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user: 4. 结果分析与评价 4.1. 不同森林植被类型下土壤肥力指标分析 表征森林土壤肥力水平的主要指标包括土壤pH值、有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾和CEC。通过室内测试分析得到庐山不同森林植被类型下土壤肥力各指标值见表2。 土壤pH值主要取决于土壤溶液中H + 浓度，对土壤肥力及植物的生长影响很大，能直接或间接影响林地土壤中养分的存在状态、转化和有效性 [ 11 ]。由表2可知，不同森林植被类型下土壤平均pH值变化范围为4.3 ± 0.8~5.8 ± 0.3，通过比较可知，竹林下土壤酸性最强，这是由于竹林下土壤枯落物分解的有机酸过多，明显降低了土壤pH值(酸性增强)。有机质作为评价土壤健康的重要指标，可以增强土壤保肥以及供肥的能力，提高土壤养分的有效性，同时促进团粒结构的形成，改善土壤的通透性、及蓄水性能，提升土壤的缓冲能力 [ 12 ]。从表2可以看出，落叶阔叶林下土壤有机质含量最大(114.8 g·kg −1 )，这是由于其林下积累的枯落物最多，而森林枯落物正是其有机质的来源，并且落叶阔叶林下土壤腐殖质层的厚度也最大；除落叶阔叶林外，其他7种森林植被类型土壤有机质含量的平均值相差不大。全氮是氮素养分的贮备指标，它与土壤有机质密切相关，而水解氮则是反映近期内土壤氮素供应水平的重要指标 [ 13 ]。由表2可知，落叶阔叶林下土壤全氮含量平均值最高，主要是因为其林下的枯落物层厚度大，而且其地表枯落物含有较多的氮和固氮微生物；落叶阔叶林下水解氮含量平均值最高，这与其林下土壤有机质含量最高有关。全磷是衡量土壤中各种形态磷素总和的一个指标，而有效磷含量则标志着土壤供磷能力的大小 [ 14 ]。据表2比较可知，常绿阔叶林下土壤有效磷含量平均值最小，这是由常绿阔叶树种在生长过程中需要吸收大量的磷，其林下土壤供磷能力不足。全钾是植物生长所必需的营养养分之一，速效钾是植物所能利用的钾素，能反映出土壤中钾素的供应情况，促进作物根系的伸展以及微生物的活动 [ 15 ]。一般而言，速效钾含量在50~100 mg·kg −1 为偏低 [ 10 ]。从表2中可知，落叶阔叶林下土壤速效钾含量的平均值相对偏少，这是因为落叶阔叶林下土壤对钾的吸收利用能力较强，从而导致其速效钾含量偏低。CEC是指土壤胶体所能吸附的各种阳离子的总量，CEC含量可以作为评价土壤保肥能力的重要指标，为改良土壤合理施肥的重要依据 [ 16 ]。根据表2可知，落叶阔叶林下CEC的平均值大于其它7种森林植被类型，这是因为该林分下的枯落物分解速度较快，从而导致进入土壤的养分数量较多，且与土壤pH值也有一定的关系。 Table 2 Indexes of soil fertility under various forest vegetation in Lushan (Mean ± Standard deviation 植被 类型 pH值 /H2O 有机质 /g·kg −1 全氮 /g·kg −1 水解氮 /mg·kg −1 全磷 /g·kg −1 有效磷 /mg·kg −1 全钾 /g·kg −1 速效钾 /mg·kg −1 CEC /cmol·kg −1 常绿阔叶林 4.4 ± 0.2a 55.2 ± 18.7a 9.34 ± 1.29b 77.4 ± 13.7a 8.79 ± 0.97a 60.9 ± 21.7a 8.51 ± 0.71a 207.6 ± 65.8 45.22 ± 20.75a 常-落混交林 4.6 ± 0.7a 64.1 ± 13.8b 19.63 ± 2.48a 87.7 ± 24.9a 7.39 ± 2.38a 99.2 ± 31.8a 7.25 ± 0.97a 112.1 ± 36.4 62.62 ± 13.29a 落叶阔叶林 4.9 ± 0.5a 114.8 ± 32.5 20.75 ± 8.21a 92.2 ± 19.5b 10.04 ± 3.96 108.5 ± 23.5 7.11 ± 1.07b 108.9 ± 22.1 67.09 ± 31.92a 黄山松林 4.8 ± 0.9b 63.7 ± 22.6a 19.09 ± 7.20b 87.2 ± 14.5a 5.65 ± 0.89a 95.4 ± 36.6a 7.70 ± 0.98b 125.6 ± 50.7 59.86 ± 17.54b 马尾松林 4.7 ± 0.1a 56.7 ± 19.3a 10.42 ± 0.65a 78.1 ± 25.1a 5.63 ± 2.09b 72.3 ± 10.3a 8.21 ± 0.72a 197.7 ± 73.6 51.73 ± 28.56b 针阔混交林 5.8 ± 0.3a 61.2 ± 24.5a 16.93 ± 4.53a 85.9 ± 34.4a 6.43 ± 1.14a 92.3 ± 27.4a 7.74 ± 1.11c 143.8 ± 41.2 55.16 ± 16.92a 竹林 4.3 ± 0.8a 57.3 ± 17.4a 14.14 ± 3.49a 78.5 ± 20.2a 6.92 ± 0.87a 84.5 ± 15.2b 8.16 ± 2.54a 178.1 ± 38.3 52.40 ± 12.05 灌丛 4.5 ± 0.6a 58.0 ± 10.8a 12.48 ± 5.14a 85.1 ± 31.3a 7.15 ± 1.06a 88.8 ± 29.1a 8.12 ± 1.16a 175.4 ± 13.5 53.10 ± 9.82a 表2. 庐山不同森林植被类型下土壤肥力各指标(平均值 ± 标准差) 注：同列数字后不同小写字母表示p < 0.05水平差异显著。 4.2. 不同土壤肥力指标之间的相关性分析 为更好地说明土壤肥力各项指标间的相互关系，借助SPSS软件对其各项指标进行相关性分析。土壤肥力各指标之间的相关性见表3。 从表3可知，土壤有机质与全氮、水解氮存在极显著正相关(r = 0.89， 0.81， p < 0.01)，这表明土壤中有机质含量与氮素有密切关系；有机质与有效磷存在极显著正相关(r = 0.72， p < 0.01)，这说明有机质对土壤中磷素的活化作用在提高有效磷含量上起着致关重要的作用；全氮与水解氮、有效磷呈极显著正相关(r = 0.83， 0.60， p < 0.01)，以及水解氮与有效磷呈极显著正相关(r = 0.62， p < 0.01)，这表明土壤中碳氮磷素之间有着密切的相互关系；全钾与速效钾呈极显著正相关(r = 0.74， p < 0.01)，这与土壤溶液中离子间的交换及相互作用有关系，即速效钾与全钾关系十分密切；CEC与有机质、全氮呈现极显著正相关关系(r = 0.64， 0.61， p < 0.01)，与水解氮呈显著正相关(r = 0.52， p < 0.05)，与全钾呈极显著负相关(r = −0.69， p < 0.01)，说明CEC影响土壤全量养分的转化，CEC的高低主要取决于有机物质在土壤中转化过程的强弱。 Table 3 Correlation between various soil fertility indexe pH值 有机质 全氮 水解氮 全磷 有效磷 全钾 速效钾 CEC pH值 1.00 有机质 −0.40 1.00 全氮 −0.39 0.89 ** 1.00 水解氮 −0.35 0.81 ** 0.83 ** 1.00 全磷 −0.41 0.32 0.33 0.36 1.00 有效磷 0.06 0.72 ** 0.60 ** 0.62 ** 0.08 1.00 全钾 0.31 −0.40 −0.27 −0.38 −0.38 0.19 1.00 速效钾 0.27 −0.11 0.11 −0.10 −0.33 0.31 0.74 ** 1.00 CEC −0.12 0.64 ** 0.61 ** 0.52 * 0.26 0.14 −0.69 ** −0.08 1.00 表3. 