韓春梅，衣華鵬，位 彬，高 猛，蘭思群，劉宗元

(1.魯東大學資源與環(huán)境工程學院, 山東 煙臺 264025；2.中國科學院煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003)

土壤是地球陸地表面具有一定肥力且能生長植物的疏松層[1]，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是環(huán)境與生物相互作用的產物，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中物質與能量相互交換的重要場所[2].土壤中儲藏著氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質，其對于植物的生長起著關鍵性作用，直接決定了生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能及生產力水平[2].

廟島群島位于黃渤海交界處，連接膠東半島與遼東半島，系京津之門戶，扼渤海之咽喉，32個島嶼散居于渤海陸架之上，由于其戰(zhàn)略地位的重要性，故歷來為國家所重視.海島作為一個相對獨立而又特殊的陸地生態(tài)系統(tǒng)，不僅是重要的生態(tài)功能儲存庫，維護國家權益的重要平臺，也是人類居住的載體以及保護與利用海洋的支點，這些突出了研究海島土壤理化性質的重大意義.目前，國內外的許多專家學者對土壤的理化性質及其影響因素已經進行了廣泛研究.而對于海島土壤的研究尚不深入，關于廟島群島的研究更少，研究表明：廟島群島北五島的土壤養(yǎng)分受到景觀類型和景觀格局破碎度、邊緣效應的影響[3]；南長山島不同土地利用方式下森林土壤有機碳密度與坡度、海拔相關性不顯著，與土壤全氮、有機質含量呈顯著正相關[4]；廟島群島南五島凈初級生產力(NPP)與土壤pH、速效磷、全磷、全鉀呈顯著負相關，與全氮、總碳、總有機碳呈顯著正相關[5].以上研究大多是以廟島群島多個島嶼為研究對象，每個島嶼采樣點較少，數據不全面，沒有形成系統(tǒng)的海島土壤研究分析方法，而對單個島嶼的土壤理化性質研究更是鮮見報道.

小欽島是廟島群島中離陸地較遠、受人類活動影響最小的人類長居島嶼.對小欽島土壤理化性質進行研究，旨在豐富、加深對廟島群島土壤的研究，為海島的生態(tài)保護和開發(fā)提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

小欽島隸屬于山東廟島群島北五島之一，位于山東煙臺東北部，處于膠東半島與遼東半島之間，黃渤海交界地帶，東臨黃海，西瀕渤海，地理范圍38°20′07″～38°21′28″N，120°50′20″～120°51′06″E之間，島嶼面積1.14km2，海岸線長6.44km，島上現(xiàn)居人口1000人左右.小欽島山體大致呈東北-西南走向，最高點海拔145m左右.小欽島屬于東亞季風型氣候區(qū)，年日照總時間平均為2612h，年平均氣溫為12.0℃，年平均降雨量為537.1mm[6].

1.2 研究方法

1.2.1野外調查與采樣 分別于2016年10月和2017年5月，對小欽島開展實地調查，選取典型樣地進行土壤樣品采集與植被調查，在東、南、西、北、東南、西南、西北和東北8個方向各設置一條縱向樣帶(圖1)，并在每條縱向樣帶的中部分別設置一條垂直于縱向樣帶的橫向樣帶，構成“十字架”型樣帶布設.每條樣帶設置樣方面積為5m×5m，樣方間隔為20m.采樣時先清除地被物，環(huán)刀采土裝密實袋、帶回實驗室測含水量，按S形取5個樣點混合樣1kg左右，裝入密封袋中并編號，共采集148個土樣，并記錄樣方內植物的物種特性.將采回的土樣帶回實驗室，自然風干約7d后，按照不同的測試項目要求研磨過篩，制成土壤分析樣品，裝入密封袋中編號備用.

圖1 小欽島研究區(qū)域及采樣點分布Fig.1 Map of the study area and sampling sites on Xiaoqin Island

1.2.2實驗方法與數據處理 礫石含量用電子分析天平測得，環(huán)刀法測土壤含水量，土壤中銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀和有機質均用土壤養(yǎng)分速測儀TPY-IV測定， pH用PHS-3C型酸度計測得.數據分析，采用Excel2010對數據進行預處理，基于SPSS24.0，進行皮爾遜(Pearson)相關性分析、單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差數法(LSD)多重比較.

