全 文 ：林业科学研究 2009, 22( 1): 129~ 133
Forest R esearch
文章编号: 10011498( 2009) 01012905
海南 4种典型林分土壤化学性质比较研究
王海燕1, 雷相东 2, 陆元昌 2, 周燕华 3, 何楚林 3
( 1.北京林业大学水土保持学院,教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京 100083;
2.中国林业科学研究院资源信息研究所,北京 100091; 3.海南省林业局,海南海口 570203)
关键词: 原始林;天然次生林; 人工林;森林土壤;土壤化学性质; 土壤肥力
中图分类号: S714 文献标识码: A
收稿日期: 20080603
基金项目: 国家自然科学基金项目 (编号 30671679 )和国家 十一五 科技支撑课题 ( 2006BAD03A04 )
作者简介: 王海燕 ( 1972! ) ,女,湖北浠水人,副教授,从事植物营养、土壤污染等研究. Em ai:l haiyanw ang72@ yahoo. com. cn
Comparisons of So il Chem ical Properties under Four Typical
Forest Stands in Hainan Province
WANGH aiyan1, LEI X iangdong2, LU Yuanchang2, ZHOU Yanhua3, HE Chulin3
( 1. C ollege of Soil andW ater C onservat ion, Key Laboratory of Soi l andW ater Conservation and Desertification Combating,
Bei jing Forestry Un ivers ity, B eijing 100083, Ch ina; 2. Ins titu te ofResource In form ation Techniques, CAF, Be ijing 100091, Ch ina;
3. Fores try Bureau ofH ainan P rov ince, H aikou 570203, H ainan, Ch ina)
Abstract: So il samp les w ere collected from primary fores,t natural secondary fores,t P inus caribaea and Acacia
mang ium stands in Ba isha Coun ty, H ainan Province, for the determ inat ion o f so il chem ica l properties including so il
pH, organ icmatter, total and ava ilab le N, P and K. The effects of so il layers and forest stands on so il chem ical
propertiesw ere compared. Results show ed that forest soils in the stud ied area w ere strong acidic, w ith slight or
moderate defic iency of available P, andmoderate defic iency o f ava ilableK ( except the primary forest) . The h ighest
contents of so il to tal and ava ilable nutrients except for ava ilab le P and to tal K w ere found in the primary fores,t
follow ed by natural secondary forest and Acacia mang ium stands, and the low est in P inus caribaea stands. In so il
layerA, except for tota lN and available P, sign ificant differences w ere found for o rgan ic matter content and very
significan t d ifferences for so il pH, hydro lyzab leN, total P, and total and ava ilab leK among the four types o f forest
stand. S im ilar trend w as true for so il layer B. Corre lation analysis indicated that so il organ icmatter content affected
the total and availab le N, P and K in d ifferent manner. So il organic matter had very sign ificant or sign ificant
correlat ion w ith to talN, and sign ificant corre lation w ith hydro lyzab leN ( on ly in so il layerB ) in primary and natural
secondary forests. Sign ificant correlations bew een organic m atter and to tal N and P w ere found in P inus caribaea
stands, but no significant corre lations betw een organic matter and so il nutrients ex isted in Acacia mangium stands.
Some suggestions on forestm anagementw ere a lso proposed to improve forest so il qua lity.
