馬尾松人工幼林土壤肥力變化及其綜合評價研究

覃其云，曹繼釗，李 軍 ，黃開勇，唐 健

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530002；2.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西 南寧530002；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；4.廣西環(huán)江毛南族自治縣華山林場，廣西環(huán)江547100)

馬尾松人工幼林土壤肥力變化及其綜合評價研究

覃其云1,2,3，曹繼釗1,2,3，李 軍4，黃開勇1,2,3，唐 健1,2,3

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530002；2.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，廣西 南寧530002；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；4.廣西環(huán)江毛南族自治縣華山林場，廣西環(huán)江547100)

通過分析廣西環(huán)江縣桉樹林及砍伐后種植馬尾松和荒地的土壤化學性質(zhì)，運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，研究和評價馬尾松和荒地取代桉樹后土壤肥力變化狀況。研究結(jié)果顯示：取代桉樹林后，4.0 齡馬尾松和荒地的土壤堿解N、有效P、速效K、交換性Ca和有效Zn有所提高，土壤pH值有所改善，而全N、全P、全K、交換性Mg和有效Cu有所減少。0～20 cm層土壤有機質(zhì)和有效B有所降低，20～40 cm層的反而有所提高。不同林齡馬尾松和荒地的土壤綜合肥力普遍較差。造林4年后，同土層馬尾松林的土壤綜合肥力低于荒地。除4.0齡荒地0～20 cm層的土壤綜合肥力基本無變化外，其他4.0齡馬尾松和荒地土壤綜合肥力都有不同程度退化，而以4.0齡馬尾松20～40 cm層的土壤肥力退化最嚴重。

馬尾松人工幼林；土壤肥力；灰色關(guān)聯(lián)分析

馬尾松Pinus massoniana是我國松屬樹種中分布最廣的一種，也是我國南方林區(qū)分布最廣、數(shù)量最多的優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種，其在我國森林資源總量中占有舉足輕重的位置。馬尾松具有生長快、適應性強、繁殖容易、用途廣泛等特點，為我國南方低山丘陵的主要用材造林樹種，同時也是荒山綠化的先鋒樹種[1]。由于馬尾松林更新容易，成本低，能適應干燥瘠薄的土壤，長期以來處于粗放經(jīng)營，加之大面積人工純林，造成林分產(chǎn)量和質(zhì)量低下。林地土壤肥力評價是林業(yè)生產(chǎn)重要的環(huán)節(jié)[2]。近幾年來，越來越多的學者把一些數(shù)學方法應于土壤肥力綜合評價，通過對大量信息的處理得出反映土壤肥力高低的綜合性指標，使得土壤肥力的綜合評價趨于標準化和定量化。為了了解馬尾松幼林地在不同時間、空間土壤肥力的變化狀況，為防止林地土壤肥力衰退提供技術(shù)參數(shù), 因而研究1～4 年生馬尾松幼林林地土壤肥力的變化狀況。本文報道4 年的林地養(yǎng)分調(diào)查研究結(jié)果，分析土壤肥力13 項主要指標的變化趨勢，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法進行土壤養(yǎng)分綜合評價，為馬尾松林地管理和配方施肥提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地概況

馬尾松人工林試驗地徑流場設(shè)在廣西環(huán)江毛南族自治縣華山林場華山分場，位于東經(jīng)108°15′，北緯25°06′，低山丘陵地貌，海拔246 m，坡度15°，坡向東南，坡位中坡。屬中亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫為19.8 ℃，最高氣溫38.9 ℃，最低氣溫5. 1℃，年均降雨量為1 400 mm，年平均無霜期290 d。常年日照充足，熱量充沛，干濕季節(jié)較為明顯[3]。林地土壤類型為砂頁巖發(fā)育而成的紅壤。造林前為桉樹采伐跡地，2008年初采伐，3月份煉山全墾后挖坑種植馬尾松，荒地則是采伐后進行煉山及全墾，然后未采取任何管護措施，林下植被自我更新。于馬尾松林和荒地內(nèi)同一等高線上各建一個徑流場 (20 m×5 m)，各林分不進行任何管護和施肥措施。林下植被主要有桃金娘Rhodomyrtus tomentosa、五節(jié)芒Miscanthus fl oridulus、鐵芒箕Dicranopteris linearis、暗酸藤Embelia laeta、烏毛蕨Blechnum orientale等。

