广东云勇林场林地表层土壤养分空间特征*

何增丽 谭 莎 谭健彬 叶伯坚 严利章李 超 李少荣 陆灿辉

（佛山市云勇林场，广东 佛山 528518）

林地土壤是森林生态系统的重要基础，其理化性质对森林的生长发育具有直接的影响作用[1-2]。森林土壤养分含量是评估土壤质量的重要方面[3]。包括土壤氮、磷、有机碳等指标，其含量是决定土壤肥力、森林经营措施的重要依据[4-5]。但同时，由于土壤受到植被、地形、成土母质、土壤质地、林地经营管理策略等多个因素的影响，土壤养分含量在空间上往往存在差异[6-12]。目前，针对土壤养分空间变异的研究已有开展，多数针对农业用地开展[13-15]。而针对林地土壤养分含量的研究较为少见。

林地土壤养分空间格局的研究，有助于在空间尺度上对土壤养分状况进行评估，从而实现针对性的森林经营措施[10,16-18]，对于开展区域性的高效森林经营管理具有重要意义。广东佛山云勇林场是佛山市重要的森林分布区域，该林区的生态健康发展对于佛山市生态建设意义重大，对构建“珠三角国家森林城市群”具有重要价值。因此，本文通过对云勇林场林地表层土壤进行取样分析，从而揭示该区域的土壤养分空间格局。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广东云勇林场位于佛山市高明区，地理位置 东 经112°38′26″～112°42′35″，北 纬22°41′54″～22°46′50″（图1）。研究区为南亚热带湿润季风气候，光照充足、降水丰富，年均温22℃，年均降水量1 800～2 000 mm[19]。林场地形以低山丘陵为主，林区内有低丘、山塘、水库等，林区地势偏低，坡度一般为20°～35°，最高峰鸡笼山的海拔为418.7 m。云勇林场土壤主要由花岗岩、砂页岩风化而成的赤红壤为主。

1.2 土壤样品采集及分析

利用DEM 数据、林地数据等综合选取采样点位置，2021 年5 月在林场内按照GPS 点位采集林地0～30 cm 的土壤，全区累计选取84 个样点（图1）。样品采集后，进行风干、磨碎及过筛处理，分析全部土壤样品 pH、有机碳、全氮、全磷。pH采用pH 计测定，土壤有机碳采用油浴加热重铬酸钾容量法测定，全氮采用凯氏蒸馏法测定，全磷采用碱熔-钼锑抗分光光度法测定[20]。按照全国第二次土壤普查养分划分标准对研究地pH、有机碳、全氮、全磷进行定性分析（表1）。

图1 云勇林场土壤采样点Figure 1 Soil samples in Yunyong Forest Farm

表1 土壤属性及元素分级标准Table 1 Classification standard of soil properties and elements

1.3 数据分析

通过Excel 对土壤养分含量进行描述性统计，包括均值、极值、标准差等。通过土壤养分分级表对林地表层土壤养分进行分级评价。本研究运用ArcGIS 10.3 软件对土壤养分进行空间克里格插值（Kriging），进而分析云勇林场的土壤养分空间分布特征。

2 结果与分析

2.1 云勇林场表层土壤养分含量统计分析

调查统计结果表明（表2），云勇林场林地表层土壤中全氮含量为0.01%～0.17%，平均含量为0.09%；全磷含量为105～501 mg/kg，平均含量为266.19 mg/kg；有机碳含量为0.15%～2.5%，均值为0.99%；pH 变化范围是3.04～4.96，平均值为4.10。统计结果表明，全磷含量在整个区域的变异较大，而其他指标的变异较小，其中全氮含量在林场的含量变异程度最小。

