喀斯特常绿落叶阔叶林土壤有效中微量元素空间异质性

doi:10.13287/j.1001-9332.202304.008

应用生态学报 ›› 2023, Vol. 34 ›› Issue (4): 955-961.doi: 10.13287/j.1001-9332.202304.008

喀斯特常绿落叶阔叶林土壤有效中微量元素空间异质性

连子文^1,2,3, 杜虎^1,2,4*, 谷俊锟^1,2,3, 曾馥平^1,2,4, 彭晚霞^1,2,4, 尹力初³, 隆庆之^1,2, 刘坤平^1,2,4, 孙瑞⁵, 谭卫宁⁵

¹中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室, 中国科学院亚热带农业生态研究所公共技术中心, 长沙 410125;
²中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站/广西喀斯特生态过程与服务重点实验室, 广西环江 547100;
³湖南农业大学资源环境学院, 长沙410125;
⁴广西石漠化治理产业技术研究院, 广西南宁 530000;
⁵广西木论国家自然保护区管理中心, 广西环江 547100

收稿日期:2022-09-05 接受日期:2023-02-15 出版日期:2023-04-15 发布日期:2023-10-15
通讯作者: *E-mail: hudu@isa.ac.cn
作者简介:连子文, 男, 1998年生, 硕士研究生。主要从事生态保护与环境修复研究。E-mail: 1549568383@qq.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFF1300703)、国家自然科学基金项目(42071073,31971487)、中国科学院青年创新促进会项目(2021366)和河池市特聘专家项目

Spatial heterogeneity of soil available medium- and micro-elements in evergreen-deciduous broadleaved forest in karst

LIAN Ziwen^1,2,3, DU Hu^1,2,4*, GU Junkun^1,2,3, ZENG Fuping^1,2,4, PENG Wanxia^1,2,4, YIN Lichu³, LONG Qingzhi^1,2, LIU Kunping^1,2,4, SUN Rui⁵, TAN Weining⁵

¹Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Public Technology Center, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China;
²Huanjiang Observation and Research Station of Karst Ecosystem, Chinese Academy of Sciences/Guangxi Key Laboratory of Karst Ecological Processes and Services, Huanjiang 547100, Guang-xi, China;
³College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410125, China;
⁴Guangxi Industrial Technology Research Institute for Karst Rocky Desertification Control, Nanning 530000, Guangxi, China;
⁵Administrative Centre of Guangxi Mulun National Nature Reserve, Huanjiang 547100, Guangxi, China

Received:2022-09-05 Accepted:2023-02-15 Online:2023-04-15 Published:2023-10-15

摘要/Abstract

摘要： 研究土壤有效中微量元素在喀斯特地区的空间变异性可为喀斯特生态系统土壤养分管理提供参考。基于网格(20 m×20 m)采样法采集表层0～10 cm土壤样品,运用经典统计学和地统计学方法分析了喀斯特常绿落叶阔叶林25 hm²(500 m×500 m)动态样地土壤中微量元素的空间异质性及其影响因素。结果表明: 土壤交换性Ca、Mg及有效Fe、Mn、Cu、Zn、B平均含量分别为7870、1490、30.24、149.12、1.77、13.54、0.65 mg·kg^-1,变异系数范围为34.5%～68.8%,均属中等强度空间变异。半变异函数最佳拟合模型决定性系数除有效Zn为0.78外,其他均大于0.90,表明模型能够对各中微量元素进行很好的拟合;块金系数均小于50%,表现出中等及以上的空间自相关性,结构性因素作用更大;变程变化范围为60.3～485.1 m,其中有效Zn的变程最小,更趋向破碎化。土壤交换性Ca、Mg和有效B的空间分布格局相似,低值区在洼地,且其含量在洼地显著低于其他生境;有效Fe、Mn、Cu低值区则在高海拔区域,且山顶含量显著低于其他生境。喀斯特森林土壤中微量元素空间变化特征与地形因素密切相关,海拔、坡度、土壤厚度和岩石裸露率对其空间分布影响较大,在喀斯特林地土壤养分管理中应着重考虑。