2 結果與分析

2.1 土壤理化性質分析

研究表明(表1)，小欽島土壤礫石平均含量20.4%，約占單位體積土壤的1/4，屬于多礫質土，礫石的形成主要與其母巖有關，小欽島上發(fā)育的母巖主要為變質石英巖，石英巖是由石英砂巖或硅質巖經熱變質作用而形成，堅硬致密，不易風化、破碎，呈塊狀構造[7].

土壤的N、P、K含量制約著植物的生長發(fā)育，是評定土壤養(yǎng)分不可或缺的因子，土壤有機質是土壤肥力的物質基礎，是土壤形成發(fā)育的主要標志，有機質的含量、組成和性質隨氣候、生物條件而呈現(xiàn)有規(guī)律的變化[8].參照全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標準[8]，從平均水平來看，銨態(tài)氮含量為23.67 mg/kg，屬于五級水平，速效鉀為212.77 mg/kg，屬于一級水平，速效磷為16.15 mg/kg，屬于三級水平，有機質為28.34 g/kg，屬于三級水平.速效鉀偏高，原因為小欽島土壤發(fā)育母質中含有云母等礦物成分，土壤黏土礦物以水化云母為主，故檢測土樣中速效鉀含量較高.

表1 小欽島土壤理化性質的統(tǒng)計分析值Tab.1 Statistical analysis of soil physical and chemical properties on Xiaoqin Island

pH值是土壤重要的基本性質，也是影響土壤肥力的因素之一，它不僅影響土壤的形成、屬性和土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉化和有效性，而且還影響微生物的活動和植物的生長[8].對采集土樣進行測定，結果顯示，小欽島土壤的pH值平均為5.72，按土壤pH值分級標準，小欽島土壤呈微酸性.

2.2 土壤理化性質相關性分析

地理要素相關性分析的任務是揭示地理要素之間相關關系的密切程度[8].由表2可知，有機質與含水量、銨態(tài)氮、速效磷均呈顯著正相關，與速效鉀呈顯著負相關.這表明，土壤有機質在改善土壤質地、提高土壤肥力等方面有著重要的作用.有機質與含水量、銨態(tài)氮、速效磷均呈顯著正相關，原因為有機質中含有豐富的植物所需的碳、氫、氧、氮、磷等營養(yǎng)元素，以及多種微量元素.由于鉀元素主要來自母質，植被覆蓋度低的樣方內土壤的主導成土因素則為母質，土壤速效鉀含量較高，所以速效鉀與有機質呈顯著負相關.

表2 小欽島土壤各項理化性質相關系數Tab.2 Correlation coefficient of soil physical and chemical properties on Xiaoqin Island

注：“**”在0.01級別(雙尾)相關性顯著；“*”在0.05級別(雙尾)相關性顯著

2.3 土壤理化性質的影響因素

本研究區(qū)域為整個小欽島，由于小欽島各地海拔高度差異較小，由海拔高度引起的水熱條件差異不明顯，本研究著重探討植被、坡向對小欽島土壤理化性質的影響.

2.3.1 植被對土壤理化性質的影響分析 調查發(fā)現(xiàn)，小欽島上生長的植物群落主要為黑松林、刺槐林及黑松×刺槐混交林，其中以黑松林為主.根據表3，3種植物群落喬木高度、灌木叢徑及草本覆蓋度存在顯著差異(p<0.05)：①黑松林的喬木高度顯著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林.②刺槐林下的灌木叢徑顯著高于黑松×刺槐混交林，且黑松×刺槐混交林下的灌木叢徑顯著高于黑松林.③刺槐林下的草本覆蓋度顯著高于黑松×刺槐混交林和黑松林.根據表4，3種植物群落的土壤各項指標除pH值外，其余5項指標均表現(xiàn)出了顯著的差異(p<0.05)：①刺槐林和黑松×刺槐混交林下土壤含水量顯著高于黑松林.②刺槐林下土壤銨態(tài)氮和速效磷顯著高于黑松×刺槐混交林和黑松林，且黑松×刺槐混交林下土壤銨態(tài)氮和速效磷顯著高于黑松林.③黑松林下土壤有機質顯著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林,但速效鉀含量顯著高于刺槐林.