1.2 土壤樣口采集及分析方法

分別選取馬尾松林和荒地的徑流場外側(cè)，布置上、中、下3個點，去除枯枝落葉后，挖掘深度50 cm左右的土壤剖面，分層采集，取0～20 cm、20～40 cm各層土壤，同層土壤混合后用四分法縮至1 kg，裝入采土袋帶回實驗室，風干、研磨、過篩、混合分樣、貯存后進行土壤養(yǎng)分分析，所有土壤養(yǎng)分指標測定均采用《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1999》進行檢測分析[4]。各指標分析測定方法如下：pH值用水浸提電位法，有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全N用半微量凱氏法，堿解N用堿解-擴散法，全P用堿熔-鉬銻抗比色法，有效P用鹽酸-硫酸浸提法，全K用堿熔-火焰光度法，速效K用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法，交換性Ca、Mg用乙酸銨交換-原子吸收分光光度計，有效Cu和有效Zn用原子吸收分光光度法，有效B用沸水浸提-甲亞胺比色法。

1.3 統(tǒng)計分析

應用Excel 2003 和灰色理論進行統(tǒng)計計算，同時運用灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工林對土壤pH值的影響

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準(表1和表2)[5]，將大量元素含量分為6級，中微量元素分5級。由表3可知，重新造林后，馬尾松林和荒地的土壤pH值比造林前有所提高，除2.5齡馬尾松林和荒地的0～20 cm層土壤pH值大于5.0以外，其他土壤pH值都處于4.0～5.0，屬酸性和強酸性土壤。

2.2 人工林對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)是林木生長營養(yǎng)的重要來源，影響著一系列的土壤物理、化學和生物性質(zhì)[6]。它具有改善土壤的物理性質(zhì)、提高土壤的保肥能力以及緩沖性等優(yōu)點。從表3可以看出，同齡馬尾松林和荒地都以0～20 cm土層的土壤有機質(zhì)含量高于20～40 cm土層，且0～20 cm層的土壤有機質(zhì)含量在10～30 g/kg，屬3級(中上)和2級(富)水平，20～40 cm層的土壤有機質(zhì)含量在20～40 g/kg，屬4級(中)和3級(中上)水平。造林4年后，同土層馬尾松和荒地土壤有機質(zhì)含量差異不明顯。

2.3 人工林對土壤全N、全P和全K的影響

從表3可知，同齡馬尾松林和荒地的0～20 cm層土壤全N和全P含量高于20～40 cm層，而土壤全K含量正好相反，即20～40 cm層的全K含量高于0～20 cm層。新造林4年后，土壤全N、全P、全K含量比種植前有所降低，但下降幅度不一。0～20 cm層土壤全N都大于1.0，其中最大全N含量是0～20 cm層2.5齡馬尾松，為1.62 g/kg，最低全N含量是20～40 cm層4.0齡荒地，為0.79 g/kg?？梢姡R尾松和荒地的全N含量大多屬3級(中上)水平。不同林齡馬尾松和荒地土壤全P含量都低于0.7 g/kg，屬5級（貧）和6級(極貧)水平，普遍較低。除造林前和0.5齡、1.5、4.0齡馬尾松的20～40 cm土壤全K含量大于10.0 g/kg以外，其他土壤都低于10.0 g/kg，可見，馬尾松和荒地的土壤全K含量大多屬5級(貧)水平。

表1 主要土壤養(yǎng)分分級標準Table 1 Classification standard of nutrient content in soils

表2 土壤中微量元素分級標準Table 2 Classification standard of microelement contents in soils

表3 不同時期馬尾松林下土壤養(yǎng)分Table 3 Soil nutrients under P. massoniana forest in different periods