土壤肥力各指标之间的相关性 注： * 表示显著性相关，p < 0.05， ** 表示极显著相关，p < 0.01。 有机质是土壤中氮、磷的重要来源，因此，有机质与氮、磷元素的相关性明显；有机质与钾元素之间呈负相关关系。有机质与速效养分之间呈极显著正相关，有机质的分解产物可以增加土壤溶液的酸度，提高土壤中水解氮、有效磷等速效养分的有效性。综上可知，有机质与氮、磷、钾等养分不仅是土壤肥力的重要物质基础，也是评价土壤肥力的关键性指标。各指标之间的相关性说明其存在着消长协调性，可以用来评价土壤肥力。 4.3. 不同森林植被类型下土壤肥力评价 根据主成分的累积贡献率达到85%为宜原则来提取其主成分，获取主成分的主要信息，从而降低观测的空间维数 [ 6 ]。因子载荷矩阵中其绝对值越大，表明该主成分上的载荷越大，即对该主成分的影响越大 [ 8 ]。通过选择方差最大化方法进行因子旋转，运用SPSS软件对土壤pH值、有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、CEC等9项肥力指标进行主成分分析，土壤肥力各指标与6个主成分的因子贡献率见表4。 由表4可知，土壤肥力各指标因子载荷量差异较明显，其中对第一主成分的贡献率较大的因子为有机质(0.2414)和水解氮(0.2308)，对第二主成分贡献率较大的因子是有效磷(0.1969)和全钾(0.1880)，对第三主成分贡献率较大的因子是速效钾(0.2158)和全磷(0.2054)，pH值对第四主成分贡献率最大(−0.2824)，全氮对第五主成分贡献率最大(0.2516)，CEC对第六主成分的贡献率最大(−0.1950)。 根据表4中6个主成份的贡献率组建6个主成分方程，以特征根为权，把6个主成分加权综合(计算其线性加权和的值)，得到不同森林植被类型下土壤肥力得分值(养分得分值)见图2。从图2得分结果来看，不同森林植被类型下土壤肥力评价得分从高到低排序为：落叶阔叶林 > 常绿–落叶阔叶混交林 > 常绿阔叶林 > 竹林 > 灌丛 > 针阔混交林 > 马尾松林 > 黄山松林。落叶阔叶林下土壤肥力水平最优，黄山松林下土壤肥力最差，这是由于落叶阔叶林下土壤有机质、全氮、水解氮以及CEC含量最多，林下土壤养分保持最高。 Table 4 Soil fertility indexes and the contribution rates of 6 principal component 指标项目 第一主成分 第二主成分 第三主成分 第四主成分 第五主成分 第六主成分 pH值 −0.1495 −0.1389 −0.1973 −0.2824 −0.2012 −0.1492 有机质 0.2414 0.1752 0.1882 0.2246 0.2378 0.1882 全氮 0.2279 0.1769 0.1785 0.1945 0.2516 0.1715 水解氮 0.2308 0.1853 0.1996 0.2137 0.2422 0.1936 全磷 0.2164 0.1648 0.2054 0.1761 0.1954 0.1386 有效磷 0.2081 0.1969 0.1829 0.1779 0.1761 0.1549 全钾 0.1992 0.1880 0.1931 0.2056 0.1968 0.1775 速效钾 0.2147 0.1805 0.2158 0.2642 0.2281 0.1834 CEC 0.1753 −0.1651 0.1659 0.2490 −0.2193 −0.1950 表4. 土壤肥力指标与6个主成分的因子贡献率 图2. 庐山不同森林植被类型下土壤肥力得分值