陈钦程， 徐福利,2*， 王渭玲， 程治文

( 1 西北农林科技大学资源环境学院， 陕西杨凌 712100; 2 中国科学院， 水利部水土保持研究所，陕西杨凌 712100; 3 西北农林科技大学生命科学学院， 陕西杨凌 712100)

钾是植物所必需的大量营养元素之一，而土壤中对植物最有效的钾为速效钾[1-6]。土壤速效钾含量能够直观反映土壤可供植物利用的钾素含量水平。已有研究表明土壤速效钾在土壤养分循环与利用方面具有重要地位，能直接反映土壤的钾素肥力状况[7-13]。

华北落叶松是北方人工林栽植的主要树种，具有生长快、木材优质、耐寒性好、水土保持效果好等优点[14-16]。研究表明华北落叶松人工林种植初期长势良好，而近年来长势明显不良[17]，因此需要合理发展与管理华北落叶松人工林。土壤养分水平对于林木的生长具有决定性影响，而目前有关华北落叶松林地氮、磷营养以及枯枝落叶对氮、磷及微生物量影响的研究[18-20]较多，却鲜有对华北落叶松林地钾素的研究，特别是林地土壤速效钾变化的报道也较少，且林地土壤速效钾含量的变化尚不明确[3]。因此，为了明确华北落叶松人工林土壤速效钾含量状况和提高人工林经营水平，探讨华北落叶松林下土壤速效钾的动态规律具有重要意义。本研究选取陕西省秦岭北麓不同林龄华北落叶松人工林林下土壤，进行不同季节土壤速效钾含量的分析，探讨不同林龄华北落叶松土壤速效钾的变化规律，评价不同林龄华北落叶松土壤速效钾的含量等级，为华北落叶松人工林的养分管理与调控提供理论依据。

1 研究材料

1.1 试验地概况

1.2 试验林木

供试林木为林场5年、10年、20年、30年、40年生的华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)，每个样地面积均为20 m×20 m。样地的基本特征见表1。

表1 样地基本特征

2 研究方法

2.1 采样与分样

2.2 数据处理

数据采用DPS7.05版进行统计分析，分别取5个不同林龄的华北落叶松0—20 cm土层土壤的速效钾含量的平均值，用LSD法分析不同月份、不同林龄之间的差异；采用DPS多元分析软件对不同林龄华北落叶松0—20 cm土层的速效钾与土壤含水量，土壤pH、土壤有机质含量的之间的相关关系进行分析。

3 结果与分析

3.1 不同林龄华北落叶松生育前期林地土壤速效钾含量的变化

图1 不同林龄华北落叶松生育前期林地土壤速效钾含量Fig.1 Soil available K content in different ages of Larix principis-rupprechtii before growth period

3.2 不同林龄华北落叶松生育中后期土壤速效钾含量的变化

图2显示，在0—20 cm土层，近熟林(30a)土壤的速效钾含量较其他林龄高，达到264.67 mg/kg，成熟林(40a)次之，达到193.33 mg/kg，其次是幼龄林(5a，10a)与中龄林(20a)，中龄林(20a)的含量最小，但仍达到84 mg/kg，属于中等含量水平，仍不缺钾。从0—20 cm到20—40 cm土层，不同林龄土壤的速效钾含量的变化趋势与7月份大体一致，在20—40 cm土层，不同林龄土壤的速效钾含量仍主要处于中等水平。40—60 cm与20—40 cm土层的土壤速效钾含量所处等级相同，均处于中等水平。8月份整体土壤速效钾含量水平较高，表明林地土壤速效钾含量处于动态变化状态，与土壤水热条件有关，由于土壤干湿交替可导致固定态钾增多，干燥使土壤溶液浓度增加，钾离子容易到交换位置上来，增加了渗入层间孔穴的机会，钾离子就能被吸持。如果溶液中钾离子很少，则湿润后固定钾就会返渗出来。而在8月份，试验区处于多雨季节，土壤温度和水分含量均较高，所以速效钾含量较6月份高。

图2 不同林龄华北落叶松生育中期土壤速效钾含量变化Fig.2 Soil content of available K for different ages of Larix principis-rupprechtii in growth period