Key words: primary fores;t natura l secondary fores;t plantation; forest so i;l so il chem ica l properties; so il fert ility
保持和提高土壤质量是实现林业可持续发展的
前提。森林土壤不仅起着支持和固定林木生长的作
用,而且供给林木在生长发育过程中所需要的营养
与环境条件。森林土壤质量是指土壤支撑林业生产
所需的肥力高低;容纳、吸收、降解和自净各种环境
污染物质能力的强弱, 以及促进动植物健康能力大
林 业 科 学 研 究 第 22卷
小的综合量度 [ 1]。森林土壤质量评价指标应包含土
壤的物理、化学和生物学性质, 其中, 常用的化学指
标有土壤有机质、pH值、N、P和 K的全量及其有效
量等,这些因子既能很好地反应土壤肥沃程度、稳定
性较高且易于调查和测定, 在近自然经营的土壤调
查中常被采用 [ 2 ]。热带林是地球上生产力最高、生
态功能最大的生态系统,但目前在海南境内仅有少
量保护很好的热带原始林, 取而代之的是大面积的
退化次生林和人工林。关于这些森林的土壤化学性
质少见报道 [ 3- 5]。本文对海南省白沙县原始林、天
然次生林、加勒比松 (P inus caribaea Morelet)林和马
占相思 (A caciamangium W illd. )林 4种典型林分土
壤化学性质进行了测定,比较研究了不同土壤层次、
不同林分对土壤化学性质的影响, 以期为该区实施
近自然森林经营及土壤资源可持续利用提供依据。
1 研究区概况
研究区位于海南省白沙黎族自治县。白沙县位
于海南省中部偏西, 总面积为 2 117. 73 km2。地形
为东南高、西北低, 山地面积占 41. 9%。具体实施
地点位于白沙县南美村附近, 19∀8#~ 19∀11#N、109∀
25#~ 109∀27#E,海拔 304~ 590m。该区属热带季风
性气候,年平均气温 22. 9 ~ 24. 2 ∃ , 年降水量 1 400
~ 2 400mm之间。土壤类型以砖红壤和山地黄壤
为主, 由花岗岩和砂岩风化形成。
研究的 4种林分分别为加勒比松林、马占相思
林、天然次生林和原始林。加勒比松纯林 (海拔 440
~ 520 m, 坡度 12∀~ 28∀) , 1999年造,造林株行距为
1. 5 m % 1. 5 m, 林分平均胸径 20 cm, 平均树高
14 m,自 2003年始经过数次割脂, 割脂强度为
50%,林下植被较少, 偶有天然更新的阔叶树种, 主
要为五月茶 (Antidesma fordiiH em s.l )、厚皮树 (Lan
nea coromandelica (H out.t ) M err. )。
马占相思林 (海拔 345 ~ 350 m, 坡度 15∀~
20∀), 1995年造,株行距为 1. 5m % 1. 5 m, 林分平均
胸径 22 cm,平均树高 16 m, 林下植被丰富, 天然更
新的阔叶林幼苗, 如枫香 ( L iquidambar formosana
Hance)、青果榕 (F icus variega te B .l var. chlorocarpa
( B enth. ) K ing )、厚皮树、黄毛楤木 ( Aralia decais
neana H ance), 有较多分布。林下主要植被有野琵
琶 (D illenia turbinata Fin. et Gagnep. )、海南凤尾蕨
(P teris cadieri Christ var. hainanensis ( Ch ing ) S. H.
W u)、亮叶猴耳环 (A rch idendron lucidum ( Benth. )
N ielsen)等。
热带原始林 (海拔约 580 m ) , 具有高度的树种
多样性,达 120种, 主要为壳斗科 ( Fagaceae )、胡桃
科 ( Jug landaceae)、茶科 ( Theaceaae)、柿科 ( Ebenace
ae)、藤黄科 ( Guttiferae )、桑科 ( M oraceae )、樟科
( Lauraceae)、梧桐科 ( Stercu liaceae )、大戟科 ( Eu
phorb iaceae)等的树种, 林下植物丰富, 天然更新良
好。平均胸径 16. 4 cm,平均树高为 10. 5m。
