1、本科毕业论文（20 届）不同年龄段杉木土壤养分特征所在学院专业班级 水土保持与荒漠化防治学生姓名指导教师完成日期目 录1.引言 .12. 研究地概况 .23. 研究方法 .33.1 标准地的设置 .33.2 土壤样品的收集与处理 .33.3 土壤分析方法 .34 结果与分析 .44.1 不同年龄段杉木林土壤养分分布规律 .44.2 不同年龄段杉木林各土壤养分特征的相关性 .65 结论与讨论 .6参考文献 .8致谢 .91摘要:本文以南平峡阳林场 5 年龄段的杉木林为研究对象，测定不同年龄段杉木林土壤养分含量并分析不同养分的相关性。土壤养分含量基本上随着土层的不断加深而逐渐的变小。土壤全氮含量与
2、土壤全磷、全钾、全钙、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钾含量与土壤全钙、全镁、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钙含量与土壤全镁、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤交换性钙与土壤交换性镁、速效钾含量呈显著的正相关关系；土壤交换性镁与土壤速效钾含量呈显著的正相关关系。各年龄段杉木土壤养分含量的比较而言,除了土壤全磷含量以为，大部分土壤养分含量有随着年龄的增加而增多的趋势。关键词：杉木林； 土壤养分； 相关性Abstract: In this article, soil nutrient content of Cunninghami
3、a lanceolata plantations with five age class in Nanping Xiayang State-own Forest Farm were determined and relationship among different nutrient elements were analyzed. Soil nutrient content decreased with the soil depth increased. Soil total N content has a significant positive correlation with soil
4、 total P, total K, total Ca, exchangeable Ca, exchangeable Mg and available K content. Soil total K content has a significant positive correlation with soil total Ca, total Mg, exchangeable Ca, exchangeable Mg and available K content. Soil total Ca content has a significant positive correlation with
5、 soil total Mg, exchangeable Ca, exchangeable Mg and available K content. Soil exchangeable Ca has a significant positive correlation with soil exchangeable Mg and soil available K content. There was a significant positive correlation between exchangeable Mg and available K.The comparison of all age
6、s fir soil nutrient content，In addition to soil total P content in the thought, most of the soil nutrient content has increased with the increase of age and tendency.Key words： Chinese fir plantation; Soil nutrients; correlation21.引言森林是陆地上最大的陆地生态系统，覆盖了地球陆地表面积的 27%，在全球生物圈中处于重要的地位，它不仅是地球上的基因库、碳库、蓄水库和能
7、源库，还对维系地球的生态平衡与发展起着至关重要的作用，是人类赖以生存和发展的资源和环境 1。然而随着人类对自然改造能力和改造力度的增强，天然林面积却在不断地缩小，人们越来越多地依靠人工造林来更新森林生态系统，人工林生态系统深受人类活动的影响。目前，人工林生态系统已经成为森林生态系统的重要组成部分之一，其在自然生态平衡与人类的发展中起着日益重要的作用 2,3。杉木作为我国南部地区的重要造林树种，是集经济、生态、社会三大效益于一体的优良树种，是杉木产区的人民经济收入的重要来源和生态保障。杉木人工林的栽培已经有上千年的历史，早在明末清初已经有较大规模的种植，此后逐渐形成许多著名的杉木产区。在第六次全
