单性木兰群落的土壤特征

彭玉华，郑 威 ，何琴飞 ，申文辉 ，刘 建 ，谭卫宁 ，何 峰

(1. 广西林业科学研究院，广西 南宁530002; 2. 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁530002；3. 广西壮族自治区林业厅，广西 南宁530028；4. 木论国家级自然保护区管理局，广西 环江 547100)

单性木兰群落的土壤特征

彭玉华1,2，郑 威1,2，何琴飞1,2，申文辉1,2，刘 建3，谭卫宁4，何 峰1,2

(1. 广西林业科学研究院，广西 南宁530002; 2. 广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁530002；3. 广西壮族自治区林业厅，广西 南宁530028；4. 木论国家级自然保护区管理局，广西 环江 547100)

为了对濒危极少种群单性木兰的拯救保护，进行单性木兰成片分布区内土壤理化性状和最宜单性木兰生长发育土壤理化性状的研究，结果表明：单性木兰成片分布区的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通气度、容重均值分别为58.40%、44.10%、14.30%、17.42%、1.36 g/cm3；土壤速效N、有效Fe含量极丰富，有效Ca含量较高，土壤有机质、全N和有效Zn含量均处于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均处于缺乏状态，特别是全P、全K、速效P和有效Cu含量均极缺乏，土壤呈酸性。最适宜单性木兰生长的土壤物理性状为总孔隙度56.0～61.5%、毛管孔隙度45.0～46.0%、非毛管孔隙度11.1～16.0%、通气度14.0～19.0%之间。丰富的土壤有机质、全N、速效N、有效Zn有利于单性木兰的生长，而有效Fe含量过高侧抑制单性木兰生长，单性木兰生长对土壤代换性Ca、代换性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。

单性木兰；土壤；物理性状；化学性状

单性木兰Kmeria septentrionalisDandy隶属于木兰科Magnoliaceae单性木兰属，该属植物仅2种，分布范围狭小，仅分布于我国广西西北部环江县、罗城县以及贵州东南部荔波县。生于海拔200～850 m的石灰岩山地常绿阔叶林中，多数零星分布，成片分布仅见于环江境内的广西木论国家级自然保护区内,目前已被列为我国第二批国家珍稀濒危植物中的一级保护植物[1-2]。广西第一次重点保护野生植物资源调查时，通过样方法调查共计得到单性木兰的数量为4 172株，但最近的核查记录到单性木兰只有309株，种群数量急剧下降。研究该物种致危原因，探索拯救保护和繁殖的有效措施，是目前急需解决的问题。目前，在国外尚未见有单性木兰研究的报道，国内学者已在单性木兰传粉生态学、种子贮藏及繁殖、幼苗光合特性等[3-6]方面进行研究，但在土壤理化性状方面未见有报导。土壤是植物生长发育、繁衍生息重要的物质基础，其养分及其含量影响着森林的结构及演替，其物理性状不仅影响土壤的持水和溶解矿质元素的性能，而且影响植物根系生长和吸水性能，进而影响土壤肥力状况和植物的生长[7]。因此，研究土壤理化性状，了解土壤理化性状特性，对于该地的森林更新、保护具有重要意义[8]。本文对广西木论国家级自然保护区内单性木兰成片分布区的土壤进行分析，阐明单性木兰分布区的土壤理化特性，了解单性木兰分布区土壤营养元素的丰缺情况，为单性木兰异地繁殖保护提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 调查地自然概况

木论自然保护区地处广西环江毛南族自治县西北部（107°53′29″～108°05′42″E，25°06′09″～25°12′25″），与贵州省茂兰国家自然保护区相连，为典型的喀斯特地貌，海拔 250～1028 m，总面积10 829.7 hm2，保护区内石山裸露面积80%～90%，土壤覆盖面积不足20%，且土壤多分布于岩石缝隙间，只有洼地或谷地才有成片土壤，为中亚热带石灰岩常绿、落叶阔叶混交林生态系统。调查区域为下南乡板南屯单性木兰成片分布区，成片面积达18.7 hm2。海拔500～550 m。据下南乡气象观测资料（保护区内缺乏气象资料），最冷月（1月）均温9.3 ℃，最热月（7月）均温26.9 ℃，年均温19.3 ℃，极端最低温-5 ℃，极端最高温36.0 ℃，≥10 ℃年活动积温6 260 ℃，无霜期310 d；年均降雨量为1 529.2 mm，集中在夏季占全年的52.4%，冬季只占6.0%，春、秋季分别占26.0%和15.6%；干旱季节的平均相对湿度仍＞76%，年平均相对湿度为79%。气候条件优越，适宜植物及其他生物的繁衍(赖家业等，2007)。

