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Analysis of soil physical properties of botanical garden forest

  • JING Meiqing 1 ,
  • WU Yujian 2
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  • 1. Institute of Eco-environmental and Soil Sciences, Guangdong Academy of Sciences, Cuangzhou 510650, China
  • 2. Guangzhou Shuangmu Forestry Co. , Ltd. , Guangzhou 510520, China

Received date: 2024-08-30

  Online published: 2024-11-27

Abstract

4 representative forest stands in Shenzhen Xianhu Botanical Garden: secondary forest, Aquilaria sinensis forest, Acacia mangium forest, and mixed Acacia mangium forest were regarded as research subjects. Fixed sampling sites were set up to analyze the soil profile situation and measure the physical properties of the soil under the forest, included soil bulk density, porosity, and hydrological characteristics,revealing the differences in soil physical properties among different forest stands in typical urban forests. The results indicated that among the 4 forest stands,the fertility of secondary forest was relatively high, and the sediment layer of soil in each forest stand was relatively thick; The soil bulk density of secondary forest and Aquilaria sinensis forest was relatively suitable; The soil porosity of secondary forest was relatively high; The saturated water holding capacity and capillary water holding capacity of each soil layer in secondary forests were relatively high, indicating high soil quality and possibly better growth status of plants on the forest. In summary, the soil fertility, bulk density, porosity, saturated water holding capacity, and capillary water holding capacity of each soil layer in secondary forest were relatively high, indicating a high soil quality that was conducive to plant growth.The research results provided references for the sustainable utilization of forest soil.

Cite this article

JING Meiqing , WU Yujian . Analysis of soil physical properties of botanical garden forest[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2024 , 30(22) : 74 -77 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.22.016

森林土壤是森林生态系统重要的组成之一,是与系统内其他生态因子进行物质和能量交换的一个重要载体,促进森林生态系统的发展演变[1-2],不同的外界因素可能直接影响土壤的物理性质[3-4]。林丽等[5]分析了贵阳不同城市森林群落植物多样性和土壤的理化性质的差异,表明不同城市森林群落的土壤pH、全磷和全钾等存在明显差异;刘立国[6]研究表明,在密度适宜情况下,辽西山地建立针阔混交林可改善该地土壤物理状况;白秀梅等[7]从土壤容重、孔隙度和毛管孔隙度等方面分析得出,针阔混交林地土壤的物理性状较好。土壤水分、空气和热量状况影响土壤微生物的活动和矿质养分的转化、存在形态及供给等,间接影响土壤肥力和植物生长。本研究通过对深圳仙湖植物园次生林、土沉香林、马占相思纯林和马占相思混交林的林下土壤剖面情况和物理性质进行分析,为研究区森林土壤资源可持续利用、生物多样性保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

深圳仙湖植物园位于深圳罗湖区东郊,22 °34′ N,114 °10′ E。植物园以收集保育植物物种为主,建立多种植物专类园和保育基地。据统计,深圳仙湖植物园保育物种达12 204种,建成各类植物专类园和保育基地25个[8]。园区先后收集苏铁类植物240余种[9],是保育苏铁类较多的植物园之一;蕨类约1 000种,是保育种类较多的蕨类基地之一。此外,园区内还收集保育木兰科、苦苣苔科、秋海棠科、棕榈科、爵床科、天南星科和苔藓植物等类群植物。其是一座集植物科学研究、物种迁地保存与展示和植物文化休闲等功能于一体的风景植物园。

