滃江源國家濕地公園森林土壤養(yǎng)分及酸堿度變化特征*

劉彩紅 陳秋菊 康 劍

（1.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520；2.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東廣州 510520；3.中國科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650）

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，富有生物多樣性，是功能獨(dú)特不可替代的自然綜合體[1-2]。濕地水資源質(zhì)量往往與周邊生態(tài)系統(tǒng)密切相關(guān)，尤其是與濕地緊密聯(lián)系的森林生態(tài)系統(tǒng)。因此，濕地周邊的森林對于濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義，作為水源涵養(yǎng)、水土保持的重要生態(tài)屏障，森林對維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有不可替代的作用[3-4]。其中最重要的影響是通過降水形成的徑流，降水通過林冠截留經(jīng)地表徑流進(jìn)入濕地當(dāng)中[5]，這一過程中，大量的林地土壤元素會被徑流攜帶進(jìn)入濕地生態(tài)系統(tǒng)中，因此，濕地周邊的林地土壤元素的含量對于水體質(zhì)量起著舉足輕重的作用。

關(guān)于濕地公園土壤的研究近年來開展了很多。例如，研究人員對平頂山市白鷺洲城市濕地公園土壤重金屬元素特征進(jìn)行了分析評價[6]。部分研究專注于研究濕地公園水體沉積物當(dāng)中的重金屬元素污染風(fēng)險[7-8]。目前，針對土壤養(yǎng)分的研究也有開展，例如，研究人員對廣東臺山鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園土壤有機(jī)碳含量及其影響因素進(jìn)行了深入分析[9]。此外，有研究對濕地土壤養(yǎng)分及肥力進(jìn)行了綜合評價并提出相應(yīng)的建議[10-11]。盡管如此，針對濕地周邊的森林土壤進(jìn)行的專題研究還鮮有報道。深入了解濕地周邊森林土壤表層養(yǎng)分及酸堿度變化特征，對于有效開展?jié)竦厮Y源保護(hù)具有指導(dǎo)意義。滃江是北江的最大支流之一，其對于珠江水系的水資源安全、生態(tài)安全具有舉足輕重的作用。此外，滃江還承擔(dān)著翁源縣飲用水源的重任，是粵北山區(qū)重要的生態(tài)屏障，因此，做好滃江源濕地公園的保護(hù)工作意義重大。本研究通過研究廣東翁源滃江源國家濕地公園周邊森林土壤中氮、磷、有機(jī)質(zhì)含量，土壤酸堿度狀況及其變化特征，從而明確森林表層土壤養(yǎng)分及酸堿度的空間變異特征及其影響因素。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)

廣東翁源滃江源國家濕地公園位于廣東省翁源縣東部，地跨龍仙鎮(zhèn)和江尾鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)介 于 東 經(jīng)114°04′24″～114°16′50″， 北 緯24°17′57″～24°30′18″之間。濕地公園由滃江源頭的貴東河、陂頭河等多條支流與滃江上游及河道兩側(cè)部分林地等組成，總面積614.04 hm2，濕地率58.98%[12]。地貌特征為西北低東南高，以低山丘陵為主，平均海拔414.73 m。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均降水量1787.9 mm。濕地周邊山體覆蓋有林地，主要植被包括桉樹林、杉木林、闊葉混交林、針闊混交林等，對于涵養(yǎng)水源、保持水土起到了積極的作用。

1.2 土壤采樣及分析

2020 年7 月，根據(jù)研究區(qū)植被、地形、氣候特征等狀況，利用DEM 數(shù)據(jù)、林地數(shù)據(jù)等綜合選取采樣點(diǎn)位置，在濕地公園內(nèi)采集林地0～30 cm的土壤，全區(qū)累積采集68 個樣點(diǎn)（圖1）。分析全部土壤樣品 pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷指標(biāo)。樣品采集后，經(jīng)過風(fēng)干、研磨、過篩，然后存儲用于化學(xué)分析檢測。pH 采用pH 計測定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用酸溶法測定[13-15]。

