廣東省茂名小良不同林分土壤質(zhì)量分析

廣東省茂名小良不同林分土壤質(zhì)量分析

土壤作為一個自然物體，具有異質(zhì)性，土壤質(zhì)量差異大，情況復雜。土壤分類是土壤科學水平的體現(xiàn),是土壤科學研究的永恒課題。重要生態(tài)修復實驗基地之一的廣東茂名小良水保站,在水土流失的治理過程中,土壤生態(tài)修復雖取得了一定的成果,但仍存在著土壤貧瘠、干旱、經(jīng)濟效益不高等問題。近年來,隨著桉樹的大量種植,土壤還蘊藏著許多潛在的生態(tài)危害。本研究通過對茂名小良不同植被類型和不同品種的純桉林等9塊試驗地的45個觀測點土壤的物理性狀、化學性狀、微生物性狀和酶活性共32個影響土壤質(zhì)量的指標進行取土化驗測試,運用SPSS18對測試數(shù)據(jù)進行方差分析、系統(tǒng)聚類分析和評價,為茂名小良更好地治理水土流失、保護土壤質(zhì)量、充分科學地利用土地資源、促進區(qū)域桉樹林業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展提供科學的參考意見。1材料和方法1.1全站土壤概況小良水保站位于廣東省茂名市小良鎮(zhèn)的沿海臺地上,地理位置為110°54′18″E、21°27′49″N。全站面積288.87hm2,海拔最高處為36m。該地屬熱帶北緣海洋性季風氣候區(qū),年平均氣溫為23℃,年平均降雨量1442mm,雨量豐富且不均,多臺風雨,易出現(xiàn)旱澇災害。地帶性土壤大部分是發(fā)育于花崗巖母質(zhì)上的多礫粘質(zhì)磚紅壤,頂級植被為熱帶季雨林。茂名雨熱同季,氣候條件有利于植物的生長。1.2上重建而成的第二茬天然林根據(jù)地表植被類型和種植的時間,于2010年10月在水保站內(nèi)設(shè)置8塊樣地,在水保站周邊設(shè)置1塊對照樣地。它們分別是水保站東北邊緣風水林———天然恢復林地(1號樣地);1976年在15年窿緣桉皆伐跡地上重建而成的第二茬闊葉混交林地(2號樣地);1960年在灌草叢(立地條件較好)基礎(chǔ)上營造的第一茬松桉混交林(馬尾松、窿緣桉、臺灣相思)地(3號樣地);小良歷史保留地———光板地(4號樣地);第四茬萌生林,1年生W5(剛果12號桉W5無性系)純桉林(5號樣地———W5.41);第四茬萌生林,4年生W5純桉林(6號樣地———W5.44);第三茬實生林,4年生W5純桉林(7號樣地———W5.34);第三茬實生林,1年生W5純桉林(8號樣地———W5.31);第三茬實生林,1年生U6(緣窿桉U6無性系)純桉林(9號樣地———U6.31);其中1號樣地和4號樣地作為最好和最差的對照樣地。1.3土樣的采集和分析本試驗采用土壤剖面和混合采樣法。根據(jù)不同林型、不同植樹密度、不同施肥的土壤,分別在9塊實驗基地內(nèi)各設(shè)5個取樣點,并對45個取土點在進行全面調(diào)查的基礎(chǔ)上取土。(1)土壤混合樣的采取:每塊樣地中都在0~20cm的土層按“X形”將各標準地5個樣點采集的土樣混合后,采用四分法取1kg混合土樣,進行風干、過篩等處理,按國際分析方法測定土壤的理化分析、微生物(鮮土)和酶活性分析。(2)土壤剖面樣的采取:土壤剖面應(yīng)在林木根系集中分布區(qū),離樹干1m左右,避開施肥穴和人工翻動土層。采取自下而上的方法,在各層最典型的中部采取長條狀均勻取土,用環(huán)刀和鋁盒分層(0~20cm、20~40cm、40~60cm)取原狀土約0.2kg,合并為1kg左右的混合土樣,帶回實驗室按常規(guī)分法測定土壤理化性質(zhì)、微生物和土壤酶。1.4測定項目和方法供試材料采用常規(guī)方法進行分析,主要分析內(nèi)容有土壤物理性質(zhì)、土壤化學性質(zhì)、土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性測定。土壤水分的測定采用烘干法。土壤pH值的測定用電位法;土壤有機質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀氧化還原滴定外加熱法;土壤全氮的測定采用凱氏定氮法;土壤堿解氮的測定采用堿解擴散法;土壤全磷的測定用NaOH熔融—鉬銻抗比色法;土壤有效磷的測定用0.05mol/LHCl、0.025mol/L(1/2)H2SO4浸提—比色法;土壤全鉀的測定用NaOH熔融—火焰光度計法;土壤有效K的測定用冷的2mol/LHNO3浸提—火焰光度法。