高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究

樊星火 葛红艳 张参参 邓文平 陈伏生 卜文圣

樊星火, 葛红艳, 张参参, 邓文平, 陈伏生, 卜文圣. 江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
引用本文: 樊星火, 葛红艳, 张参参, 邓文平, 陈伏生, 卜文圣. 江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
Fan Xinghuo, Ge Hongyan, Zhang Cancan, Deng Wenping, Chen Fusheng, Bu Wensheng. Variations in soil fertility of typical non-commercial forest types in Jiangxi Province of eastern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
Citation: Fan Xinghuo, Ge Hongyan, Zhang Cancan, Deng Wenping, Chen Fusheng, Bu Wensheng. Variations in soil fertility of typical non-commercial forest types in Jiangxi Province of eastern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084

江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
基金项目: 

江西省教育厅科技计划项目 GJJ150384

江西省自然科学基金项目 20171BAB214032

国家自然科学基金项目 31760134

江西省林业厅生态公益林项目 9131206077

详细信息
    作者简介:

    樊星火,工程师。主要研究方向:森林资源监测与评价。Email: fanxinghuo@163.com 地址: 330046江西省南昌市北京西路省政府大院南一路1号江西省林业调查规划研究院

    通讯作者:

    卜文圣,博士,助理研究员。主要研究方向:群落结构与动态。Email:bws2007@163.com 地址: 330045江西省南昌市经济技术开发区志敏大道1101号

  • 中图分类号: S714.2

Variations in soil fertility of typical non-commercial forest types in Jiangxi Province of eastern China

  • 摘要: 目的生态公益林是以发挥生态效益和社会效益为主要目标的森林类型,土壤肥力状况是土壤的基本属性和本质特征,探讨生态公益林不同林分类型的土壤肥力状况,旨在为森林土壤资源的科学管理与评价及生态公益林管理提供理论参考。方法本文从江西省生态公益林监测样地中选取6种处于发育中期阶段的典型林分类型(常绿阔叶林、马尾松林、毛竹林、杉木林、湿地松和针阔混交林)33块样地,测定其土壤化学性质,并用方差分析(ANOVA)探索林分类型和土壤层次对土壤肥力的影响,同时比较同一林分类型内不同土壤层次和同一土壤层次不同森林类型的土壤化学性质差异,利用主成分分析(PCA)对土壤指标进行降维,计算各林分类型的PCA综合得分进而排序土壤肥力状况。结果研究结果表明:随着土壤深度的增加,土壤有机碳、全钾、速效氮、有效磷和速效钾含量均逐渐降低,而pH值、全氮和全磷均无显著变化。同样,除常绿阔叶林A层的有效磷和针阔混交林A层的速效钾分别显著地高于杉木林和马尾松林外,其余同一土壤层次不同林分类型间土壤养分含量无显著性差异。主成分分析显示,第1主轴(35.9%)主要代表速效养分含量和有机碳含量的变化,其中速效氮、速效钾和有机碳的因子载荷值较大;第2主轴(15.4%)主要代表全量养分和pH值的变化;土壤肥力状况排序为:毛竹林>常绿阔叶林>针阔混交林>马尾松林>杉木林>湿地松林。结论从保育土壤的角度来看,不同林分类型的肥力状况将为生态公益林差异化补偿提供数据支持和理论参考;此外,相对于人工针叶纯林,常绿阔叶林和针阔混交林有利于土壤养分的积累,因而建议针对人工针叶林进行补植改造,朝向针阔混交林和常绿阔叶林方向转变,从而提升生态公益林的生态和社会效益。
  • 图  1  不同林分类型土壤不同层次的pH值和有机碳含量差异

    不同字母代表同一林分类型在不同土壤层次差异显著(P < 0.05)。下同。

    Figure  1.  Differences of pH and organic carbon content among different soil layers in varied stand types

    Different letters represent a significant difference among different soil layers in same stand type (P < 0.05). Same as below.

    图  2  不同林分类型土壤不同层次的全量养分含量差异

    Figure  2.  Differences of total nutrient content among different soil layers in varied stand types

    图  3  不同林分类型土壤不同层次的速效养分含量差异

    Figure  3.  Differences of available nutrient content among different soil layers in varied stand types

    图  4  土壤化学性质主成分分析

    Figure  4.  PCA analysis of soil chemical properties

    图  5  不同林分类型土壤肥力的综合得分

    Figure  5.  Comprehensive scores of soil fertility for different stand types

    表  1  6种林分基本结构特征

    Table  1.   Basic structure characteristics of six stand types

    林分类型
    Stand type
    密度/(株·hm-2)
    Stand density/(tree·ha-1)
    胸径
    DBH/cm
    胸高断面积/(m2·hm-2)
    Basal area/(m2·ha-1)
    主要树种
    Main tree species
    常绿阔叶林
    Evergreen broadleaved forest (EBF)
    1 539±417 12.2±2.67 1.64±0.52 壳斗科、山茶科、樟科、木兰科等
    Fagaceae, Theaceae, Lauraceae, Magnoliaceae, etc
    马尾松林Pinus massoniana forest (PMF) 1 505±587 11.1±1.32 1.19±0.51 马尾松Pinus massoniana
    毛竹林Bamboo forest (BF) 1 658±270 8.6±3.20 0.9±0.34 毛竹Phyllostachys heterocycla
    杉木林
    Cunninghamia lanceolata plantation (CLP)
    1 794±560 12.1±1.47 1.46±1.78 杉木Cunninghamia lanceolata
    湿地松林
    Pinus elliottii plantation (PEP)
    1 608±401 12.9±1.46 1.70±0.78 湿地松
    Pinus elliottii
    针阔混交林
    Conifierous and broadleaved mixed forest (CBF)
    1 960±195 12.7±1.41 2.42±0.51 马尾松、杉木、枫香、木荷、檫木等Pinus massoniana, Cunninghamia lanceolata, Liquidambar formosana, Schima superba, Sassafras tzumu, etc
    下载: 导出CSV