圖1 滃江源國家濕地公園林地土壤采樣點(diǎn)分布Figure 1 Distribution of forest soil sampling points in Wengjiangyuan National Wetland Park

1.3 數(shù)據(jù)處理

通過Excel 對土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行描述性統(tǒng)計，包括均值、極值、標(biāo)準(zhǔn)差等。通過土壤養(yǎng)分分級表對林地表層土壤養(yǎng)分進(jìn)行分級評價。本研究運(yùn)用ArcGIS 10.3 軟件中“地統(tǒng)計”模塊對土壤養(yǎng)分進(jìn)行空間普通克里格插值（Kriging），進(jìn)而分析滃江源國家濕地公園林地表層土壤養(yǎng)分及酸堿度空間變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤養(yǎng)分及酸堿度統(tǒng)計分析

調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明（表1），滃江源國家濕地公園林地表層土壤pH 值變化范圍4.23～5.26 之間，平均值為4.55，整體變異較小。全氮含量734.25～213 6.25 mg/kg，平均含量1 203.67 mg/kg，變異程度最大。全磷含量為212.40～744.40 mg/kg，平均含量為338.93 mg/kg，變異范圍較大。有機(jī)質(zhì)含量為9.00～30.32 g/kg，均值為16.28 g/kg，具有一定的變異幅度。

表1 林地表層土壤養(yǎng)分及酸堿度統(tǒng)計值Table 1 Statistics of soil nutrients and pH of woodland surface soil

根據(jù)林地土壤pH 指標(biāo)評價表（表2），滃江源國家濕地公園林地表層土壤整體呈現(xiàn)為酸性，且遠(yuǎn)低于6.5 的臨界值。

表2 林地土壤pH 指標(biāo)評價Table 2 Evaluation of forest soil pH index

2.2 表層土壤養(yǎng)分及酸堿度變化特征

根據(jù)林地土壤養(yǎng)分及酸堿度的調(diào)查結(jié)果，運(yùn)用空間插值方法進(jìn)行空間格局分析，結(jié)果顯示如下圖。

如圖2 所示，滃江源國家濕地公園林地表層土壤pH 值存在明顯的空間變異，研究區(qū)的中西部地區(qū)pH 值較低，呈現(xiàn)更強(qiáng)的酸性。在研究區(qū)東部pH 值相對較高，盡管如此，該區(qū)域的林地土壤整體呈現(xiàn)為酸性特征。

圖2 林地表層土壤pH 空間分布Figure 2 Spatial distribution of pH in forest surface soil

全氮含量在研究區(qū)的林地表層土壤空間分布中變異最大，濕地公園周邊林地的中部以及北部絕大多數(shù)區(qū)域全氮含量低于平均值水平。而在公園南部局部區(qū)域出現(xiàn)高值，且分布較為集中（圖3）。

圖3 林地表層土壤全氮含量空間分布Figure 3 Spatial distribution of total nitrogen content in forest surface soil

結(jié)果顯示，全磷含量在研究區(qū)空間分布差異較小。濕地公園絕大多數(shù)區(qū)域的林地土壤全磷含量保持在平均值水平，局部區(qū)域有較為集中的高值、低值區(qū)。其中，公園西部和中部有較為明顯的全磷富集區(qū)域。東北部、南部區(qū)域全磷含量相對較低（圖4）。

圖4 林地表層土壤全磷含量空間分布Figure 4 Spatial distribution of total phosphorus content in forest surface soil

有機(jī)質(zhì)含量的空間分布差異最不顯著，大部分區(qū)域均保持平均水平，僅中部區(qū)域略低，北部和西南部有零星的高值區(qū)域分布（圖5）。

圖5 林地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布Figure 5 Spatial distribution of organic matter content in forest surface soil