表3 小欽島不同植物群落物種特性統(tǒng)計特征Tab.3 Statistical characteristics of species in different plant communities on Xiaoqin Island

注：表中數據均為均值±標準差，小寫英文字母為多重比較(LSD法)，同列間不同字母表示差異顯著(p<0.05)，下同

表4 小欽島不同植物群落土壤理化性質統(tǒng)計特征Tab.4 Statistical characteristics of soil physical and chemical properties in different plant communities on Xiaoqin Island

2.3.2 坡向對土壤理化性質的影響分析 山體的坡向主要是通過影響山地的光照條件、降水和溫度等因素而間接影響土壤理化性質的.小欽島的東坡、南坡和東南坡為陽坡，西南坡和東北坡為半陽坡，西坡為半陰坡，北坡和西北坡為陰坡.根據表5，不同坡向的灌木高度和草本覆蓋度存在顯著差異(p<0.05)：①陰坡和半陰坡的灌木高度顯著高于半陽坡和陽坡，且半陽坡的灌木高度顯著高于陽坡.②陰坡的草本覆蓋度明顯高于半陽坡和陽坡，與半陰坡無顯著差異.根據表6，不同坡向土壤含水量、速效鉀、速效磷及有機質差異顯著(p<0.05)：①陰坡、半陰坡土壤含水量顯著高于半陽坡、陽坡含水量.②陽坡和半陽坡速效鉀顯著高于陰坡、半陰坡.③陰坡和半陰坡有機質顯著高于陽坡和半陽坡，速效磷顯著高于陽坡.

表5 小欽島不同坡向植被統(tǒng)計特征Tab.5 Statistical characteristics of different slope vegetation on Xiaoqin Island

表6 小欽島不同坡向土壤理化性質統(tǒng)計特征Tab.6 Statistical characteristics of soil physical and chemical properties at different slopes on Xiaoqin Island

2.4 討論

2.4.1 植被類型對土壤理化性質的影響 植物和環(huán)境的關系是地理學研究的重要內容之一，植物和土壤因子之間的關系已被廣泛討論[9].土壤是植物賴以生存的基礎，為植物提供了養(yǎng)分與水分，植物又通過枯枝落葉將養(yǎng)分返還到土壤中，兩者緊密相連[10].刺槐林喜光，不耐蔭庇，抗風性差，喜土層深厚、肥沃、疏松、濕潤的土壤，故刺槐林下灌木叢徑和草本覆蓋度較高；黑松林為針葉林，喜光、抗旱，透光性好，土層薄，礫石含量高，土壤貧瘠，林下適于喜陽、耐旱、抗風的灌木和草本[11]，即黑松林的特點與刺槐林相反，故其喬木高度及林下灌木和草本的情況也相反，黑松林的喬木高度顯著低于刺槐林和黑松×刺槐混交林，據野外調查發(fā)現(xiàn)，小欽島黑松林主要生長在迎風坡，受海風、海浪影響較大，使得喬木高度顯著低于刺槐林；刺槐林下的灌木叢徑顯著高于黑松×刺槐混交林，且黑松×刺槐混交林下的灌木叢徑顯著高于黑松林，刺槐林下的草本覆蓋度顯著高于黑松×刺槐混交林和黑松林.植被對土壤養(yǎng)分的分布有明顯影響，刺槐林和黑松×刺槐混交林林下草本覆蓋度較高，截留雨水能力較強，含水量較高，這與紀文婧等(2016)研究結果類似[12]；不同林分林下植被種類不同，其土壤養(yǎng)分合成與積累能力不同，刺槐林灌木叢徑、草本覆蓋度較高，土壤銨態(tài)氮、速效磷、有機質含量也較高，速效鉀與有機質呈顯著負相關，故速效鉀含量偏低，土壤養(yǎng)分含量與植被長勢及種類密切相關,這與李小倩等(2016)研究結果類似[13].刺槐屬于豆科植物，具有較強的固氮能力，刺槐林枯枝落葉和灌木、草本的有機殘體歸還量較黑松林多，且闊葉比針葉易分解，較強的腐殖化作用使刺槐林下土壤表層銨態(tài)氮、速效磷、有機質明顯高于黑松林.研究表明，植被群落類型對林下土壤的理化性質有重要影響.但是，由于黑松抗海風、抗逆性強，在不適宜刺槐生長的迎風坡可以較好地生長，對于海島涵養(yǎng)水源、防風固土等起到重要作用.綜觀全島，森林植被以黑松林為主，黑松因其抗逆性強，更適宜在海島地區(qū)生長，是海島地區(qū)不可替代的、防風固土的優(yōu)良樹種.

