广东省茂名小良不同林分土壤质量分析

广东省茂名小良不同林分土壤质量分析

土壤作为一个自然物体，具有异质性，土壤质量差异大，情况复杂。土壤分类是土壤科学水平的体现,是土壤科学研究的永恒课题。重要生态修复实验基地之一的广东茂名小良水保站,在水土流失的治理过程中,土壤生态修复虽取得了一定的成果,但仍存在着土壤贫瘠、干旱、经济效益不高等问题。近年来,随着桉树的大量种植,土壤还蕴藏着许多潜在的生态危害。本研究通过对茂名小良不同植被类型和不同品种的纯桉林等9块试验地的45个观测点土壤的物理性状、化学性状、微生物性状和酶活性共32个影响土壤质量的指标进行取土化验测试,运用SPSS18对测试数据进行方差分析、系统聚类分析和评价,为茂名小良更好地治理水土流失、保护土壤质量、充分科学地利用土地资源、促进区域桉树林业经济的持续发展提供科学的参考意见。1材料和方法1.1全站土壤概况小良水保站位于广东省茂名市小良镇的沿海台地上,地理位置为110°54′18″E、21°27′49″N。全站面积288.87hm2,海拔最高处为36m。该地属热带北缘海洋性季风气候区,年平均气温为23℃,年平均降雨量1442mm,雨量丰富且不均,多台风雨,易出现旱涝灾害。地带性土壤大部分是发育于花岗岩母质上的多砾粘质砖红壤,顶级植被为热带季雨林。茂名雨热同季,气候条件有利于植物的生长。1.2上重建而成的第二茬天然林根据地表植被类型和种植的时间,于2010年10月在水保站内设置8块样地,在水保站周边设置1块对照样地。它们分别是水保站东北边缘风水林———天然恢复林地(1号样地);1976年在15年窿缘桉皆伐迹地上重建而成的第二茬阔叶混交林地(2号样地);1960年在灌草丛(立地条件较好)基础上营造的第一茬松桉混交林(马尾松、窿缘桉、台湾相思)地(3号样地);小良历史保留地———光板地(4号样地);第四茬萌生林,1年生W5(刚果12号桉W5无性系)纯桉林(5号样地———W5.41);第四茬萌生林,4年生W5纯桉林(6号样地———W5.44);第三茬实生林,4年生W5纯桉林(7号样地———W5.34);第三茬实生林,1年生W5纯桉林(8号样地———W5.31);第三茬实生林,1年生U6(缘窿桉U6无性系)纯桉林(9号样地———U6.31);其中1号样地和4号样地作为最好和最差的对照样地。1.3土样的采集和分析本试验采用土壤剖面和混合采样法。根据不同林型、不同植树密度、不同施肥的土壤,分别在9块实验基地内各设5个取样点,并对45个取土点在进行全面调查的基础上取土。(1)土壤混合样的采取:每块样地中都在0~20cm的土层按“X形”将各标准地5个样点采集的土样混合后,采用四分法取1kg混合土样,进行风干、过筛等处理,按国际分析方法测定土壤的理化分析、微生物(鲜土)和酶活性分析。(2)土壤剖面样的采取:土壤剖面应在林木根系集中分布区,离树干1m左右,避开施肥穴和人工翻动土层。采取自下而上的方法,在各层最典型的中部采取长条状均匀取土,用环刀和铝盒分层(0~20cm、20~40cm、40~60cm)取原状土约0.2kg,合并为1kg左右的混合土样,带回实验室按常规分法测定土壤理化性质、微生物和土壤酶。1.4测定项目和方法供试材料采用常规方法进行分析,主要分析内容有土壤物理性质、土壤化学性质、土壤微生物数量和土壤酶活性测定。土壤水分的测定采用烘干法。土壤pH值的测定用电位法;土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾氧化还原滴定外加热法;土壤全氮的测定采用凯氏定氮法;土壤碱解氮的测定采用碱解扩散法;土壤全磷的测定用NaOH熔融—钼锑抗比色法;土壤有效磷的测定用0.05mol/LHCl、0.025mol/L(1/2)H2SO4浸提—比色法;土壤全钾的测定用NaOH熔融—火焰光度计法;土壤有效K的测定用冷的2mol/LHNO3浸提—火焰光度法。