8、国森林资源清查中（19992003年） ，我国杉木林面积已达 13815900 hm，杉木总面积占全国森林总面积的8.17（国家林业局，2005）,杉木在我国人工林发展中的重要位置显而易见。然而近年来，杉木的栽培中存在着林地肥力逐代衰竭的现象，特别是速生丰产林，在连续栽培之后，其单位面积木材生长量随着连栽次数的增加而逐代下降 4。产生这种现象的原因与长期在同一地块生长栽培同一树种，养分消耗过于专一，致使土壤某些养分缺失，或土壤物理性质恶化等方面密切相关。土壤是林木生长发育的基质 5。然而,由于对土壤投入较少,传统的营林措施只是为杉木林凭借原有土壤肥力获得一定产量提供保证作用,使杉木林生产力受到
9、立地条件或土壤因子的极大限制 6。据统计，50 年代至今，全国杉木林面积从 300 余万公顷发展到 1100 余公顷翻了 2.5 倍，蓄积量从 2.3 亿 m3 增加到3.5 亿 m3，只增加了 0.5 倍，平均单位面积产量从 63 m3hm-2 减少到 22 m3hm-2，下降了 2/3。而连栽林地的生长量普遍下降了 21%49%，林地肥力下降了12 个地位指数 7,8。方乐金等研究了 14a 生杉木幼龄林林地土壤肥力变化趋势:杉木幼龄期未形成明显的土壤退化现象,据此可推定杉木林地土壤肥力退化的进程主要发生在中龄期及成熟期 9。吴蔚东等选择不同林龄(128 a)的杉木人工林研究表明,造林到
10、58a 的幼龄期 ,包括凋落物、土层厚度、有机质、全 N、CEC (阳离子交换量)、BS(盐基饱和度) 、pH 和速效 N、P 、K 在内的林地主要土壤质量性状大幅度退化,随着树龄的增大,土壤质量性状开始缓慢恢复，但其恢复程序仍远低于初始水平 10。冯宗炜等研究表明:杉木林地土壤肥力随着杉木林龄增加而降低,造林后 19 a,在 060 cm 的土层中 N、P、K 含量分别为造林前的43.6%、 24.3%、43.2% 11。孙启武、杨承栋、焦如珍对不同发育阶段、不同立地指数 1、2 代杉木人工林 23 项土壤因子测定,分析结果表明:1 代杉木人工林不同发育阶段土壤肥力的变化趋势为:幼龄林至中龄
11、林阶段,林地综合地力呈下降趋势；从中龄林至成熟林阶段,林地综合地力略有回升，说明杉木人工林土壤肥力下降的事实 12。盛炜彤、杨承栋、范少辉系统研究和分析了不同发育阶段、不同代杉木林的土壤物理、化学和生物特性的变化过程，反映出:从幼龄到中龄林阶段土壤肥力呈下降趋势，到成熟林阶段土壤肥力虽稍有上升，但不能恢复到原来的状态，并揭示了杉木人工林随栽植代数增加(23 代),土壤物理性质变劣，pH 值下降，养分含量降低，其中速效 P 和水解 N 的下降尤为明显 13。各3类研究通过揭示土壤养分动态变化规律，提高土壤生产力，是提高杉木林经营水平的一个重要途径 2。2. 研究地概况试验地位于福建南平峡阳林场，
12、属中亚热带季风气候，年均气温 20.0 ，年均降水量为 1644 mm，降水主要集中在每年 3-8 月之间，10 月最少（图 1） 。年平均蒸发量为 1143 mm，年平均相对湿度 83%。本研究选取 5 个不同林龄（3 年、8 年、14 年、21 年、46 年）的杉木人工林为研究对象，各林龄林分相互毗邻，最大距离不超过 1 km，林下土壤均为黄红壤。在每个林龄的杉木人工林中随机设立 4 个区组，每个区组包括 16 棵树龄和形态相近的杉木，5 个林龄共设 20 个区组。各林龄杉木人工林土壤理化性质及林分基本情况见表 1。050100150200250300350Jan. Fer. Mar. A
13、pr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.月 份month降水量precipitation(mm)05101520253035气温temperature()降 水 量 precipitation 气 温 temperature图 1 试验期间样地所在区域月降雨量和月均温Fig. 1 Monthly precipitation and temperature of study site from Jan. to Dec. 2012表 1 不同林龄杉木人工林基本概况Table 1 The basic site parameters under diffe