关键词: 中微量元素, 空间分布, 地形因子, 森林, 喀斯特生态系统

Abstract: Understanding the spatial heterogeneity of soil available medium- and micro-elements in karst area can provide a valuable theoretical guideline for soil nutrient management of karst ecosystem. We collected soil samples at a soil depth of 0-10 cm using grid sampling (20 m×20 m) in a 25 hm² (500 m×500 m) dynamic monitoring plot. We further analyzed the spatial variability of soil medium- and micro-elements and their drivers, with classic statistics analysis and geo-statistics analysis. The results showed that the average contents of exchangeable Ca and Mg and available Fe, Mn, Cu, Zn, and B were 7870, 1490, 30.24, 149.12, 1.77, 13.54, and 0.65 mg·kg^-1, respectively. The coefficient of variation of the nutrients ranged from 34.5% to 68.8%, showing a medium degree of their spatial variation. The coefficient of determination of the best-fit semi-variogram models of each nutrient was higher than 0.90, except for available Zn (0.78), indicating a strong predictive power for the spatial variation of the nutrients. The nugget coefficients for all the nutrients were less than 50%, showing a moderate spatial correlation, and the structural factors played a pivotal role. The spatially autocorrelated variation was within the range of 60.3-485.1 m, among which available Zn showed the lowest range and the deepest fragmentation degree. The spatial distribution of exchangeable Ca, Mg, and available B were consistent, with contents in the depression being significantly lower than that in other habitats. The contents of available Fe, Mn, and Cu declined with the increases of altitude and were significantly lower on the hilltop than in other habitats. The spatial variation of soil medium- and micro-elements was closely related to topographic factors in karst forest. Elevation, slope, soil thickness, and rock exposure rate were the primary drivers of spatial variation of soil elements and need to be considered in soil nutrient management of karst forestlands.

Key words: soil medium- and micro-elements, spatial heterogeneity, topographical factor, forest, karst ecosystem

连子文, 杜虎, 谷俊锟, 曾馥平, 彭晚霞, 尹力初, 隆庆之, 刘坤平, 孙瑞, 谭卫宁. 喀斯特常绿落叶阔叶林土壤有效中微量元素空间异质性[J]. 应用生态学报, 2023, 34(4): 955-961.

LIAN Ziwen, DU Hu, GU Junkun, ZENG Fuping, PENG Wanxia, YIN Lichu, LONG Qingzhi, LIU Kunping, SUN Rui, TAN Weining. Spatial heterogeneity of soil available medium- and micro-elements in evergreen-deciduous broadleaved forest in karst[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2023, 34(4): 955-961.

