武功山山地草甸不同海拔高度土壤機(jī)械組成與養(yǎng)分特性關(guān)系

袁穎丹 ，郭曉敏 ，陳 煦 ，程 曉 ，趙自穩(wěn) ，牛德奎 ，張金池，潛偉平，彭輝武，張文元

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2. 南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037；3. 江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；4. 江西特色林木資源培育與利用2011協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌 330045；5.萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

武功山山地草甸不同海拔高度土壤機(jī)械組成與養(yǎng)分特性關(guān)系

袁穎丹1,2,3,4，郭曉敏2,3,4，陳 煦2,3,4，程 曉2,3,4，趙自穩(wěn)2,3,4，牛德奎2,3,4，張金池2，潛偉平5，彭輝武5，張文元2,3,4

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2. 南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇省水土保持與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210037；3. 江西省森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045；4. 江西特色林木資源培育與利用2011協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌 330045；5.萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

以江西省武功山山地草甸為研究對象，取不同海拔高度不同土層的土壤，對武功山山地草甸土壤機(jī)械組成與養(yǎng)分之間的關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明：武功山山地草甸整體粒徑組成為：粗砂粒＞細(xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞細(xì)粉粒＞中粉粒。武功山山地草甸土壤的有機(jī)質(zhì)含量、全氮和堿解氮含量均處于一級以上水平，土壤有效磷含量處于三級水平，土壤速效鉀處于四級水平。在有機(jī)質(zhì)含量中，上層土壤有機(jī)質(zhì)與粗砂粒呈顯著負(fù)相關(guān)性，與細(xì)砂粒呈顯著正相關(guān)性，下層土壤有機(jī)質(zhì)與中粉粒、細(xì)粉粒和物理性粘粒均呈極顯著負(fù)相關(guān)性，與粘粒呈顯著負(fù)相關(guān)性。下層土壤pH值與粘粒呈極顯著正相關(guān)性；下層土壤的全氮含量與物理性粘粒呈顯著正相關(guān)性；上層土壤有效磷含量與粘粒呈顯著正相關(guān)性，其余各指標(biāo)間均無顯著相關(guān)性。從整體來看，武功山的山地草甸土壤養(yǎng)分含量較高，肥力豐富，說明土壤有能力提供給植物生長所需的養(yǎng)分。

山地草甸；機(jī)械組成；養(yǎng)分；相關(guān)性

土壤機(jī)械組成是指土壤中礦物顆粒的大小及組成比例，土壤中的各級粒徑是土壤的重要組成部分，影響著土壤的物理化學(xué)性質(zhì)生物學(xué)特性，也直接關(guān)系到土壤的保肥保水和通透等性能[1]。不同土壤的機(jī)械組成，在礦物組成上有顯著的區(qū)別，其化學(xué)成分和其他各種性質(zhì)也均不相同[2]。土壤中的養(yǎng)分狀況和它對各養(yǎng)分吸附能力的強(qiáng)弱都與土壤的粒級組成有很大的關(guān)系[3]。研究和了解土壤的機(jī)械組成和養(yǎng)分狀況對土壤的改良、耕作和施肥都有著極為重要的意義[4]。

土壤是植物生存的基質(zhì)，其氮、磷、鉀素的供給直接影響著植物的生長、發(fā)育與繁殖策略及其群落的組成、結(jié)構(gòu)與功能[5]。山地草甸的生長講究土壤理化環(huán)境的適宜，合適的土壤理化環(huán)境能夠提供良好的水、氣、熱等條件，適宜的化學(xué)環(huán)境能創(chuàng)造合適生長的肥力條件。殷暉等[6]認(rèn)為土壤中的氮、磷、鉀的供給能力取決于土壤顆粒的大小。高亞軍認(rèn)為[7]，土壤的形成就是粘粒形成與機(jī)械組成的變化，粘粒越多，土壤膠體越豐富，吸附性能越強(qiáng)，所吸附的養(yǎng)分越豐富。鄒誠等[8]認(rèn)為，土壤機(jī)械組成差異是造成養(yǎng)分差異的主要因素。