1.2 采样方法

2014年6月，在单性木兰成片分布区域内，选择1个斜坡（坡度等级参照欧芷阳（2013）等[9]方法）、1个陡坡的上、中、下坡位分别设置样方进行调查，斜坡的下、中、上坡位分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ样方，陡坡的下、中、上坡位分别为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ样方，共计6个面积为20×20 m的样方，每个样方进一步划分为16个5 m×5 m的基本测量单元进行木本植物调查，对胸径(DBH)≥1 cm、树高（SH）≥1.5 m的木本植物进行每木检尺，记录树种名称、胸径、树高、冠幅和生长状况等，用GPS记录每个样方的海拔、经纬度、坡度等，调查情况祥见表1。因单性木兰成片分布区山地土层浅薄且不连续，土壤理化性状的采集只涉及土壤的表层（0～20 cm）。在每个20×20 m样方内按S型多点用土钻采集表土层的混合土样约1 kg，混合均匀后用塑料袋密封迅速带回室内，置于阴凉通风处晾干，擀碎，用于测定土壤养分含量。在每个20×20 m样方内用环刀法取表土层（0～20 cm），按品字型采集100 cm3的环刀3个、铝盒3个，共计18个环刀、18个铝盒。

表1 样方调查的基本情况Table 1 Profile of sampled plots

1.3 分析方法

土壤理化性质分析测定方法采用中华人民共和国林业行业标准：土壤含水量测定用烘干法；土壤容重测定采用环刀法；毛管孔隙采用环刀浸水法；土壤总孔隙度依据土壤容重和土壤比重计算得出；非毛管孔隙由总孔隙度和毛管孔隙计算得出。土壤pH值采用电位法测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；土壤全氮和速效氮采用扩散法测定；土壤全磷采用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法测定；土壤全钾采用碱熔-火焰光度法测定；土壤速效钾采用1 mol·L-1CH3COONH4浸提-火焰光度法测定；土壤代换性钙和镁采用乙酸铵交换一原子吸收分光光度法测定；土壤有效Cu、Zn、Fe采用盐酸浸提—原子吸收分光光度法测定；土壤有效Mn采用乙酸铵浸提—原子吸收分光光度法测定；土壤有效B测定采用沸水浸提—甲亚胺比色法测定；凋落物含碳量采用KCr2O7-H2SO4氧化法测定；凋落物全氮含量（LN）采用H2SO4-H2O2消煮后凯氏法测定；凋落物全磷含量（LP）用钼锑抗比色分光光度法测定；凋落物全钾含量（LK）采用原子吸收分光光度法测定。每个样品测定重复3次取其平均值。测得的土壤养分均值与土壤养分分级标准进行对比，以便了解单性木兰成片分布区内土壤养分的丰缺情况。

土壤养分分级标准[10-11]见表2、表3和表4。

表2 土壤养分分级标准Table 2 Soil classification by nutrient contents (g·kg-1)

表3 土壤养分分级标准Table 3 Soil classification by nutrient contents (mg·kg-1)

表4 土壤pH值分级标准Table 4 Classification of soil pH

2 结果与分析

2.1 样方内单性木兰基本情况

在样方内调查共记录到胸径（DBH）≥1 cm以上的单性木兰有98株（表5），最大达35.5 cm，≥28.1 cm的只有5株，≤1 cm的小苗有151株。斜坡的坡位越高单性木兰存活越少，重要值越低。陡坡的坡位越低单性木兰存活越少，重要值越低。

2.2 单性木兰成片分布区内土壤物理特征

土壤物理特性的大小决定着土壤的持水和溶解矿质元素的性能，也决定着植物的扎根和根系的吸水性能，进而决定了植物的生长和土壤肥力状况[12]。单性木兰成片分布区域内研究的土壤物理特征见表6。

