秦岭林区是我国天然林保护工程的重要组成部分。土壤肥力是天然林恢复和生态系统重建的基础条件。关于秦岭南坡土壤肥力状况的研究成果较多(陕西省土壤普查办公室，1992;党坤良等，1996;1997;雷瑞德等，1997)，但多数研究主要集中在特定海拔小区域的个别林分类型林地土壤上，缺乏大范围土壤肥力状况的研究，对秦岭南坡土壤肥力总体状况缺乏认识和探索，对秦岭林业生态工程建设指导具有一定的局限性。本文旨在通过对秦岭南坡土壤肥力主要指标的测定与分析，来了解秦岭南坡土壤肥力的总体状况和空间分异规律，为秦岭林区天然林恢复、人工林营造以及森林管护提供科学依据。

1 研究区域自然概况

本研究始于2002年，试验地集中在秦岭南坡中西部地区(33°13′—33°46′N，107°21′—109°32′E)，海拔800~2 800 m，土壤类型包括山地黄棕壤、山地棕壤和山地暗棕壤，植被类型包括含常绿阔叶树种的落叶阔叶林、针阔混交林和落叶阔叶混交林。为亚热带湿润气候类型，由于海拔高度差异较大，气候随海拔变化呈明显分异。海拔2 000 m以上，年均温度6 ℃以下，最热月均温15 ℃以下，≥10 ℃的积温不足1 700 ℃，年降水量900~950 mm; 在海拔1 200~1 500 m处，年均温6~10 ℃，最热月均温16~19 ℃，≥10 ℃的积温1 700~2 500 ℃，年降水量800~850 mm; 海拔800~1 200 m处，年均温13~14 ℃，最热月均温24~26 ℃，≥10 ℃的积温4 000~4 500 ℃，年降水量800~850 mm(陕西森林编辑委员会，1986;李战刚等，2005)。

2 研究方法 2.1 标准地的设置与土样采集

为了全面反映秦岭南坡的土壤肥力状况和空间分异规律，本研究按不同森林群落类型、海拔、坡向和坡位共设置标准地117块。在各标准地内按S形确定土壤剖面位置(每块标准地设5个土壤剖面，共585个)，土壤剖面按其自然发生过程划分为A、B、C 3层，分层取样，最后按标准地将土样按层混合，以混合样作为分析样。土样处理均按常规方法进行(中国土壤学会，1988)。

2.2 土壤肥力指标测定方法

土壤pH测定采用电位法; 有机质测定采用重铬酸钾氧化外加热法; 土壤全氮测定采用开氏法; 碱解氮测定采用扩散吸收法; 速效磷测定采用碳酸氢钠法; 速效钾测定采用醋酸铵浸提原子吸收法; 阳离子代换量测定采用醋酸铵交换法; 粘粒含量测定采用静水沉降法(中国土壤学会，1988)。所有测定均重复2次。所有数据均由中国科学院西北水土保持研究所国家重点实验室测定。

2.3 数据统计方法

土壤肥力指标空间变异系数按下式计算：CV=(SD/M)×100%;土壤肥力总体均值空间变异范围按下式计算：上限Max=M+2.576 SD/N，下限Min=M-2.576 SD/N，α=0.01。式中：CV为土壤肥力指标变异系数，以百分数表示; SD为土壤肥力指标标准差; M为土壤肥力指标平均值; N为土壤肥力指标测定样本数。

3 结果与分析 3.1 秦岭南坡土壤肥力空间总体分异状况

秦岭南坡中西部区域是秦岭林区森林分布较集中、森林类型较丰富的地区，该区域的土壤肥力状况不仅直接影响林木的生长发育和天然植被的恢复，而且直接影响森林生态系统各种生态效能的充分发挥。从土壤肥力各项指标分析结果(表 1)来看，该区域土壤肥力指标在整个土壤剖面总体均值空间分异范围分别为土壤pH值5.97~6.89，有机质含量6.6~50.1 g·kg^-1，土壤全N含量0.5~3.8 g·kg^-1，碱解N含量33.6~257.3 mg·kg^-1，速效P含量0.81~5.80 mg·kg^-1，速效K含量38.9~262.4 mg·kg^-1，粘粒含量11.3%~18.1%，阳离子代换量68.5~310.2 mmol·kg^-1; A层土壤肥力指标受气候、林分及人为活动等因素的影响，其空间分异程相对较大，顺序为速效P>有机质>阳离子代换量>土壤全N>碱解N>速效K>土壤粘粒含量>土壤pH值; 对于B、C两层土壤，由于其肥力指标主要取决于A层物质的下移量和土壤本身的化学成分组成(王珂等，2001;姚丽贤等，2004)，故其空间分异程度相对较小。B、C层土壤肥力空间分异大小顺序为土壤全N>速效P>有机质>速效K>碱解N>阳离子代换量>土壤粘粒含量>土壤pH值。