武功山山地草甸在我國范圍內(nèi)具有海拔低以及分布范圍廣的特點(diǎn)，屬于典型的亞熱帶山地草甸，近年來，隨著武功山一年一度的帳篷節(jié)活動(dòng)的開展，武功山山地草甸都遭到不同程度的人為干擾破壞。由于在亞熱帶山地草甸中對機(jī)械組成和養(yǎng)分關(guān)系的研究較少，故本論文選取武功山不同海拔中未遭受人為干擾的區(qū)域進(jìn)行采樣，研究不同海拔土壤上下層的機(jī)械組成和土壤養(yǎng)分的相關(guān)特性，對山地草甸的土壤改良和施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西武功山位于羅霄山脈北段，為贛江水系和湘江水系的分水嶺（114°10′～ 114°17′E，27°25′～27°35′N），屬于低緯度亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫14～16℃，夏季最高溫度為23℃，年均日照時(shí)間在1 580～1 700 h之間，年平均蒸發(fā)量1 360～1 700 mm，年平均濕度70%～80%，年均降水量為1 350～1 570 mm。武功山巖石主要由花崗巖、片麻巖構(gòu)成；主峰白鶴峰（金頂）海拔1 918.3 m。土壤是山地草甸土，由于枯枝落葉豐富以及積水、低溫等因素，有機(jī)物腐爛分解緩慢，土層淺薄，色澤黝黑，干后成塊[9]。在我國華東植被區(qū)劃中具有重要地位，山體垂直，海拔較高，且山勢陡峻，導(dǎo)致氣候、土壤、植被的垂直地帶性分異明顯，具典型的山地草甸植被類型。在天然草地上，主要有禾本科的野古草Arundinella anomala、芒 Miscanthus sinensis、茅根Perotis indica等，還有少量蓼科Polygonaceae、薔薇科Rosaceae、唇形科Labiatae和十字花科Cruciferae植物[10]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品采集

2013年10月下旬于武功山上進(jìn)行試驗(yàn)樣地設(shè)置與樣品采集。在武功山金頂風(fēng)景區(qū)，海拔1 600 m到1 900 m之間，每隔100 m為一個(gè)海拔梯度，共4個(gè)梯度（1 600，1 700，1 800，1 900 m）。每個(gè)梯度選取人為干擾較小、坡向一致、植物生長一致的植被區(qū)域，隨機(jī)設(shè)置3個(gè)10 m×10 m的樣地，以作為對比不同海拔間土壤特征的試驗(yàn)樣地。每個(gè)樣方內(nèi)采用沿對角線5點(diǎn)采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)的土壤包括兩層，深度依次為上層（0～20 cm）和下層（20～40 cm）的土樣[11]，去除土壤中的植物根系，帶回實(shí)驗(yàn)室，然后風(fēng)干、磨碎、過篩、保存，供土壤養(yǎng)分和機(jī)械組成的測定使用[12]。

1.3 測定方法

土壤全氮采用FOSS8400全自動(dòng)凱氏定氮儀測定；土壤堿解氮采用堿解蒸餾法測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀—濃硫酸消煮法測定；土壤pH值采用電位測定法；土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定；土壤速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定[13]；土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2013和SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)用ANOVA方差分析，差異顯著性運(yùn)用LSD進(jìn)行多重比較，相關(guān)性采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤機(jī)械組成特征

土壤顆粒組成指土壤中大小不同的各級土粒的比率，是影響土壤松緊度、通透性能以及肥力高低的基本因素，是反映土壤發(fā)育程度的標(biāo)志之一[14]。筆者測定了粒徑＜1 mm的細(xì)土部分土壤機(jī)械組成，依據(jù)卡欽斯基土壤粒徑分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，主要包含：1.00～0.25 mm的粗砂粒含量、0.25～0.05 mm的細(xì)砂粒含量、0.05～0.01 mm的粗粉粒含量、0.01～0.005 mm的中粉粒含量、0.005～0.001 mm的細(xì)粉粒含量、＜0.001 mm的粘粒含量和＜0.01 mm的物理性粘粒含量。