天然次生林 (海拔 304~ 439 m,坡度 8∀~ 20∀) ,
树种 79种, 全部为阔叶树种, 主要树种有中平
(Macaranga denticulata ( B .l ) M uel.l A rg. )、厚皮
树、野琵琶、黄毛楤木等, 层次丰富,林下幼苗较多。
林下植被灌木主要有九节 (P sychotria rubra ( Lour. )
Po ir)、野牡丹 (M elastoma cond idum D. Don)、三叉苦
(Euod ia lep ta ( Spreng. ) M err)等, 草本主要有海南
凤尾蕨等。
2 研究方法
采用典型取样方法,对以上 4种林分类型, 在每
个样地选择有代表性的土壤调查地段, 各挖取 2个
土壤剖面, 按土壤发生学层次 ( A、B层 )取混合土
样,共采集了 104个土样。其中:原始林 3块样地 12
个土样;天然次生林 9块样地 36个土样; 加勒比松
林 8块样地 32个土样; 马占相思林 6块样地 24个
土样。土壤样品经风干、磨细过筛 ( 1 mm、0. 25 mm
土壤筛 ) , 用于测定土壤 pH 值 (电位法, 水土比
2. 5&1)、有机质 (稀释热 - 重铬酸钾容量法:
K 2Cr2O 7H 2SO4 )、土壤碱解 N (碱解扩散法 )、有效 P
(盐酸氟化铵法 )、速效 K( 1mo l∋ L- 1 NH4OA c, pH
值 7. 0)、全 N ( K jeldahlN )、全 P、全 K ( NaOH 碱熔
法 ) [ 6]。
3 结果与分析
3. 1 林分土壤化学性质比较
原始林、天然次生林、加勒比松林和马占相思林
4种类型林分土壤 A层和 B层的化学性质测定结果
见表 1。
土壤 pH值是重要的化学性质指标, 影响着养
分的有效性。 4种类型林分土壤的 pH 值均呈强酸
性,是强烈的淋溶作用的结果, 且在土壤 A层和 B
层均表现为: 原始林 <天然次生林 < 加勒比松林 <
马占相思林。说明马占相思具有减弱土壤酸度的作
用,这与 L i等的研究结果一致 [ 7]。
130
第 1期 王海燕等: 海南 4种典型林分土壤化学性质比较研究
表 1 4种类型林分土壤 A层和 B层的化学性质测定结果
化学性质 土壤层次 原始林 ( n= 6) 天然次生林 ( n= 18 ) 加勒比松林 (n= 16) 马占相思林 ( n= 12)
土壤 pH 值 A 3. 99 ( 0. 10) a 4. 36( 0. 49 ) b 4. 71 ( 0. 32) bc 5. 00( 0. 78) c
B 4. 14 ( 0. 24) ac 4. 44( 0. 46 ) c 4. 71 ( 0. 34) bc 5. 03 ( 0. 68) b
有机质 / ( g∋ kg- 1 ) A 41. 8( 7. 6) ab 31. 4( 13. 8 ) b 27. 1 ( 7. 3) b 33. 7 ( 4. 4) b
B 13. 4 ( 4. 2) a 14. 5( 6. 6 ) a 19. 7 ( 7. 3) ab 20. 6 ( 7. 4) b
全 N /( g∋ kg- 1 ) A 1. 6 ( 0. 6) a 1. 5( 0. 7 ) a 1. 2 ( 0. 3) a 1. 7 ( 0. 4) b
B 0. 7 ( 0. 4) a 0. 7( 0. 3 ) a 0. 7 ( 0. 2) a 1. 2 ( 0. 3) b
碱解 N /( mg∋ kg- 1 ) A 203. 70 ( 51. 64) a 140. 16( 74. 28) b 66. 10 ( 14. 54) c 123. 18 ( 63. 64) b
B 82. 18 ( 21. 83) a 73. 71( 23. 71 ) a 52. 32 ( 18. 09) b 69. 82( 18. 77) a
全 P / ( g∋ kg- 1 ) A 0. 30 ( 0. 01) a 0. 35( 0. 22 ) a 0. 25 ( 0. 19) a 0. 71 ( 0. 46) b
B 0. 30 ( 0. 01) a 0. 26( 0. 08 ) a 0. 18 ( 0. 14) a 0. 53 ( 0. 25) b
有效 P / (m g∋ kg- 1 ) A 6. 01( 3. 05) 13. 19( 12. 81) 12. 07 ( 12. 91 ) 6. 79 ( 4. 49)
