鄧智文 丁曉綱 李瑩瑩 齊 也王 洋 孫冬曉 張中瑞

（廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要組成部分[1]。土壤磷作為植物獲取磷元素的唯一來源，它是組成植物體許多化合物的重要成分，在植物體生長和代謝過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[2-3]。土壤環(huán)境中低水平的磷含量會影響樹木對土壤營養(yǎng)吸收和儲存[4]，尤其是亞熱帶森林土壤嚴(yán)重缺磷，極大地限制了林木的生長發(fā)育和生產(chǎn)力[5]。我國南方紅壤區(qū)水熱資源豐富，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)活躍，林業(yè)生產(chǎn)潛力巨大。然而，濕潤多雨的氣候使得南方地區(qū)土壤淋溶強，鹽基飽和度低，極易造成土壤中磷的固定與失活[6]，大大降低了土壤磷的利用效率。因此，兼顧生態(tài)環(huán)境、維持并盡可能提高土壤肥力和保證林業(yè)生產(chǎn)的前提下，經(jīng)濟施肥和精準(zhǔn)施肥已成為我國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要研究內(nèi)容[7]。

土壤特性的空間變異性是指一個質(zhì)地視為均一的區(qū)域內(nèi)，在同一時間，不同點的土壤特性存在著的明顯差異性[8]。研究表明，由于氣候、母質(zhì)、植被、地形及人類活動等因素的綜合作用，土壤養(yǎng)分存在高度的空間變異[9]。了解和掌握區(qū)域尺度森林土壤養(yǎng)分含量的空間分布特征，是實現(xiàn)區(qū)域森林土壤養(yǎng)分綜合管理的基礎(chǔ)，同時也是精準(zhǔn)林業(yè)發(fā)展的理論基礎(chǔ)，對區(qū)域森林土壤資源利用和區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。本研究以廣東省清遠(yuǎn)市杉木Cunninghamia lanceolata及針葉林為研究對象，通過實地調(diào)查，充分獲取研究區(qū)土壤樣點屬性數(shù)據(jù)，分析其土壤全磷含量，揭示研究區(qū)針葉林土壤全磷的空間分布規(guī)律，為森林土壤養(yǎng)分管理和森林土壤質(zhì)量評價提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

清遠(yuǎn)市位于廣東省的中北部、北江中下游、南嶺山脈南側(cè)與珠江三角洲的結(jié)合帶上。全 境 位 于 北 緯23°26′56″～25°11′40″、東 經(jīng)111°55′17″～113°55′34″之間，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在18.9～22 ℃之間，雨水資源豐富，平均年降水量在1 631.4～2 149.3 mm。清遠(yuǎn)市地勢西北高東南低，主要由石灰?guī)r、紅色砂礫巖、石英砂巖、花崗巖四大系列巖構(gòu)成。清遠(yuǎn)市地形復(fù)雜，山巒起伏連綿，形成多種土壤結(jié)合，主要的土壤類型有山地黃壤、紅壤、赤紅壤、紅色石灰土、黑色石灰土、堿性紫色土、沖積砂土等，山地黃壤主要分布在海拔600～1 500 m 以上的山地。市境內(nèi)林木種類繁多，用材植物近200 種，以杉、松、闊葉林和針葉林等為主。

1.2 樣地設(shè)置

本研究基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，篩選出研究區(qū)范圍內(nèi)森林類型為針葉林的地籍小班，通過無人機航拍測繪及高分辨率DEM 衍生數(shù)據(jù)提取，生成研究區(qū)土壤調(diào)查抽樣網(wǎng)絡(luò)，然后根據(jù)研究區(qū)植被、地形、氣候特征等狀況，采用專題布點和空間隨機布點相結(jié)合的方式，確定土壤樣點布設(shè)位置（圖1），共計134 個樣點。

圖1 研究區(qū)樣點分布Fig. 1 Distribution of sample sites in the study area

1.3 樣點調(diào)查與樣品采集

依據(jù)研究區(qū)的針葉林小班圖和布設(shè)樣點地理坐標(biāo)，借助GPS 找到樣點區(qū)域（樣點坐標(biāo)半徑100 m 內(nèi)），選擇符合樣點布設(shè)要求且具有代表性的區(qū)域隨機挖掘3 個土壤剖面（長1.2～1.5 m，寬0.8～1.0 m，高1.0 m），剖面間距大于10 m，從上往下每間隔20 cm 采集土樣，分別采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm 土層樣品，將每個樣點3 個剖面同層土壤混合成一個樣品，每份土樣約500 g 放入無菌密封袋中帶回實驗室用于測定土壤全磷（TP）含量[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件對土壤全磷含量做描述性統(tǒng)計和正態(tài)分布檢驗，利用ArcGis 10.7 軟件對土壤全磷含量的空間分布做克里金空間插值分析[11-13]，并生成土壤全磷含量空間分布特征圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性統(tǒng)計