由表1可知，從上下土層來看，上層土壤顆粒組成順序?yàn)椋捍稚傲＃炯?xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞中粉?！旨?xì)粉粒；下層土壤顆粒組成順序?yàn)椋捍稚傲＃炯?xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞細(xì)粉粒＞中粉粒。上層土的物理性粘粒含量大于下層土。從不同海拔高度來看，1 900 m海拔土壤的顆粒組成順序?yàn)椋捍稚傲＃炯?xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞細(xì)粉粒＞中粉粒；1 800 m海拔土壤的顆粒組成順序?yàn)椋捍稚傲＃炯?xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞細(xì)粉粒＞中粉粒；1 700 m海拔土壤的顆粒組成順序?yàn)椋捍稚傲＃敬址哿＃炯?xì)砂?！终沉＃局蟹哿＃炯?xì)粉粒；1 600 m海拔土壤的顆粒組成順序?yàn)椋杭?xì)砂粒＞粗砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞中粉粒＞細(xì)粉粒。物理性粘粒的海拔高度順序：1 600＞1 800＞1 900＞1 700 m。1 600 m的物理性粘粒含量最大，說明在海拔1 600 m處的土壤養(yǎng)分含量較高保水保肥能力強(qiáng)，但通透性較差。

0.05 ～0.01 mm粗粉粒上下層土含量差異顯著，在上層土中，海拔1 600 m與其他3個(gè)海拔的差異明顯；在下層土中，海拔1 900 m與海拔1 600 m、1 700 m這兩個(gè)海拔相比差異顯著；在1.00～0.25 mm粗砂粒下層土含量中，海拔1 900和1 600、1 700、1 800 m三者之間呈現(xiàn)出差異顯著性；0.25～0.05 mm細(xì)砂粒下層土含量中，海拔1 600 m與海拔1 700 m兩者之間差異顯著；0.005～0.001 mm細(xì)粉粒下層土含量中，海拔1 800 m與1 700 m兩者之間具有顯著差異性。通過比較得知，顯著差異性大多數(shù)表現(xiàn)在下層土壤中，說明上層土壤可能受到人為干擾的影響，其顯著性相差并不大，而下層土壤多保持其原狀性質(zhì)，所以其顯著性增加。

表1 不同海拔高度土壤上層與下層機(jī)械組成Table 1 The upper and lower soil mechanical components at different altitudes

表2 不同海拔高度上層與下層土壤養(yǎng)分Table 2 The upper and lower soil nutrients at different altitudes

土壤機(jī)械組成和土壤養(yǎng)分含量的變異強(qiáng)度評價(jià)參照薛正平的三級評價(jià)法進(jìn)行分析：變異系數(shù)CV＜10%為弱變異；10%≤CV≤30%，中等變異；CV＞30%，強(qiáng)變異。從不同海拔高度來看，整體變幅較大，屬于中度-強(qiáng)變異，尤其是在海拔1 800 m均屬于強(qiáng)度變異。從不同土層來看，整體也是屬于中度-強(qiáng)變異，但是上層土的變異性明顯大于下層土，上層土最大變異系數(shù)為107.5%，下層土最大變異系數(shù)為111%。

2.2 土壤養(yǎng)分含量狀況

土壤pH值的范圍在4.66～4.77，屬于強(qiáng)酸性土壤，其變異系數(shù)均屬于弱變異，海拔之間與土層之間均無顯著差異。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，武功山山地草甸土壤的有機(jī)質(zhì)含量、全氮和堿解氮含量均處于一級以上水平，土壤有機(jī)質(zhì)含量上層比下層高0.598%，整體有機(jī)質(zhì)含量在6.03%～10.07%之間，變異系數(shù)屬于中度—弱變異。土壤全氮含量上層比下層高0.78 g·kg-1，整體全氮含量在 2.42 ～ 4.79 g·kg-1，變異系數(shù)屬于中度-弱變異。土壤堿解氮含量上層比下層高65.71 mg·kg-1，整體堿解氮含量在176.29～353.35 mg·kg-1，變異系數(shù)屬于中度-強(qiáng)變異。土壤有效磷含量處于3級水平，土壤有效磷含量下層土壤比上層土壤高4.05 mg·kg-1，變異系數(shù)屬于中度-強(qiáng)變異。土壤速效鉀處于四級水平，土壤速效鉀含量上層比下層高10.18 mg·kg-1，變異系數(shù)屬于強(qiáng)度變異。