B 3. 81( 0. 63) 11. 40( 11. 46) 9. 44 ( 11. 26) 4. 86 ( 3. 07)
全 K /( g∋ kg- 1 ) A 8. 9 ( 0. 7) a 13. 9( 3. 2 ) b 17. 3 ( 3. 4) c 13. 5 ( 3. 5) b
B 11. 3 ( 2. 1) a 15. 5( 2. 9 ) b 17. 1 ( 4. 0) b 15. 0 ( 3. 7) b
速效 K /( mg∋ kg- 1 ) A 183. 67 ( 61. 56) a 84. 68( 67. 22) b 34. 87 ( 11. 03 ) bc 71. 01 ( 60. 08) b
B 77. 78 ( 29. 33) a 41. 70( 29. 53) bc 23. 98 ( 6. 74) b 32. 70 ( 20. 46) b
注:括号里的数字为标准差;同一行上标有相同字母者表示差异不显著 (P < 0. 05)。
森林土壤养分状况反映了森林对土壤的影响结
果,又是衡量土壤肥力好坏的主要因素 [ 8]。土壤有
机质是土壤质量的主要指标。它是土壤养分的源与
库,并能改善土壤的理化性状, 促进土壤生物活动。
同时, 土壤有机质含量还影响着土壤 N、P的全量和
有效量。4种类型林分土壤 A层的有机质含量表现
为:加勒比松林 ( 27. 1 g∋ kg- 1 ) <天然次生林 ( 31. 4
g∋ kg- 1 ) < 马占相思林 ( 33. 7 g∋ kg- 1 ) <原始林
( 41. 8 g∋ kg- 1 );全 N均值为 1. 2~ 1. 7 g∋ kg- 1, 全
P均值为 0. 25~ 0. 71 g kg- 1,而全 K均值为 8. 9~
17. 3 g∋ kg- 1,远高于全 N、P含量; 碱解 N和速效 K
的含量均表现为:加勒比松林 < 马占相思林 < 天然
次生林 <原始林; 而有效 P的含量较低, 表现为: 原
始林 <马占相思林 <加勒比松林 < 天然次生林, 但
各林分间差异不显著。按照我国森林土壤养分贫瘠
化等级的划分标准 [ 9 ] , 4种类型林分土壤的养分状
况为: 有效 P处于轻度或中度贫瘠, 速效 K除原始
林以外处于中度贫瘠。这也是热带地区土壤的一个
重要特征。
方差分析表明: 在土壤 A层, 除全 N和有效 P
外, 4种类型林分间土壤有机质含量呈显著差异
(P < 0. 05), 土壤 pH值、碱解 N、全 P、全 K及速效 K
差异达极显著水平 (P < 0. 01); 在土壤 B层,除有效
P外, 4种类型林分间有机质含量呈显著差异, 其他
指标差异均达极显著水平。
除土壤 pH值和全 K外,各林分土壤有机质、全
N、碱解 N、全 P、有效 P、速效 K含量均为土壤 A层
明显高于土壤 B层, 说明土壤养分具有明显的表聚
性,主要原因为森林土壤表层的有机质和 N素大多
来源于枯落物的分解, 并受枯落物分解速率制
约 [ 10 ]。土壤 pH值随土层深度增加而呈增加趋势,
这与庞学勇等人的研究结果一致 [ 11]。林地全 K含
量在土壤 B层较高, 可能是因为:在热带多雨的气候
条件下, K元素极易从土壤 A层淋溶至 B层;另外,
土壤母岩矿物中可能含有大量的 K。
除有效 P和全 K外,原始林土壤的养分全量及
有效量均为最高,天然次生林和马占相思人工林次
之,而加勒比松人工林最低。这是因为, 原始林中累
积了大量枯落物,海南省独特的气候条件利于林地
枯落物的分解, 因而其土壤有机质和全 N、碱解 N、
速效 K等的含量高;而加勒比松人工林种植前实施
清林过程,灌木、草本被清除,林下植被较少,林地生
物归还能力较低, 导致土壤肥力下降。
马占相思人工林土壤全 N、全 P的含量高于天
然次生林,分析其原因可能与树种特性及人为经营
活动 (施肥、抚育、垦复等措施 )有关; 但天然次生林
土壤的有效养分含量较高。如马占相思人工林的全
P含量平均为天然次生林的 2倍,而其有效 P含量
仅为天然林的 1 /2, 说明在人工林培育过程中, 可能
施用了 P肥,但施肥效果并不佳,主要是由于 P易被
土壤固定,施用的 P肥不能迅速转化为树木可以吸
收利用的有效 P; 此外,施肥时期与施肥工艺水平还
不适合海南省的热带环境。
树木种类及生长状况、林下植被、枯落物数量及
131
林 业 科 学 研 究 第 22卷
化学组成等直接影响土壤养分的贮量及其有效
性 [ 12]。马占相思作为一个多用途的固 N树种,其林