1.2 调查项目及方法

在深圳仙湖植物园设置12个规格20 m×20 m的固定样地,总面积4 800 m2,样地信息详见表1。在每个区域划分不同的投影面积,各样地树立标识牌,样地内用PVC桩分割成10 m×10 m的小方格。采用“S”形取样,每块样地内选取5个采样点。
表1 样地基本概况
样地编号 东经(E) 北纬(N) 海拔/m 坡度 坡向 样地类型
SZ01 114.187 1° 22.579 0° 216 14° 次生林
SZ02 114.186 9° 22.579 6° 210 次生林
SZ03 114.186 8° 22.580 0° 215 10° 次生林
SZ04 114.179 5° 22.584 4° 79 25° 土沉香林
SZ05 114.101 9° 22.351 7° 116 30° 土沉香林
SZ06 114.101 9° 22.351 8° 116 35° 土沉香林
SZ07 114.157 9° 22.579 4° 54 10° 西北 马占相思纯林
SZ08 114.157 6° 22.579 0° 34 11° 西北 马占相思纯林
SZ09 114.157 5° 22.578 8° 39 10° 西南 马占相思纯林
SZ10 114.105 9° 23.350 7° 87 12° 马占相思混交林
SZ11 114.105 7° 22.350 1° 97 12° 马占相思混交林
SZ12 114.176 7° 22.584 6° 97 13° 马占相思混交林

1.2.1 土壤剖面厚度测定

每个样方中挖取土壤剖面,根据土壤的颜色等对剖面按发生层O层(有机质层)、A层(腐殖质层)和B层(淀积层)进行分层,并测定各层次的厚度。

1.2.2 土壤物理性质测定

在(0,10],(10,30],(30,50] ,(50,80]和(80,100] cm处采用环刀法分层取样,土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤水文特性测定参考LY/T 1606—2003《森林生态系统定位观测指标体系》和LY/T 1687—2007《热带森林生态系统定位观测指标体系》。

1.3 数据处理

运用Excel软件进行数据整理与作图。

2 结果与分析

2.1 土壤剖面

表2可知,不同林分类型土壤的土层结构基本相似,均表现为O层和A层较薄,平均厚度不足5 cm,B层厚度均超过90 cm,其中次生林的O层和A层较厚,为4.5 cm;土沉香林的B层相对较厚,为98.8 cm。说明次生林的肥力相对较高,各林分土壤的淀积层相对较厚。
表2 不同林分类型土壤的自然发生层厚度 (cm)
样地编号 O层厚度 A层厚度 B层厚度
SZ01 1.5 1.5 98.5
SZ02 2.0 2.0 98.0
SZ03 10.0 10.0 90.0
次生林平均值 4.5 4.5 95.5
SZ04 1.5 1.5 98.5
SZ05 1.0 1.0 99.0
SZ06 1.0 1.0 99.0
土沉香林平均值 1.2 1.2 98.8
SZ07 2.0 2.0 98.0
SZ08 3.0 3.0 97.0
SZ09 3.0 3.0 97.0
马占相思纯林平均值 2.7 2.7 97.3
SZ10 5.0 5.0 95.0
SZ11 2.0 2.0 88.0
SZ12 4.0 4.0 96.0
马占相思混交林平均值 3.7 3.7 93.0

2.2 土壤容重

土壤容重是反映土壤熟化程度的重要指标之一,与土壤肥力、通气性和保水性密切相关[10]。土壤容重过大,表明土壤紧实,通气性和保水性较差,不利于植物生长。由图1可知,(0,10] cm土层土沉香林的土壤容重较高,(10,100] cm土层马占相思纯林的土壤容重较高,不同林分类型的土壤容重随土层深度的增加呈渐增趋势。整体来看,次生林和土沉香林的土壤容重较为适宜,土壤结构良好,有利于植物的生长。
图1 不同林分类型各土层深度的土壤容重