由图3可知，成熟林(40a)与近熟林(30a)后期较其他林龄的 0—20 cm土层土壤的速效钾含量高，分别为212.7 mg/kg与199.0 mg/kg。从0—20 cm到20—40 cm土层，不同龄林土壤速效钾含量变化趋势与前期一致，仍呈下降趋势。在20—40 cm土层，近熟林(30a)的速效钾含量最高，为130.0 mg/kg。在40—60 cm土层，近熟林(30a)土壤速效钾含量仍最高，与其他不同林龄土壤速效钾含量均处在中等水平。庞夙等[24]研究表明，土壤速效钾含量与有机质含量呈显著正相关。原因主要是随着枯枝落叶被土壤微生物分解的增多，导致土壤有机质增加。土壤有机质不但提供了植物生长所需要的养分，也通过影响土壤物理、化学和生物学性质改善土壤的养分状况，从而提高了土壤的速效钾含量。

图3 不同林龄华北落叶松生育后期土壤速效钾含量变化Fig.3 Soil available K content in different ages of Larix principis-rupprechtii after growth period

3.3 不同林龄华北落叶松0—20 cm土层速效钾含量的变化规律

表2 510月份不同林龄华北落叶松0—20 cm土层速效钾含量 (mg/kg)

3.4 不同林龄华北落叶松林地速效钾与土壤水分，土壤pH和土壤有机质含量的关系

土壤养分的变化与土壤其他理化性质有密切关系，不同林龄华北落叶松0—20 cm土层土壤速效钾含量分别与土壤含水量、 土壤pH和土壤有机质含量进行相关分析，结果表明，土壤速效钾含量与有机质含量的相关系数为0.9259，达到极显著正相关水平(P<0.01)，与土壤含水量的相关系数为0.8495，达到显著相关水平(P<0.05)，与土壤pH的相关系数为-0.8288，达到显著负相关水平(P<0.05)。

4 讨论与结论

张汉春等[29]的研究结果说明，随着林龄的增加，土壤总体养分水平随林龄的增加而降低，尤其是速效钾的下降趋势明显，而本研究的结果与其不同，华北落叶松生长中，对土壤速效钾含量的降低不明显。在华北落叶松人工林的生长过程中不施肥，林木从土壤中不断吸收钾素营养，随着林龄的持续增加，土壤速效钾并非与林龄呈正相关关系，成熟林与近熟林的土壤速效钾含量并非小于幼龄林与中龄林。在各土层，华北落叶松土壤速效钾含量在不同生育期并非随着林龄的增加而减少，表明华北落叶松的生长并没有减少土壤中的速效钾含量，而且结合图1至图3的结果，在0—20 cm土层，成熟林与近熟林的土壤速效钾含量明显高于其他林龄，且达显著性差异水平(P<0.05)。

纪萱等[30]的研究结果表明，不同林型不同深度非根际土壤速效钾质量分数除45年生红松人工林和红松混交林以外，其他林型没有表现出随土层深度加深而降低的情况。而本研究结果不同的是，不同林龄土壤速效钾含量在0—20 cm、20—40 cm与40—60 cm土层的变化趋势大致相同，20—40 cm土层较0—20 cm土层的土壤速效钾含量低，40—60 cm较20—40 cm土层土壤速效钾含量变化不稳定。40—60 cm土层土壤速效钾含量明显受生物富集或表聚作用的影响[21]，因此变化较不稳定。总的来说，秦岭北麓区域华北落叶松人工林土壤速效钾含量都很丰富，供钾充足。

参考文献:

[1] 范钦桢, 谢建昌. 长期肥料定位试验中土壤钾素肥力的演变[J]. 土壤学报, 2005, 42(4):591-599.

Fan Q Z, Xie J C. Variation of potassium fertility in soil in the long-term stationary experiment[J]. Acta Pedologica Sinica, 2005, 42(4):591-599.

[2] 金继运. 土壤钾素研究进展[J]. 土壤学报, 1993, 30(1):94-101.

Jin J Y. Advances in soil potassium research[J]. Acta Pedologica Sinica, 1993, 30(1):94-101.

[3] 谭德水, 金继运, 黄绍文, 等. 长期施钾与秸秆还田对西北地区不同种植制度下作物产量及土壤钾素的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2008, 1(5):886-893.

Tan D S, Jin J Y, Huang S Wetal. Effect of long-term K fertilizer application and returning wheat straw to soil on crop yield and soil K under different planting systems in northwestern China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2008, 1(5):886-893.