14、rent ages林龄3 年生 8 年生 14 年生 21 年生 46 年生平均树高 /m 2.860.10 8.590.17 14.590.49 16.830.91 22.551.62平均胸径 /cm 3.480.10 10.860.36 18.300.81 22.060.10 28.091.913. 研究方法3.1 标准地的设置在峡阳林场内选取五处立地条件较好的杉木人工林，分别为 3 年生杉木林、8 年生杉木林、14 年生杉木林、21 年生杉木林、46 年生杉木林，在每个年龄段杉木林中选择四块作为标准地。3.2 土壤样品的收集与处理在所选取的标准样地里面沿着对角线均衡的取八个点，在这八个点
15、上用土4钻取 0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm 的土样。将这八个点的土样分别按照相同的层次进行混合均匀装入自封袋内，并做标记。在实验室内将所采集的土壤样本剔除根系和石块等杂质后自然风干后，过 2 mm 筛，装入自封袋内常温保存，用于速效钾、交换性钙、交换性镁等指标的测定；按照四分法取一小部分过 2 mm 的土样，经球磨机粉碎后过 0.149 mm 土壤筛，装入自封袋内常温保存，土壤全氮、全碳、全磷、全钾、全钙、全镁等指标的测定。3.3 土壤分析方法参照中华人民共和国林业行业标准-森林土壤分析方法进行土壤元素测定，其中用过 2 mm 土壤筛的风干土壤样品，用过 0.149 mm
16、 土壤筛的风干土壤样品，采用土壤碳氮分析仪进行全碳和全氮含量的测定；用过 0.149 mm 土壤筛的风干土壤样品，采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法进行全磷含量的测定（所用仪器为可见光分光光度计） ；用过 0.149 mm 土壤筛的风干土壤样品，采用氢氧化钠-火焰光度法进行样品全钾的测定；同样用过 0.149 mm 土壤筛的风干土壤样品，采用原子吸收分光光度法，进行样品全钙和全镁的测定（所用仪器为原子吸收分光光度计） ；用过 2mm 土壤筛的风干土壤样品，采用乙酸铵溶液浸提法，进行样品速效钾和交换性钙、镁含量的测定（所用仪器为原子吸收分光光度计） 。4 结果与分析4.1 不同年龄段杉木林土壤养分分
17、布规律土壤是植物生长的重要载体，不仅为植物生长提供必要的养分元素和水分，同时它也是森林生态系统物质与能量交换的重要场所。土壤肥力状况的好坏对植物的生长发育至关重要。土壤肥力状况是土壤的物理、化学、生物等性质的综合反映，它们对植物的生长起着间接或直接的影响。土壤的养分状况是土壤肥力状况的重要体现，它对植物的生长发育起着非常重要的直接作用。表 2 不同年龄段杉木林各土壤养分平均含量Table 2 Soil nutrient average content in different aged Fir (unit: g/kg)全氮 全磷 全钾 全钙 全镁 交换性钙 交换性镁 速效钾杉木林龄 土壤层g/
18、kg g/kg g/kg g/kg g/kg cmol/kg cmol/kg mg/kg0-10cm 1.742 0.311 10.891 2.807 3.255 0.987 0.556 86.944 10-20cm 1.505 0.304 10.478 2.554 3.269 0.767 0.313 68.800 3 年生20-40cm 1.096 0.302 10.934 2.257 3.303 0.618 0.233 59.144 0-10cm 1.435 0.305 10.998 2.749 3.268 1.056 0.537 87.985 10-20cm 1.213 0.282 10
19、.758 2.639 3.232 0.760 0.268 59.195 8 年生20-40cm 0.915 0.283 10.450 2.440 3.239 0.632 0.237 52.643 0-10cm 1.904 0.374 11.252 2.859 3.305 1.069 0.501 82.326 10-20cm 1.490 0.360 11.016 2.704 3.333 0.830 0.247 60.356 14 年生20-40cm 1.049 0.308 10.853 2.434 3.316 0.667 0.227 53.450 0-10cm 1.951 0.319 11.65
20、5 3.015 3.353 1.262 0.605 94.416 10-20cm 1.265 0.276 11.463 2.483 3.372 0.849 0.275 77.850 21 年生20-40cm 1.065 0.248 11.131 2.660 3.353 0.671 0.263 61.381 46 年生 0-10cm 1.985 0.291 11.765 4.461 3.528 1.522 0.719 117.484 510-20cm 1.432 0.242 11.565 3.443 3.517 0.965 0.417 92.842 20-40cm 1.058 0.228 11.