    表  2  各土壤指标的双因素方差分析表

    Table  2.   Results of two-way ANOVA for different soil properties

    土壤指标
    Soil index
    因素
    Factor
    自由度
    Freedom
    F
    F value
    P
    P value
    林分类型Stand type 5 3.537 0.006 2
    pH 土壤层次Soil layer 2 1.679 0.193 3
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 2.390 0.015 7
    林分类型Stand type 5 3.761 0.004 2
    有机碳Organic carbon 土壤层次Soil layer 2 15.774 < 0.000 1
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.733 0.691 6
    林分类型Stand type 5 1.132 0.351 0
    全氮Total nitrogen 土壤层次Soil layer 2 0.879 0.419 0
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.906 0.532 0
    林分类型Stand type 5 1.771 0.129 0
    全磷Total phosphorus 土壤层次Soil layer 2 2.024 0.139 0
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.516 0.874 0
    林分类型Stand type 5 5.175 < 0.000 1
    全钾Total potassium 土壤层次Soil layer 2 12.065 < 0.000 1
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.224 0.993 3
    林分类型Stand type 5 2.221 0.060 5
    速效氮Available nitrogen 土壤层次Soil layer 2 23.501 < 0.000 1
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.298 0.979 7
    林分类型Stand type 5 2.068 0.048 3
    有效磷Available phosphorus 土壤层次Soil layer 2 14.510 < 0.000 1
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 1.658 0.105 9
    林分类型Stand type 5 2.615 0.030 7
    速效钾Available potassium 土壤层次Soil layer 2 22.080 < 0.000 1
    林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.815 0.614 6
    下载: 导出CSV
  • [1] 雷加富, 刘红, 王恩玲.生态公益林建设导则[M].北京:中国标准出版社, 2001.

    Lei J F, Liu H, Wang E L. Guidelines for construction of non-commercial forest[M]. Beijing: Chinese Standard Press, 2001.
    [2] 王雅敬, 谢炳庚, 李晓青, 等.公益林保护区生态补偿标准与补偿方式[J].应用生态学报, 2016, 27(6): 1893-1900. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nyyjs201803038

    Wang Y J, Xie B G, Li X Q, et al. Ecological compensation standards and compensation methods of public welfare forest protected area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(6):1893-1900. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/nyyjs201803038
    [3] 朱祖祥.土壤学[J].上册.北京: 农业出版社, 1983.

    Zhu Z X. Pedology[J]. Volume 1. Beijing: Agricultural Press, 1983.
    [4] Doran J W, Coleman D C, Bezdicek B F, et al. Defining soil quality for a sustainable environment (SSSA Special Publication 35)[M]. Madison: Soil Science Society of America, 1994.
    [5] 沈仁芳, 孙波, 施卫明, 等.地上-地下生物协同调控与养分高效利用[J].中国科学院院刊, 2017, 32(6): 566-574.

    Shen R F, Sun B, Shi W M, et al. Interactions between above-and below-ground organisms for nutrient-efficient utilization[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2017, 32(6): 566-574.
    [6] Maisto G, De M A, Meola A, et al. Nutrient dynamics in litter mixtures of four Mediterranean maquis species decomposing in situ[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2011, 43(3):520-530. doi:  10.1016-j.soilbio.2010.11.017/
    [7] 黄志宏, 田大伦, 周光益, 等.广东南岭不同林分类型土壤养分状况比较分析[J].东北林业大学学报, 2009, 37(9):63-67. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2009.09.023

    Huang Z H, Tian D L, Zhou G Y, et al.Soil nutrient status of different forest types in Nanling Mountains, Northern Guangdong Province[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2009, 37(9):63-67. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2009.09.023
    [8] 李登秋, 张春华, 居为民, 等.江西省森林净初级生产力动态变化特征及其驱动因子分析[J].植物生态学报, 2016, 40(7): 643-657. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201607001

    Li D Q, Zhang C H, Ju W M, et al. Forest net primary productivity dynamics and driving forces in Jiangxi Province, China[J].Chinese Journal of Plant Ecology, 2016, 40(7): 643-657. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201607001
    [9] 王玲玲, 徐福利, 王渭玲, 等.不同林龄华北落叶松人工林地土壤肥力评价[J].西南林业大学学报, 2016, 36(2): 17-24. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xnlxyxb201602003

    Wang L L, Xu F L, Wang W L, et al. Assessment of soil fertility in different aged Larix principis-rupprechtii plantation[J]. Journal of Southwest Forestry University, 2016, 36(2): 17-24. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/xnlxyxb201602003
    [10] Gora E M, Sayer E J, Turner B L, et al. Decomposition of coarse woody debris in a long-term litter manipulation experiment: a focus on nutrient availability[J]. Functional Ecology, 2018, 32:1128-1138. doi:  10.1111/fec.2018.32.issue-4
    [11] 国家林业局.森林土壤分析方法: 中华人民共和国林业行业标准LY/T 1210-1275—1999[S].北京: 中国标准出版社, 1999.

    The State Forestry Bureau.The analysis methods of forest soil: the forestry industry standard of the People Republic of China LY/T 1210-1275—1999[S].Beijing: China Standard Press, 1999.
    [12] Team R C. R: a language and environment for statistical computing[Z]. Vienna: R Foundation for Statistical Computing, 2016.
    [13] Hines J, Pabst S, Mueller K E, et al. Soil-mediated effects of global change on plant communities depend on plant growth form[J/OL]. Ecosphere, 2017, 8(11): e01996[2018-03-22]. https://doi.org/10.1002/ecs2.1996.
    [14] 姬钢, 徐明岗, 文石林, 等.不同植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面特征[J].应用生态学报, 2015, 26(9): 2639-2645. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201509007

    Ji G, Xu M G, Wen S L, et al. Characteristics of soil pH and exchangeable acidity in red soil profile under different vegetation types[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(9): 2639-2645. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201509007
    [15] 杨红, 曹舰艇, 徐唱唱, 等.藏东南色季拉山不同森林类型土壤CO2排放[J].浙江农业学报, 2017, 29(10): 1733-1741. doi:  10.3969/j.issn.1004-1524.2017.10.20

    Yang H, Cao J T, Xu C C, et al. Soil CO2 emission of different forest types in Sejila Mountains, southeast of Tibet[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2017, 29(10): 1733-1741. doi:  10.3969/j.issn.1004-1524.2017.10.20
    [16] 黎宏祥, 王彬, 王玉杰, 等.不同林分类型对土壤团聚体稳定性及有机碳特征的影响[J].北京林业大学学报, 2016, 38(5): 84-91. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150427

    Li H X, Wang B, Wang Y J, et al. Impact of different forest types on stability and organic carbon of soil aggregates[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(5): 84-91. doi:  10.13332/j.1000-1522.20150427
    [17] 和丽萍, 李贵祥, 孟广涛, 等.高黎贡山不同森林类型土壤肥力状况研究[J].水土保持研究, 2015, 22(6): 116-121. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jiangxyy201706008