土壤微生物数量的测定用牛肉膏·高氏·马氏平板培养法测出土壤细菌·真菌·放线菌的数量;土壤基础呼吸和诱导呼吸的测定用隔离罐—碱液吸收法。土壤脲酶活性的测定用靛酚比色法;土壤磷酸酶活性的测定采用磷酸笨二钠比色法;蔗糖酶活性测定用3,5二硝基水杨酸比色法。2结果与分析2.1小良土物理性状差异显著性分析土壤的物理性质决定土壤的水、热、气、肥的协调状态,决定土壤肥力的发挥和作物生长发育的状态。本试验对小良土壤物理性状的研究主要从土壤质地、土壤重量、土壤孔隙和土壤水等4个方面的10个项目进行测试及分析。通过对9块样地0~60cm土壤的分层采样化验,结果表明土壤物理性粘粒、砾石含量、容重、比重、含水量、总孔隙度等各项指标的变幅较小,充分体现小良土壤各个样地的质地多为重石质中壤土,相差不大,且物理性状较差的特点。通过SPSS18均值单因素方差分析,结果见表1。由表1可知,9块样地间的物理性状差异极显著。由F值可以看出,样地之间土壤物理性状差异性由大到小的顺序为:砾石含量>田间持水量>粘粒含量>吸湿水>毛管孔隙度>自然含水量>比重>容重>总孔隙度>非毛管孔隙度。通过以上分析可以看出,样地间各项物理性质均有差异,多数呈显著差异,充分说明植被对土壤物理性质影响巨大,纯桉树栽培、连植对土壤物理性质有不利影响。2.2样地化学性状表现土壤的化学性质决定土壤的肥力状态,决定土壤生产力的高低。对小良土壤化学性状特征的研究主要从土壤pH值、有机质、全量元素、速效元素、阳离子交换等5个方面的9个项目进行测试及分析。试验结果表明:9块样地土壤类型从极强酸到强酸性,有机质、全量元素、速效元素、阳离子交换量等方面也都属于极低或最低的土壤类型。可见,样地各项养分指标无论变幅大小,都是4~6等之间,大多数属于最低等土壤级别。充分体现小良土壤化学性状很差的特点。表2所示,9块样地在pH值和有机质性状方面差异极显著,全氮、碱解氮和全磷性状方面差异显著,有效磷、全钾、有效钾、阳离子交换量性状方面差异不显著。由F值可以看出,样地之间土壤化学性状差异性由大到小的顺序为:pH值>有机质含量>全磷>全氮>碱解氮>阳离子交换量>有效磷>全钾>有效钾。通过分析可见,样地间各项化学性质的差异远远小于物理性质的差异,有许多样地的某些化学性状无显著差异,有极显著差异的化学性状较少;充分说明植被对土壤化学性质影响主要集中在pH值和有机质方面,其他化学要素与土壤矿物成分有密切关系。2.3测样地微生物性状表1土壤微生物是指生活在土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类的总称,其中以细菌数量最多。土壤微生物对林地土壤养分循环、矿物分解和团粒结构以及养分的转化积累、环境生态功能指示方面都起着重要作用,直接影响土壤的理化性质和肥力。对小良土壤微生物特征的研究主要从土壤微生物生物量(C、N)、土壤微生物数量(细菌、真菌、放线菌)、土壤微生物活性(基础呼吸、诱导呼吸)等3个方面的7个项目进行测试及分析。试验结果表明,9块样地土壤微生物生物量C含量的变幅远大于N含量的变幅,土壤微生物N含量很低;土壤微生物数量、微生物活性变幅很大,含量、活性很低。充分体现小良土壤微生物性状很差的特点。通过对9块样地0~60cm土壤的分层采样化验,以及SPSS18均值比较———单因素方差分析,结果(表3)表明,9块样地在微生物生物量C、放线菌数量和基础呼吸性状方面差异显著,在微生物生物量N、细菌、真菌、基础呼吸、诱导呼吸性状方面差异不显著。由F值可以看出,样地之间土壤微生物性状差异性由大到小的顺序为:放线菌数量>基础呼吸>微生物生物量C>细菌数量>诱导呼吸>真菌数量>微生物生物量N。通过以上分析可以看出,样地间各项微生物性质的差异远远小于理化性质的差异,有许多样地的某些微生物性状无显著差异,有极显著差异的微生物性状较少;充分说明植被对土壤微生物性质影响主要集中在微生物C、放线菌数量和基础呼吸方面,其他微生物性状与植被有相关性,但不密切。