遼東山區(qū)主要森林類型土壤養(yǎng)分含量特征研究

戴 立

(遼寧省林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體[1]，森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組分和元素儲(chǔ)庫(kù)，不同土地利用方式直接影響生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程及要素[2]，研究和了解森林土壤養(yǎng)分含量及特征，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)過(guò)程、反饋機(jī)制和對(duì)各種干擾的響應(yīng)，及實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的可持續(xù)管理均具有重要的理論和實(shí)踐意義[3]。遼東山區(qū)是遼寧省重要的用材林生產(chǎn)基地和水源涵養(yǎng)基地，也是遼寧中部城市群和遼河平原的綠色屏障和重要水源地[4]，本研究以遼東地區(qū)柞木林、紅松林、落葉松林3種不同森林類型為對(duì)象，通過(guò)測(cè)定其表層土壤中氮素(全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮)、磷素(全磷、有效磷)及有機(jī)碳含量，探索不同森林類型對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響，為今后合理調(diào)控森林土壤氮、磷、碳，改善森林土壤養(yǎng)分環(huán)境，并對(duì)制定有利于增加林地土壤養(yǎng)分含量森林持續(xù)經(jīng)營(yíng)的管理措施提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省新賓縣木奇鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置124°27′E，41°40′N，平均海拔400 m，該區(qū)為長(zhǎng)白山脈向西南延伸的支脈余脈，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5～8 ℃，年均降水量700～1 200 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 423.6 h，無(wú)霜期125～140 d，植被為長(zhǎng)白和華北植物區(qū)系交匯處，土壤為棕色森林土。

2 研究方法

2.1 土樣采集與制備

選擇分布集中、立地條件相似的3種不同森林類型分別設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的樣地，共計(jì)12個(gè)樣地，在每個(gè)樣地內(nèi)按照“S”型隨機(jī)設(shè)置5個(gè)土壤剖面，采集0～10 cm土壤樣品，取好后將5點(diǎn)樣品混成1個(gè)土樣，裝入自封袋內(nèi)密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。將采集的土壤樣品自然風(fēng)干，挑出植物殘?bào)w、石塊土礫后，研磨過(guò)100目篩備用，用于土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。

2.2 化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

采用凱式定氮儀法測(cè)定土壤全氮；采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定土壤銨態(tài)氮；采用紫外分光光度法測(cè)定土壤硝態(tài)氮；采用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤全磷；采用堿浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷；采用重鉻酸鉀-硫酸消化-硫酸亞鐵滴定法測(cè)定土壤有機(jī)碳[5]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進(jìn)行常規(guī)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及作圖，利用SPSS 22.0對(duì)不同森林類型土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同森林類型土壤氮含量

從圖1可以看出，3種林型土壤全氮含量為2.2～4.1 g·kg-1，其中落葉松林土壤全氮含量最高，柞木林次之，紅松林最低。方差分析表明，紅松林與落葉松林、柞木林的土壤全氮含量之間均存在顯著差異(P<0.05)，而落葉松林與柞木林之間差異不顯著(P>0.05)。3種林型土壤銨態(tài)氮含量為58.7～66.1 mg ·kg-1，表現(xiàn)為柞木林>落葉松林>紅松林。方差分析表明，3種林型間銨態(tài)氮含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為落葉松林最高，達(dá)98.6 mg ·kg-1，紅松林次之，為60.4 mg ·kg-1，柞木林最低，為57.4 mg ·kg-1。

圖1 不同林型土壤的氮素含量

3.2 不同森林類型土壤磷含量

從圖2可以看出，柞木林土壤全磷含量最高，為421.0 mg ·kg-1，落葉松林為403.9 mg ·kg-1，紅松林最低，為327.5 mg ·kg-1。土壤有效磷含量為16.7～20.1 mg ·kg-1，表現(xiàn)為柞木林>落葉松林>紅松林。方差分析表明，紅松林與落葉松林、柞木林的土壤全磷含量之間均存在顯著差異(P<0.05)，落葉松林與柞木林之間差異不顯著，而3種林型土壤有效磷含量差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同林型土壤的磷素含量