[4] 张会民, 徐明岗, 吕家珑, 等. 不同生态条件下长期施钾对土壤钾素固定影响的机理[J]. 应用生态学报, 2007, 18(5):1009-1014.

Zhang H M, Xu M G, Lü J Letal. Effects of long-term potassium fertilization on potassium fixation in soils under different ecological conditions:A mechanism study[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(5):1009-1014.

[5] Zhang H L, Zhang X Y, Liu X B. Spatial distribution of soil nutrient at depth in black soil of Northeast China:a case study of soil available potassium[J]. Nutrition Cycling Agroecosystem, 2013, 95:319-331.

[6] Ahmad N, Cornforth I S, Walmsley D. Methods of measuring available nutrients in west Indian soil[J]. Plant and Soil, 1973, 39:635-647.

[7] 李娟, 张世熔, 孙波,等. 潋水河流域生态修复过程中土壤速效钾的时空变异[J]. 水土保持学报, 2004, 18(6):88-92.

Li J, Zhang S R, Sun Betal. Temporal spatial variability of soil available potassium in processing of restorage ecosystem in Lianshui basin[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2004, 18(6):88-92.

[8] 李晓燕, 张树文. 吉林省德惠市土壤速效钾的空间分异及不同插值方法的比较[J]. 水土保持学报, 2008, 22(4):97-100.

Li X Y, Zhang S W. Spatial heterogeneity and comparison of different methods of interpolation of soil available K in Dehui city, Jilin province [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(4):97-100.

[9] 陈相宇, 程凤科, 徐长亮, 等. 庐山土壤速效钾的垂直分布特征研究[J]. 安徽农学通报, 2012, 18(24):98-101.

Chen X Y, Cheng F K, Xu C Letal. Vertical distribution characteristics of soil available potassium in Lushan Mountains[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2012, 18(24):98-101.

[10] 余世鹏, 杨劲松, 刘广明, 等. 我国不同水热梯度带农田土壤速效钾含量的时空变异特征[J]. 灌溉排水学报, 2011, 30(2):1-4.

Yu S P, Yang J S, Liu G Metal. Temporal spatial variability of soil available potassium in field along gradients of precipitation and temperature in China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2011, 30(2):1-4.

[11] Blake L, Mercik S, Koerschens M. Potassium content in soil, uptake in plants and the potassium balance in three European long-term field experiments[J]. Plant and Soil, 1999, 216:1-14.

[12] Gideon O A, Akinol G. Critical levels for soil pH, available P, K, Zn and Mn and maize ear-leaf content of P, Cu and Mn in sedimentary soils of South-Western Nigeria[J]. Fertilizer Research, 1985, 6:65-71.

[13] Simonis A D, Nimeth K. Comparative study on EUF and other methods of soil analysis for the determination of available potassium in soils from Northern Greece[J]. Plant and Soil, 1985, 83:93-106.

[14] 张金屯, 孟东平. 芦芽山华北落叶松林不同龄级立木的点格局分析[J]. 生态学报, 2004, 24(1):35-40.

Zhang J T, Meng D P. Spatial pattern analysis of individuals in different age classes ofLarixprincipis-rupprechtiiin Luya mountain reserve，Shanxi, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(1):35-40.

[15] 隋玉龙, 陈丽艳, 马莉. 不同林龄日本落叶松与华北落叶松生长的比较[J]. 河北林果研究, 2009, 24(4):362-365.

Sui Y L, Chen L Y, Ma L. Comparative study on the growth of different age ofLarixkaempferiandLarixprincipis-rupprechtii[J]. Hebei Journal of Foresity and Orchard Reserch, 2009, 24(4):362-365.

[16] 翟洪波, 呼和牧仁, 周梅, 等. 不同年龄华北落叶松光合、蒸腾生理生态特征的研究[J]. 内蒙古农业大学学报, 2010, 31(2):66 -71.

Zai H B, Hu H M R, Zhou Metal. Studies on photosynthetic physiological characteristics of different ages ofLarixprincipis-rupprechtii[J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University, 2010, 31(2):66 -71.

[17] 雷瑞德, 党坤良, 张硕新, 等. 秦岭南坡中山地带华北落叶松人工林对土壤的影响[J]. 林业科学, 1997, 33(5):463—470.