    He L P, Li G X, Meng G T, et al. Study on soil fertility of different forest types in Gaoligong Mountains[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 22(6): 116-121. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jiangxyy201706008
    [18] 刘成刚, 薛建辉.喀斯特石漠化山地不同类型人工林土壤的基本性质和综合评价[J].植物生态学报, 2011, 35(10): 1050-1060. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201110007

    Liu C G, Xue J H. Basic soil properties and comprehensive evaluation in different plantations in rocky desertification sites of the karst region of Guizhou Province, China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2011, 35(10):1050-1060. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201110007
    [19] 吕瑞恒, 刘勇, 于海群, 等.北京山区不同林分类型土壤肥力的研究[J].北京林业大学学报, 2009, 31(6): 159-163. Lü R H, http://j.bjfu.edu.cn/article/id/8364

    Liu Y, Yu H Q, et al. Soil fertility of different forest types in the mountainous area of Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2009, 31(6): 159-163. http://j.bjfu.edu.cn/article/id/8364
    [20] 赵明松, 张甘霖, 李德成, 等.江苏省土壤有机质变异及其主要影响因素[J].生态学报, 2013, 33(16): 5058-5066. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201316025

    Zhao M S, Zhang G L, Li D C, et al. Variability of soil organic matter and its main factors in Jiangsu Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(16):5058-5066. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201316025
    [21] Ganuza A, Almendros G. Organic carbon storage in soils of the Basque Country (Spain): the effect of climate, vegetation type and edaphic variables[J]. Biology & Fertility of Soils, 2003, 37:154-162. http://d.old.wanfangdata.com.cn/OAPaper/oai_doaj-articles_7925bd88437ea4f0e85f22ff9969eae6
    [22] Mueller P, Jensen K, Megonigal J P. Plants mediate soil organic matter decomposition in response to sea level rise[J]. Global Change Biology, 2016, 22:404-414. doi:  10.1111/gcb.13082
    [23] 欧芷阳, 苏志尧, 朱剑云.东莞主要森林群落的土壤基本性质和综合评价[J].中南林业科技大学学报, 2013, 33(8):96-102. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/znlxyxb201308019

    Ou Z Y, Su Z Y, Zhu J Y. Basic soil properties and comprehensive evaluation in forest communities in Dongguan, South China[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2013, 33(8): 96-102. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/znlxyxb201308019
    [24] Vitousek P M, Matson P A, Cleve K V. Nitrogen availability and nitrification during succession: primary, secondary, and old-field seres[J]. Plant & Soil, 1989, 115:229-239.
    [25] Mendoza R, Bailleres M, García I, et al. Phosphorus fertilization of a grass-legume mixture: effect on plant growth, nutrients acquisition and symbiotic associations with soil microorganisms[J]. Journal of Plant Nutrition, 2016, 39: 691-701. doi:  10.1080/01904167.2015.1087032
    [26] 李菊梅, 王朝辉, 李生秀.有机质、全氮和可矿化氮在反映土壤供氮能力方面的意义[J].土壤学报, 2003, 40(2): 232-238. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2003.02.011

    Li J M, Wang C H, Li S X. Significance of soil organic matter, total N and mineralizable nitrogen in reflecting soil N supplying capacity[J]. Acta Pedologica Sinica, 2003, 40(2):232-238. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2003.02.011
    [27] 陈钦程, 徐福利, 王渭玲, 等.秦岭北麓不同林龄华北落叶松土壤速效钾变化规律[J].植物营养与肥料学报, 2014, 20(5):1243-1249. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwyyyflxb201405021

    Chen Q C, Xu F L, Wang W L, et al. Seasonal dynamics of available K in soil for different ages of Larix principis-rupprechtii in the northern foot of the Qinling[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(5): 1243-1249. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwyyyflxb201405021
    [28] 黄笑, 李际平, 赵春燕.不同林分类型闽楠人工林土壤养分对比分析[J].中南林业科技大学学报, 2017, 37(7):36-42. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/znlxyxb201707005

    Huang X, Li J P, Zhao C Y. Contrastive analysis of soil nutrients of Phoebe bournei plantation with different forest types[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2017, 37(7): 36-42. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/znlxyxb201707005
    [29] 康冰, 刘世荣, 蔡道雄, 等.南亚热带不同植被恢复模式下土壤理化性质[J].应用生态学报, 2010, 21(10): 2479-2486. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201010005

    Kang B, Liu S R, Cai D X, et al. Soil physical and chemical characteristics under different vegetation restoration patterns in China south subtropical area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(10): 2479-2486. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201010005
    [30] 黄宇, 汪思龙, 冯宗炜, 等.不同人工林生态系统林地土壤质量评价[J].应用生态学报, 2004, 15(12): 2199-2205. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2004.12.001

    Huang Y, Wang S L, Feng Z W, et al. Soil quality assessment of forest stand in different plantation esosystems[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2004, 15(12): 2199-2205. doi:  10.3321/j.issn:1001-9332.2004.12.001
    [31] 王家彬, 徐明锋, 蒋谦才, 等.不同林分类型及土层对土壤养分的影响[J].湖北林业科技, 2017, 46(1): 20-25. doi:  10.3969/j.issn.1004-3020.2017.01.005

    Wang J B, Xu M F, Jiang Q C, et al. Effects of different forest types and soil layers on soil nutrients[J]. Hubei Forestry Science and Technology, 2017, 46(1): 20-25. doi:  10.3969/j.issn.1004-3020.2017.01.005
    [32] 王慧元, 荣誉, 杨新兵.河北雾灵山5种人工纯林土壤养分综合评价[J].水土保持研究, 2014, 21(4): 35-38. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbcyj201404008