在土壤上層速效鉀養(yǎng)分含量中，海拔1 700 m與海拔1 800 m具有顯著差異性。在土壤上層全氮養(yǎng)分含量中，海拔1 700 m與海拔1 800 m、1 900 m之間具有顯著差異性。在土壤上層堿解氮養(yǎng)分含量中，海拔1 700 m與海拔1 800 m之間具有顯著差異性。在土壤下層有效磷養(yǎng)分含量中，海拔1 900 m與海拔1 700 m之間具有顯著差異性。

2.3 上層與下層土壤機(jī)械組成與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系

從表3 中可以看出，在有機(jī)質(zhì)含量中，上層土壤有機(jī)質(zhì)與粗砂粒（粒徑1.00～0.25 mm）呈顯著負(fù)相關(guān)性，與細(xì)砂粒（粒徑0.25～0.05 mm）呈顯著正相關(guān)性，下層土壤有機(jī)質(zhì)與中粉粒（粒徑0.01～0.005 mm）、細(xì)粉粒（粒徑0.005～0.001 mm）和物理性粘粒（粒徑＜0.01 mm）均呈極顯著負(fù)相關(guān)性，與粘粒（粒徑＜0.001 mm）呈顯著負(fù)相關(guān)性。由此可以看出有機(jī)質(zhì)是造成土壤各粒徑不同組成比例的重要因素之一。

表3 武功山山地草甸土壤養(yǎng)分與機(jī)械組成的相關(guān)性?Table 3 Correlation between soil nutrients and mechanical composition in Wugong mountain meadow

下層土壤pH值與粘粒（粒徑＜0.001 mm）呈極顯著正相關(guān)性；下層土壤的全氮含量與物理性粘粒（粒徑＜0.01 mm）呈顯著正相關(guān)性；上層土壤有效磷含量與粘粒（粒徑＜0.001 mm）呈顯著正相關(guān)性，其余各指標(biāo)間均無顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

土壤中的各粒徑是土壤的重要組成部分，影響了土壤的許多物理化學(xué)性質(zhì)，它對植物生長的作用主要是通過對土壤水分的保持、通氣性能以及有機(jī)質(zhì)的固持性能的影響來實(shí)現(xiàn)。研究結(jié)果表明，武功山山地草甸整體粒徑組成為：粗砂粒＞細(xì)砂粒＞粗粉粒＞粘粒＞細(xì)粉粒＞中粉粒。從土壤特征分析結(jié)果來看，土壤粒徑范圍集中在粗砂粒（粒徑1.00～0.25 mm）和細(xì)砂粒（粒徑0.25～0.05 mm），粘粒比重居中。根據(jù)卡慶斯基土壤質(zhì)地類型進(jìn)行分類，武功山山地草甸土壤屬于輕壤土類型。此種類型土壤透水透氣性能良好，有機(jī)質(zhì)含量較高。

土壤pH值反映了土壤的酸堿度，是土壤溶液的酸堿反映，土壤酸堿度是影響植物分布的重要因素，同時(shí)也影響著植物的生長發(fā)育，它與土壤的理化性質(zhì)具有相關(guān)性。武功山山地草甸的土壤的pH值在4.66～4.77之間，屬于強(qiáng)酸性土壤。土壤有機(jī)質(zhì)整體處于一級水平，有機(jī)質(zhì)含量較為豐富，土壤中所含碳的有機(jī)物質(zhì)較多，武功山山地草甸土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于各類植物的凋落物、死亡的植物體及根系，土壤動(dòng)物以及各種微生物的殘?bào)w，雖然僅占土壤的一小部分，但它顯著地影響著土壤的理化特征。

