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华南地区5种典型林分类型土壤肥力综合评价

冯嘉仪, 储双双, 王婧, 吴道铭, 莫其锋, 曾曙才

冯嘉仪, 储双双, 王婧, 等. 华南地区5种典型林分类型土壤肥力综合评价[J]. 华南农业大学学报, 2018, 39(3): 73-81. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2018.03.012
引用本文: 冯嘉仪, 储双双, 王婧, 等. 华南地区5种典型林分类型土壤肥力综合评价[J]. 华南农业大学学报, 2018, 39(3): 73-81. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2018.03.012
FENG Jiayi, CHU Shuangshuang, WANG Jing, WU Daoming, MO Qifeng, ZENG Shucai. Comprehensive evaluation of soil fertility of five typical forest stands in South China[J]. Journal of South China Agricultural University, 2018, 39(3): 73-81. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2018.03.012
Citation: FENG Jiayi, CHU Shuangshuang, WANG Jing, WU Daoming, MO Qifeng, ZENG Shucai. Comprehensive evaluation of soil fertility of five typical forest stands in South China[J]. Journal of South China Agricultural University, 2018, 39(3): 73-81. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2018.03.012

华南地区5种典型林分类型土壤肥力综合评价

基金项目: 广东省林业科技创新专项(2014KJCX022);广东省科技计划项目(2015B020207002)
详细信息
    作者简介:

    冯嘉仪(1991—),女,博士研究生,E-mail:leave4s@126.com

    通讯作者:

    曾曙才(1971—),男,教授,博士,E-mail: sczeng@scau.edu.cn

  • 中图分类号: S714.8

Comprehensive evaluation of soil fertility of five typical forest stands in South China

  • 摘要:
    目的 

    利用多种评价方法综合评价不同林分类型的林下土壤肥力状况,分析这些评价方法对土壤肥力综合评价的影响及其异同,以期为华南地区森林土壤养分管理和森林可持续经营提供理论依据。

    方法 

    以华南地区相思Acacia spp.林、杉木Cunninghamia lanceolata林、桉树Eucalyptus urophylla林、马尾松Pinus massoniana林和阔叶混交林的0~20 cm土壤为研究对象,测定了容重、pH、有机质、速效磷、速效钾、碱解氮和全氮含量,通过隶属度函数和偏相关分析进行单项指标评价,并结合相关关系法、主成分分析法、灰色关联分析法和内梅罗指数法对5种林分类型土壤肥力进行综合评价。

    结果 

    5种林分土壤容重变幅为1.24~1.29 g·cm–3,pH变幅为4.11~4.24,有机质含量为21.43~28.18 g·kg–1,速效磷含量为1.12~1.42 mg·kg–1,速效钾含量为40.62~55.20 mg·kg–1,碱解氮含量为106.12~132.28 mg·kg–1,全氮含量为1.03~1.45 g·kg–1;依据全国第2次土壤普查分类标准,有机质和全氮含量均属于中上水平,速效磷含量属于很低水平,速效钾含量为低至中下水平,碱解氮含量为中上至高水平。阔叶混交林的有机质、速效钾、碱解氮和全氮含量均显著高于部分人工林。有机质在土壤肥力中起最重要的作用,速效磷是影响土壤肥力的限制性因子。4种评价方法的综合评价结果一致,土壤肥力大小均表现为阔叶混交林>杉木林>马尾松林>相思林>桉树林。

    结论 

    阔叶混交林可以更好地积蓄土壤肥力,桉树林的土壤肥力较低,华南地区森林土壤养分管理时应注重磷钾肥的施用和土壤酸度调节。

    Abstract:
    Objective 

    Evaluating the soil fertility of different forests by a variety of evaluation methods, analyzing the influences as well as differences and similarities of these evaluation methods on soil fertility comprehensive evaluation and providing a theoretical basis for forest soil nutrient management and sustainable development in South China.

