彭玉華，鄭 威 ，何琴飛 ，申文輝 ，劉 建 ，譚衛(wèi)寧 ，何 峰

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧530002; 2. 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧530002；3. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳，廣西 南寧530028；4. 木論國家級自然保護區(qū)管理局，廣西 環(huán)江 547100)

單性木蘭群落的土壤特征

彭玉華1,2，鄭 威1,2，何琴飛1,2，申文輝1,2，劉 建3，譚衛(wèi)寧4，何 峰1,2

(1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧530002; 2. 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧530002；3. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳，廣西 南寧530028；4. 木論國家級自然保護區(qū)管理局，廣西 環(huán)江 547100)

為了對瀕危極少種群單性木蘭的拯救保護，進行單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤理化性狀和最宜單性木蘭生長發(fā)育土壤理化性狀的研究，結(jié)果表明：單性木蘭成片分布區(qū)的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通氣度、容重均值分別為58.40%、44.10%、14.30%、17.42%、1.36 g/cm3；土壤速效N、有效Fe含量極豐富，有效Ca含量較高，土壤有機質(zhì)、全N和有效Zn含量均處于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均處于缺乏狀態(tài)，特別是全P、全K、速效P和有效Cu含量均極缺乏，土壤呈酸性。最適宜單性木蘭生長的土壤物理性狀為總孔隙度56.0～61.5%、毛管孔隙度45.0～46.0%、非毛管孔隙度11.1～16.0%、通氣度14.0～19.0%之間。豐富的土壤有機質(zhì)、全N、速效N、有效Zn有利于單性木蘭的生長，而有效Fe含量過高側(cè)抑制單性木蘭生長，單性木蘭生長對土壤代換性Ca、代換性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。

單性木蘭；土壤；物理性狀；化學(xué)性狀

單性木蘭Kmeria septentrionalisDandy隸屬于木蘭科Magnoliaceae單性木蘭屬，該屬植物僅2種，分布范圍狹小，僅分布于我國廣西西北部環(huán)江縣、羅城縣以及貴州東南部荔波縣。生于海拔200～850 m的石灰?guī)r山地常綠闊葉林中，多數(shù)零星分布，成片分布僅見于環(huán)江境內(nèi)的廣西木論國家級自然保護區(qū)內(nèi),目前已被列為我國第二批國家珍稀瀕危植物中的一級保護植物[1-2]。廣西第一次重點保護野生植物資源調(diào)查時，通過樣方法調(diào)查共計得到單性木蘭的數(shù)量為4 172株，但最近的核查記錄到單性木蘭只有309株，種群數(shù)量急劇下降。研究該物種致危原因，探索拯救保護和繁殖的有效措施，是目前急需解決的問題。目前，在國外尚未見有單性木蘭研究的報道，國內(nèi)學(xué)者已在單性木蘭傳粉生態(tài)學(xué)、種子貯藏及繁殖、幼苗光合特性等[3-6]方面進行研究，但在土壤理化性狀方面未見有報導(dǎo)。土壤是植物生長發(fā)育、繁衍生息重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，其養(yǎng)分及其含量影響著森林的結(jié)構(gòu)及演替，其物理性狀不僅影響土壤的持水和溶解礦質(zhì)元素的性能，而且影響植物根系生長和吸水性能，進而影響土壤肥力狀況和植物的生長[7]。因此，研究土壤理化性狀，了解土壤理化性狀特性，對于該地的森林更新、保護具有重要意義[8]。本文對廣西木論國家級自然保護區(qū)內(nèi)單性木蘭成片分布區(qū)的土壤進行分析，闡明單性木蘭分布區(qū)的土壤理化特性，了解單性木蘭分布區(qū)土壤營養(yǎng)元素的豐缺情況，為單性木蘭異地繁殖保護提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地自然概況

木論自然保護區(qū)地處廣西環(huán)江毛南族自治縣西北部（107°53′29″～108°05′42″E，25°06′09″～25°12′25″），與貴州省茂蘭國家自然保護區(qū)相連，為典型的喀斯特地貌，海拔 250～1028 m，總面積10 829.7 hm2，保護區(qū)內(nèi)石山裸露面積80%～90%，土壤覆蓋面積不足20%，且土壤多分布于巖石縫隙間，只有洼地或谷地才有成片土壤，為中亞熱帶石灰?guī)r常綠、落葉闊葉混交林生態(tài)系統(tǒng)。調(diào)查區(qū)域為下南鄉(xiāng)板南屯單性木蘭成片分布區(qū)，成片面積達18.7 hm2。海拔500～550 m。據(jù)下南鄉(xiāng)氣象觀測資料（保護區(qū)內(nèi)缺乏氣象資料），最冷月（1月）均溫9.3 ℃，最熱月（7月）均溫26.9 ℃，年均溫19.3 ℃，極端最低溫-5 ℃，極端最高溫36.0 ℃，≥10 ℃年活動積溫6 260 ℃，無霜期310 d；年均降雨量為1 529.2 mm，集中在夏季占全年的52.4%，冬季只占6.0%，春、秋季分別占26.0%和15.6%；干旱季節(jié)的平均相對濕度仍＞76%，年平均相對濕度為79%。氣候條件優(yōu)越，適宜植物及其他生物的繁衍(賴家業(yè)等，2007)。