    Wang H Y, Rong Y, Yang X B. Comprehensive evaluation of soil nutrient of five artificial pure forests of Wuling Mountains in Hebei Province[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014, 21(4): 35-38. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stbcyj201404008
  • [1] 张恒硕, 查同刚, 张晓霞.  晋西黄土区退耕年限对土壤物理性质的影响 . 北京林业大学学报, 2020, 42(6): 123-133. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190087
    [2] 吴义远, 董文渊, 刘培, 张孟楠, 谢泽轩, 田发坤.  不同土壤水分和养分条件下筇竹竹秆解剖特征及其适应可塑性 . 北京林业大学学报, 2020, 42(4): 80-90. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190290
    [3] 王雅慧, 彭祚登, 李云.  豫西浅山区不同世代刺槐林土壤养分与结构特征 . 北京林业大学学报, 2020, 42(3): 54-64. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190263
    [4] 张健飞, 王淳, 徐雯雯, 黄选瑞, 张志东.  华北落叶松不同代际人工林土壤养分及细菌群落变化特征 . 北京林业大学学报, 2020, 42(3): 36-45. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190256
    [5] 王岩松, 马保明, 高海平, 王百田, 李莎, 董秀群.  晋西黄土区油松和刺槐人工林土壤养分及其化学计量比对林分密度的响应 . 北京林业大学学报, 2020, 42(8): 81-93. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190287
    [6] 王凤娟, 童新雨, 夏晓雨, 符群, 郭庆启.  模拟不同烹饪温度对红松籽油品质的影响及主成分分析 . 北京林业大学学报, 2019, 41(11): 116-124. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190115
    [7] 江涛, 王新杰.  基于卷积神经网络的高分二号影像林分类型分类 . 北京林业大学学报, 2019, 41(9): 20-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180342
    [8] 吴迪, 崔晓阳, 郭亚芬.  寒温带林区不同林型下土壤中氮矿化特征 . 北京林业大学学报, 2019, 41(9): 122-129. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180276
    [9] 张参参, 吴小刚, 刘斌, 施雪文, 陈伏生, 裘利洪, 卜文圣.  江西九连山不同海拔梯度土壤有机碳的变异规律 . 北京林业大学学报, 2019, 41(2): 19-28. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180383
    [10] 陈爱民, 严思维, 林勇明, 邓浩俊, 杜锟, 孙凡, 王道杰, 吴承祯, 洪伟.  泥石流频发区不同林龄新银合欢土壤抗蚀性评价 . 北京林业大学学报, 2016, 38(9): 62-70. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150530
    [11] 谷会岩, 金屿淞, 张芸慧, 陈祥伟.  林火对大兴安岭偃松—兴安落叶松林土壤养分的影响 . 北京林业大学学报, 2016, 38(7): 48-54. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150510
    [12] 丁杨, 张建军, 茹豪, 王丹丹, 李玉婷, 李志龙.  晋西黄土区不同林地土壤团聚体分形维数特征与土壤养分相关关系 . 北京林业大学学报, 2014, 36(4): 42-46. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.04.011
    [13] 云雷, 毕华兴, 马雯静, 田晓玲, 崔哲伟, 周晖子, 朱悦.  晋西黄土区林草复合系统土壤养分分布特征及边界效应 . 北京林业大学学报, 2011, 33(2): 37-42.
    [14] 亢新刚, 郑焰锋, 赵浩彦, 杨华, 龚直文, 刘燕.  北京市生态公益林主要经营类型的经营措施研究 . 北京林业大学学报, 2011, 33(4): 13-21.
    [15] 田国恒, 王德强, 谷建才, 谭绪泉, 陆贵巧.  塞罕坝机械林场不同林分类型空间结构的比较 . 北京林业大学学报, 2010, 32(3): 80-83.
    [16] 任晓旭, 蔡体久, 王笑峰.  不同植被恢复模式对矿区废弃地土壤养分的影响 . 北京林业大学学报, 2010, 32(4): 151-154.
    [17] 李萍, 王兵, 戴伟, 王丹, 邓宗付, 赵超.  亚热带几种林分类型的土壤肥力评价研究 . 北京林业大学学报, 2010, 32(3): 52-58.
    [18] 薛文悦, 戴伟, 王乐乐, 戚俊, 李晓红.  北京山地几种针叶林土壤酶特征及其与土壤理化性质的关系 . 北京林业大学学报, 2009, 31(4): 90-96.
    [19] 李国雷, 刘勇, 甘敬, 郭蓓, 徐扬.  飞播油松林地土壤酶活性对间伐强度的季节响应 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 82-88.
    [20] 张秀新, 梁善庆, 金莹杉, 李春义, 周海宾, 邢韶华, 崔丽娟, 尹增芳, 张仁军, 林娅, 李昌晓, 张玉兰, 刘杏娥, 吴淑芳, 陈圆, 张颖, 李云开, 王超, 林勇明, 赵铁珍, 孙阁, 王蕾, 王春梅, 任云卯, 谭健晖, 王戈, 张运春, 闫德千, 周繇, 黄华国, 王以红, 樊汝汶, 杨培岭, 马履一, 翟明普, 余养伦, 刘国经, 周荣伍, 杨远芬, 张明, 罗建举, 张曼胤, 吴普特, 刘艳红, 钟章成, 洪滔, 王莲英, 温亚利, 马钦彦, 张桥英, 于俊林, 刘青林, 张志强, 江泽慧, 徐秋芳, 高岚, 江泽慧, 赵勃, 田英杰, 柯水发, 殷际松, 邵彬, 王希群, 王小青, 安玉涛, 刘俊昌, 张本刚, 周国模, 杨海军, 周国逸, 汪晓峰, 张晓丽, 崔国发, 王玉涛, 费本华, 罗鹏, 何春光, 陈学政, 于文吉, 吴承祯, 冯浩, 何松云, 康峰峰, 李敏, 刘爱青, 任树梅, 温亚利, 蔡玲, 高贤明, 费本华, 马润国, 骆有庆, 洪伟, 邬奇峰, 王九中, 魏晓华, 徐昕, 徐克学, 赵景刚, 田平, 胡喜生, 任海青, 赵焕勋, 朱高浦, 吴宁, 吴家森, 林斌, 赵弟行, 安树杰, 郑万建, 李永祥, 卢俊峰, 宋萍, 范海兰.  种植绿肥对板栗林土壤养分和生物学性质的影响 . 北京林业大学学报, 2007, 29(3): 120-123.
  • 加载中
图(5) / 表 (2)
计量
  • 文章访问数:  221
  • HTML全文浏览量:  99
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-15
  • 修回日期:  2018-04-30
  • 刊出日期:  2018-11-01

江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
    基金项目:

    江西省教育厅科技计划项目 GJJ150384

    江西省自然科学基金项目 20171BAB214032

    国家自然科学基金项目 31760134

    江西省林业厅生态公益林项目 9131206077

    作者简介:

    樊星火,工程师。主要研究方向:森林资源监测与评价。Email: fanxinghuo@163.com 地址: 330046江西省南昌市北京西路省政府大院南一路1号江西省林业调查规划研究院

    通讯作者: 卜文圣,博士,助理研究员。主要研究方向:群落结构与动态。Email:bws2007@163.com 地址: 330045江西省南昌市经济技术开发区志敏大道1101号
  • 中图分类号: S714.2

摘要: 目的生态公益林是以发挥生态效益和社会效益为主要目标的森林类型,土壤肥力状况是土壤的基本属性和本质特征,探讨生态公益林不同林分类型的土壤肥力状况,旨在为森林土壤资源的科学管理与评价及生态公益林管理提供理论参考。方法本文从江西省生态公益林监测样地中选取6种处于发育中期阶段的典型林分类型(常绿阔叶林、马尾松林、毛竹林、杉木林、湿地松和针阔混交林)33块样地,测定其土壤化学性质,并用方差分析(ANOVA)探索林分类型和土壤层次对土壤肥力的影响,同时比较同一林分类型内不同土壤层次和同一土壤层次不同森林类型的土壤化学性质差异,利用主成分分析(PCA)对土壤指标进行降维,计算各林分类型的PCA综合得分进而排序土壤肥力状况。结果研究结果表明:随着土壤深度的增加,土壤有机碳、全钾、速效氮、有效磷和速效钾含量均逐渐降低,而pH值、全氮和全磷均无显著变化。同样,除常绿阔叶林A层的有效磷和针阔混交林A层的速效钾分别显著地高于杉木林和马尾松林外,其余同一土壤层次不同林分类型间土壤养分含量无显著性差异。主成分分析显示,第1主轴(35.9%)主要代表速效养分含量和有机碳含量的变化,其中速效氮、速效钾和有机碳的因子载荷值较大;第2主轴(15.4%)主要代表全量养分和pH值的变化;土壤肥力状况排序为:毛竹林>常绿阔叶林>针阔混交林>马尾松林>杉木林>湿地松林。结论从保育土壤的角度来看,不同林分类型的肥力状况将为生态公益林差异化补偿提供数据支持和理论参考;此外,相对于人工针叶纯林,常绿阔叶林和针阔混交林有利于土壤养分的积累,因而建议针对人工针叶林进行补植改造,朝向针阔混交林和常绿阔叶林方向转变,从而提升生态公益林的生态和社会效益。

English Abstract

樊星火, 葛红艳, 张参参, 邓文平, 陈伏生, 卜文圣. 江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
引用本文: 樊星火, 葛红艳, 张参参, 邓文平, 陈伏生, 卜文圣. 江西省生态公益林典型林分土壤肥力状况研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
Fan Xinghuo, Ge Hongyan, Zhang Cancan, Deng Wenping, Chen Fusheng, Bu Wensheng. Variations in soil fertility of typical non-commercial forest types in Jiangxi Province of eastern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
Citation: Fan Xinghuo, Ge Hongyan, Zhang Cancan, Deng Wenping, Chen Fusheng, Bu Wensheng. Variations in soil fertility of typical non-commercial forest types in Jiangxi Province of eastern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(11): 84-92. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180084
  • 生态公益林是以保护和改善人类生存环境、维护生态平衡、保存物种资源、科学试验、森林旅游、国土保安等需要为主要经营目的的森林、林木和林地[1],是以发挥森林生态效益和社会效益为主的森林,主要生态功能是保持水土、涵养水源、调节气候、改善环境等。因此,生态公益林是一种无法通过市场交换来实现其价值的特殊商品,它的营造者与管护者必须得到类似于商品的价值补偿。截止目前,生态公益林的补偿标准尽管在不同行政区之间存在较大差别,但是在同一行政区内大多数是按照森林面积来统一补偿。如何划分区域、分类补偿研究已成为公益林生态补偿的热点问题[2]。根据第九次全国森林资源清查江西省清查结果,江西省现有森林面积1 021.02万hm2,其中公益林占42.7%,面积巨大。而有关生态公益林差异化补偿理论研究的缺失,极大地制约了生态公益林管理措施的出台与实施。因此,科学经营和管理生态公益林,不仅是维护江西省生态安全的需要,而且也是改善生态公益林区林农生活水平和有效利用大量公益林林地资源的需要。

    土壤肥力状况是土壤的基本属性和本质特征,是土壤提供植物生长所需水分、养分、热量和空气的能力,是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映[3]。森林土壤作为森林生态系统的重要组成成分和状态因子,起着调节系统内外水分的分配及环境过滤器的作用,为植物的生长发育提供了必需的环境条件[4]。不同树种叶片凋落物量、化学成分、分解速率和根系养分含量、根系周转速率及根系分解速率等凋落物质量均影响植物对土壤的养分归还量与归还速率[5];森林根叶凋落物是土壤有机质和养分的主要来源,土壤养分供应和养分循环的正反馈作用随着凋落物质量的变化而变化,在维持和提高森林土壤质量方面起着极其重要的作用[6]。一方面森林土壤可为森林植被的存在和发展提供必要的物质基础;另一方面,森林植被的存活状况反过来也将影响其土壤的形成和发育[7]。分析不同森林类型土壤养分状况特征的差异,将有助于探讨森林类型与林下土壤的关系,为森林更新、森林植被恢复与重建、养分内循环过程等提供数据支持。此外,探究不同生态公益林林分类型土壤肥力状况的空间变异规律,对生态公益林差异化补偿提供理论指导和科学参考。本研究选择江西省生态公益林的6种典型林分类型(常绿阔叶林、马尾松(Pinus massoniana)林、毛竹(Phyllostachys heterocycla)林、杉木(Cunninghamia lanceolata)林、湿地松(Pinus elliottii)林和针阔混交林),测定其不同层次土壤性质,对不同森林土壤的养分状况特征进行研究,探讨不同生态公益林的土壤肥力状况,旨在为森林土壤资源的科学管理与评价及江西生态公益林管理提供理论参考。