研究區(qū)針葉林土壤全磷含量的描述性統(tǒng)計結(jié)果如表1 所示。研究區(qū)0～80 cm 深度TP 的均值分布范圍在153.33～315.08 mg/kg 之間，表現(xiàn)為隨著土層深度的增加，TP 呈逐級遞減的垂直分布規(guī)律。D4 的TP 含量顯著低于D1、D2、D3 的TP 含量（P＜0.05）。參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)，D1、D2、D3 的TP 含量處于低水平，D4 處于極低水平。各樣點的TP 含量分布在80.67～1 003.33 mg/kg 之間，養(yǎng)分等級處于Ⅰ級（極高）～Ⅵ級（極低）范圍；D1、D2、D3 土層TP 含量的變異系數(shù)均表現(xiàn)為中等程度變異，D4 的變異系數(shù)達(dá)到108.07%，屬于強變異程度，各樣點間TP 含量的離散程度較高，說明研究區(qū)針葉林分TP 含量可能存在空間異質(zhì)性。將4 個土層的樣點數(shù)據(jù)經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換后，符合正態(tài)分布，因此，可采用空間插值法，進一步探究研究區(qū)針葉林分TP的空間分布特征。

表1 研究區(qū)針葉林分TP 含量描述性統(tǒng)計特征Table 1 Descriptive statistical characteristics of TP content of coniferous forest in the study area

2.2 土壤全磷含量空間分布

研究區(qū)針葉林分TP 含量主要呈斑塊狀分布，在空間分布上存在一定的差異性（圖2）。參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)，將各土層TP含量分為高值區(qū)（Ⅳ級）、中值區(qū)（Ⅴ級）和低值區(qū)（Ⅵ級）?？傮w表現(xiàn)為東部最高（高值區(qū)），西部、北部和中部較低（中值區(qū)），南部、東北部最低（低值區(qū)），呈現(xiàn)從東部分別向西北、南部方向遞減的變化趨勢。其中，D1 層的TP 含量高值區(qū)（397.35～2 686.24 mg/kg）主要分布在東部、中西部和北部地區(qū)；中值區(qū)（208.06～397.35 mg/kg）的分布范圍較廣，除南部、東南部和東北部地區(qū)以外均有分布；低值區(qū)（92.87～208.06 mg/kg）主要分布在南部、東南部地區(qū)。呈現(xiàn)出中部高，東南部和西北部低的分布格局。D2 層TP 含量高值區(qū)（380.73～660.64 mg/kg）的分布面積較小，主要分布在東部和中西部地區(qū)；中值區(qū)（197.34～380.73 mg/kg）分布面積較大，主要分布在西部、北部和中部地區(qū)；低值區(qū)（85.73～197.34 mg/kg）主要分布在南部、東北部地區(qū)。呈現(xiàn)出中部高，并以此為中心向東南遞減，向西北部遞減后又增加。D3 層的TP 含量主要處于中值區(qū)（212.33～438.62 mg/kg）范圍，在西部、北部、中部和東部地區(qū)；低值區(qū)（80.67～212.33 mg/kg）主要分布在南部地區(qū)；高值區(qū)（438.62～556.18 mg/kg）主要分布在東部地區(qū)。D4 層TP 含量高值區(qū)（409.52～714.97 mg/kg）主要分布在東部地區(qū)；中值區(qū)（198.16～409.52 mg/kg）分布范圍較廣，主要分布在西部、北部、中部和東南部地區(qū)；低值區(qū)（71.40～198.16 mg/kg）主要分布在南部、東北部和東南部。

圖2 研究區(qū)針葉林分TP 含量空間插值分布Fig. 2 Spatially interpolated distribution of TP content in coniferous forest in the study area

3 結(jié)論與討論

清遠(yuǎn)市針葉林不同土層間土壤TP 的均值分布在153.33～315.08 mg/kg 之間，參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分的分級標(biāo)準(zhǔn)，處于“低-極低”之間，土壤TP 養(yǎng)分處于缺乏狀態(tài)。研究結(jié)果表明，在垂直方向上，土層越深，土壤TP 含量越低，這與朱琪[14]關(guān)于北亞熱帶不同林分類型的研究結(jié)果相一致。此外，研究區(qū)針葉林TP 含量在水平方向上存在空間異質(zhì)性，呈現(xiàn)出從東部分別向西北、南部方向遞減的變化趨勢。由圖1 可知，該研究區(qū)的高海拔區(qū)主要分布在北部和西部，與土壤TP 中值區(qū)的空間分布特征相同，高值區(qū)主要分布在東部低海拔地區(qū)。蘇松錦等[15]研究結(jié)果表明，地形是影響土壤全磷在分布上產(chǎn)生異質(zhì)性的重要因素。趙青等[16]研究認(rèn)為，地形因子會導(dǎo)致該地區(qū)的水熱分布差異，進而造成土壤屬性空間異質(zhì)性。清遠(yuǎn)市位于我國南部低山丘陵區(qū)，降水量大，海拔較高的地方受水流的侵蝕作用較強，導(dǎo)致土壤強淋溶，降低了土壤中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17]。表層土壤中的磷來源于凋落物的分解[18]，隨著海拔的升高，溫度降低，影響了凋落物的分解速率，進一步減少了土壤中磷的輸入[19]。研究區(qū)的土壤TP 含量在南部較低，這可能與人為干擾強度大有關(guān)[20]，南部地區(qū)靠近珠江三角洲地區(qū)，城鎮(zhèn)化發(fā)展較快，人為活動密集。張倩等[21]研究發(fā)現(xiàn)土壤磷素含量與土壤有機質(zhì)含量有關(guān)，可以通過增施有機肥，改善該地區(qū)森林土壤養(yǎng)分環(huán)境，提高針葉林對磷素的吸收。