1.2 采樣方法

2014年6月，在單性木蘭成片分布區(qū)域內(nèi)，選擇1個斜坡（坡度等級參照歐芷陽（2013）等[9]方法）、1個陡坡的上、中、下坡位分別設(shè)置樣方進行調(diào)查，斜坡的下、中、上坡位分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ樣方，陡坡的下、中、上坡位分別為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ樣方，共計6個面積為20×20 m的樣方，每個樣方進一步劃分為16個5 m×5 m的基本測量單元進行木本植物調(diào)查，對胸徑(DBH)≥1 cm、樹高（SH）≥1.5 m的木本植物進行每木檢尺，記錄樹種名稱、胸徑、樹高、冠幅和生長狀況等，用GPS記錄每個樣方的海拔、經(jīng)緯度、坡度等，調(diào)查情況祥見表1。因單性木蘭成片分布區(qū)山地土層淺薄且不連續(xù)，土壤理化性狀的采集只涉及土壤的表層（0～20 cm）。在每個20×20 m樣方內(nèi)按S型多點用土鉆采集表土層的混合土樣約1 kg，混合均勻后用塑料袋密封迅速帶回室內(nèi)，置于陰涼通風(fēng)處晾干，搟碎，用于測定土壤養(yǎng)分含量。在每個20×20 m樣方內(nèi)用環(huán)刀法取表土層（0～20 cm），按品字型采集100 cm3的環(huán)刀3個、鋁盒3個，共計18個環(huán)刀、18個鋁盒。

表1 樣方調(diào)查的基本情況Table 1 Profile of sampled plots

1.3 分析方法

土壤理化性質(zhì)分析測定方法采用中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：土壤含水量測定用烘干法；土壤容重測定采用環(huán)刀法；毛管孔隙采用環(huán)刀浸水法；土壤總孔隙度依據(jù)土壤容重和土壤比重計算得出；非毛管孔隙由總孔隙度和毛管孔隙計算得出。土壤pH值采用電位法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；土壤全氮和速效氮采用擴散法測定；土壤全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法測定；土壤全鉀采用堿熔-火焰光度法測定；土壤速效鉀采用1 mol·L-1CH3COONH4浸提-火焰光度法測定；土壤代換性鈣和鎂采用乙酸銨交換一原子吸收分光光度法測定；土壤有效Cu、Zn、Fe采用鹽酸浸提—原子吸收分光光度法測定；土壤有效Mn采用乙酸銨浸提—原子吸收分光光度法測定；土壤有效B測定采用沸水浸提—甲亞胺比色法測定；凋落物含碳量采用KCr2O7-H2SO4氧化法測定；凋落物全氮含量（LN）采用H2SO4-H2O2消煮后凱氏法測定；凋落物全磷含量（LP）用鉬銻抗比色分光光度法測定；凋落物全鉀含量（LK）采用原子吸收分光光度法測定。每個樣品測定重復(fù)3次取其平均值。測得的土壤養(yǎng)分均值與土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)進行對比，以便了解單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分的豐缺情況。

土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[10-11]見表2、表3和表4。

表2 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Soil classification by nutrient contents (g·kg-1)

表3 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Soil classification by nutrient contents (mg·kg-1)

表4 土壤pH值分級標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Classification of soil pH

2 結(jié)果與分析

2.1 樣方內(nèi)單性木蘭基本情況

在樣方內(nèi)調(diào)查共記錄到胸徑（DBH）≥1 cm以上的單性木蘭有98株（表5），最大達35.5 cm，≥28.1 cm的只有5株，≤1 cm的小苗有151株。斜坡的坡位越高單性木蘭存活越少，重要值越低。陡坡的坡位越低單性木蘭存活越少，重要值越低。

2.2 單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤物理特征

土壤物理特性的大小決定著土壤的持水和溶解礦質(zhì)元素的性能，也決定著植物的扎根和根系的吸水性能，進而決定了植物的生長和土壤肥力狀況[12]。單性木蘭成片分布區(qū)域內(nèi)研究的土壤物理特征見表6。