    • 江西地处中国东南部,位于24°29′14″~30°04′41″N、113°34′36″~118°28′58″E之间,属中亚热带湿润季风气候,年降水量为1 341~1 996 mm,年蒸发量为700~800 mm,全年太阳总辐射量为3 800~4 515 MJ/m2,年平均日照时间为1 722 h,日照百分率为33%~47%,年平均气温为16.3~19.7 ℃。江西省森林资源丰富,是我国南方重点林区,森林植被类型主要有暖性针叶林、暖性针阔混交林、常绿阔叶林、常绿落叶混交林、落叶阔叶林、竹林和山顶矮林等[8]。据江西省“十一五”期间森林资源二类调查统计,江西全省纳入国家、省级补偿范围的生态公益林面积约340万hm2,其中216万hm2国家公益林和124万hm2省级公益林。生态公益林主要林分类型有常绿阔叶林、马尾松林、杉木林、毛竹林、湿地松林、针阔混交林、灌木林等,其中常绿阔叶林约占16%,马尾松林约占23%,毛竹林占9%,杉木林占22%,湿地松林占5%,针阔混交林占16%。林分类型以幼龄林和中龄林为主,约占80%以上。由于不同发育阶段森林群落的凋落物、贮量、养分归还量及凋落物分解速率,对林下土壤肥力状况的影响不尽相同[9-10],而幼龄林对土壤肥力的影响较小,因此本研究选择中龄林为研究对象,探讨不同林分类型的中龄林如何影响土壤肥力状况。

      红壤和黄壤是江西最有代表性的地带性土壤。以红壤分布最广,总面积931万hm2,约占江西总面积的56%。黄壤面积约167万hm2,约占江西总面积的10%,常与黄红壤和棕红壤交错分布,主要分布于中山山地中上部海拔700~1 200 m之间。此外还有山地黄棕壤,而山地棕壤和山地草甸土面积则很小。本研究选江西省东南部海拔为400~600 m的低山丘陵地带,土壤类型均为红壤,常绿阔叶林和针阔混交林的土壤亚类为黄红壤,而其他林分类型的土壤亚类均为红壤。

    • 依据《国家森林资源连续清查技术规定》(2014年修订版)从江西省生态公益林监测样地中选取具有代表性、人为干扰较少的6种处于中龄林阶段的典型林分类型33块样地,其中常绿阔叶林(林龄约30~35年)8块、马尾松林(林龄25~30年)5块、毛竹林(处于壮龄的毛竹林即为毛竹的中龄林)7块、杉木林(林龄21~25年)5块、湿地松林(林龄21~25年)3块、针阔混交林(林龄21~25年)5块,样地面积28.2 m×28.2 m≈795.2 m2。于2016年11月(旱季)对样地进行群落学调查,其基本群落学结构特征见表 1,并在样地东北角攫取一个1 m×1 m的矩形土壤剖面,剖面深度约100 cm或者达到母质层,按照土壤深度划分为3层,即A层(0~10 cm)、B层(10~30 cm)、C层(30~100 cm),分层进行土壤取样,每层在水平方向上四等分点的位置(即25、50、75 cm的位置)取3个样品带回实验室分析。

      表 1  6种林分基本结构特征

      Table 1.  Basic structure characteristics of six stand types

      林分类型
      Stand type
      密度/(株·hm-2)
      Stand density/(tree·ha-1)
      胸径
      DBH/cm
      胸高断面积/(m2·hm-2)
      Basal area/(m2·ha-1)
      主要树种
      Main tree species
      常绿阔叶林
      Evergreen broadleaved forest (EBF)
      1 539±417 12.2±2.67 1.64±0.52 壳斗科、山茶科、樟科、木兰科等
      Fagaceae, Theaceae, Lauraceae, Magnoliaceae, etc
      马尾松林Pinus massoniana forest (PMF) 1 505±587 11.1±1.32 1.19±0.51 马尾松Pinus massoniana
      毛竹林Bamboo forest (BF) 1 658±270 8.6±3.20 0.9±0.34 毛竹Phyllostachys heterocycla
      杉木林
      Cunninghamia lanceolata plantation (CLP)
      1 794±560 12.1±1.47 1.46±1.78 杉木Cunninghamia lanceolata
      湿地松林
      Pinus elliottii plantation (PEP)
      1 608±401 12.9±1.46 1.70±0.78 湿地松
      Pinus elliottii
      针阔混交林
      Conifierous and broadleaved mixed forest (CBF)
      1 960±195 12.7±1.41 2.42±0.51 马尾松、杉木、枫香、木荷、檫木等Pinus massoniana, Cunninghamia lanceolata, Liquidambar formosana, Schima superba, Sassafras tzumu, etc

      表 2  各土壤指标的双因素方差分析表

      Table 2.  Results of two-way ANOVA for different soil properties

      土壤指标
      Soil index
      因素
      Factor
      自由度
      Freedom
      F
      F value
      P
      P value
      林分类型Stand type 5 3.537 0.006 2
      pH 土壤层次Soil layer 2 1.679 0.193 3
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 2.390 0.015 7
      林分类型Stand type 5 3.761 0.004 2
      有机碳Organic carbon 土壤层次Soil layer 2 15.774 < 0.000 1
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.733 0.691 6
      林分类型Stand type 5 1.132 0.351 0
      全氮Total nitrogen 土壤层次Soil layer 2 0.879 0.419 0
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.906 0.532 0
      林分类型Stand type 5 1.771 0.129 0
      全磷Total phosphorus 土壤层次Soil layer 2 2.024 0.139 0
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.516 0.874 0
      林分类型Stand type 5 5.175 < 0.000 1
      全钾Total potassium 土壤层次Soil layer 2 12.065 < 0.000 1
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.224 0.993 3
      林分类型Stand type 5 2.221 0.060 5
      速效氮Available nitrogen 土壤层次Soil layer 2 23.501 < 0.000 1
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.298 0.979 7
      林分类型Stand type 5 2.068 0.048 3
      有效磷Available phosphorus 土壤层次Soil layer 2 14.510 < 0.000 1
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 1.658 0.105 9
      林分类型Stand type 5 2.615 0.030 7
      速效钾Available potassium 土壤层次Soil layer 2 22.080 < 0.000 1
      林分类型:土壤层次Stand type: soil layer 10 0.815 0.614 6
    • 用105 ℃烘干法测定土壤自然含水率,用土水比1:2.5,pH计法测定pH值,用半微量凯氏定氮法测定全N含量,用王水酸溶-钼锑抗比色法测定全P含量,用王水酸溶-火焰光度计法测定全K用含量,用碱解扩散法水解N含量,用盐酸-氟化铵法测定有效P含量,用醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效K含量[11]