表2 云勇林场土壤属性和元素统计值Table 2 Soil properties and elements in Yunyong Forest Farm

按照全国第二次土壤普查养分划分标准（表1），云勇林场的土壤整体呈现酸性，且酸性较强。有8 个样点的全氮含量处于缺乏水平，占总样本数的9.53%。处于中等水平的44 个，占总数的52.38%。处于较高水平的有29 个，占总数的34.52%。丰富的点仅有5 个，占总数的5.95%。磷含量差异较大，绝大多数的样点磷含量处于中等到较高水平，共计有83 个点，占总数的98.81%。有机碳含量属于缺乏水平的有45 个，占总数的53.57%；中等水平的有31 个，占总数的36.90%；较高水平的有6 个点，占总数的7.14%；丰富水平的点仅有2 个。

2.2 云勇林场表层土壤养分空间分布特征

根据土壤性质及养分的调查结果，运用空间插值进行空间格局分析，结果显示如下图。

结果显示（图2），pH 值存在明显的空间分异，林场东南侧的土壤明显酸性更强，且林场最北端也呈现出相似的状况。中北部区域相对酸性较弱，且中部地区的pH 值最高。

图2 云勇林场土壤pH 值空间分布Figure 2 Spatial distribution of pH value of soil in Yunyong Forest Farm

结果显示（图3），全氮含量在云勇林场的绝大部分区域为中等到较高水平，且东南区的含量最高。在林场西部表现出全氮含量较低的情况，且分布较为集中。

图3 云勇林场土壤全氮含量空间分布Figure 3 Spatial distribution of total nitrogen content of soil in Yunyong Forest Farm

结果显示（图4），全磷含量在空间分布上有较大的差异，高值区域主要分布在林场的东南、中西部区域，还有部分零散区域。中北部区域的全磷含量最低。

图4 云勇林场土壤全磷含量空间分布Figure 4 Spatial distribution of total phosphorus content of soil in Yunyong Forest Farm

结果显示（图5），有机碳含量的高值区域出现在林场的东北区，其次是北部和东南部。而林场西南部区域的土壤有机碳含量明显较低。

图5 云勇林场土壤有机碳含量空间分布Figure 5 Spatial distribution of organic carbon content of soil in Yunyong Forest Farm

3 讨论与结论

酸碱性与土壤类型、土壤质地等密切相关，同时可能影响到土壤养分的有效性[21]。云勇林场的土壤pH 整体偏低，属于酸性土壤，这一结果与云勇林场其他相关研究结果一致[22]。同时，研究区地处赤红壤区，赤红壤是酸性土壤[23]。在植物生长所必需的营养元素中，氮素是植物生长和产量形成的首要因素。土壤全氮含量是反映土壤肥力高低的重要指标[24]。研究区土壤氮含量整体处于中等偏上水平，说明林场土壤氮含量较为丰富，短期内对氮的需求量较低。磷元素是植物光合作用、生长发育的重要元素之一[25-26]。云勇林场土壤表层磷含量均在中等到较高水平，表面林场土壤当前大量元素的含量可以满足当前林分的生长需求[27]。关于有机碳的研究结果显示，林场土壤有机碳的含量是缺乏的。可能是由于土壤酸性导致的微生物多样性较低，减弱了土壤有机质的分解作用[28]，也可能与林场林分改造时间较短，大多为中幼林有关。

土壤养分空间格局分析结果表明，局部区域内土壤元素含量具有显著的差异性。这种空间差异可能是由于地形、水文等差异所导致的[29]。林场东南区域的pH 明显更低，但该区域的全氮、全磷含量却显著高于其他区域，说明土壤酸碱度对于土壤营养成分具有影响作用。全氮与有机碳的空间分布格局基本一致，均表现为西部区域的低值现象，这可能是由于碳氮耦合作用形成的[30-31]。养分空间格局的分析，有助于针对性的开展林地抚育工作，尤其是在肥料施用方面，能有效提高使用率[32]。

综上所述，云勇林场土壤整体呈酸性，且存在空间差异。土壤全氮、全磷处于中等至较高水平，土壤有机碳含量整体处于缺乏状态。总体来看，土壤全氮、有机碳在林场西部含量较低，土壤全磷在林场北部区域较低。