3 討論與結(jié)論

土壤養(yǎng)分含量在研究區(qū)呈現(xiàn)出一定的空間差異，這種差異可能與地形差異相關(guān)[16-17]。研究顯示，滃江源濕地公園周邊森林土壤的全氮濃度范圍在0.1～1.4 mg/L 之間[12]。氮含量高的區(qū)域主要分布在南部、東北部的海拔較高的區(qū)域，濕地公園內(nèi)的主要林分植被分布于海拔較高的山坡。有研究發(fā)現(xiàn)，海拔引起的環(huán)境梯度變化可以豐富的植被凋落物輸入、改變氣候環(huán)境以及土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)而影響土壤微生物活性，最終影響土壤氮素含量[18-19]。整體來說，研究區(qū)域內(nèi)林地土壤全氮含量非常豐富，該區(qū)域?qū)τ诘男枨罅枯^低。此外，植被類型的差異也會導(dǎo)致養(yǎng)分元素的差異，據(jù)調(diào)查，該區(qū)域的森林類型包括闊葉林、針葉林、針闊葉混交林、竹林等，森林類型的差異往往會導(dǎo)致凋落物成分差異較大，進(jìn)而間接影響土壤養(yǎng)分成分[20-21]。在本研究區(qū)，表層土壤全磷含量在大部分區(qū)域均保持均值水平，局部出現(xiàn)高值、低值區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林較針葉林、針闊混交林土壤中磷組分含量顯著偏高，常綠闊葉林具有較高的土壤磷有效性和供應(yīng)能力[22]。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，磷含量較高的區(qū)域以常綠闊葉林為主，驗證了以上研究結(jié)果。另外一種可能是由于磷的含量受到了一定的人為干擾導(dǎo)致的，例如局部地區(qū)化肥的施用[23-24]。地質(zhì)因素導(dǎo)致的土壤類型差異也是重要原因之一[25]。就土壤有機(jī)質(zhì)而言，研究區(qū)含量整體較同緯度的其它區(qū)域低[26-27]，可能是由于土壤酸性導(dǎo)致的土壤分解作用減弱，降低了有機(jī)質(zhì)含量[28]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)在研究區(qū)中部處于水平，該區(qū)域的主要植被類型為雜竹，表明竹林的有機(jī)質(zhì)含量更低，植被類型對土壤養(yǎng)分含量差異有著顯著的影響作用。這是因為相較于闊葉林、針葉林，竹林的生物量整體較低，凋落物輸入量及質(zhì)量均較低[29]。

研究表明，盡管濕地公園林地土壤酸堿度存在一定的空間變化，但整體上呈現(xiàn)明顯的酸性，這一結(jié)果與其他相關(guān)研究的結(jié)果一致[30-31]。大范圍的土壤酸性可能與土壤類型密切相關(guān)[32]。此外，土壤酸堿度與養(yǎng)分元素間形成一定的互作機(jī)制，酸堿度會間接影響?zhàn)B分元素含量，養(yǎng)分含量也會通過土壤理化性質(zhì)調(diào)控酸堿度[33-34]。在濕地公園中，尤其是水源地濕地公園，土壤元素的含量及酸堿度直接影響水質(zhì)，對于濕地生態(tài)系統(tǒng)安全具有重要意義[35-36]。明確養(yǎng)分元素及酸堿度的現(xiàn)狀及空間差異，可以為濕地公園林地合理經(jīng)營提供依據(jù)。首先，濕地公園在森林經(jīng)營過程中要減少施用有機(jī)肥料，避免土壤酸化程度加劇。其次，在造林、撫育過程中應(yīng)該減少氮肥施用，因為氮元素在該區(qū)域的含量水平較為豐富。此外，在整地時適當(dāng)加入堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)積累。

綜上，滃江源國家濕地公園周邊林地表層土壤整體呈現(xiàn)酸性，空間差異較小。全氮含量較為豐富，空間差異較大。磷含量較為穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)含量較低。