紫色土是热带和亚热带气候条件下由紫色岩风化发育而成的一种地带性土壤，也是我国南方主要的易侵蚀土壤类型之一。由于紫色土区森林植被破坏严重，导致水土流失、土壤退化及土地生产力下降等一系列不良生态后果^[1-2]。因此，紫色土区土壤改良及森林生态系统的恢复与重建成为当前林业科技工作者的研究热点及难点^[3-4]。目前针对紫色土的研究主要集中在植物修复^[5-6]及土壤侵蚀^[7-10]方面，但对不同森林类型土壤理化性质差异的报道较少。本研究以中亚热带紫色土区最常见的马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)及阔叶林3种林分类型为研究对象，分析不同森林类型不同林龄土壤的理化性质差异，从而为紫色土区土壤的改良及植被的恢复与重建提供依据。

研究区位于宁化县淮土镇(116°20′~117°02′E，25°28′~26°40′N)，属丘陵山区，海拔300~400 m。该区属典型中亚热带气候，光照充足、雨量充沛，日夜温差悬殊，干湿、冷热明显；年平均气温17.5 ℃，极端最高温38.3 ℃，最低温-8.3 ℃；年日照时数1 900 h，相对湿度81%，年平均降雨量1 633.6 mm，年平均陆面蒸发量710~750 mm，无霜期214~218 d。土壤以紫色页岩土为主。

2016年8月在福建省宁化县淮土镇，根据海拔、坡度、坡向等立地条件尽量一致的原则，选择不同林龄马尾松人工林、杉木人工林及阔叶林3种森林类型。由于杉木在紫色土上生长不良，近年来未造杉木人工林，故杉木人工林只选择中龄林和成熟林，而马尾松选择幼龄林、中龄林和成熟林，杉木及马尾松林龄段按树种的数量成熟期进行划分。每种林分类型下坡位选3个不同地块，每个地块分别设置3个20 m×20 m样地。每木调查每个样地乔木胸径、树高等生长指标及林下植被主要种类。马尾松人工林灌木层主要有糯米条(Abelia chinensis)、狭叶栀子(Gardenia stenophylla)、白马骨(Serissa serissoides)，草本层主要有江南卷柏(Selaginella moellendorffii)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)。杉木人工林灌木层主要有羊耳菊(Inula cappa)、马银花(Rhododendron ovatum)、小蜡(Ligustrum sinense)、天仙果(Ficus ereta)等，草本层主要有芒萁、五节芒(Miscanthus floridulus)。阔叶林灌木层主要有青冈(Cyclobalanopsis glauca)，草本层主要有狗脊(Woodwardia japonica)。不同林分类型样地基本情况及林分生长情况分别见表 1、2。

每块样地按照“S”设置5个采样点，除去表层枯枝落叶后，每一采样点挖5个土壤剖面。每一土壤剖面用环刀分别取0~10 cm和10~20 cm土层土壤样品测定物理性质，采用全过程取样法自下而上分别取0~10 cm和10~20 cm土层土壤样品测定化学性质。用于化学性质测定的土样风干后分别过20目和100目筛，备用待测。

土壤容重采用环刀法测定，土壤有机质含量采有重铬酸钾容量法测定，全N采用Vario Max CNS全量碳氮仪测量，有效P采用NaHCO₃浸提钼锑抗显色法测定，速效K采用中性乙酸铵提取—火焰光度计法测定，以上分析方法参考文献[11]。

试验数据用Excel 2003统计，用SPSS 20.0软件进行方差分析及多重比较。

土壤容重是研究土壤结构的一项重要指标，对林木根系吸收、植被生长与微生物活动有很大影响。土壤容重越大，土壤结构越差，空隙少、通透差^[12-13]。由表 3可知，随着土层深度的增加，不同森林类型土壤容重均呈逐渐上升的趋势。就同一土层深度不同森林类型间差异而言，阔叶林土壤容重较低，而马尾松人工林土壤容重较高；0~10 cm土层中，马尾松成熟林土壤容重与阔叶林相比增加了3.61%；10~20 cm土层中，马尾松成熟林土壤容重与阔叶林相比增加了2.35%。就同一林分类型同一土层深度不同林龄土壤容重差异而言，随着林龄增加，马尾松人工林及杉木人工林土壤容重呈略微上升趋势；杉木成熟林0~10 cm土层容重与中龄林相比增加了3.66%，10~20 cm土层容重与中龄林相比增加了6.02%。方差分析表明，同一土层不同林分类型以及同一林分类型不同土层间差异未达到显著水平。