参考文献 38

[1]	靳芳, 鲁绍伟, 余新晓, 等. 中国森林生态系统服务功能及其价值评价. 应用生态学报, 2005, 16(8): 1531-1536
[2]	郑昭佩, 刘作新. 土壤质量及其评价. 应用生态学报, 2003, 14(1): 131-134
[3]	杜虎, 宋同清, 彭晚霞, 等. 木论喀斯特自然保护区表层土壤矿物质的空间异质性. 农业工程学报, 2011, 27(6): 79-84, 400
[4]	王庆成, 程云环. 土壤养分空间异质性与植物根系的觅食反应. 应用生态学报, 2004, 15(6): 1063-1068
[5]	李洪波, 薛慕瑶, 林雅茹, 等. 土壤养分空间异质性与根系觅食作用: 从个体到群落. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 995-1004
[6]	刘建明, 亓昭英, 刘善科, 等. 中微量元素与植物营养和人体健康的关系. 化肥工业, 2016, 43(3): 85-90, 103
[7]	宋卫科, 何佳庆, 杨丽红, 等. 紫穗槐护坡根际土壤中量、微量元素的含量特征. 草业科学, 2022, 39(1): 21-29
[8]	李艳, 史舟, 徐建明, 等. 地统计学在土壤科学中的应用及展望. 水土保持学报, 2003, 17(1): 178-182
[9]	孙英君, 王劲峰, 柏延臣. 地统计学方法进展研究. 地球科学进展, 2004, 19(2): 268-274
[10]	熊凯, 赵玉娟, 陈健, 等. 川西米亚罗亚高山暗针叶林土壤pH和养分空间异质性分析. 北京林业大学学报, 2022, 44(2): 55-64
[11]	胡瑞彬, 方晰, 项文化, 等. 中亚热带南酸枣落叶阔叶林土壤磷素空间变异及其影响因素. 应用生态学报, 2016, 27(3): 705-715
[12]	王华, 陈莉, 宋敏, 等. 喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分空间异质性. 生态学报, 2017, 37(24): 8285-8293
[13]	杨再梅, 谭伟, 戚玉娇, 等. 茂兰喀斯特常绿落叶阔叶林土壤养分空间分布特征. 福建农林大学学报: 自然科学版, 2021, 50(3): 404-412
[14]	宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 等. 喀斯特峰丛洼地退耕还林还草的土壤生态效应. 土壤学报, 2011, 48(6): 1219-1226
[15]	鲁梦珍, 曾馥平, 宋同清, 等. 喀斯特常绿落叶阔叶林个体死亡对空间格局及种间关联性的影响. 应用生态学报, 2022, 33(10): 2679-2686
[16]	刘璐, 曾馥平, 宋同清, 等. 喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征. 应用生态学报, 2010, 21(7): 1667-1673
[17]	Du H, Liu L, Su L, et al. Seasonal changes and vertical distribution of fine root biomass during vegetation restoration in a karst area, Southwest China. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 2001
[18]	Song M, Peng W, Zeng F, et al. Spatial patterns and drivers of microbial taxa in a karst broadleaf forest. Frontiers in Microbiology, 2018, 9: 1691
[19]	鲁梦珍, 杜虎, 宋同清, 等. 木论喀斯特常绿落叶阔叶林木本植物萌生特征. 生态学报, 2021, 41(15): 6182-6190
[20]	陈惠君, 莫雅芳, 封红梅, 等. 喀斯特峰丛洼地不同森林类型土壤真菌群落结构及影响因素. 农业现代化研究, 2021, 42(6): 1146-1157
[21]	Du H, Hu F, Zeng F, et al. Spatial distribution of tree species in evergreen-deciduous broadleaf karst forests in southwest China. Scientific Reports, 2017, 7: 15664
[22]	Liu L, Zeng F, Song T, et al. Stand structure and abio-tic factors modulate karst forest biomass in southwest China. Forests, 2020, 11: 443
[23]	鲍士旦. 土壤农化分析. 第3版. 北京: 中国农业出版社, 2000: 495
[24]	Kulikov E. 二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取方法结合Agilent 5110 SVDV ICP-OES测定土壤中的营养元素. 环境化学, 2016, 35(5): 1090-1092
[25]	何洁, 严友进, 易兴松, 等. 喀斯特地区土壤异质性及其与植物相互作用. 应用生态学报, 2021, 32(6): 2249-2258
[26]	杨珊, 何寻阳, 苏以荣, 等. 岩性和土地利用方式对桂西北喀斯特土壤肥力的影响. 应用生态学报, 2010, 21(6): 1596-1602
[27]	中华人民共和国国土资源部. 2016年土地质量地球化学评价规范[EB/OL]. (2016-06-12) [2022-09-03]. http://www.mnr.gov.cn/gk/bzgf/201606/t20160630-1971850.html
[28]	杨霖, 杨程, 朱同彬, 等. 岩溶区原始林土壤微量元素含量与有效特征. 中国岩溶, 2018, 37(1): 59-66
[29]	张珊珊, 毛云玲, 冯志伟, 等. 云南松林下干巴菌生长土壤的理化性质及有效态微量元素特征. 西部林业科学, 2020, 49(6): 35-42, 53
[30]	Li D, Wen L, Yang L, et al. Dynamics of soil organic carbon and nitrogen following agricultural abandonment in a karst region. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2017, 122: 230-242
[31]	张连凯, 季宏兵, 刘秀明, 等. 热带地区碳酸盐岩上覆红色风化壳的成因机理及元素演化. 中国地质, 2021, 48(2): 651-660
[32]	地里拜尔·苏里坦, 艾尼瓦尔·买买提, 蔺娟. 土壤中铁锰的形态分布及其有效性研究. 生态学杂志, 2006, 25(2): 155-160
[33]	甘雅芬, 徐永昊, 周富忠, 等. 紫云英还田与氮肥减施对水稻土团聚体中各形态铁锰含量的影响. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(7): 1238-1248
[34]	刘淑娟, 张伟, 王克林, 等. 桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征. 生态学报, 2011, 31(11): 3036-3043
[35]	杨静涵, 刘梦云, 张杰, 等. 黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素. 自然资源学报, 2020, 35(3): 743-754
[36]	廖全兰, 龙翠玲, 薛飞, 等. 茂兰喀斯特森林不同地形土壤酶与植物多样性的关系. 东北林业大学学报, 2021, 49(10): 117-121, 126
[37]	刘烁, 王秋兵, 史文娇, 等. 喀斯特典型集水区土壤水解酶活性空间异质性及其影响因素. 应用生态学报, 2018, 29(8): 2615-2623
[38]	Du H, Zeng F, Song T, et al. Water depletion of climax forests over humid karst terrain: Patterns, controlling factors and implications. Agricultural Water Management, 2021, 244: 106541