Lei R D, Dang K L, Zhang S Xetal. Effect of aLarixprincipis-rupprechtiiforest plantation on soil in middle zone of south-facing slope of the Qinling mountains[J]. Scientia Silvae Sinicae, 1997, 33(5):463—470.

[18] 杨凯, 朱教君, 张金鑫, 等. 不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化[J]. 生态学报, 2009, 29(10):5500-5506.

Yang K, Zhu J J, Zhang J Xetal. Seasonal dynamics of soil microbial biomass C and N in two larch plantation forests with different ages in Northeastern China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(10):5500-5506.

[19] 王欣, 高明达, 杨飞,等. 不同林龄华北落叶松人工林叶凋落物分解及养分动态比较[J]. 东北林业大学学报, 2012, 40(10):56-61.

Wang X, Gao M D, Yang Fetal. Litter decomposition and nutrient dynamics ofLarixrincipis-rupprechtiiplantations of different ages[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2012, 40(10):56-61.

[20] 李良, 翟洪波, 姚凯, 等. 不同林龄华北落叶松人工林枯落物储量及持水特性研究[J]. 中国水土保持, 2010, 3(4):32-34.

Li L, Zai H B, Yao Ketal. Litter reserves and water-holding capacity of Larix principis-rupprechtii with different stand ages[J]. Soil and Water Conservation in China, 2010, 3(4):32-34.

[21] 鲍士旦. 土壤农化分析(第三版)[M]. 北京:中国农业出版社, 2010. 107.

Bao S D. Soil agrochemical analysis(3rd Edition)[M]. Beijing:China Agriculture Press, 2010. 107.

[22] Cui W W, Liu J P. Study on the differences of village-level spatial variability of agricultural soil available K in the typical black soil regions of northeast China[J]. Computer and Computing Technologies in Agriculture, 2010, Part II, IFIP AICT 345:674-681.

[23] Pracilio G, Adams M L, Smettem K R J. Determination of spatial distribution patterns of clay and plant available potassium contents in surface soils at the farm scale using high resolution gamma ray spectrometry[J]. Plant and Soil, 2006, 282:67-82.

[24] 庞夙, 陶晓秋, 张英, 等. 会理县新植烟区土壤速效钾含量空间变异特征及其影响因子[J].中国烟草科学, 2012, 33(1):32-36.

Pang S, Tao X Q, Zhang Yetal. Spatial variability characteristic and influencing factors of soil available potassium in new tobacco plantation district in Huili County[J], Chinese Tobacco Science, 2012, 33(1):32-36.

[25] 张伟, 陈洪松, 王克林, 等. 喀斯特峰丛洼地土壤养分空间分异特征及影响因子分析[J]. 中国农业科学, 2006, 39(9):1828-1835.

Zhang W, Chen H S, Wang K Letal. The heterogeneity of soil nutrients and their influencing factors in peak-cluster depression areas of Karst Region[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2006, 39(9):1828-1835.

[26] Halevy J. Estimation of available potassium for cotton by soil analysis[ J]. Plant and Soil, 1977, 47:363-373.

[27] 胡诚, 宋家咏, 李晶, 等. 长期定位施肥土壤有效磷与速效钾的剖面分布及对作物产量的影响[J]. 生态环境学报, 2012, 21(4):673-676.

Hu C, Song J Y, Li Jetal. Profile distribution of soil available phosphorus and available potassium concentrations and crop yields in long-term fertilization experiment[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2012, 21(4):673-676.

[28] Mercik S, Stepien W, Labetowicz J. The fate of nitrogen, phosphorus and potassium in long term experiments in Skierniewice [J]. Plant Nutrition and Soil Science, 2000, 163:273-278.

[29] 张汉春. 华北落叶松人工林土壤肥力的研究[J]. 科学大众·科学教育, 2012, (1):177-178.

Zhang H C.Larixprincipis-rupprechtiiforests plantation fertility research[J]. Popular Science, 2012, (1):177-178.

[30] 纪萱, 陈立新, 薛洪祥, 等. 不同林龄红松人工林土壤养分及微量元素的变化规律[J]. 东北林业大学学报, 2007, 35(7):27-29.

Ji X, Chen L X, Xue H X. Change of soil nutrients and microelements in korean pine plantations of different ages[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2007, 35(7):27-29.