2.3 土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤结构的重要参数之一,与土壤渗透性能、土壤肥力息息相关,直接影响土壤的物理性质和生态功能[11]。适宜的土壤孔隙度有利于植物生长。由表3可知,4种林分类型的非毛管孔隙度均随土层深度的增加呈逐步降低的趋势,表层土壤(0,10] cm土沉香林总孔隙度最高为50.22%,总孔隙度均值由高到低依次为次生林(43.29%)>土沉香林(41.84%)>马占相思纯林(41.13%)>马占相思混交林(40.49%)。说明次生林的土壤孔隙度较高,其对林地上植物生长具有促进作用。
表3 不同林分类型各土层深度的土壤孔隙度
林分类型 土层厚度/cm 毛管孔隙度/% 非毛管孔隙度/% 总孔隙度/%
次生林 (0,10] 43.07 5.16 48.23
(10,30] 37.88 4.76 42.64
(30,50] 38.22 2.95 41.17
(50,80] 39.42 2.90 42.32
(80,100] 39.75 2.32 42.07
平均值 39.67 3.62 43.29
土沉香林 (0,10] 46.34 3.88 50.22
(10,30] 39.08 2.46 41.54
(30,50] 35.81 2.26 38.07
(50,80] 38.06 1.98 40.04
(80,100] 37.57 1.74 39.31
平均值 39.37 2.46 41.84
马占相思纯林 (0,10] 41.35 3.38 44.73
(10,30] 34.63 2.36 36.99
(30,50] 46.20 2.52 48.72
(50,80] 31.92 1.92 33.84
(80,100] 39.50 1.88 41.38
平均值 38.72 2.41 41.13
马占相思混交林 (0,10] 39.63 4.14 43.77
(10,30] 41.26 2.86 44.12
(30,50] 38.41 3.60 42.01
(50,80] 34.65 3.28 37.93
(80,100] 31.74 2.86 34.60
平均值 37.14 3.35 40.49

2.4 土壤水文特性

2.4.1 土壤饱和持水率

图2可知,(0,10] cm土层土沉香林饱和持水率相对最高,为42.92%,(30,50] cm土层马占相思纯林饱和持水率较高,为41.64%。4种林分类型各土层饱和持水率平均值从高到低依次为次生林(37.00%)>土沉香林(35.76%)>马占相思纯林(35.16%)>马占相思混交林(34.60%),除马占相思纯林外,其余林分土壤饱和持水率随土层深度增加整体呈降低趋势。说明次生林的各土层土壤饱和持水率较高,林地上植物生长状态较佳。
图2 不同林分类型各土层深度的土壤饱和持水率

2.4.2 土壤毛管持水率

图3可知,次生林和土沉香林的表层土壤毛管持水率较高,分别为36.81%和39.61%,次生林和土沉香林毛管持水率随土层深度增加呈下降趋势,马占相思纯林和马占相思混交林土壤毛管持水率随土层深度增加呈先上升后下降趋势。整体上看,次生林土壤毛管持水率在多个土层深度均较高。
图3 不同林分类型各土层深度的土壤毛管持水率

3 结论与讨论

本研究以深圳仙湖植物园次生林、土沉香林、马占相思纯林和马占相思混交林为研究对象,探究4种林分类型的土壤剖面情况和物理性质。结果表明,次生林的肥力相对较高,各林分土壤的淀积层相对较厚;4种林分类型的土壤容重随土层深度的增加总体呈增加趋势,非毛管孔隙度均随土层深度的增加呈逐步降低的趋势,次生林的土壤孔隙度较高。武慧君等[12]测定芜湖市城市森林土壤理化性质,结果表明,随着土层深度的增加土壤容重逐渐增加,土壤越紧实;邓福春等[13]研究发现,随土层深度增加,不同杉木复合经营林分的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度等呈下降趋势。本试验结果与此一致。研究发现,次生林的各土层土壤饱和持水率和毛管持水率均较高,土壤质量较高。王玮璐等[14]研究表明,青海高寒区天然次生阔叶林土壤的水分渗透性和持水能力较强,本研究结果与此一致。
综上,本研究分析了深圳仙湖植物园次生林、土沉香林和马占相思纯林等4种林分的林下土壤剖面情况和物理性质,表明次生林各土层土壤的肥力、土壤容重、土壤孔隙度、饱和持水率和毛管持水率均较高,其土壤质量较高,有利于植物生长。
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