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user: 3. 结果与分析 3.1. 土壤物理性质 土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标，也是土壤质量的重要参考数据 [ 15 ] [ 16 ] 。从表1可见，费县大青山省级自然保护区林下土壤容重范围为1.06~1.69 g·cm −3 之间，均值为1.33 g·cm −3 ，0~20 cm土层容重范围为1.06~1.62 g·cm −3 ；20~40 cm土层容重范围为1.21~1.61 g·cm −3 。 土壤孔隙度是土壤中空气、水分、微生物等的迁移通道、贮存和活动场地，其数量是土壤物理性质的基础，也是评价土壤结构特征的重要指标 [ 15 ] [ 17 ] 。从表1可见，费县大青山自然保护区土壤毛管孔隙度变动在26.7%~46.6%，平均值为35.2%；非毛管孔隙度变动在1.21%~15.6%，平均值为6.48%；总孔隙度变动在32.8%~52.2%，平均值为41.7%。表1表明随着土壤深度增加，土壤孔隙度呈递减趋势。 Table 1 Soil physical properties of forest soil mass nutrients in feixian Daqingshan provincial nature reserv 样点名称 土层 土壤容重 毛管孔隙度 非毛管孔隙度 总孔隙度 cm (g·cm −3 ) (%) (%) (%) 神仙门东北 0~20 1.35 34.7 6.74 41.4 20~40 1.37 32.8 6.34 39.1 神仙门西 0~20 1.49 36.2 5.78 42.0 20~40 1.45 28.7 6.37 35.0 神仙门北山 0~20 1.25 31.3 4.54 35.8 20~40 1.51 26.7 6.08 32.8 西双山北 0~20 1.22 31.4 12.3 43.7 20~40 1.39 32.4 6.69 39.1 西双山东北 0~20 1.25 32.7 14.7 47.4 20~40 1.36 29.7 8.05 37.8 大锅化 0~20 1.06 32.5 15.6 48.1 一道沟西山 0~20 1.37 38.1 7.09 45.2 20~40 1.44 42.2 5.02 47.2 一道沟西坡 0~20 1.47 39.6 5.99 45.6 金山峪南 0~20 1.44 35.1 9.27 44.3 20~40 1.50 30.4 8.78 39.2 金山峪西沟 0~20 1.60 37.3 7.64 44.9 20~40 1.25 39.2 11.9 51.1 40~60 1.23 45.6 5.99 51.6 金山峪西北 0~20 1.35 31.2 5.73 36.9 三岔沟 0~20 1.45 38.9 7.93 46.8 20~40 1.40 40.3 5.21 45.5 金山峪北山 0~20 1.36 30.5 5.23 35.8 五彩东 0~20 1.37 36.1 6.49 42.6 金山峪东北角 0~20 1.19 30.4 6.00 36.4 20~40 1.21 43.2 6.33 49.5 二岔沟 0~20 1.40 33.1 10.2 43.1 20~40 1.38 46.6 5.58 52.2 五彩北沟西口 0~20 1.62 35.4 5.96 41.4 20~40 1.57 35.1 6.22 41.3 雾露沟东坡 0~20 1.49 30.3 9.85 40.2 20~40 1.45 37.8 5.07 42.8 雾露沟西坡 0~20 1.49 33.4 8.67 42.1 20~40 1.61 34.0 5.13 39.2 40~60 1.50 32.0 5.47 37.5 绞道南沟 0~20 1.41 35.5 3.17 38.6 20~40 1.30 37.7 2.15 39.9 绞道南山 0~20 1.69 37.3 2.69 40.0 20~40 1.69 33.3 3.71 37.0 张林西山 0~20 1.17 39.2 1.35 40.6 20~40 1.37 39.9 2.75 42.6 张林南山 0~20 1.65 32.2 1.80 34.0 20~40 1.46 33.3 1.21 34.5 表1. 费县大青山省级自然保护区森林土壤物理性质 3.2. 