2.4.2 坡向等因素對土壤理化性質的影響 在山地環(huán)境條件下，植物的生存受大地形因子(海拔)和小地形因子(坡向和坡位)的共同影響[14].坡向是山地的主要地形因子之一，坡向影響了地面與風向的夾角和坡面接受的太陽光輻射，使得不同坡向之間的光、熱、水、土和植被的分布均受到影響[15].陽坡和半陽坡屬于迎風坡，水土流失嚴重，土壤貧瘠，植被長勢差，且受海風影響顯著，灌木高度顯著低于陰坡和半陰坡；陰坡和半陰坡屬于背風坡，水土保持較好，土壤發(fā)育程度較陽坡和半陽坡好，植被長勢較好，草本覆蓋度顯著高于陽坡和半陽坡.根據表6，陰坡和半陰坡土壤含水量顯著高于陽坡和半陽坡，這主要因為陰坡和半陰坡的草本覆蓋度高于陽坡和半陽坡，且陽坡和半陽坡接受的太陽輻射多，地面溫度較高，蒸發(fā)強烈，故陰坡和半陰坡土壤含水量高于陽坡和半陽坡；陰坡和半陰坡速效磷和有機質顯著高于陽坡和半陽坡，速效鉀顯著低于陽坡和半陽坡，原因為陽坡和半陽坡坡度較陡，礫石含量較高、土質松散，水土流失作用較強，土壤有機質礦化度高，腐殖質積累較少，造成速效磷和有機質含量偏低；速效鉀主要來自母質，與有機質呈顯著負相關，故速效鉀含量偏高，這與朱云云等(2016)研究結果一致[14].研究表明，坡向也是小欽島土壤理化性質的一個主要影響因子.

3 結論

(1)小欽島大部分屬于三級土壤，速效鉀、速效磷、有機質含量均較高，土壤較肥沃，pH值平均為5.72，土壤呈微酸性.土壤主要養(yǎng)分之間存在一定的相關性，有機質與含水量、銨態(tài)氮、速效磷均呈顯著正相關.

(2)植被作為五大成土因素之一的生物因素,主要通過影響生態(tài)環(huán)境而對土壤產生影響.刺槐林下的灌木叢徑和草本覆蓋度均較黑松林高，相應土壤含水量、銨態(tài)氮、速效磷、有機質含量也較高，土壤養(yǎng)分含量與植被長勢及種類密切相關.小欽島的主要喬木樹種為黑松，其抗逆性強，更適應海島生態(tài)環(huán)境，是海島地區(qū)不可替代的、防風固土的優(yōu)良樹種，

(3)作為地形因素的山體坡向對土壤發(fā)育有一定影響，小欽島陰坡土壤發(fā)育程度較陽坡好.陰坡與半陰坡的灌木高度顯著高于陽坡與半陽坡，土壤含水量、速效磷和有機質含量也相應顯著高于陽坡與半陽坡，研究表明坡向是小欽島土壤理化性質的重要影響因子之一.