21、186 3.142 3.533 0.720 0.344 65.725 表 2 为不同年龄段杉木林土壤养分各小区的平均值。土壤全氮含量是土壤氮素养分的贮备指标，在一定程度上能反应土壤氮素的供应功能 17。从表 2 可知：3 年生杉木林土壤全氮随着土层深度的不断加深而逐渐的下降，最高值1.742g/kg，最低值 1.096g/kg；：8 年生杉木林土壤全氮随土层深度的加深而逐渐的下降，土壤全氮含量在 0.915 到 1.435g/kg 的范围内，其土壤全氮含量显著的低于其它年龄段杉木林；14 年生杉木林土壤全氮亦随土层加深而下降，土壤全氮含量在 1.049 到 1.904 g/kg 的范围内，且土
22、层之间全氮含量大致呈一个等差的梯度；21 年生杉木林与 46 年生杉木林土壤全氮也是随着土层的不断加深而逐渐下降，21 年生杉木林在 0-10cm 和 10-20cm 土层上的全氮含量差异较大。从各年龄段杉木的对比情况来看，土壤全氮含量：46 年生杉木林14 年生杉木林3 年生杉木林21 年生杉木8 年生杉木。土壤全磷含量即磷在土壤中的总贮量，包括无机磷和有机磷两大类。土壤中的磷素基本以迟效性状态存在，故土壤全磷含量并不能作为土壤磷素供应的指标。但当土壤全磷含量较低时，土壤会出现磷素缺乏的现象。因此从这个角度而言，对于杉木林土壤全磷的研究显得很有必要。3 年生杉木林土壤全磷含量较为接近，最大值
23、 0.311g/kg，最小值 0.302g/kg。最大值和最小值分别出现在0-10cm 和 20-40cm 的土层上；8 年生杉木林土壤全磷含量在 0.283 到 0.305 g/kg 的范围内，土壤全磷含量在 0-10cm 和 10-20cm 土层上的差异较大。14 年生杉木林土壤全磷含量随着土层加深而逐渐的下降。其全磷含量值较大，在 0.308到 0.374 g/kg 的范围内；21 年生杉木林土壤全磷含量在土层 0-10cm 达到最大，达 0.319g/kg，其它土层的全磷含量差异较小。土壤全磷含量随着土层的不断加深而逐渐的下降；46 年生杉木林土壤全磷随土层逐渐的下降，最大值0.291
24、g/kg，最小值 0.228g/kg。从各年龄段的对比情况来看，土壤全磷含量：14年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林21 年生杉木林46 年生杉木林；3、8、14、46 年生杉木林在 0-10cm 和 10-20cm 土层上土壤全磷差别较大，在10-20cm 和 20-40cm 的土壤全磷差异较小，21 年生杉木林各土层间全磷含量相差较均匀。46 年生杉木林土壤全磷含量显著的低于其它年龄段杉木林，这与老林土壤磷养分的长期消耗及磷养分的归还有限有密切的关系。土壤钾是植物光合作用、淀粉合成和糖类转化所必须的元素，也是衡量土壤肥力的一个重要指标 25。对于各年龄段杉木林而言，土壤全钾含量基本上随
25、着土层的不断加深而逐渐的下降，且土壤全钾含量差异不大，最大值为 11.765 g/kg，最小值为 10.478 g/kg；土壤全钾含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林。速效钾是土壤钾的另一个重要指标，是植物所能利用的那一部分钾素，是土壤中钾素供应充足与否的衡量标准。土壤速效钾含量随着土层的不断加深而逐渐的下降，最大值为 117.484mg/kg，最小值为 52.643 mg/kg。3、8、14、21 年生杉木林土壤速效钾含量在土层 0-10cm和 10-20cm 差异均较大，但在土层 10-20cm 和 20-40cm 差异较大，46 年杉木林则刚好
26、相反；就各年龄段杉木林的比较而言，土壤速效钾含量：46 年生杉木林21 年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林14 年生杉木林。土壤钙不仅能促进植物对土壤中氮、磷、钾、镁养分的吸收，而且还能减少包括重金属在内的多种胁迫对植物的毒害作用。土壤中的钙只有被土壤微生物分解后，才能被植物吸收利用。土壤全钙含量基本上是随着土层的不断加深6而逐渐的下降；3、8、14、21 年生杉木林土壤全钙含量差别不大，46 年生杉木林土壤全钙含量较大，最大值为 4.461 g/kg，最小值为 3.142 g/kg；土壤全钙含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林8 年生杉木林3 年生杉木林。土壤交换性钙是
27、指吸附在土壤胶体表面，能被其它阳离子交换出来的钙，是对植物有效的钙。土壤中钙素的供应水平主要取决于土壤交换性钙的含量。土壤交换性钙含量随着土层的不断深入而逐渐的下降。3、8、14、21 年生杉木林土壤交换性钙含量较为接近；不同年龄段杉木林土壤交换性钙含量在土层 0-10cm和 10-20cm 上差异较大，在土层 10-20cm 和 20-40cm 上差异较小；46 年生杉木林土壤交换性钙含量最大值可达 1.522cmol/kg，明显的高于其它年龄段杉木林的水平；土壤交换性钙含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林8年生杉木林3 年生杉木林。镁是构成植物体内叶绿素的主要成分之一，与