土壤化学性质 3.2.1. 土壤pH值 土壤pH值是土壤重要的化学性质之一，它直接影响着植物的生长和微生物的活动以及土壤的其它性质与肥力状况 [ 15 ] 。数据表明(见表2)，费县大青山自然保护区土壤土层pH范围为4.70~7.88，平均为5.69，0~20 cm土层范围为4.7~6.31；20~40 cm土层范围为4.92~6.37，上层土壤pH比下层土壤pH稍低。大青山自然保护区内不同林分类型下土壤pH略有变化，土壤pH自东向西逐渐降低，与自然保护区内自东向西针叶林分布所占比例越来越大有关，研究表明，针叶林会使土壤pH值降低 [ 18 ] 。 Table 2 Soil chemical properties of forest soil mass nutrients in feixian Daqingshan provincial nature reserv 样点名称 土层深度 pH NO 3 − - N NH 4 + - N resin-P 速效钾 有机碳 (cm) (mg·kg −1 ) (mg·kg −1 ) (mg·kg −1 ) (mg·kg −1 ) (g·kg −1 ) 神仙门东北 0~20 6.01 0.68 15.7 17.9 72.0 1.92 20~40 6.20 2.17 13.8 17.8 93.4 1.42 神仙门西 0~20 6.08 0.37 13.6 18.9 63.0 1.15 20~40 6.18 1.22 13.8 18.0 92.0 0.78 神仙门北山 0~20 6.31 1.71 11.0 20.0 75.5 0.36 20~40 6.37 1.75 11.0 17.7 82.5 0.40 西双山北 0~20 5.96 4.47 14.8 18.8 119 0.23 20~40 5.29 2.55 10.6 18.8 130 1.52 西双山东北 0~20 5.02 8.98 11.5 19.4 122 2.87 20~40 5.06 5.42 10.2 21.5 112 4.01 大锅化 0~20 5.12 8.30 12.8 18.9 109 4.58 一道沟西山 0~20 5.89 5.98 10.7 18.3 113 2.07 20~40 6.06 1.47 14.7 18.0 101 0.66 一道沟西坡 0~20 5.41 4.26 13.2 19.2 109 0.16 金山峪南 0~20 5.01 1.84 9.34 17.7 92.5 0.22 20~40 5.90 1.46 9.91 17.9 95.2 0.11 金山峪西沟 0~20 4.92 14.2 11.3 18.4 101 0.20 20~40 5.66 6.82 10.4 19.2 114 0.11 40~60 6.27 9.36 13.4 19.4 104 0.03 金山峪西北 0~20 5.58 1.54 9.00 17.5 81.5 2.58 三岔沟 0~20 5.08 1.42 10.8 17.4 94.5 2.78 20~40 4.92 2.11 11.0 17.8 95.5 5.06 金山峪北山 0~20 4.88 1.56 11.5 17.4 105 3.67 五彩东 0~20 4.70 1.69 11.2 17.2 91.3 2.44 金山峪东北角 0~20 5.13 5.47 10.0 18.2 71.8 0.69 20~40 5.37 0.77 11.2 18.1 95.4 0.59 二岔沟 0~20 5.00 2.01 10.5 18.7 99.4 0.68 20~40 5.17 2.98 11.1 18.4 101 0.26 五彩北沟西口 0~20 4.90 2.80 11.1 17.7 98.6 0.55 20~40 5.29 2.61 10.6 18.0 97.8 1.61 雾露沟东坡 0~20 5.17 0.63 9.92 17.6 80.2 2.93 20~40 5.22 0.73 9.63 17.5 94.5 2.87 雾露沟西坡 0~20 5.29 2.86 11.7 20.8 114 3.60 20~40 4.86 0.61 11.9 19.4 96.9 3.23 40~60 4.79 0.58 18.3 18.0 105 5.17 绞道南沟 0~20 7.50 6.41 11.6 18.1 90.9 3.77 20~40 7.59 4.61 10.2 17.7 107 2.81 绞道南山 0~20 7.88 4.53 11.2 17.6 115 1.36 20~40 6.38 4.69 8.95 15.3 111 4.28 张林西山 0~20 6.46 4.17 9.79 14.7 94.1 3.56 20~40 6.33 4.34 10.4 14.0 88.9 3.41 张林南山 0~20 5.99 4.21 9.26 13.9 76.5 3.08 20~40 5.83 3.97 10.5 13.4 84.0 1.59 表2. 