不同层次土壤肥力指标的差异大小反映了土壤肥力在土壤剖面上的空间分异程度，由于受生物、淋溶作用及土壤本身性质因素的影响，随着土层的加深，土壤pH值、有机质、速效P、土壤粘粒含量及土壤阳离子代换量空间分异程度降低，而土壤全N和速效K则空间分异程度增大(郭旭东等，2000)。

3.2 秦岭南坡不同海拔范围土壤肥力的空间分异特征

海拔是较为重要的山地地形因子之一，由于海拔不同，气候特征、林分类型和土壤类型改变，导致土壤肥力在不同海拔范围空间分异程度具有明显的差异。

3.2.1 800~1 200 m土壤肥力空间分异特点

在秦岭南坡海拔800~1 200 m处，地带性土壤类型为黄棕壤，典型植被为混有常绿阔叶树的落叶阔叶林，优势树种为马尾松(Pinus massoniana)和栓皮栎(Quercus variabilis)。从土壤肥力指标分析结果(表 2)看，该区域整个土壤剖面土壤肥力指标总体均值空间分异范围为土壤pH值5.92~6.90，有机质含量3.5~66.3 g·kg^-1，土壤全N含量0.5~4.0 g·kg^-1，碱解N含量22.4~270.7 mg·kg^-1，速效P含量0.50~3.48 mg·kg^-1，速效K含量49.9~325.4 mg·kg^-1，粘粒含量7.9%~13.8%，阳离子代换量48.8~205.5 mmol·kg^-1; 从该海拔区域土壤肥力指标水平空间分异程度看，土壤有机质、全N含量空间分异程度最大，碱解N含量、阳离子代换量次之，土壤pH值最小。其土壤肥力指标(A、B、C三层平均值)水平空间分异大小顺序为全N>有机质>碱解N>速效P>阳离子代换量>速效K>粘粒含量>土壤pH值。

3.2.2 1 200~1 600 m土壤肥力空间分异特点

在秦岭南坡海拔1 200~1 600 m处，地带性土壤类型为棕色森林土，典型植被为针阔混交林，优势树种为油松(Pinus tabulaeformis)和锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)。土壤肥力指标测定结果(表 3)表明，该区域整个土壤剖面土壤肥力指标总体均值空间分异范围为：土壤pH值6.02~7.13，有机质含量5.9~61.5 g·kg^-1，土壤全N含量0.4~4.9 g·kg^-1，碱解N含量35.4~301.9 mg·kg^-1，速效P含量0.83~6.10 mg·kg^-1，速效K含量36.2~282.0 mg·kg^-1，粘粒含量11.6%~16.5%，阳离子代换量70.6~367.7 mmol ·kg^-1; 该海拔区域土壤肥力指标水平空间分异程度同样以土壤全N和有机质较大，粘粒含量和土壤pH值较小，其土壤肥力指标(3层平均值，以下类同)水平空间分异大小顺序为：全N>有机质>速效P>阳离子代换量>碱解N>速效K>粘粒含量>土壤pH值。说明在低、中海拔范围内，土壤肥力指标水平空间分异程度以土壤有机质和土壤全N含量较为突出，反映了林分类型和强烈的人为经营活动对土壤肥力的影响。

