩兩之間呈極顯著正相關(guān)性（p＜0.01)，土壤全磷與C/N呈負相關(guān)性，與速效磷之間呈不顯著相關(guān)性，表明兩者相互影響不大，但同時還受到針葉林地貌狀況、地化特征及根系菌根及微生物等的影響，因此是一個較為復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)變化，其更深層次的原因仍待探討。

本研究僅對濕地松和馬尾松人工林的土壤養(yǎng)分分布情況進行了比較，較為單一、少量，在今后的研究中可以適當(dāng)加上兩種森林凋落物的養(yǎng)分狀況，因為了解森林凋落物養(yǎng)分的積累量，對森林經(jīng)營管理和林地肥力維持機制具有重要的意義[23]。更合理、更系統(tǒng)、更全面的對比分析本土樹種馬尾松與外來引進樹種濕地松人工林之間的差異性，有利于保護管理不同森林類型，維持其生態(tài)平衡。

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[本文編校：謝榮秀]

Soil nutrients status of masson pine and slash pine plantations in Guizhou Longli forest farm

NI Xiaowei1,2, NING Chen1,2, YAN Wende1,2, LIU Zhizhou1,2, CHEN Yi1,2, NING Xiaobo3
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2.National Engineering Lab. for Applied Technology of Forestry and Ecology in South China, Changsha 410004, Hunan, China;3.Forestry Bureau of Guizhou Province, Guiyang 550001, Guizhou, China)

In this study, we appliedfield sampling and soil property analysis methods to investigate the soil nutrients difference between introduced afforestation species slash pine (Pinus elliottii) and native species masson pine (Pinus massoniana) plantations in Longli forest farm, Guizhou, China. The results showed that: a) pH value ranges from 4.38～4.53, indicate the soil belonging to acid-soil type;b) the content of organic matter, total N, total P, total K, and Ca were significantly (p＜0.05) higher in slash pine plantation when comparing with masson pine; c) micronutrients Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Cr were significantly（p＜ 0.05） higher in slash pine plantation;d) Principe Cardinal Analysis results showed that the main factors of soil property was affected by NH4-N ＞ Zn＞ available P＞ Co＞Mn＞ Cu＞ Mg＞ N＞ P＞ available K. The results imply that masson pine had a higher ability to acculmulate soil macro- and micronutrient in that case masson pine is eager for more soil nutrients.

Pinus massoniana;Pinus elliottii; plantation; soil nutrients; micronutrients

S714.8；S791.248；S791.246

A

1673-923X(2017)09-0049-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.09.009

2016-12-12

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（201404316）；國家自然科學(xué)基金項目（31070410，30571487，30870455）

倪曉薇，碩士研究生

寧 晨，講師，博士，E-mail：ningchen0059@hotmail.com

倪曉薇，寧 晨，閆文德，等,貴州龍里林場馬尾松濕地松人工林土壤養(yǎng)分分布特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017,37(9): 49-56.