费县大青山省级自然保护区森林土壤化学性质 3.2.2. 土壤有机碳含量分布 土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分，土壤有机碳对土壤的团粒状况、孔隙度、透水透气性都有相应影响。由表2，费县大青山自然保护区土壤有机碳含量为0.03~5.17 g·kg −1 ，平均为1.99 g·kg −1 。0~20 cm土层含量为0.16~4.58 g·kg −1 ；20~40土层含量为0.11~5.06 g·kg −1 ，调查发现粗骨土壤分布区域土壤有机碳含量较低，大部分阔叶林及针阔混交林区域土壤有机碳含量较高，该区域常伴随有5~10 cm的枯枝落叶层，与针阔混交林、阔叶林林下土壤有机碳含量较高的研究结果相一致 [ 19 ] 。 3.2.3. 土壤有效氮含量分布 土壤有效氮根据形态分为铵态氮和硝态氮，可被植物直接吸收，其含量变化直接对土壤氮素的迁移与植物的生长产生影响 [ 20 ] ，研究表明，森林系统的生产力与土壤氮素矿化有很大相关性 [ 21 ] ，而铵态氮与硝态氮的含量变化是土壤氮素矿化速率的具体表征 [ 22 ] 。由表2可见，费县大青山自然保护区土壤铵态氮含量在9.00~15.7 mg·kg −1 之间，平均为11.6 mg·kg −1 ，0~20 cm土层铵态氮分布为9~15.7 mg·kg −1 ；20~40 cm土层铵态氮分布为9.91~14.7 mg·kg −1 。硝态氮含量为0.37~14.2 mg·kg −1 ，平均为3.50 mg·kg −1 ， 0~20 cm土层硝态氮分布为0.37~14.2 mg·kg −1 ；20~40 cm土层硝态氮分布为0.77~6.82 mg·kg −1 。 3.2.4. 土壤有效磷含量分布 土壤有效磷是土壤磷素供应的重要指标 [ 23 ] 。由表2，费县大青山自然保护区土壤有效磷含量为17.2~21.5 mg·kg −1 ，平均值为18.5 mg·kg −1 ，自东向西含量波动较小，0~20 cm土层含量为17.2~20.0 mg·kg −1 ；20~40 cm土层含量为17.7~21.5 mg·kg −1 ，与王朗自然保护区针叶林有效磷含量相似 [ 24 ] 。费县大青山自然保护区内针叶林占比较大，松树根根际土壤pH值的下降可促进难溶磷的活化，提高根际土壤有效磷含量 [ 25 ] ，故林区针叶林下土壤有效磷含量较高。 3.2.5. 土壤速效钾含量分布 土壤速效钾含量与土壤水分淋洗状况、土壤成土母质、植被类型等有关，主要包括土壤中吸附在土壤胶体表面上的代换性钾和植物可直接吸收的土壤溶液中的钾，钾对植物的细胞分裂与合成起促进作用，而且在植物对CO 2 的同化过程中可起到加速作用 [ 26 ] 。由表2，费县大青山自然保护区土壤速效钾含量为63.0~130 mg·kg −1 ，平均值为97.5 mg·kg −1 。0~20 cm土层含量为63.0~122 mg·kg −1 ；20~40 cm土层含量为82.5~130 mg·kg −1 ，该层土壤较表层土壤速效钾含量高，这与速效钾的淋溶作用有关 [ 27 ] 。 3.3. 主成分分析 将土层深度及土壤各理化性质进行主成分分析(PCA)发现(图1)，因子1和2可解释数据总变量的78.5%，其中因子1可解释总变量的51.1%，土壤pH值、土壤容重、非毛管孔隙度及土壤有机碳(SOC)含量与因子1 (轴1)关系密切且各自之间成正相关关系；土壤总孔隙度、土壤 NH 4 + - N 、土壤有效磷(resin-P)与主因子1呈负相关关系，各自之间呈正相关关系。由此，土壤pH值越高土壤有效磷、 NH 4 + - N 含量越低。因子2 (轴2)可解释总变量的27.4%，土层深度、毛管孔隙度、速效钾、 NO 3 − - N 含量与因子2呈负相关关系，各指标间呈正相关关系，随土层深度增加毛管孔隙度、速效钾、 含量呈增加趋势。 图1. 土层深度及土壤理化性质主成分分析图(PCA)