Assessing Soil Nutrient Status and Its Relationship with Site Productivity of Betula alnoides Plantations in Daqingshan Mountains, Guangxi

研究区位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心(106°47′53′ E, 22°02′06′ N)，属南亚热带季风气候区，年均气温19.521.5℃，年降水量1 2001 550 mm，干湿季分明，每年4月至9月为雨季，10月至翌年3月为干季，相对湿度基本在80%以上。研究区海拔190680 m，土壤类型主要为砖红壤性红壤和红壤。

考虑不同年龄、坡向、坡位等因素，在热带林业实验中心的青山、白云和伏波3个实验场西南桦人工林内分别设置17、14、16块600 m²的典型样地，并进行海拔、坡向等立地因子调查及常规生长测定。各样地的地形因子和林分年龄见表 1。

在每个样地的对角线上设置3个5 m×5 m的样方，每个样方挖取1个土壤剖面，取030 cm土壤约1 kg带回实验室，按国家林业局土壤养分分析标准制样并测定土壤pH值及有机质、全N、全P、全K、有效N、有效P、速效K、交换性Mg、活性Al的含量^[14]。

依据全国第二次土壤普查养分分级标准进行土壤养分分级^[15]。

每个样地的立地指数来自文献[16]中的“广西热林中心西南桦人工林立地指数表”。根据样地调查资料，每个样地选取5株优势木或亚优势木求其平均高，查表获得其立地指数(表 1)。

西南桦喜温凉气候，偏低海拔立地会因为温度高而影响西南桦生长^[17]，由表 1亦可以看出，海拔小于300 m的11个样地，其立地指数普遍偏小。300 m以上海拔较适宜西南桦生长，因此，在分析土壤养分特征与立地生产力的关系时仅针对海拔300 m以上的样地。35个样地的立地指数介于16 m与28 m之间，其均值约为20 m。据此将立地分为两类：大于20为高产组，小于或等于20为低产组(表 2)。采用独立样本t检验比较高产组和低产组之间各土壤养分的均值及其差异显著性。数据处理与分析均采用SPSS 22.0软件进行。

依据全国第二次土壤普查养分分级标准，广西大青山西南桦人工林地土壤为强酸性；其有机质、有效N、全N含量高；速效K、全P、交换性Mg缺乏；有效P、全K甚缺(表 3)。各土壤化学性质指标变异系数的变化范围为0.041.02，pH值的变异性最弱，全K含量的变异性最强(表 3)。

从表 3亦发现：大部分养分含量的最小值和最大值相差几倍至十几倍，仅以均值并不能全面反映出林地土壤各养分丰缺程度。进一步分析各样地土壤养分含量的分布频率(表 4)可知：90%以上样地属于强酸性土壤；绝大部分样地的土壤有机质、有效N、全N含量处于中等偏上水平；所有样地土壤有效P甚缺，全P、全K、速效K、交换性Mg含量中等偏下。

由表 5可知：高产和低产组两类立地间土壤有机质和全K含量呈极显著差异(P＜0.01)，有效N含量差异显著(P＜0.05)，速效K含量在0.1水平上差异显著(P=0.076)，其它养分指标均差异不显著(P≥0.05)。

以往的调查结果表明，西南桦天然分布区土壤呈酸性至微酸性，pH值为4.26.5^[17]; 而本研究中，广西大青山西南桦人工林地土壤pH值为3.94.7，绝大部分为强酸性土壤。可见，西南桦对酸性土壤的适应性强。当土壤逐渐酸化时，土壤铝会从固相释放进入土壤溶液或以交换性铝吸附于土壤表面的阳离子交换位上^[18]，pH值影响土壤Al的可溶性，从而影响林木生长^[19]，因而，西南桦人工林土壤活性Al含量与pH值呈显著负相关，西南桦对酸性土壤的强适应性亦某种程度上反映出其对活性铝具有较强的适应性。

广西大青山西南桦人工林地全P、全K、速效K、交换性Mg缺乏，尤以有效P缺乏更甚。这可能与林地土壤类型有关。青山和白云实验场多为砂泥岩和中酸性火山岩发育的红壤，伏波则以花岗岩风化母质发育的红壤为主^[20]，这些类型土壤由于pH值低，土壤中有效养分易流失，盐基流失亦加快，土壤胶体表面正电荷相应增加，增强了对P的吸附，导致土壤有效P缺乏^[21]。

土壤pH值通过影响林地土壤微生物活动，进而影响土壤N的矿化^[22]。本研究中，西南桦人工林土壤pH值低，但土壤全N、有效N含量为中上水平，与戴万宏等^[23]对我国地带性土壤的研究结果一致；而Curtin等^[24]认为，绝大部分土壤有机质是比较固定的，仅小部分为可分解有机质，pH值与有机质含量呈正相关。土壤微生物大多适宜在中性土壤中生长，pH值下降，固N微生物活性亦下降，从而影响土壤N素系列代谢活动，含N有机物数量下降，使土壤有机质的量和质均下降^[21]。

土壤各养分因子与目标树种立地指数间的关系复杂^{[6, 25-26]}。影响立地指数的土壤养分因子因树种而异，土壤pH值以及K、N、CaCO₃影响波兰西南部欧洲赤松(Pinus sylvestris L.)立地指数大小^[25]；在哥伦比亚，土壤全N、矿质N、有效P和S含量影响白云杉(Picea glauca (Moench) Voss)的立地指数^[27]。本研究通过高产和低产立地间的对比分析发现，有机质、有效N、全K含量是影响广西大青山西南桦立地指数的关键土壤养分因子。尽管有效P含量低是我国亚热带地区森林生态系统生产力的一个重要限制因子^[28]，然而，本研究中有效P对西南桦生长的差异性未能显现，究其原因，其一、属局域尺度研究，其土壤具有强酸和低P的共性特征，换言之，所有样地均呈现有效P缺乏(表 4)；其二、西南桦对有效P含量低的土壤具有较强的适应；其三、一些重要因子，如土壤物理性质以及其他未测土壤化学因子的干扰，亦可能影响研究结果。究竟有效P含量是否为西南桦生长的限制因子，尚需在更大尺度上进行深入研究予以证明。

在较大尺度上，除土壤因子外，气候、地形等因子影响树种的立地指数^{[5, 12, 29-31]}。如Bergès等^[7]对无梗花栎的研究得出，气候、地形和土壤因子可解释其立地指数49%60%的变异；Farrelly等^[12]研究北美云杉立地指数的影响因子时发现，气候区、风速、水分和养分供应等因子均有显著影响，但程度不同，如气候区和风速分别可解释立地指数变化的12%和37%。因此，在未来西南桦人工林研究中，还需增加其它方面的因子，诸如气候、地形、土壤物理性质以及叶片养分等，从各尺度上进行分析研究，系统揭示立地因子与立地指数间的关系，为西南桦人工林立地选择与经营管理提供科学依据和技术支撑。

广西大青山西南桦人工林地土壤普遍具有pH值和有效P含量低的特点，说明西南桦对此类土壤具有较强的适应性。有机质、全K和有效N含量是影响广西大青山西南桦人工林立地指数的关键土壤养分因子。因此，在该区域营建速生丰产林时应选择pH值较高的土壤，避免因土壤酸性较强影响土壤性质，造成土壤有机质、全K、有效N等养分含量下降和不足，影响西南桦林正常生长。