表5 單性木蘭詳情Table 5 Number of trees in Kmeria septentrionalis stand and the distribution of DBH

表6 土壤物理特征Table 6 Physical properties of soil

容重對土壤疏松度和通氣性有直接影響，并影響植物根系生長和生物量的積累，進而影響土壤的滲透性和保水能力[7]。疏松多孔、富含有機質(zhì)的土壤容重低，而堅實致密、有機質(zhì)含量少的土壤容重較高，一般認(rèn)為有利于大多數(shù)植物根系正常生長的土壤容重在1.14～1.26 g/cm3之間，當(dāng)土壤容重在1.4～1.5 g/cm3時，植物根系難以進入，而大于1.6 g/cm3時，已是植物根系穿插的臨界點[13-15]。研究區(qū)內(nèi)6個樣方土壤容重差別不大，在1.33～1.38 g/cm3之間，植物根系可以正常生長。

土壤孔隙狀況是土壤重要的物理指標(biāo)，其與土壤質(zhì)地，有機質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、容重等密切相關(guān)，可直接影響到土壤中水、熱、氣、肥的分配，反映了土壤的透氣、透水和保水、保肥的能力大小，可以說它是土壤各因子的綜合反映。土壤總孔隙度在51.36～68.68%之間，單性木蘭重要值較大的樣方Ⅰ、Ⅱ的總孔隙度為56.82%和58.96%，一般認(rèn)為土壤孔隙度以 50% 或稍大于 50% 最好，過小，水氣狀況不良，對作物生長不利，過大，植物的根系不能與土壤密切結(jié)合，吸收養(yǎng)分和水分都較困難[16]。樣方間的毛管孔隙度差異不大，在41.58～45.73%之間。非毛管孔隙度在8.80～27.10%之間，單性木蘭重要值較大的樣方Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ非毛管孔隙度為10～20%之間，而非毛管孔隙度＜10%的樣方Ⅲ、Ⅳ的單性木蘭重要值較小，可能是非毛管孔隙度過低，不利于地表徑流的下滲，土壤透水性、通氣性和持水能力難以協(xié)調(diào)。土壤通氣度在12.09～30.68%之間，單性木蘭重要值高的樣方在14.3%～18.95%之間。

2.3 單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤化學(xué)特性

土壤肥力是土壤最基本的特征，也是土壤在植物生活的過程中不斷供給植物以最大量的有效養(yǎng)分及水分的能力。通過對單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤分析得出結(jié)果見表7和表8。結(jié)果與土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)（表2、表3、表4）進行對比，可以得知：單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤速效N、有效Fe含量極豐富，有效Ca含量較高，土壤有機質(zhì)、全N和有效Zn含量均處于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均較為缺乏，特別是全P、全K、速效P和有效Cu含量均極缺乏，土壤呈酸性。

土壤有機質(zhì)、全N、速效N、有效Zn均值分別為 30.5 g/kg、1.74 g/kg、22.89 g/kg、2.39 mg/kg，土壤有機質(zhì)、全N、速效N、有效Zn含量較高的樣方Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ均生長有較大的單性木蘭，說明較高的土壤有機質(zhì)、全N、速效N、有效Zn有利于單性木蘭的生長。

土壤有效Fe含量均值高達56.63 mg/kg，表現(xiàn)出富Fe的狀況。有效Fe含量高于70.0 mg/kg的樣方Ⅲ、Ⅳ單性木蘭生長較差、重要值最低，而有效Fe含量最少的樣方Ⅰ的單性木蘭重要值最高，說明土壤有效Fe含量過高可能抑制單性木蘭的生長。

土壤代換性Ca、代換性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量變幅較大。土壤代換性Ca含量和土壤代換性Mg的變幅分別為203.10～2642.0 mg/kg和8.6～56.4 mg/kg，其中樣方Ⅴ的含量均最低，但樣方Ⅴ單性木蘭的重要值也有11.74，且有1株胸徑＞28.0 cm；有效Cu、有效B和有效Mn含量變幅分別為0.02～0.14 mg/kg、0.19～0.44 mg/kg和1.51～11.15 mg/kg，在這變幅內(nèi)含量高低單性木蘭均能正常的生長。說明單性木蘭的生長對土壤代換性Ca、代換性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。

表7 土壤化學(xué)性質(zhì)Table 7 Chemical properties of soil (g·kg-1)

表8 土壤化學(xué)性質(zhì)Table 8 Chemical properties of soil (mg·kg-1)