2.4 人工林對土壤堿解N、有效P和速效K的影響

由表3可以看出，同齡馬尾松和荒地的0～20 cm層土壤堿解N、有效P和速效K含量明顯高于20～40 cm土層，且同齡同層土壤的馬尾松林低于荒地。各林分不同林齡的土壤堿解N含量普遍較高，屬中等偏上水平，而土壤有效P和速效K含量普遍很低，尤其是有效P含量，都屬5級(貧)和6級(極貧)水平。

2.5 人工林對土壤交換性Ca和交換性Mg的影響

從表3可以看出，同齡馬尾松和荒地的土壤交換性Ca、Mg含量都以0～20 cm土層高于20～40 cm土層。除2.5齡荒地的0～20 cm層土壤交換性Ca含量達到1級(極富)水平外，其他土壤的交換性Ca含量大部分屬4級(缺乏)和5級（極缺乏）水平，且造林4年后，土壤交換性Ca含量高于造林前。馬尾松林和荒地的土壤交換性Mg含量很低，屬5級(極缺乏)水平，且新造林4年后，土壤交換性Mg含量低于造林前。

2.6 人工林對土壤有效Cu、有效Zn和有效B的影響

由表3可知，同林齡各林分土壤的有效Cu、有效Zn和有效B含量都以0～20 cm高于20～40 cm土層。其中土壤有效Cu含量除種植前和0.5齡林分較高外，其他土壤有效Cu含量屬3級（中）水平，且4.0齡馬尾松和4.0齡荒地的土壤有效Cu含量明顯比造林前低。除造林前的20～40 cm層土壤和3.5齡馬尾松的20～40 cm層土壤有效Zn含量小于1.0 mg/kg外，其他土壤都大于1.0 mg/kg，達2級(富)或1級(極富)水平，且4.0齡馬尾松和4.0齡荒地的土壤有效Zn含量比造林前有所提高。不同林齡各林分的土壤有效B含量明顯處于4級（缺乏）和5級(極缺乏)水平。4.0齡馬尾松和4.0齡荒地的土壤有效B含量與造林前相比變化不大。

2.7 土壤肥力綜合評價

選擇土壤pH值、有機質(zhì)、全N、全P、全K、堿解N、有效P、速效K、交換性Ca、交換性Mg、有效Cu、有效Zn和有效B等養(yǎng)分指標作為綜合評價土壤肥力的標準。采用指標區(qū)間化方法對調(diào)查數(shù)據(jù)進行生成處理，處理后各指標均在[0～1]之間變化(見表4)。選擇各測定養(yǎng)分指標的最高值作為參考點，組成參考數(shù)列，即：X0={1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1}[7-8]。按上述方法求得各對應點關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表6。

根據(jù)計算出的灰色關(guān)聯(lián)度，按照表5給出的土壤質(zhì)量分級[9]，進行不同林齡各林分不同土層的土壤質(zhì)量評價，灰色關(guān)聯(lián)度越大，表明其土壤綜合肥力越高。由表6可知，各林齡馬尾松和荒地的土壤肥力普遍很低，其水平高低排列順序是：0.5齡馬尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞2.5齡馬尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞2.5齡荒地[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞1.5齡馬尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞3.5齡荒地[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞0.5齡荒地[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0齡荒地[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞造林前=1.5齡荒地[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞4.0齡馬尾松[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞造林前[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞0.5齡馬尾松[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞2.5齡馬尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞3.5齡馬尾松[(0～20 cm)，Ⅳ（差）]＞1.5齡荒地[（20～40 cm）,Ⅳ（差）]＞0.5齡馬尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞2.5齡荒地[(20～40 cm)，Ⅳ(差)]＞1.5齡馬尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0齡荒地[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0齡馬尾松[(20～40 cm),Ⅴ（極差)]＞3.5齡馬尾松[(20～40 cm),Ⅴ(極差)]＞3.5齡荒地[(20～40 cm),Ⅴ(極差)]。