土壤孔隙度不仅是土壤养分、水分、空气和微生物等的疏通渠道，也是植物根系生长的场所，在土壤中水、肥、气、热和微生物活性等起着调控作用。土壤孔隙度越大，可以容纳更多的水分和空气^[14]。随着土层深度的加深，紫色土区不同森林类型土壤非毛管孔隙度及毛管孔隙度均呈下降的趋势；杉木中龄林0~10 cm土层非毛管孔隙度及毛管孔隙度与10~20 cm土层相比，分别高17.97%及16.49%；杉木成熟林0~10 cm土层非毛管孔隙度及毛管孔隙度与10~20 cm土层相比，分别高25.60%及9.06%。就同一林分类型同一土层深度不同林龄土壤非毛管孔隙度及毛管孔隙度差异而言，随着林龄增加，0~10 cm及10~20 cm马尾松人工林土层非毛管孔隙度及毛管孔隙度呈现先增大后降低的趋势，杉木人工林呈现逐渐降低的趋势。方差分析及多重比较结果表明，不同森林类型之间土壤非毛管孔隙度及毛管孔隙度差异达显著或极显著水平，马尾松人工林不同林龄及不同土层深度土壤非毛管孔隙度及毛管孔隙度差异达极显著水平。

由表 4可知，3种森林类型土壤pH值随土层深度增加呈逐渐上升的趋势，土壤有机质、全N、有效P及速效K含量则呈逐渐下降的趋势；杉木成熟林0~10 cm土层pH值与10~20 cm土层相比降低了0.87%，土壤有机质、全N、有效P及速效K含量则分别提高了26.02%、23.08%、74.73%及27.42%。就不同林分类型土壤化学性质差异而言，在中林龄阶段，同一土层深度土壤pH值及有效P含量表现为：马尾松人工林＞阔叶林＞杉木人工林，有机质含量及全N含量表现为：马尾松人工林＞杉木人工林＞阔叶林，速效K含量表现为：阔叶林＞马尾松人工林＞杉木人工林；在成熟林阶段，土壤有机质含量、全N含量、速效P含量表现为：马尾松人工林>阔叶林>杉木人工林，土壤速效K含量表现为：阔叶林＞杉木人工林＞马尾松人工林。随着林龄的增加，同一林分类型同一土层深度土壤pH值呈逐渐上升趋势，马尾松人工林土壤有机质、全N、有效P含量呈现先增加后降低的趋势，杉木人工林土壤有机质、全N、有效P含量呈降低趋势；杉木成熟林0~10 cm及10~20 cm土层土壤pH值与中龄林同一土层深度相比分别提高了0.88%及0.65%，有机质含量降低了147.89%及135.88%，全N含量降低了75.00%及78.85%，有效P含量降低了18.24%和26.37%，速效K含量则升高了10.81%及16.05%。方差分析表明，除阔叶林不同土层深度土壤有机质及速效K含量差异未达显著水平外，其他森林类型不同土层深度土壤有机质、全N、有效P及速效K含量差异达显著或极显著水平；除中龄林0~10 cm土层深度的马尾松人工林与杉木人工林土壤有机质差异未达显著水平外，其他林龄同一土层深度马尾松人工林和杉木人工林土壤有机质、全N、有效P及速效K含量差异达显著或极显著水平。

土壤理化性质作为衡量土壤肥力的重要指标，直接影响着植物的生长发育和土壤微生物的活动^[15-16]。就不同土层深度土壤物理性质差异而言，马尾松人工林、杉木人工林及阔叶林表层土(0~10 cm)总孔隙度以及有机质、全N、速效K、有效P等化学性质指标含量均高于底层土(10~20 cm)，而土壤容重、pH值及全K含量则随土层的加深而呈上升趋势，该结果与苗武等^[17]、肖龙山^[18]研究结果一致。这可能是由于林下会积累很厚的凋落物，其次，表层土能够更好地与大气进行物质转化，以上造成了营养物质主要集中在表层，表层土壤肥力高、通气性好、微生物数量多。

土壤侵蚀是指土壤或其他地面组成物质在自然营力作用下或在自然营力与人类活动的综合作用下被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程。由于人类对土地资源及森林资源的不合理开发与利用，从而加大了土壤侵蚀的速度和强度。就森林生态系统的水土保持功能而言，林分郁闭度、灌木层及草本层盖度的高与低，直接影响了森林生态系统的水土保持能力。在水土侵蚀区，由于土壤较贫瘠，生态环境条件较差，林分上层乔木生长速度慢，林分郁闭时间较长，恢复难度也较大。因此，短期内要达到治理水土流失的目的，应通过自然恢复途径并辅以人工促进更新的方法，加速林下植被的恢复，从而达到改良土壤的目的^[19-20]。从本研究结果也可以看出，就同一林龄而言，不同森林类型对土壤理化性质的影响较大。马尾松人工林与杉木人工林及阔叶林相比，林分郁闭度较低，林下植被生长发育较好，增加了林地的植被覆盖率及林地凋落物量，从而有利于紫色土的改良。因此，对于紫色土的改良及紫色土区森林生态系统的恢复与重建，应采取封山育林的技术措施，保护森林生态系统乔木层植物及林下植被，从而实现紫色土区的水土流失治理。值得一提的是，本研究未采用裸地作为对照，这主要是因为裸地水土流失较为严重，表层主要以未成土的紫色页岩为主，土壤少且土层薄，无法取样。