土壤微生物數(shù)量的測定用牛肉膏·高氏·馬氏平板培養(yǎng)法測出土壤細菌·真菌·放線菌的數(shù)量;土壤基礎(chǔ)呼吸和誘導呼吸的測定用隔離罐—堿液吸收法。土壤脲酶活性的測定用靛酚比色法;土壤磷酸酶活性的測定采用磷酸笨二鈉比色法;蔗糖酶活性測定用3,5二硝基水楊酸比色法。2結(jié)果與分析2.1小良土物理性狀差異顯著性分析土壤的物理性質(zhì)決定土壤的水、熱、氣、肥的協(xié)調(diào)狀態(tài),決定土壤肥力的發(fā)揮和作物生長發(fā)育的狀態(tài)。本試驗對小良土壤物理性狀的研究主要從土壤質(zhì)地、土壤重量、土壤孔隙和土壤水等4個方面的10個項目進行測試及分析。通過對9塊樣地0~60cm土壤的分層采樣化驗,結(jié)果表明土壤物理性粘粒、礫石含量、容重、比重、含水量、總孔隙度等各項指標的變幅較小,充分體現(xiàn)小良土壤各個樣地的質(zhì)地多為重石質(zhì)中壤土,相差不大,且物理性狀較差的特點。通過SPSS18均值單因素方差分析,結(jié)果見表1。由表1可知,9塊樣地間的物理性狀差異極顯著。由F值可以看出,樣地之間土壤物理性狀差異性由大到小的順序為:礫石含量>田間持水量>粘粒含量>吸濕水>毛管孔隙度>自然含水量>比重>容重>總孔隙度>非毛管孔隙度。通過以上分析可以看出,樣地間各項物理性質(zhì)均有差異,多數(shù)呈顯著差異,充分說明植被對土壤物理性質(zhì)影響巨大,純桉樹栽培、連植對土壤物理性質(zhì)有不利影響。2.2樣地化學性狀表現(xiàn)土壤的化學性質(zhì)決定土壤的肥力狀態(tài),決定土壤生產(chǎn)力的高低。對小良土壤化學性狀特征的研究主要從土壤pH值、有機質(zhì)、全量元素、速效元素、陽離子交換等5個方面的9個項目進行測試及分析。試驗結(jié)果表明:9塊樣地土壤類型從極強酸到強酸性,有機質(zhì)、全量元素、速效元素、陽離子交換量等方面也都屬于極低或最低的土壤類型?？梢?樣地各項養(yǎng)分指標無論變幅大小,都是4~6等之間,大多數(shù)屬于最低等土壤級別。充分體現(xiàn)小良土壤化學性狀很差的特點。表2所示,9塊樣地在pH值和有機質(zhì)性狀方面差異極顯著,全氮、堿解氮和全磷性狀方面差異顯著,有效磷、全鉀、有效鉀、陽離子交換量性狀方面差異不顯著。由F值可以看出,樣地之間土壤化學性狀差異性由大到小的順序為:pH值>有機質(zhì)含量>全磷>全氮>堿解氮>陽離子交換量>有效磷>全鉀>有效鉀。通過分析可見,樣地間各項化學性質(zhì)的差異遠遠小于物理性質(zhì)的差異,有許多樣地的某些化學性狀無顯著差異,有極顯著差異的化學性狀較少;充分說明植被對土壤化學性質(zhì)影響主要集中在pH值和有機質(zhì)方面,其他化學要素與土壤礦物成分有密切關(guān)系。2.3測樣地微生物性狀表1土壤微生物是指生活在土壤中的細菌、真菌、放線菌、藻類的總稱,其中以細菌數(shù)量最多。土壤微生物對林地土壤養(yǎng)分循環(huán)、礦物分解和團粒結(jié)構(gòu)以及養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化積累、環(huán)境生態(tài)功能指示方面都起著重要作用,直接影響土壤的理化性質(zhì)和肥力。對小良土壤微生物特征的研究主要從土壤微生物生物量(C、N)、土壤微生物數(shù)量(細菌、真菌、放線菌)、土壤微生物活性(基礎(chǔ)呼吸、誘導呼吸)等3個方面的7個項目進行測試及分析。試驗結(jié)果表明,9塊樣地土壤微生物生物量C含量的變幅遠大于N含量的變幅,土壤微生物N含量很低;土壤微生物數(shù)量、微生物活性變幅很大,含量、活性很低。充分體現(xiàn)小良土壤微生物性狀很差的特點。通過對9塊樣地0~60cm土壤的分層采樣化驗,以及SPSS18均值比較———單因素方差分析,結(jié)果(表3)表明,9塊樣地在微生物生物量C、放線菌數(shù)量和基礎(chǔ)呼吸性狀方面差異顯著,在微生物生物量N、細菌、真菌、基礎(chǔ)呼吸、誘導呼吸性狀方面差異不顯著。由F值可以看出,樣地之間土壤微生物性狀差異性由大到小的順序為:放線菌數(shù)量>基礎(chǔ)呼吸>微生物生物量C>細菌數(shù)量>誘導呼吸>真菌數(shù)量>微生物生物量N。