3.2.3 1 600~2 000 m土壤肥力空间分异特点

在秦岭南坡海拔1 600~2 000 m处，典型土壤类型为棕色森林土，典型植被为针阔混交林，优势树种为锐齿栎、华山松(Pinus armandii)和红桦(Betula albo_sinensis)等。从土壤肥力指标分析结果(表 4)看，该区域整个土壤剖面土壤肥力指标总体均值水平空间分异范围为：土壤pH值6.04~6.98，有机质4.3~41.4 g·kg^-1，土壤全N 0.3~4.0 g·kg^-1，碱解N 22.7~257.1 mg·kg^-1，速效P 0.45~4.59 mg·kg^-1，速效K 24.6~222.5 mg·kg^-1，粘粒含量12.5%~21.7%，阳离子代换量51.1~257.1 mg·kg^-1; 该海拔区域土壤肥力指标水平空间分异大小以速效P最大，有机质次之，土壤pH值最小; 反映了不同林分类型因土壤pH值差异而对土壤P有效性的显著影响。其土壤肥力指标水平空间分异大小顺序为：速效P>土壤有机质>阳离子代换量>全N>速效K>碱解N>粘粒含量>土壤pH值。

3.2.4 2 000~2 400 m土壤肥力空间分异特点

在秦岭南坡海拔2 000~2 400 m处，典型土壤类型为暗棕色森林土，典型植被为冷杉林和桦木林，优势树种为巴山冷杉(Abies fargesii)、青NFDA3 (Picea wilsonii)和红桦。从土壤肥力指标分析结果(表 5)看，该区域整个土壤剖面土壤肥力指标总体均值水平空间分异范围为土壤pH值5.84~6.88，有机质含量7.4~51.0 g·kg^-1，全N含量0.4~4.5 g·kg^-1，碱解N含量39.4~304.2 mg·kg^-1，速效P含量0.99~6.12 mg·kg^-1，速效K含量36.5~291.2 mg·kg^-1，粘粒含量13.2%~18.9%，阳离子代换量86.9~494.1 mmol·kg^-1; 该海拔区域土壤肥力指标水平空间分异特点为速效K排位迅速提高，速效P、粘粒含量和土壤pH值次序未变，反映了不同林分类型和土壤母质对土壤K的显著影响。其土壤肥力指标水平空间分异大小顺序为速效P>速效K>全N>阳离子代换量>土壤有机质>碱解N>粘粒含量>土壤pH值。

3.2.5 2 400~2 800 m土壤肥力空间分异特点

在秦岭南坡海拔2 400~2 800 m处，典型土壤类型为暗棕色森林土，典型植被类型为桦木林，优势树种为冷杉、红桦、牛皮桦(Betula utilis)和太白红杉(Larix chinensis)。土壤肥力指标测定分析结果(表 6)表明，该区域整个土壤剖面土壤肥力指标总体均值水平空间分异范围为土壤pH值5.58~6.73，有机质含量9.0~61.6 g·kg^-1，土壤全N含量0.4~3.6 g·kg^-1，碱解N含量30.9~315.3 mg·kg^-1，速效P含量1.01~8.38 mg·kg^-1，速效K含量42.1~307.7 mg·kg^-1，粘粒含量8.9%~17.2%，阳离子代换量77.0~381.8 mmol·kg^-1; 该海拔区域A层土壤肥力指标水平空间分异大小顺序为速效P>速效K>碱解N>全N>阳离子代换量>有机质>粘粒含量>土壤pH值，同样说明在中、高海拔区域，土壤肥力指标空间分异程度较显著的是速效P和速效K，这是由该海拔区域红桦和牛皮桦阔叶林与针叶林土壤pH值差异悬殊引起的。