表4 土壤養(yǎng)分指標區(qū)間化結(jié)果Table 4 Interval results of soil nutrient indexes

從評價結(jié)果可以看出，0.5齡馬尾松0～20 cm層的關(guān)聯(lián)度最大，為0.676，3.5齡荒地20～40 cm層的關(guān)聯(lián)度最小，為0.376，說明0.5齡馬尾松0～20 cm層的土壤綜合肥力最高，3.5齡荒地20～40 cm層的土壤綜合肥力最差。其中，屬Ⅲ(一般)共4個，占22.73%；屬Ⅳ(差)共14個，占63.64%；屬Ⅴ(極差)共3個，占13.64%。整體看來，同齡林分下，0～20 cm層的關(guān)聯(lián)度高于20～40 cm層，表明0～20 cm層的土壤綜合肥力高于20～40 cm層。造林4年后，馬尾松林和荒地的20～40 cm層土壤綜合肥力明顯比造林前低，而0～20 cm層的土壤綜合肥力變化不大，說明造林4年后，20～40 cm層的地力表現(xiàn)出嚴重衰退現(xiàn)象。同時4.0齡馬尾松的土壤綜合肥力低于4.0齡荒地，這可能是土壤養(yǎng)分供應馬尾松生長，使土壤養(yǎng)分減少較多。

表5 土壤肥力灰色關(guān)聯(lián)度評價標準Table 5 Evaluation standard for soil fertility based on grey correlative degree

表6 土壤養(yǎng)分含量關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度及綜合評價Table 6 Correlation coefficients, correlation degrees and comprehensive evaluation of soil nutrient contents

3 討 論

(1)灰色關(guān)聯(lián)分析與傳統(tǒng)的方差分析方法相比，使眾多因素處于同一系統(tǒng)中，具有計算量小、簡便直觀、信息量大、分析結(jié)果可靠等優(yōu)點，是多因素決策分析的一種簡便有效的實用方法，也是較科學、合理、綜合性強的分析方法，此分析方法已經(jīng)廣泛應用于土壤綜合肥力的評價研究[10-16]。

(2)土壤肥力是多因素的耦合，只有在土壤肥力綜合評價上考慮的因素指標多一點，才能更全面準確反映區(qū)域林地土壤質(zhì)量，正確評價土壤肥缺水平。本文所選的分析指標只能代表馬尾松林和荒地大部分養(yǎng)分的變化情況，并不能完全體現(xiàn)。

4 結(jié) 論

(1)通過種植馬尾松和留存荒地處理4年后，土壤堿解N、有效P、速效K、交換性Ca和有效Zn有一定的增加，全N、全P、全K、交換性Mg和有效Cu有所減少，土壤pH值有所改善。馬尾松和荒地的0～20 cm層土壤有機質(zhì)和有效B有所減少，而20～40 cm層的土壤有機質(zhì)和有效B有所提高。

(2)灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，不同林齡馬尾松和荒地的土壤綜合肥力普遍較差。造林4年后，同土層馬尾松林的土壤綜合肥力低于荒地。除4.0齡荒地0～20 cm層的土壤綜合肥力基本無變化外，其他4.0齡馬尾松和荒地土壤綜合肥力都有所退化，而以4.0齡馬尾松20～40 cm層的土壤肥力退化最嚴重。

(3)通過本試驗研究可知，廣西環(huán)江縣馬尾松人工林地土壤養(yǎng)分極度貧乏，應通過整地和適當配方施肥，改善土壤的物理性狀，增加土壤的通透性和增強某些土壤微生物的活性，能夠加快林地枯枝落葉的分解，從而改善土壤綜合肥力，促進馬尾松生長。同時應確保枯枝落葉留在林內(nèi)，避免被當?shù)厝罕娛占鸬狡胶馊斯ち稚鷳B(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分和防止地力衰退的作用。

[1] 劉文飛,樊后保,謝友森,等.閩西北馬尾松人工林營養(yǎng)元素的積累與分配格局[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(2)：708-712.

[2] 舒文波,楊章旗,蘭 富.施肥對馬尾松中齡林生長量和產(chǎn)脂的影響[J].福建林學院學報,2009,29( 2)：97-102.

[3] 蒙春江,盧陸峰,賈 婕.環(huán)江縣華山林場多樹種造林試驗[J].廣西林業(yè)科學 ,2012,41(1)：48-52.