表5 单性木兰详情Table 5 Number of trees in Kmeria septentrionalis stand and the distribution of DBH

表6 土壤物理特征Table 6 Physical properties of soil

容重对土壤疏松度和通气性有直接影响，并影响植物根系生长和生物量的积累，进而影响土壤的渗透性和保水能力[7]。疏松多孔、富含有机质的土壤容重低，而坚实致密、有机质含量少的土壤容重较高，一般认为有利于大多数植物根系正常生长的土壤容重在1.14～1.26 g/cm3之间，当土壤容重在1.4～1.5 g/cm3时，植物根系难以进入，而大于1.6 g/cm3时，已是植物根系穿插的临界点[13-15]。研究区内6个样方土壤容重差别不大，在1.33～1.38 g/cm3之间，植物根系可以正常生长。

土壤孔隙状况是土壤重要的物理指标，其与土壤质地，有机质含量、结构、容重等密切相关，可直接影响到土壤中水、热、气、肥的分配，反映了土壤的透气、透水和保水、保肥的能力大小，可以说它是土壤各因子的综合反映。土壤总孔隙度在51.36～68.68%之间，单性木兰重要值较大的样方Ⅰ、Ⅱ的总孔隙度为56.82%和58.96%，一般认为土壤孔隙度以 50% 或稍大于 50% 最好，过小，水气状况不良，对作物生长不利，过大，植物的根系不能与土壤密切结合，吸收养分和水分都较困难[16]。样方间的毛管孔隙度差异不大，在41.58～45.73%之间。非毛管孔隙度在8.80～27.10%之间，单性木兰重要值较大的样方Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ非毛管孔隙度为10～20%之间，而非毛管孔隙度＜10%的样方Ⅲ、Ⅳ的单性木兰重要值较小，可能是非毛管孔隙度过低，不利于地表径流的下渗，土壤透水性、通气性和持水能力难以协调。土壤通气度在12.09～30.68%之间，单性木兰重要值高的样方在14.3%～18.95%之间。

2.3 单性木兰成片分布区内土壤化学特性

土壤肥力是土壤最基本的特征，也是土壤在植物生活的过程中不断供给植物以最大量的有效养分及水分的能力。通过对单性木兰成片分布区内土壤分析得出结果见表7和表8。结果与土壤养分分级标准（表2、表3、表4）进行对比，可以得知：单性木兰成片分布区内土壤速效N、有效Fe含量极丰富，有效Ca含量较高，土壤有机质、全N和有效Zn含量均处于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均较为缺乏，特别是全P、全K、速效P和有效Cu含量均极缺乏，土壤呈酸性。

土壤有机质、全N、速效N、有效Zn均值分别为 30.5 g/kg、1.74 g/kg、22.89 g/kg、2.39 mg/kg，土壤有机质、全N、速效N、有效Zn含量较高的样方Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ均生长有较大的单性木兰，说明较高的土壤有机质、全N、速效N、有效Zn有利于单性木兰的生长。

土壤有效Fe含量均值高达56.63 mg/kg，表现出富Fe的状况。有效Fe含量高于70.0 mg/kg的样方Ⅲ、Ⅳ单性木兰生长较差、重要值最低，而有效Fe含量最少的样方Ⅰ的单性木兰重要值最高，说明土壤有效Fe含量过高可能抑制单性木兰的生长。

土壤代换性Ca、代换性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量变幅较大。土壤代换性Ca含量和土壤代换性Mg的变幅分别为203.10～2642.0 mg/kg和8.6～56.4 mg/kg，其中样方Ⅴ的含量均最低，但样方Ⅴ单性木兰的重要值也有11.74，且有1株胸径＞28.0 cm；有效Cu、有效B和有效Mn含量变幅分别为0.02～0.14 mg/kg、0.19～0.44 mg/kg和1.51～11.15 mg/kg，在这变幅内含量高低单性木兰均能正常的生长。说明单性木兰的生长对土壤代换性Ca、代换性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。

表7 土壤化学性质Table 7 Chemical properties of soil (g·kg-1)

表8 土壤化学性质Table 8 Chemical properties of soil (mg·kg-1)