分下土壤有机质、全 N、全 P、碱解 N、速效 K含量均
高于加勒比松林地, 仅全 K和有效 P含量例外。而
加勒比松纯林中, 由于枯落物长期由单一树种所提
供,且枯落物以针叶为主, 分解归还缓慢, 造成土壤
养分的全量和有效量低。因此, 针叶、阔叶树种应适
当的搭配进行混交, 不但可以解决有机质含量低的
问题, 还可以缓和快速生长和营养不足的矛盾。
3. 2 土壤有机质与养分的相关性分析
根据森林土壤养分元素动态变化规律,有机质含
量与土壤全 N、全 P、碱解 N、有效 P含量等分别呈不
同程度的正相关 [ 10, 13- 14]。对土壤有机质与土壤 N、P、
K的相关分析 (见表 2)表明,不同类型林分土壤有机
质与土壤 N、P、K的相关性不尽一致。在原始林和天
然次生林中,有机质与土壤全 N的相关性均达到极显
著或显著水平,与碱解 N的相关性仅在 B层呈显著相
关,与速效 K的相关性在不同土层表现不一致;在加
勒比松林,有机质与土壤 A层 N、P的全量呈显著相
关;而在马占相思林,有机质与土壤养分的相关性均
未达到显著水平。相关分析结果也一定程度上表明
了土壤 N、P、K的来源,若主要来源于土壤有机质的
分解,则相关性显著,若部分或主要来源于成土母质,
或以施肥的形式进入土壤,则相关性不明显。
表 2 土壤有机质与土壤养分的相关系数
林分类型 层次 样本数 全 N 碱解 N 全 P 有效 P 全 K 速效 K
原始林 A 6 0. 878* 0. 873 0. 026 0. 391 0. 345 0. 424
B 6 0. 969* * 0. 816* 0. 578 0. 971* * 0. 300 - 0. 876*
天然次生林 A 18 0. 797* * 0. 315 0. 117 - 0. 330 - 0. 381 0. 728* *
B 18 0. 552* 0. 538* - 0. 268 0. 439 0. 062 0. 081
加勒比松林 A 16 0. 614* 0. 394 0. 526* 0. 084 - 0. 059 - 0. 025
B 16 0. 177 - 0. 086 0. 042 - 0. 210 0. 130 0. 336
马占相思林 A 12 0. 475 0. 567 - 0. 421 - 0. 447 - 0. 376 0. 547
B 12 0. 174 - 0. 031 0. 297 0. 101 0. 185 0. 016
注: * 表示相关性显著 (P < 0. 05) , * * 表示相关性极显著 (P < 0. 01 )。
4 结论与讨论
海南省白沙县森林土壤呈强酸性, 有效 P处于
轻度或中度贫瘠,速效 K除原始林以外处于中度贫
瘠。应实施有效技术措施, 改善土壤养分有效性, 维
持土壤生产力和可持续利用。
除有效 P和全 K外,原始林土壤的养分全量及
有效量均为最高, 天然次生林和马占相思人工林次
之,而加勒比松人工林最低。在土壤 A层, 除全 N
和有效 P外, 4种类型林分间土壤有机质含量呈显
著差异 (P < 0. 05) , 土壤 pH值、碱解 N、全 P、全 K
及速效 K差异达极显著水平 (P < 0. 01); 在土壤 B
层,除有效 P外, 4种类型林分间有机质含量呈显著
差异, 其他指标差异均达极显著水平。
不同类型林分土壤有机质与土壤 N、P、K的相
关性不尽一致。在原始林和天然次生林中, 有机质
与土壤全 N的相关性均达到极显著或显著水平, 与
碱解 N的相关性仅在 B层呈显著相关,与速效 K的
相关性在不同土层表现不一致; 在加勒比松林,有机
质与土壤 A层 N、P的全量呈显著相关; 而在马占相
思林, 有机质与土壤养分的相关性均未达到显著水
平。一定程度上反映了不同类型林分土壤大量养分
元素的主要来源。
人工针叶纯林的枯落物分解缓慢, 不利于养分
的释放和再利用, 导致土壤有机质和养分含量低, 本
研究再次证明了这一点。建议在营造人工林或改造
现存的人工林时,按照不同的生态位引入本土的天
然树种,注入自然的成分,并尽可能地使林分接近当
地天然植被的自然发生,模仿原始林的植被组成, 使
林分处于近自然经营的状态, 便可发挥出天然林的
一些优势,实现土壤养分的良性循环,将有利于森林
土壤资源的可持续利用。
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