[4] 中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準.LY/T1999.森林土壤分析方法[S].北京：中國林業(yè)出版社,1999.

[5] 全國土壤普查辦公室.中國土壤普查技術(shù)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社 ,1992：111-112.

[6] 馬姜明,李 昆.元謀干熱河谷人工林的土壤養(yǎng)分效應及其評價[J].林業(yè)科學研究, 2006,19(4)： 467-471.

[7] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].武漢：華中理工大學出版社,1987.

[8] 蔣云東,何 蓉,陳 娟.灰色關(guān)聯(lián)分析在杉木人工林土壤肥力研究中的應用[J].云南林業(yè)科技,1998,(2)：34-38.

[9] 韓春建,梁朝信,吳克寧,等.基于GIS技術(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度法土壤肥力綜合評價[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2008,24(1)：53-56.

[10] 李躍林,李志輝,李志安,等.桉樹人工林地土壤肥力灰色關(guān)聯(lián)分析[J].土壤與環(huán)境,2001,10(3)：198-200.

[11] 李月芬,湯 潔,林年豐,等.灰色關(guān)聯(lián)度法在草原土壤質(zhì)量評價中的應用[J].吉林農(nóng)業(yè)大學學報,2003,25(5)：551-556.

[12] 林培松,尚志海.韓江流域典型區(qū)主要森林類型土壤肥力的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2009,25(3)：55-58.

[13] 劉 京,常慶瑞,陳 濤,等.黃土高原南緣土石山區(qū)耕地地力評價研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2010,18(2)： 229-234.

[14] 馬建軍,李青豐,張樹禮.灰色關(guān)聯(lián)分析在黑岱溝露天煤礦土壤質(zhì)量評價中的應用[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(7)： 125-129.

[15] 涂 佳,歐陽昶,吳建平,等.金銀花氨基酸有機無機專用肥的增產(chǎn)示范研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(12)：191-194.

[16] 童方平,劉振華,吳際友,等.濕地松半同胞家系磷素利用效率的研究[J].中南林業(yè)科技大學學報,2012,32(12)：154-157.

Comprehensive evaluation on soil fertility variations in Pinus massoniana young plantation

QIN Qi-yun1,2,3, CAO Ji-zhao1,2,3, LI Jun4, HUANG Kai-yong1,2,3, TANG Jian1,2,3
(1.Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China ; 2. Key Lab.of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Nanning 530002, Guangxi, China; 3.Guangxi Key Lab. of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 4. Maonan Autonomous County Forest Farm of Huanjiang County, Huanjiang 547100, Guangxi, China)

The soil chemical characteristics of Pinus massoniana planted in the same land by cutting Eucalyptus forest and wasteland in Huanjiang county of Guangxi province were analyzed, the land’s soil fertility variations were evaluated. The results show that after P. massoniana substituted Eucalyptus, the content of alkaline solution N , effective P, available K, exchangeable Ca and effective Zn in forest soil of 4-year-old P. massoniana stand and wasteland increased, the pH value was also raised compared to the previous, however,total N, total P, total K, exchangeable Mg and effective Cu decreased; the contents of organic matter and effective B decreased in 0～20 cm soil layer, but that of in 20～40cm soil layer increased; the soil integrated fertility was general poor in different age-grades P.massoniana forests and wasteland; after 4 years growth, soil integrated fertility of same soil layer of P. massoniana was lower than wasteland; except the soil integrated fertility of 4 age wasteland was no any variation in 0～20cm soil layer, that of the other 4 age P.massoniana and wasteland degraded in various degrees, while the soil fertility in 4 age P. massoniana forest soil in 20～40 cm layer degenerated most seriously.

Pinus massoniana young plantation; soil fertility; grey correlation analysis

S791.248

A

1673-923X(2013)03-0064-06

2012-09-17

世界銀行貸款廣西綜合林業(yè)發(fā)展和保護項目監(jiān)測子項目“土壤肥力監(jiān)測”（JC3）

覃其云（1981-），男，廣西上林人，助理工程師，碩士，主要從事土壤肥力和植物營養(yǎng)生理研究工作；E-mail：yunling181520@163.com

[本文編校：吳 毅]