    Method 

    Five kinds of forests, including Acacia spp. plantation, Cunninghamia lanceolate plantation, Eucalyptus urophylla plantation, Pinus massoniana plantation and broad-leaved mixed forest were chosen to measure and analyze bulk density, pH, organic matter, available phosphorus, available potassium, alkaline nitrogen and total nitrogen in soil at a depth of 0-20 cm. Single index evaluation was carried out by membership function and partial correlation analysis. Combined with correlation coefficient method, principal component analysis, grey correlation analysis and Nemerow index method, comprehensive evaluation of soil fertility was conducted for five forest stands.

    Result 

    The soil bulk density of five stands were ranged from 1.24 to 1.29 g·cm–3, and the values of pH were ranged from 4.11 to 4.24. The contents of organic matter were ranged from 21.43 to 28.18 g·kg–1, the contents of available phosphorus were ranged from 1.12 to 1.42 mg·kg–1, the contents of available potassium were ranged from 40.62 to 55.20 mg·kg–1, the contents of alkaline nitrogen were ranged from 106.12 to 132.28 mg·kg–1 and the contents of total nitrogen were ranged from 1.03 to 1.45 g·kg–1. According to the second national soil classification standards, the levels of organic matter and total nitrogen contents were above average values, while the level of available phosphorus content was low, the content of available potassium were ranged from low to below average level, and the content of alkaline nitrogen were ranged from above average to high level. The contents of organic matter, available potassium, available nitrogen and total nitrogen in broad-leaved mixed forest were significantly higher than those in some plantations. Organic matter played the most important role in soil fertility, while available phosphorus was a limiting factor affecting soil fertility. The results of comprehensive evaluation of four kinds of evaluation methods were consistent. The range of soil fertility from high to low was broad-leaved mixed forest > C. lanceolate plantation > P. massoniana plantation > A. spp. plantation > E. urophylla plantation.

    Conclusion 

    The soil fertility accumulation of broad-leaved mixed forest is better than those of other plantations, while the soil of E. urophylla plantation have low fertility. The applications of phosphorus and potassium fertilizer and the adjustment of soil acidity should be emphasized in the management of forest soil nutrients in South China.

  • 图  1   各项土壤指标隶属度函数值雷达图

    Figure  1.   Radar plot of membership function values of soil indicators

    图  2   各项土壤指标贡献率雷达图

    Figure  2.   Radar plot of contribution rates of soil indicators

    表  1   样地基本情况1)

    Table  1   Basic status of sampling plots

    林分类型 坡度/(°) 凋落物厚度/cm 郁闭度 树高/m 胸径/cm
    相思林   25.7±1.0 5.1±0.7 0.5±0.0 13.5±0.9 14.0±1.0
    杉木林   28.7±2.1 5.4±0.6 0.7±0.0 11.3±0.6 12.4±1.3
    桉树林   22.2±1.1 5.0±0.4 0.5±0.0 13.8±1.1 12.8±0.9
    马尾松林  25.5±1.1 5.1±0.4 0.5±0.0 13.2±0.5 13.4±0.9
    阔叶混交林 25.6±1.7 5.7±0.6 0.7±0.0 14.3±1.0 15.9±1.8
     1) 表中数据为平均值±标准误
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    表  2   隶属度函数的转折点取值

    Table  2   Values of turning points in membership function

    转折点 容重/(g·cm–3) pH w(有机质)/(g·kg–1) w/(mg·kg–1) w(全氮)/(g·kg–1)
    速效磷 速效钾 碱解氮
    xa 1.00 3.5 6 3 30 30 0.5
    xb 1.15 6.5 40 40 200 150 2.0
    xc 1.25
    xd 1.35
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    表  3   土壤指标描述性统计

    Table  3   Descriptive statistics of soil indicators n=150

    项目 容重/(g·cm–3) pH w(有机质)/
    (g·kg–1)
    w/(mg·kg–1) w(全氮)/
    (g·kg–1)
    速效磷 速效钾 碱解氮
    最小值 0.99 3.76 17.92 0.74 20.67 100.20 0.45
    最大值 1.56 5.02 31.38 2.44 64.90 140.88 2.83
    平均值 1.26 4.17 24.52 1.31 48.30 117.47 1.27
    标准差 0.22 0.39 11.08 0.70 17.36 33.85 0.66
    变异系数/% 17.88 9.45 44.13 53.79 35.78 29.72 51.59
    分布类型 正态 正态 正态 对数正态 对数正态 对数正态 对数正态
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    表  4   不同林分类型的土壤肥力指标1)