28、植物的光合作用有关，能促进植物对二氧化碳的同化作用。植物缺镁则体内代谢作用受阻，对幼嫩组织的发育和种子的成熟影响尤大。表 2 中土壤全镁含量没有明显的随土层变化的趋势；除了 46 生杉木林土壤全镁含量较高外，其它年龄段杉木林土壤全镁含量差异不大；土壤全镁含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林。土壤交换性镁是植物所用利用的镁，其在土壤中的含量对植物的生长发育十分重要。土壤交换性镁含量随着土层的不断加深而逐渐的下降；不同年龄段杉木林土壤交换性镁含量在土层 0-10cm 和 10-20cm 上差异较大，在土层 10-20cm 和 20-40cm 上差异较小
29、；土壤交换性镁含量：46 年生杉木林21 年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林14 年生杉木林。4.2 不同年龄段杉木林各土壤养分特征的相关性表 3 不同年龄杉木土壤养分的 Pearson 相关系数Table 3 Pearson correlation coefficient of Fir soil nutrient content in different aged Fir全氮含量 全磷含量 全钾含量 全钙含量 全镁含量 交换性钙 交换性镁 速效钾全氮含量 1全磷含量 0.530* 1全钾含量 0.540* -0.107 1全钙含量 0.585* -0.176 0.693* 1全镁含量 0
30、.155 -0.491 0.742* 0.749* 1交换性钙 0.891* 0.263 0.710* 0.798* 0.375 1交换性镁 0.854* 0.189 0.598* 0.743* 0.311 0.941* 1速效钾 0.819* 0.052 0.747* 0.809* 0.484 0.945* 0.929* 1*. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).*. Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).不同年龄段杉木土壤养分特征的相关性表
31、明（表 3）：土壤全氮含量与土壤全磷、全钾、全钙、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钾含量与土壤全钙、全镁含量、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钙含量与土壤全镁、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤交换性钙与土壤交换性镁、速效钾含量呈显著的正相关关系；土壤交换性镁与土壤速效钾含量呈显著的正相关关系。土壤中的7养分含量相互影响、相互作用，共同的为植物的生长提供必要的养分，对植物的生长发育起着至关重要的作用。5 结论与讨论土壤是植物生长发育的重要载体，土壤养分水平的高低直接决定植物的产出。本课题通过对研究地土壤基本养分元素的测定表明：
32、对不同年龄杉木林而言，土壤养分含量基本上随着土层的不断加深而逐渐的变小，这也符合一般土壤养分含量的变化规律；从测定的结果来看，研究地的土壤养分状况良好，这对于杉木的生长是一个十分有利的条件。就各年龄段杉木土壤养分含量的比较而言：土壤全氮含量：46 年生杉木林14 年生杉木林3 年生杉木林21 年生杉木8 年生杉木；土壤全磷含量：14 年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林21 年生杉木林46年生杉木林；土壤全钾含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林3年生杉木林8 年生杉木林；土壤速效钾含量：46 年生杉木林21 年生杉木林3年生杉木林8 年生杉木林14 年生杉木林；土壤全钙含量
33、：46 年生杉木林21年生杉木林14 年生杉木林8 年生杉木林3 年生杉木林；土壤交换性钙含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林8 年生杉木林3 年生杉木林；土壤全镁含量：46 年生杉木林21 年生杉木林14 年生杉木林3 年生杉木林8 年生杉木林；土壤交换性镁含量：46 年生杉木林21 年生杉木林3 年生杉木林8年生杉木林14 年生杉木林。就各土壤养分的相互关系而言，土壤全氮含量与土壤全磷、全钾全钙、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钾含量与土壤全钙、全镁、交换性钙、交换性镁、速效钾含量有显著的正相关关系；土壤全钙含量与土壤全镁、交换性钙、交换性镁、速效
34、钾含量有显著的正相关关系；土壤交换性钙与土壤交换性镁、速效钾含量呈显著的正相关关系；土壤交换性镁与土壤速效钾含量呈显著的正相关关系。8参考文献1 CEULEMANS R, JANSSENS I A, JACH M E. Effects of CO2 enrichment on trees and forests: lessons to be learned in view of future ecosystem studiesJ. Annals of Botany, 1999(84): 577-590.2覃永华尾巨按、厚荚相思及其混交林生态系统碳贮量和分配特征D广西：广西大学林学院，20083
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