喀斯特常绿落叶阔叶林土壤有效中微量元素空间异质性

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[1]	解玲玲, 王邵军, 肖博, 王郑钧, 郭志鹏, 郭晓飞, 罗双, 李瑞, 夏佳慧, 兰梦杰, 杨胜秋. 蚂蚁巢穴对高檐蒲桃热带次生林土壤CH₄排放通量的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(3): 678-686.
[2]	赵允格, 吉静怡, 张万涛, 明姣, 黄琬雲, 高丽倩. 黄土高原生物土壤结皮分布时空分异特征 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(3): 739-748.
[3]	谢京瑾, 许秋月, 何敏, 夏允, 范跃新, 杨柳明. 中亚热带森林更新方式对土壤团聚体磷组分的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 330-338.
[4]	李佳玉, 施秀珍, 李帅军, 王振宇, 王建青, 邹秉章, 王思荣, 黄志群. 杉木人工林和天然次生林林龄对土壤酶活性的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 339-346.
[5]	蔡露露, 孙守家, 施光耀, 杜灵通, 倪细炉, 张劲松, 孟平. 自然状态下栓皮栎林空气负离子与PM_2.5的关系 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 347-353.
[6]	欧阳逸云, 苏漳文, 李春辉, 曾爱聪, 郭福涛. 基于模糊逻辑和网络层次分析法的森林火险区划 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 354-362.
[7]	陈材, 唐光大, 董晓全, 徐颂军. 雷州半岛风水林灌木层优势种群空间分布格局与关联性 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 371-380.
[8]	袁佳玉, 熊立, 吴志伟, 朱诗豪, 康平, 李顺. 江西省赣州市南康区松材线虫病发生特征 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(2): 507-515.
[9]	纪永康, 马楠, 张慧, 李翠环, 马元丹, 武启骞, 李彦. 降水季节性分配对亚热带森林土壤氮矿化的影响 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 186-194.
[10]	吴欣阳, 邵静, 陈晓萍, 李锦隆, 胡丹丹, 钟全林, 程栋梁. 武夷山不同海拔阔叶树叶片养分含量及再吸收效率 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(9): 2305-2313.
[11]	吴登瑜, 窦啸文, 汤孟平. 天目山针阔混交林结构与碳储量的关系 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(8): 2029-2038.
[12]	任孟林, 郭妍, 陈伯轩, 范佳乐, 胡同欣, 孙龙. 红松人工林地表可燃物火蔓延速率预测模型 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(8): 2091-2100.
[13]	刘雨婷, 侯满福, 贺露炎, 唐伟, 赵俊. 滇东菌子山喀斯特森林群落乔木优势树种生态位和种间联结 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1771-1778.
[14]	黄庆阳, 谢立红, 曹宏杰, 王立民, 杨帆, 王继丰, 刘赢男, 倪红伟. 细菌对五大连池火山森林凋落物早期分解的影响 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(7): 1941-1948.
[15]	李澳归, 蔡世锋, 罗素珍, 王小红, 曹丽荣, 王雪, 林成芳, 陈光水. 亚热带常绿阔叶林62种木本植物凋落叶碳氮磷化学计量特征 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(5): 1153-1160.