    Table  4   Soil fertility indicators of different forest stands

    林分类型 容重/
    (g·cm–3)
    pH w(有机质)/
    (g·kg–1)
    w/(mg·kg–1) w(全氮)/
    (g·kg–1)
    速效磷 速效钾 碱解氮
    相思林   1.29±0.11a 4.12±0.12a 23.39±5.70ab 1.25±0.65a 46.98±14.32ab 109.83±14.39b 1.22±0.25ab
    杉木林   1.24±0.08a 4.14±0.29a 26.22±6.08ab 1.40±0.40a 53.06±11.24a 114.70±13.58b 1.03±0.31b
    桉树林   1.27±0.18a 4.11±0.13a 21.43±3.79b 1.12±0.50a 40.62±5.35b 107.16±29.54b 1.35±0.23ab
    马尾松林  1.25±0.14a 4.23±0.22a 25.82±9.49ab 1.34±0.27a 46.71±6.7ab 106.12±14.52b 1.28±0.62ab
    阔叶混交林 1.25±0.13a 4.24±0.31a 28.18±2.41a 1.42±0.05a 55.20±5.39a 132.28±9.02a 1.45±0.08a
    平均值   1.26±0.02 4.17±0.03 25.10±0.90 1.31±0.06 48.50±1.42 113.87±2.76 1.27±0.05
     1) 表中数据为平均值±标准误,同列数据后凡是有一个相同字母者表示不同林分类型间差异不显著(P>0.05, Duncan’s 法)
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    表  5   土壤肥力指标的主成分分析

    Table  5   Principal component analysis of soil fertility indicators

    土壤指标 主成分特征向量 公因子方差 权重(ai)
    PC-1 PC-2 PC-3
    容重 0.502 –0.175 –0.441 0.419 0.105
    pH –0.175 0.707 0.137 0.567 0.141
    有机质 0.801 –0.102 –0.009 0.720 0.180
    速效磷 0.072 0.734 –0.056 0.531 0.132
    速效钾 0.523 0.502 –0.258 0.605 0.151
    碱解氮 0.712 0.094 0.235 0.598 0.149
    全氮 0.134 –0.046 0.866 0.568 0.142
    特征值 1.727 1.344 1.089
    方差贡献率/% 24.671 19.198 15.552
    累计方差贡献率/% 24.671 43.869 59.421
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    表  6   不同林分类型的土壤肥力综合评价

    Table  6   Comprehensive evaluation of soil fertility of different forest stands

    林分类型 主成分分析法 灰色关联分析法 相关关系法 内梅罗指数法
    综合得分(S) 排序 灰色关联度(Ck) 排序 综合指数(IFI) 排序 内梅罗指数(P) 排序
    相思林   0.402 4 0.622 4 0.446 4 0.294 4
    杉木林   0.428 2 0.749 2 0.489 2 0.314 2
    桉树林   0.380 5 0.611 5 0.420 5 0.290 5
    马尾松林  0.414 3 0.691 3 0.457 3 0.309 3
    阔叶混交林 0.439 1 0.965 1 0.519 1 0.357 1
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    表  7   单项土壤肥力指标的关联系数ξ(k, i)

    Table  7   Correlation coefficients of individual soil fertility indicators

    林分类型 容重 pH 有机质 速效磷 速效钾 碱解氮 全氮
    相思林   0.442 0.778 0.496 0.997 0.742 0.426 0.470
    杉木林   1.000 0.803 0.706 0.999 0.917 0.487 0.333
    桉树林   0.410 0.765 0.412 0.999 0.618 0.399 0.673
    马尾松林  0.528 0.977 0.666 0.996 0.736 0.389 0.544
    阔叶混交林 0.753 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
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图(2)  /  表(7)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-22
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2018-05-09

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