2.4小良9块样地土壤酶活性的单因素方差分析土壤酶活性直接影响土壤新陈代谢,比微生物数量更能体现土壤总的生物活性。土壤微生物一起参与土壤生态系统的一切生物化学过程,对土壤肥力的演化具有重要影响。对小良土壤酶活性的研究主要从土壤氧化还原酶类(过氧化氢酶、多酚氧化酶)、水解酶类(转化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶)等2个方面的7个项目进行测试及分析。试验结果表明小良9块样地土壤酶活性变幅较大、活性较较差的特点。通过对9块样地0~60cm土壤的分层采样化验,以及SPSS18均值比较———单因素方差分析,结果(表4)表明,9块样地在过氧化氢酶、多酚氧化酶、磷酸酶和蛋白酶活性方面差异极显著,在转化酶和脲酶活性方面差异显著。由F值可以看出,样地间土壤酶活性差异由大到小的顺序为:多酚氧化酶>过氧化氢酶>磷酸酶>蛋白酶>转化酶>脲酶。总体来看,土壤酶活性变幅较大,但无论变幅大小,都属于活性较差的土壤级别。2.5不同样地的土壤属性通过使用SPSS.18对小良9块样地土壤物理性状、化学性状、微生物性状和酶活性的32个指标进行系统聚类分析[14,15,16,17,18,19,20],结果见图1。从图1可以看出:(1)当λ=20时,样地分2类:1、2号样地为一类,其它样地为一类。样地类别特征非常明显,阔叶混交林地力性状比桉树林好许多。(2)当λ=10时,样地分3类:4号样地为一类,1、2号样地为一类,其他样地(3、5、6、7、8、9)为一类。样地类别特征也非常明显,4号样地为光板地,土壤各种属性都是最差的;1、2号样地为阔叶混交林,土壤各种属性都是最好的;其他样地是桉树林,土壤综合属性介于二者之间。说明桉树种植对裸地有修复作用,对地力较好、植被较丰富的土壤有不利影响。(3)当λ=5.1时,样地分5类:4号样地为一类,1、2号样地各分为一类,5、6、7号样地为一类,3、8、9号样地为一类。各类样地土壤肥力特征比较明显,4号样地土壤属性最差,1号样地最好,2号样地较好,3、8、9号样地中等,5、6、7号样地较差。因1号样地是天然阔叶林,2号样地是人工阔叶混交林,均较好;3号样地是针阔混交林,松树和桉树的树龄长,各种土壤属性中等,8、9号样地虽为纯桉林,植苗时施有底肥,加之深耕使土地疏松,各种土壤属性中等;5、6、7号样地都为纯桉林,连植、树龄较长,各种土壤属性较差。3样地间的微生物性状及土壤理化性质的差异分析通过对茂名小良9块样地的采样化验测试、聚类分析,得出如下结论:(1)样地之间的各项物理性质均有差异,多数呈显著差异,充分说明植被对土壤物理性质影响巨大,纯桉树栽培、连载对土壤物理性质有不利影响。(2)通过分析可见,样地间的各项化学性质的差异远远小于物理性质的差异,有许多样地的某些化学性状无显著性差异,有极显著差异的化学性状较少;充分说明植被对土壤化学性质影响主要集中在pH值和有机质方面,其他化学要素与土壤矿物成分有密切关系。(3)样地间的各项微生物性质的差异远远小于理化性质的差异,有许多样地的某些微生物性状无显著性差异,有极显著差异的微生物性状较少;充分说明植被对土壤微生物性质影响主要集中在微生物C、放线菌数量和基础呼吸方面,其他微生物性状与植被有相关性,但不密切。(4)9块样地间酶活性差异极显著或显著。土壤酶活性变幅较大,但无论变幅大小,都属于活性较差的土壤级别。充分体现小良土壤各个样地的酶活性较差的特点。(5)当λ=10时,样地分3类比较恰当。4号样地为一类,1、2号样地为一类,其他样地为一类。样地类别特征也非常明显,4号样地为光板地,土壤各种属性都是最差的;1、2号样地为阔叶混交林,土壤各种属性都是最好的;其他样地为桉树林,土壤综合属性介于二者之间。说明桉林种植对裸地有修复作用