3 讨论与结论

土壤物理性状是土壤肥力的重要影响因素，影响着植物根系的生长和土壤养分的有效性[17]。毛管孔隙和非毛管孔隙合理搭配、土壤容重适当，才能满足植物所需的空气和水分条件[18]。植物对总孔隙度及毛管、非毛管孔隙度比例的要求是：土壤中毛管、非毛管孔隙同时存在，若总孔隙度在 50%左右，其中非毛管孔隙占 20%～40%，土壤容重在1.0 ～1.3 g/cm3时，土壤透水性、通气性和持水能力才比较协调[19-21]。本结果表明，单性木兰成片分布区的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、通气度均值分别为58.40%、44.10%、14.30%、17.42%，土壤容重为1.33～1.38 g/cm3之间。说明单性木兰成片分布区土壤的通气透水性能良好，利于植物的生长和植被的水土保持。尤以总孔隙度在56.0～61.5%、毛管孔隙度在45.0～46.0%、非毛管孔隙度在11.1～16.0%、通气度在14.0～19.0%之间的土壤物理性状最适宜单性木兰生长。

调查可知，单性木兰成片分布区内土壤速效N、有效Fe含量极丰富，有效Ca含量较高，土壤有机质、全N和有效Zn含量均处于中等水平，速效K、有效Mg、有效B和有效Mn含量均较为缺乏，特别是全P、全K、速效P和有效Cu含量均极缺乏，土壤呈酸性。较高的土壤有机质、全N、速效N、有效Zn有利于单性木兰的生长，因为土壤有机质是林木生长所需养分的来源，土壤氮、磷、钾含量直接影响林木的生长[22]。但过高的有效Fe含量对单性木兰生长起抑制作用。单性木兰生长对土壤代换性Ca、代换性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感。虽然说单性木兰生长发育对土壤代换性Ca、代换性Mg、有效Cu、有效B和有效Mn含量需求不敏感，但土壤中必须有这些营养元素的含量，因植物的生命过程必须有大量营养元素来保证外，还必须有微量元素才能顺利地进行，微量元素与植物光合作用、碳水化合物运转和积累有密切地相关，对植物干物质积累起着重要的作用，如Fe是合成叶绿素和许多氧化还原酶的重要组成成分所必需的元素，Mn是叶绿体的结构成分和许多酶的活化剂[23-24]等。至于单性木兰对这些营养元素需求的临界值还有待进一步的研究。

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Soil characteristics of Kmeria septentrionalis communities

PENG Yu-hua1,2, ZHENG Wei1,2, HE Qin-fei1,2, SHEN Wen-hui1,2, LIU Jian3, TAN Wei-ning4, HE Feng1,2
(1. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China; 2 Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Forestry Department, Nanning 530028, Guangxi, China; 4.Mulun Nature Reserve Administration Bureau, Huanjiang 547100, Guangxi, China)

In order to rescue an endangered rare speciesKmeria septentrionalis, soil properties in the area patch-distributed with the plant were investigated. The results showed that soil total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity, permeability, mean bulk density were 58.40%, 44.10%, 14.30%, 17.42%, 1.36 g/cm3respectively; while soil was rich in available N and available Fe. There were relatively high content of effective Ca; and moderate concentrations of organic matter, total N and available zinc; in contrast, available K, Mg, B and Mn were low, especially total N, total K, available P and Cu were terribly insufficient. Soil pH was below 7. Soils most suitable for the growth of the species had total porosity 56.0-61.5%, capillary porosity 45.0-46.0%, non-capillary porosity 11.1-16.0%, permeability 14.0-19.0%.Soils rich in organic matter, total N, available N and zinc were conducive to the growth of the plant, while high available Fe might restrain the development. The species were not sensitive to the content of exchangeable Ca, exchangeable Mg, available Cu, B and Mn.

Kmeria septentrionalis; soil; physical property; chemical property

S714

A

1673-923X(2015)10-0044-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.10.008

2014-02-10

广西壮族自治区林业厅科技项目“广西青梅、单性木兰两种极小种群野生植物拯救保护与繁育研究”(桂林预护2013009)

彭玉华，高级工程师

申文辉，教授级高工，博士研究生；E-mail：shenwenhui2003@163.com

彭玉华，郑 威，何琴飞，等. 单性木兰群落的土壤特征[J].中南林业科技大学学报，2015, 35(10)： 44-48.

[本文编校：吴 彬]