3.3 不同森林類型土壤有機(jī)碳含量

從圖3可以看出，柞木林有機(jī)碳含量最高，為70.5 mg ·kg-1，其次是落葉松林，為60.4 mg ·kg-1，紅松林最低，為53.8 mg ·kg-1。方差分析表明，3種森林類型下土壤有機(jī)碳含量之間差異不顯著。

圖3 不同林型土壤的有機(jī)碳含量

4 結(jié)論與討論

土壤氮、磷、碳含量動(dòng)態(tài)變化與其土壤生產(chǎn)力、大氣中溫室氣體濃度的變化關(guān)系密切，因此，土壤氮、磷、碳循環(huán)研究一直是土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)界重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。本研究結(jié)果表明，3種森林類型土壤全氮含量表現(xiàn)為落葉松林>柞木林>紅松林。土壤全氮包括有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)態(tài)氮，全氮含量代表著土壤中氮總的貯存量和供氮能力[6]。土壤的氮素主要來(lái)源于土壤表面枯落物的分解。落葉松和柞樹(shù)都是落葉林，落葉松林和柞木林的枯落物層高于紅松林，導(dǎo)致落葉松林、柞木林土壤全氮含量高于紅松林。銨態(tài)氮是以銨根離子的形態(tài)流通于大氣、水、土壤、植物和能充當(dāng)肥料的枯落物等物質(zhì)之間[7]。3種林型土壤銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為柞木林>落葉松林>紅松林，銨態(tài)氮含量相差不大。土壤中銨態(tài)氮含量與全氮含量的差異主要體現(xiàn)在柞木林與落葉松林，這主要是因?yàn)樽跄玖峙c落葉松林相比，根系對(duì)氮素的吸收能力更強(qiáng)，葉片銨態(tài)氮含量更高[8]，枯落物對(duì)土壤氮素補(bǔ)充能力也更強(qiáng)。土壤銨態(tài)氮含量可以反映出土壤供氮能力，本研究中，3種林型土壤中銨態(tài)氮含量均較高，說(shuō)明供氮能力較強(qiáng)。3種林型土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為落葉松林>紅松林>柞木林。硝態(tài)氮同銨態(tài)氮一樣，易被植物體吸收，但硝態(tài)氮極易溶于水，易造成養(yǎng)分流失[9]。養(yǎng)分的流失程度取決于植被茂密程度，即地表枯落物層的厚度和林地的垂直結(jié)構(gòu)。而紅松林與落葉松林、柞木林相比，土壤中硝態(tài)氮的含量低于落葉松林，稍高于柞木林，這可能因?yàn)榧t松林土壤中有機(jī)氮的礦化作用和無(wú)機(jī)氮的固持作用更強(qiáng)[10]。此外，在通氣性較好的土壤中，銨態(tài)氮也易轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[11]。

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，能被植物吸收利用的磷主要來(lái)源于土壤，而土壤磷素主要來(lái)自于土壤中枯落物的分解[12]。本研究3種森林類型土壤中全磷和有效磷含量表現(xiàn)均為柞木林>落葉松林>紅松林。土壤全磷含量是土壤中磷元素的總貯存量，包括有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷，而土壤有效磷是可以被植物直接吸收利用的，其含量反映了土壤的供肥能力[13]。土壤有效磷的含量也與土壤表層的枯落物分解有關(guān)[14]，柞木林和落葉松林枯落物層厚，因此含量要高于紅松林。

森林儲(chǔ)存了占整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)2/3以上的有機(jī)碳，在調(diào)節(jié)全球生態(tài)系統(tǒng)碳平衡中起了巨大作用[15]，而人類活動(dòng)、林分狀況和自然環(huán)境條件的變化是影響森林碳儲(chǔ)量的主要因素[16]。本研究中3種森林類型土壤中有機(jī)碳含量表現(xiàn)為柞木林>落葉松林>紅松林。土壤有機(jī)碳主要來(lái)自于土壤表層枯落物的腐爛分解[17]，柞木林由于人為干擾較少，枯落物層較厚，土壤有機(jī)碳最高。落葉松林和紅松林由于人為干擾較多，例如間伐、果實(shí)采摘等；而落葉松林的枯落物層較紅松林厚，因此落葉松林的有機(jī)碳含量高于紅松林。