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)可知[15]，武功山山地草甸土壤中的全氮含量處于一級極為豐富的水平，堿解氮含量也處于一級極為豐富的水平，有效磷含量處于三級最適宜的水平，速效鉀含量處于四級適宜水平，從整體來看，武功山的山地草甸土壤養(yǎng)分含量較高，肥力豐富，說明土壤有能力提供給植物生長所需的養(yǎng)分。本研究主要以土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀為研究對象，而土壤養(yǎng)分的內(nèi)容較多，除本文所涉及到的幾項(xiàng)主要指標(biāo)之外，還包含鈣、鎂、硫等中、微量元素，有研究表明中、微量元素對禾本科的植被作用和大量元素一樣重要[16-17]，另外，作為國家準(zhǔn)5A級旅游景區(qū)，武功山草甸分布區(qū)受到較多的人為干擾[18]，未來將結(jié)合更加全面的土樣養(yǎng)分指標(biāo)，同時(shí)考慮人為干擾對草甸影響的相關(guān)效應(yīng)，進(jìn)一步對武功山草甸分布區(qū)域植被及土壤生態(tài)學(xué)特征開展深入的研究。

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Relationship between soil mechanical composition and nutrient characteristics at different altitudes in mountain meadow of Wugong mountain

YUAN Yingdan1,2,3,4, GUO Xiaomin2,3,4, CHEN Xu2,3,4, CHENG Xiao2,3,4, ZHAO Ziwen2,3,4, NIU Dekui2,3,4,ZHANG Jinchi2, QIAN Weiping5, PENG Huiwu5, ZHANG Wenyuan2,3,4
(1. College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi, China; 2. Key Laboratory of Soil and Water Conservation and Ecological Restoration in Jiangsu Province, Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China; 3.Jiangxi Key Laboratory of Silviculture, Nanchang 330045, Jiangxi, China;4.Collaborative Innovation Center of Jiangxi Typical Trees Cultivation and Utilization, Nanchang 330045, Jiangxi, China; 5. Forestry Science Institute of Pingxiang, Pingxiang 37000, Jiangxi, China)

The meadow of Wugong Mountain in Jiangxi Province as the research object, take different soil layers at different altitudes,studied the relationship between the mechanical composition of the soil and the nutrients in the meadow of Wugong mountain. The results show that the whole soil composition of the mountain meadow is coarse sand＞ fi ne sand＞coarse silt＞clay＞ fi ne slit＞medium silt. The content of organic matter, total nitrogen and available nitrogen in the soil of Wugong mountain meadow were all at fi rst level,the available phosphorus content of the soil was at third level, and the available potassium in the soil was at fourth level. In the content of organic matter, soil organic matter and coarse sand showed a signi fi cant negative correlation, a signi fi cant positive correlation with fi ne sand,the lower soil organic matter and medium silt, fi ne silt and clay showed signi fi cant negative correlation, a signi fi cant negative correlation with clay. The lower soil pH value had signi fi cant positive correlation with clay; lower soil total nitrogen content and physical clay showed a signi fi cant positive correlation; the upper soil available phosphorus was signi fi cantly positively correlated with clay content, there was no signi fi cant correlation between other indexes. On the whole, the soil nutrient content in the mountain meadow of Wugong Mountain is higher, and the soil fertility is abundant, which shows that the soil has the ability to provide the necessary nutrients for plant growth.

mountain meadow; mechanical composition; nutrient; correlation

S714.5

A

1673-923X(2017)07-0118-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.018

2016-09-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31360177、31560150）；國家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAC11B06）；江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資助項(xiàng)目（YC2013-B029、YC2016-B038）

袁穎丹，博士研究生

張文元，副教授，博士；E-mail：zwy15@126.com

袁穎丹，郭曉敏，陳 煦，等. 武功山山地草甸不同海拔高度土壤機(jī)械組成與養(yǎng)分特性關(guān)系[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(7): 118-122.

[本文編校：吳 毅]