通過以上分析可以看出,樣地間各項微生物性質(zhì)的差異遠遠小于理化性質(zhì)的差異,有許多樣地的某些微生物性狀無顯著差異,有極顯著差異的微生物性狀較少;充分說明植被對土壤微生物性質(zhì)影響主要集中在微生物C、放線菌數(shù)量和基礎(chǔ)呼吸方面,其他微生物性狀與植被有相關(guān)性,但不密切。2.4小良9塊樣地土壤酶活性的單因素方差分析土壤酶活性直接影響土壤新陳代謝,比微生物數(shù)量更能體現(xiàn)土壤總的生物活性。土壤微生物一起參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的一切生物化學過程,對土壤肥力的演化具有重要影響。對小良土壤酶活性的研究主要從土壤氧化還原酶類(過氧化氫酶、多酚氧化酶)、水解酶類(轉(zhuǎn)化酶、蛋白酶、脲酶、磷酸酶、蔗糖酶)等2個方面的7個項目進行測試及分析。試驗結(jié)果表明小良9塊樣地土壤酶活性變幅較大、活性較較差的特點。通過對9塊樣地0~60cm土壤的分層采樣化驗,以及SPSS18均值比較———單因素方差分析,結(jié)果(表4)表明,9塊樣地在過氧化氫酶、多酚氧化酶、磷酸酶和蛋白酶活性方面差異極顯著,在轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性方面差異顯著。由F值可以看出,樣地間土壤酶活性差異由大到小的順序為:多酚氧化酶>過氧化氫酶>磷酸酶>蛋白酶>轉(zhuǎn)化酶>脲酶?？傮w來看,土壤酶活性變幅較大,但無論變幅大小,都屬于活性較差的土壤級別。2.5不同樣地的土壤屬性通過使用SPSS.18對小良9塊樣地土壤物理性狀、化學性狀、微生物性狀和酶活性的32個指標進行系統(tǒng)聚類分析[14,15,16,17,18,19,20],結(jié)果見圖1。從圖1可以看出:(1)當λ=20時,樣地分2類:1、2號樣地為一類,其它樣地為一類。樣地類別特征非常明顯,闊葉混交林地力性狀比桉樹林好許多。(2)當λ=10時,樣地分3類:4號樣地為一類,1、2號樣地為一類,其他樣地(3、5、6、7、8、9)為一類。樣地類別特征也非常明顯,4號樣地為光板地,土壤各種屬性都是最差的;1、2號樣地為闊葉混交林,土壤各種屬性都是最好的;其他樣地是桉樹林,土壤綜合屬性介于二者之間。說明桉樹種植對裸地有修復作用,對地力較好、植被較豐富的土壤有不利影響。(3)當λ=5.1時,樣地分5類:4號樣地為一類,1、2號樣地各分為一類,5、6、7號樣地為一類,3、8、9號樣地為一類。各類樣地土壤肥力特征比較明顯,4號樣地土壤屬性最差,1號樣地最好,2號樣地較好,3、8、9號樣地中等,5、6、7號樣地較差。因1號樣地是天然闊葉林,2號樣地是人工闊葉混交林,均較好;3號樣地是針闊混交林,松樹和桉樹的樹齡長,各種土壤屬性中等,8、9號樣地雖為純桉林,植苗時施有底肥,加之深耕使土地疏松,各種土壤屬性中等;5、6、7號樣地都為純桉林,連植、樹齡較長,各種土壤屬性較差。3樣地間的微生物性狀及土壤理化性質(zhì)的差異分析通過對茂名小良9塊樣地的采樣化驗測試、聚類分析,得出如下結(jié)論:(1)樣地之間的各項物理性質(zhì)均有差異,多數(shù)呈顯著差異,充分說明植被對土壤物理性質(zhì)影響巨大,純桉樹栽培、連載對土壤物理性質(zhì)有不利影響。(2)通過分析可見,樣地間的各項化學性質(zhì)的差異遠遠小于物理性質(zhì)的差異,有許多樣地的某些化學性狀無顯著性差異,有極顯著差異的化學性狀較少;充分說明植被對土壤化學性質(zhì)影響主要集中在pH值和有機質(zhì)方面,其他化學要素與土壤礦物成分有密切關(guān)系。(3)樣地間的各項微生物性質(zhì)的差異遠遠小于理化性質(zhì)的差異,有許多樣地的某些微生物性狀無顯著性差異,有極顯著差異的微生物性狀較少;充分說明植被對土壤微生物性質(zhì)影響主要集中在微生物C、放線菌數(shù)量和基礎(chǔ)呼吸方面,其他微生物性狀與植被有相關(guān)性,但不密切。(4)9塊樣地間酶活性差異極顯著或顯著。土壤酶活性變幅較大,但無論變幅大小,都屬于活性較差的土壤級別。充分體現(xiàn)小良土壤各個樣地的酶活性較差的特點。(5)當λ=10時,樣地分3類比較恰當。4號樣地為一類,1、2號樣地為一類,其他樣地為一類。樣地類別特征也非常明顯,4號樣地為光板地,土壤各種屬性都是最差的;1、2號樣地為闊葉混交林,土壤各種屬性都是最好的;其他樣地為桉樹林,土壤綜合屬性介于二者之間。說明桉林種植對裸地有修復作用