3 討論與結(jié)論

土壤物理性狀是土壤肥力的重要影響因素，影響著植物根系的生長和土壤養(yǎng)分的有效性[17]。毛管孔隙和非毛管孔隙合理搭配、土壤容重適當(dāng)，才能滿足植物所需的空氣和水分條件[18]。植物對總孔隙度及毛管、非毛管孔隙度比例的要求是：土壤中毛管、非毛管孔隙同時存在，若總孔隙度在 50%左右，其中非毛管孔隙占 20%～40%，土壤容重在1.0 ～1.3 g/cm3時，土壤透水性、通氣性和持水能力才比較協(xié)調(diào)[19-21]。本結(jié)果表明，單性木蘭成片分布區(qū)的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通氣度均值分別為58.40%、44.10%、14.30%、17.42%，土壤容重為1.33～1.38 g/cm3之間。說明單性木蘭成片分布區(qū)土壤的通氣透水性能良好，利于植物的生長和植被的水土保持。尤以總孔隙度在56.0～61.5%、毛管孔隙度在45.0～46.0%、非毛管孔隙度在11.1～16.0%、通氣度在14.0～19.0%之間的土壤物理性狀最適宜單性木蘭生長。

調(diào)查可知，單性木蘭成片分布區(qū)內(nèi)土壤速效N、有效Fe含量極豐富，有效Ca含量較高，土壤有機質(zhì)、全N和有效Zn含量均處于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均較為缺乏，特別是全P、全K、速效P和有效Cu含量均極缺乏，土壤呈酸性。較高的土壤有機質(zhì)、全N、速效N、有效Zn有利于單性木蘭的生長，因為土壤有機質(zhì)是林木生長所需養(yǎng)分的來源，土壤氮、磷、鉀含量直接影響林木的生長[22]。但過高的有效Fe含量對單性木蘭生長起抑制作用。單性木蘭生長對土壤代換性Ca、代換性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。雖然說單性木蘭生長發(fā)育對土壤代換性Ca、代換性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感，但土壤中必須有這些營養(yǎng)元素的含量，因植物的生命過程必須有大量營養(yǎng)元素來保證外，還必須有微量元素才能順利地進行，微量元素與植物光合作用、碳水化合物運轉(zhuǎn)和積累有密切地相關(guān)，對植物干物質(zhì)積累起著重要的作用，如Fe是合成葉綠素和許多氧化還原酶的重要組成成分所必需的元素，Mn是葉綠體的結(jié)構(gòu)成分和許多酶的活化劑[23-24]等。至于單性木蘭對這些營養(yǎng)元素需求的臨界值還有待進一步的研究。

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Soil characteristics of Kmeria septentrionalis communities

PENG Yu-hua1,2, ZHENG Wei1,2, HE Qin-fei1,2, SHEN Wen-hui1,2, LIU Jian3, TAN Wei-ning4, HE Feng1,2
(1. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 2 Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Forestry Department, Nanning 530028, Guangxi, China; 4.Mulun Nature Reserve Administration Bureau, Huanjiang 547100, Guangxi, China)

In order to rescue an endangered rare speciesKmeria septentrionalis, soil properties in the area patch-distributed with the plant were investigated. The results showed that soil total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity, permeability, mean bulk density were 58.40%, 44.10%, 14.30%, 17.42%, 1.36 g/cm3respectively; while soil was rich in available N and available Fe. There were relatively high content of effective Ca; and moderate concentrations of organic matter, total N and available zinc; in contrast, available K, Mg, B and Mn were low, especially total N, total K, available P and Cu were terribly insufficient. Soil pH was below 7. Soils most suitable for the growth of the species had total porosity 56.0-61.5%, capillary porosity 45.0-46.0%, non-capillary porosity 11.1-16.0%, permeability 14.0-19.0%.Soils rich in organic matter, total N, available N and zinc were conducive to the growth of the plant, while high available Fe might restrain the development. The species were not sensitive to the content of exchangeable Ca, exchangeable Mg, available Cu, B and Mn.

Kmeria septentrionalis; soil; physical property; chemical property

S714

A

1673-923X(2015)10-0044-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.10.008

2014-02-10

廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳科技項目“廣西青梅、單性木蘭兩種極小種群野生植物拯救保護與繁育研究”(桂林預(yù)護2013009)

彭玉華，高級工程師

申文輝，教授級高工，博士研究生；E-mail：shenwenhui2003@163.com

彭玉華，鄭 威，何琴飛，等. 單性木蘭群落的土壤特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2015, 35(10)： 44-48.

[本文編校：吳 彬]