    • 利用双因素方差分析探讨林分类型和土壤层次对各个土壤化学性质指标的影响;同时,通过单因素方差分析比较同一林分类型内不同土壤层次和同一土壤层次不同森林类型的土壤化学性质差异,并用Tukey-Kramer多重检验法检验各土壤层次之间的差异显著性(P<0.05);使用主成分分析(PCA)探讨不同土壤指标与林分类型的关系,并依据特征根和方差贡献率建立主成分方程,计算各林分类型在土壤肥力上的PCA综合得分,从而获得不同林分类型的土壤肥力状况排序。所有数据分析与作图均使用R软件(v3.3.2)的基础包与vegan包[12]

    • 双因素方差分析表明林分类型对pH值有显著影响,而土壤层次则没有显著影响,但林分类型和土壤层次之间存在显著地交互作用;林分类型和土壤层次对土壤有机碳、全钾、有效磷和速效钾均有显著地影响,并且二者不存在交互作用;林分类型和土壤层次对土壤全氮和全磷均无有显著地影响,并且二者不存在交互作用;土壤层次对土壤速效氮和有效磷均有显著地影响,二者不存在交互作用,并且林分类型对土壤速效氮的影响接近显著水平(P=0.060 5)。

      总之,林分类型主要影响pH、土壤有机碳、有效磷和钾含量,而土壤层次主要影响有机碳、全钾和速效养分,并且二者通常不存在交互作用。

    • 图 1A所示,同一林分类型不同土壤层次的pH值往往无显著差异,但大多数林分类型pH值在4.5附近,并且A层(0~10 cm)pH值往往小于其他土壤层次;比较同一土壤层次不同林分类型,发现湿地松林的C层(30~100 cm)pH值显著地低于其他林分类型(P < 0.05)。

      图  1  不同林分类型土壤不同层次的pH值和有机碳含量差异

      Figure 1.  Differences of pH and organic carbon content among different soil layers in varied stand types

      图 1B所示,同一林分类型不同土壤层次的有机碳含量随着土壤深度的增加而逐渐降低。常绿阔叶林A层有机碳含量显著地高于B层(10~30 cm),B层显著地高于C层;杉木林A、B层有机碳含量无显著差异,但是显著地高于C层;湿地松林A层有机碳含量显著地高于B、C层;而其他林分不同土壤层次无显著差异。比较同一土壤层次不同林分类型的有机碳含量,发现不同林分之间并无显著差异(P>0.05),但是从趋势来看,从高到低依次为湿地松、马尾松、杉木林、常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林。

    • 图 2A2B所示,同一林分类型不同土壤层次的全氮和全磷含量均无显著差异,全氮含量在不同层次之间无明显规律,但A层全磷含量往往大于其他土壤层次;比较同一土壤层次不同林分类型的全氮和全磷含量,发现马尾松林、常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林的全氮和全磷含量较高,而杉木林和湿地松林较低。

      图  2  不同林分类型土壤不同层次的全量养分含量差异

      Figure 2.  Differences of total nutrient content among different soil layers in varied stand types

      图 2C所示,同一林分类型不同土壤层次的全钾含量随着土壤深度的增加而逐渐降低,常绿阔叶林和毛竹林的全钾含量在A层和B层间无显著差异,但二者均显著地高于C层,而其他林分类型在不同土壤层次间无显著差异;比较同一土壤层次不同林分类型的全钾含量,发现不同林分之间并无显著差异(P>0.05),但从趋势来看,湿地松低于其他林分类型。

    • 图 3所示,同一林分类型不同土壤层次的土壤速效养分通常存在显著差异,并且随着土壤深度的增加而逐渐降低。如图 3A所示,比较同一林分类型不同土壤层次的速效氮含量,常绿阔叶林、马尾松林和毛竹林的A层显著地高于C层,而B层与其他两层均无显著差异。同一土壤层次不同林分类型的速效氮含量并无显著差异,但从趋势来看湿地松林最低,常绿阔叶林、马尾松林、毛竹林和针阔混交林的速效氮含量较高。

      图  3  不同林分类型土壤不同层次的速效养分含量差异

      Figure 3.  Differences of available nutrient content among different soil layers in varied stand types

      图 3B所示,比较同一林分类型不同土壤层次的有效磷含量,常绿阔叶林在A层和B层间无显著差异,但二者均显著地高于C层;毛竹林和湿地松林的有效磷含量A层显著高于C层;针阔混交林的有效磷含量A层显著地高于B、C层。比较同一土壤层次不同林分类型,发现常绿阔叶林A层有效磷含量显著地高于杉木林(P < 0.05),从数值来看,常绿阔叶林和毛竹林有效磷含量比较大,而杉木林和湿地松林较小。

      图 3C所示,比较同一林分类型不同土壤层次的有效磷含量,常绿阔叶林、毛竹林和针阔混交林A层显著高于B层和C层,B层和C层间无显著差异,而其他林分类型在不同土层间无显著差异。比较同一土壤层次不同林分类型,发现针阔混交林A层速效钾含量显著地高于马尾松林(P < 0.05),从趋势来看,马尾松林和湿地松林略低于其他林分类型。

    • 主成分分析结果表明:第1主轴PCA1的方差贡献率为35.9%,第2主轴的方差贡献率为15.4%,合计方差贡献率为51.3%(图 4)。第1主轴主要代表速效养分含量和有机碳含量的变化,其中速效氮、速效钾和有机碳的因子载荷值较大;第2主轴主要代表全量养分和pH值的变化。通过主成分分析计算各林分类型综合得分并进行土壤肥力状况排序,研究结果表明:毛竹林>常绿阔叶林>针阔混交林>马尾松林>杉木林>湿地松林(图 5)。

      图  4  土壤化学性质主成分分析

      Figure 4.  PCA analysis of soil chemical properties

      图  5  不同林分类型土壤肥力的综合得分

      Figure 5.  Comprehensive scores of soil fertility for different stand types

    • 土壤理化性质是土壤生态系统的重要组成部分,土壤养分的富集、空间分布和再分配过程均可直接影响植被生长、发育和演替等过程[13]。红壤是在高温多雨条件下,矿物加速风化、盐基大量淋失及脱硅富铁铝化形成的发育程度较高的土壤,因而红壤本身呈酸性。本研究发现尽管随着土壤深度的加深,pH并无显著变化,但绝大多数林分pH值在4.5附近,呈酸性,并且A层pH值往往小于其他土壤层次。一方面因为森林凋落物含有大量的单宁、树脂和木质素等物质,其分解产生酸性物质,可导致土壤酸化[14];另一方面可能因为植物分泌物及凋落物分解的致酸物质通过淋洗作用首先进入表层土壤,并且主要分布在表层的植物根系从土壤中吸收阳离子时会释放H+,从而促进表层土壤酸化[15]。类似地,在红壤丘陵区不同植被类型pH剖面特征研究也表明与裸地相比,除白茅(Imperata cylindrica)草地外,其他植被类型均加速了表层土壤酸化[14]