3.3 秦岭南坡不同海拔土壤肥力空间分异规律分析

海拔是影响土壤肥力空间分异的重要因素，由于秦岭海拔相对高差较大，气候和植被类型垂直变化分异明显，因此随着海拔升高，土壤肥力空间分异程度发生显著变化。由表 7(表中数据为整个剖面平均值)可以看出，土壤pH值在海拔800~1 600 m处，随海拔的升高而增大，而在海拔1 600~2 800 m处，随海拔的升高而降低; 其空间分异程度在海拔800~2 000 m处较大，在海拔2 000~2 800 m处分异程度较小，这可能与不同海拔范围内林分类型的多寡、腐殖质类型、有机质的矿化速度以及淋溶强度不同有关。在海拔800~1 200 m处，由于气温较高，有机质矿化速度较快，加之构成植被的硬阔叶植物种类较多，酸性淋溶作用较强，以致土壤pH值较低; 但在海拔1 200~1 600 m处，由于温度低，矿化速度较慢，加之构成植被的植物多为软阔叶树，因此土壤pH值有所提高; 从海拔1 600 m到2 800 m，随着海拔升高，虽温度逐渐降低，但构成植被的植物种类针叶成分增多，同样加剧了酸性淋溶过程，使土壤pH逐渐降低。低海拔区域林分类型的多样性和较强人为干扰也会导致低海拔区域土壤pH值分异程度增大，而高海拔区域人为干扰强度的减弱和林分类型的趋向单一使土壤pH值分异程度降低。土壤有机质含量在海拔800~1 200 m范围内，其含量随着海拔的升高而增加，而在海拔1 600~2 000 m处，其含量随海拔的升高有所降低，在海拔2 000~2 800 m范围内，其含量又随海拔的升高而增加，这可能与1998年以前，陕西省六大林业局在该海拔范围内进行采伐、抚育、砍灌造林等强烈人为干扰有关; 其空间分异程度随海拔升高而降低。土壤全N和碱解N含量及其空间分异程度随海拔的变化特征与土壤有机质基本相同，反映了土壤N含量与有机质含量密切相关。土壤速效P含量在海拔800~1 200及1 600~2 000 m处，可能受采伐和其他活动的强烈影响，不仅含量较小，而且分异程度也较大，但在其他海拔范围内，含量和分异程度随海拔升高而升高，这是由于随着海拔升高，针叶林比例增大，土壤pH值降低，提高了土壤P的有效性。土壤速效K含量在海拔800~2 000 m处随海拔升高而降低; 在海拔2 000~2 800 m处随着海拔升高而升高，但其空间分异程度随海拔升高而减小，这可能与不同海拔范围内土壤母质类型不同和土壤pH值相对较低有关(土壤pH降低有利于土壤矿物中K的置换)。土壤粘粒含量在海拔800~1 200 m和2 400~2 800 m处较低，而在海拔1 200~2 400 m处含量较高，其空间分异程度在低、中海拔范围内较大，而在高海拔范围内分异程度较小。阳离子代换量在800~1 200 m和1 600~2 000 m处相对较低，空间分异程度较大，但在高海拔范围内空间分异程度较小。总之，土壤肥力和空间分异程度不仅受海拔的影响，而且与林分类型、土壤母质和人为活动密切相关(王珂等，2000;于磊等，2004)。

4 结论

秦岭是我国中部生物多样性较丰富的林区。秦岭南坡土壤肥力各项指标随海拔变化表现出以下特点：

从秦岭南坡土壤肥力总体分异状况看，土壤pH值5.97~6.89，有机质含量6.6~50.1 g·kg^-1，土壤全N含量0.5~3.8%，碱解N含量33.6~257.3 mg·kg^-1，速效P含量0.81~5.8 mg·kg^-1，速效K含量38.9~262.4 mg·kg^-1，粘粒含量11.34%~18.08%，阳离子代换量68.5~310.2 mmol·kg^-1; 其分异程度以速效P、有机质和土壤全N较大，土壤粘粒含量和土壤pH值较小; 土壤pH值、有机质、速效P、土壤粘粒含量及土壤阳离子代换量随着土层加深分异程度降低，而土壤全N、碱解N和速效K含量则随着土层的加深分异程度增大。

从不同海拔范围土壤肥力空间分异特点看，因气候特征、林分类型和土壤类型不同，土壤肥力指标在不同海拔范围的空间分异程度差异较大。土壤有机质、速效K、速效P和阳离子代换量空间分异程度受海拔的影响较大，而土壤pH值和粘粒含量空间分异程度受海拔影响较小。在低、中海拔区域，由于受人类活动的强烈影响，导致土壤有机质和土壤全N含量的空间分异较为显著; 在中、高海拔区域，林分类型引起土壤pH值差异，从而使土壤速效P和速效K含量的空间分异较为明显。

从土壤肥力空间分异规律看，土壤pH值随着海拔的升高而降低，有机质和速效P含量随海拔的升高而增大; 土壤肥力空间分异程度随海拔的升高而降低，这可能与随海拔升高人为干扰强度降低、林分类型趋向单一及针叶林比例增大有关。