      随着土壤深度的增加,土壤有机碳、全钾、速效氮、有效磷和速效钾含量均逐渐降低,而全氮和全磷均无显著变化。这一结果表明随着土层的加厚,土壤有机质和速效养分含量在逐渐降低,而全量养分含量则变化不显著。这可能是因为森林土壤养分主要来源于地表枯枝落叶物的分解及细根周转过程,从而造成土壤养分具有“表聚性”[16-17]。在养分循环过程中,土壤养分元素被植物体(根、叶等器官)所吸收,并以凋落物等形式归还至地表,然后通过分解者(土壤动物或者微生物等)的分解作用释放至土壤,从而实现养分内循环[18]。植物根系主要分布在表层,而且土壤表层也是土壤动物和微生物最活跃的土壤层次,是进行次生代谢的主要场所,也是养分内循环的主要场所,植物吸收的氮、磷、钾等养分又以凋落物的形式归还土壤,造成表层土壤往往具有更高的养分含量,尤其是速效养分含量[19]

    • 森林土壤养分状况与构成林分树种及树种组成、林分结构等林分因子有密切关系,反过来林分生长状况也能反映土壤肥力高低,从而导致不同林分土壤养分往往具有较大差异[17]。双因素方差分析结果也表明林分类型主要影响pH、土壤有机碳、有效磷和钾含量等土壤属性。土壤有机质(与有机碳关系密切)是土壤的重要组成物质,对改善土壤物理、化学性质以及植物的生长起着重要作用,是评价土壤肥力和质量的重要指标[20]。尽管通过比较同一土壤层次不同林分类型的有机碳含量发现并无显著差异,但仍然可以看出针阔混交林最大,常绿阔叶林和毛竹林次之,杉木林、马尾松林和湿地松林最小。这一结果暗示阔叶树种越多,混交程度越大,有机质含量越高。在气候环境基本一致的情况下,植被类型、产量和植物残体的分解过程是有机质的重要控制因子[21-22],针叶林林下凋落物中含有大量单宁、蜡质、树脂等难分解的有机质,影响了土壤养分的归还速率,而阔叶树种往往具有更大的凋落物产量和分解速率,从而有利于有机质的积累[23]

      在PCA分析中,第1主轴主要以速效养分含量和有机碳含量为代表,意味着不同林分类型的差异主要体现在速效养分和有机质的差异上。这可能与速效养分含量与植物营养吸收方面的紧密关联有关。土壤速效氮、磷和钾的含量水平对于植物的生长起着关键作用,是反映土壤供应养分能力的重要指标[24-25],而植物的物种组成和结构与营养元素的循环有关。氮往往是限制植物生长的主要土壤因子,碱解氮是植物实际可利用的氮元素形态[26]。土壤中钾素对植物最有效的形态为速效钾,其能够直观地反映土壤可供植物利用的钾素水平[27]。土壤中的磷是植物生理、生化过程中不可缺少的元素,磷素形成可分为有机磷和无机磷,其中以有机磷占多数[28]。一般认为有效磷含量小于15 mg/kg为磷缺乏,本研究中所有林分均表现为有效磷亏缺状态,因而对亚热带生态公益林施加磷肥可能有利于树木生长与森林植被的恢复。而不同林分类型的土壤速效养分和有机碳含量差异显著可能与凋落物养分释放速率有关,有研究表明亚热带森林凋落物分解速率通常常绿阔叶林>针阔混交林>针叶林,而凋落物分解速率受不同森林类型所具有的土壤微生物、细菌数量及土壤酶活性等因素调控[7, 29]

      通过主成分分析计算综合得分后的土壤肥力状况排序为:毛竹林>常绿阔叶林>针阔混交林>马尾松林>杉木林>湿地松林。这一研究结果说明,随着针叶人工林向针阔混交林乃至常绿阔叶林的方向,土壤养分存在一个不断积累、土壤物理性能不断改善的过程。类似地,黄宇等[30]利用定位研究方法,综合比较了第2代连栽杉木纯林、杉木阔叶树混交林以及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量的影响,结果表明阔叶纯林>针阔混交林>杉木纯林;其他研究结果也表明常绿阔叶林和针阔叶混交林土壤的养分含量均比马尾松、杉木纯林高[7, 31-32]。另外,毛竹林的土壤肥力最大,可能与毛竹林的经营管理有关,毛竹林砍伐频繁,并且在轮伐期内实施清灌、砍杂等抚育管理措施,造成了更多的凋落物归还至土壤中,从而造成土壤肥沃。综合看来,土壤肥力排序(常绿阔叶林>针阔混交林>针叶纯林)的研究结果将为生态公益林差异化补偿提供数据支持和理论参考。此外,相对于人工纯林,常绿阔叶林和针阔混交林有利于土壤养分的积累,因而建议对针叶人工林进行补植改造,致使人工纯林朝向针阔混交林和常绿阔叶林方向转变,为生态公益林提质增效提供了科学依据和理论指导。

    • 通过比较研究江西省处于中龄林阶段的6种不同生态公益林林分类型的土壤肥力状况,发现随着土壤深度的增加,土壤有机碳、全钾、速效氮、有效磷和速效钾含量均逐渐降低,并且不同林分类型的差异主要来源于土壤速效养分含量和有机碳含量的变化,尤其速效氮、速效钾和有机碳的影响较大;6种林分的土壤肥力状况排序为:毛竹林>常绿阔叶林>针阔混交林>马尾松林>杉木林>湿地松林。因此,从保育土壤的角度来看,6种不同生态公益林林分类型肥力状况的排序结果将为生态公益林差异化补偿提供数据支持和理论参考;此外,我们的研究结果认为相对于人工纯林,常绿阔叶林和针阔混交林有利于土壤养分的积累。鉴于江西省生态公益林中人工针叶林的比例接近一半的现状,我们建议针对人工针叶林进行补植改造,使它们逐步朝向针阔混交林和常绿阔叶林的方向转变,从而提高林分的土壤肥力状况,进而提升生态公益林的生态和社会效益。

参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回