福建北部引種鄧恩桉對(duì)土壤綜合肥力的影響

毛昌華

(福建省南平市建陽區(qū)林業(yè)局，福建 南平 350784)

福建北部引種鄧恩桉對(duì)土壤綜合肥力的影響

毛昌華

(福建省南平市建陽區(qū)林業(yè)局，福建 南平 350784)

為研究在福建北部高緯度區(qū)引種鄧恩桉對(duì)土壤綜合肥力的影響，以閩北建陽市引種的鄧恩桉為研究對(duì)象，比較了由土壤養(yǎng)分各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析所得的土壤綜合肥力值，結(jié)果表明：鄧恩桉人工林土壤綜合肥力指標(biāo)值為0.669，土壤肥力等級(jí)為第Ⅱ級(jí)，土壤肥力狀況良好；杉木人工林和馬尾松人工林土壤綜合肥力值分別為0.511和0.406，土壤肥力等級(jí)均處于第Ⅲ級(jí)，土壤肥力狀況一般。此外，鄧恩桉人工林相對(duì)于造林前其土壤綜合肥力值顯著上升。

高緯度區(qū)；鄧恩桉；土壤綜合肥力

土壤肥力是生產(chǎn)力的基礎(chǔ)[1]，亦是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要基礎(chǔ)，從營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件考慮，土壤肥力成為其供應(yīng)并協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)繁殖的能力。長(zhǎng)期以來，人們常以土壤理化性質(zhì)來衡量土壤肥力的高低，這很難從綜合水平上評(píng)價(jià)土壤肥力，因土壤肥力是土壤多種性質(zhì)的綜合反映，在分析土壤肥力時(shí)須把土壤看成一個(gè)完整的整體[2]。

鄧恩桉(Eucalyptus dunnii)在分類上屬桃金娘科桉樹屬的雙蒴蓋亞屬(subgenus Synphyomyrtus)、藍(lán)桉組(section Maidenaria)多枝桉系(series Viminales)，形態(tài)特征類似柳桉(E.saligna)、巨桉(E.grandis)[3]。鄧恩桉樹體中等偏大，樹干通直，分枝大而濃密，成熟植株樹高可達(dá)50 m，枝下高一般在30 ~ 35 m之間，氣干木材密度約800 kg·m?3。其木材心材呈淡棕紅色，邊材的顏色和心材差異不明顯。木質(zhì)粗細(xì)中等而均勻，紋理直，纖維性能好，制漿得率高，是優(yōu)良的漿紙材樹種之一，現(xiàn)為我國(guó)南方地區(qū)工業(yè)原料林基地較常用的造林樹種之一[4-6]。

為探討在福建北部高緯度區(qū)引種鄧恩桉對(duì)土壤綜合肥力的影響，本文以建陽市鄧恩桉為研究對(duì)象，根據(jù)土壤各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)建立對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)而得出土壤綜合肥力的綜合評(píng)價(jià)方法，以此對(duì)土壤的肥力水平進(jìn)行評(píng)估。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與指標(biāo)選擇

研究區(qū)域?yàn)楦＝ń柺校瑢僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，夏長(zhǎng)秋短，秋冬多霧。年平均溫度18.1℃，絕對(duì)最低氣溫為?8.7℃[7]。試驗(yàn)林分位于建陽市徐市鎮(zhèn)回瑤村103林班08大班050小班和宸前村116林班06大班090小班與03大班030小班，其中回瑤村050小班主要林分為鄧恩桉純林和鄧恩桉—杉木(Cunninghamia lanceolata)混交林、宸前村090小班為杉木純林、宸前村030小班為馬尾松(Pinus massoniana)純林，各林分立地因子見表1。對(duì)鄧恩桉的撫育技術(shù)措施為：造林前為杉木林分，2004年春季進(jìn)行全面劈草、煉山、清雜，株行距2 m × 3 m，挖明穴，穴規(guī)格40 cm × 30 cm × 30 cm，初植密度為1650株·hm-2。2004年7月進(jìn)行造林，造林前穴內(nèi)施鈣鎂磷基肥0.25 kg后回表土，鄧恩桉苗高為10 ~ 16 cm的容器苗，造林時(shí)苗木營(yíng)養(yǎng)袋土用趨避劑浸濕，以防止白蟻，驅(qū)避劑不能沾到苗木葉子，栽植苗木的穴面周圍撒25 g呋喃丹，防止地老虎、鼠害、野兔破壞。當(dāng)年9月全面鋤草1次，鋤草結(jié)束后，在苗木上方挖月牙型溝，施某品種桉樹專用肥0.25 kg，肥料入溝后復(fù)土，11月份進(jìn)行第二次全面鋤草撫育，第二、第三年撫育措施與第一年相同。

表1 各樣地立地因子

在4個(gè)不同試驗(yàn)林分內(nèi)各設(shè)置5個(gè)樣地，共設(shè)20個(gè)樣地，在設(shè)置好的20 m × 20 m的各個(gè)樣地內(nèi)，每個(gè)樣地選取有代表性的3株樹，在每株樹下距離樹根約30 cm處取相對(duì)稱的兩個(gè)土壤剖面，并對(duì)剖面進(jìn)行分層取樣，分別取0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm處土樣，去除須根后分別裝入標(biāo)記好的自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后將同一樣地同一土層的土壤混合均勻后用于土壤化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，同時(shí)對(duì)每個(gè)土壤剖面用環(huán)刀取樣并標(biāo)記，用于土壤物理性質(zhì)的測(cè)定。測(cè)定時(shí)每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3次，取平均值。根據(jù)研究目的和土壤對(duì)林木的影響[8]，選取并測(cè)定了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、含水量、孔隙度、容重10個(gè)指標(biāo)?？紤]到土壤中元素和土壤肥力的關(guān)系，選取較多的土壤元素來表現(xiàn)土壤肥力，因此選擇了大量元素和微量元素來綜合分析土壤肥力。

1.2 土壤綜合肥力評(píng)價(jià)方法

國(guó)內(nèi)專家學(xué)者對(duì)土壤綜合肥力也做了不少研究，提出了評(píng)價(jià)土壤綜合肥力的一些方法[9-10]，對(duì)土壤綜合肥力數(shù)值化也有相關(guān)研究[11-13]。但對(duì)土壤綜合肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇、各指標(biāo)權(quán)重的確定并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，得出的結(jié)論具有主觀性、隨意性[14]。

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的處理

每項(xiàng)土壤元素值對(duì)土壤肥力影響不同，且測(cè)定值的單位也不相同，因此在計(jì)算土壤綜合肥力時(shí)不能將各項(xiàng)指標(biāo)值簡(jiǎn)單相加，必須經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理，其方法為：給土壤各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)建立對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)，求出隸屬度值，以此代表土壤肥力各指標(biāo)值。因土壤各營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)林木影響均呈“S”型，故隸屬度函數(shù)采用“S”型曲線所代表的函數(shù)來表示(圖1)[15]。

圖1 S型曲線的折線型

相對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)為：

根據(jù)張華等[16]研究，不同土壤肥力指標(biāo)對(duì)不同樹種和不同土壤影響有所不同。根據(jù)本文研究對(duì)象，可確定曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值(表2)。據(jù)此所計(jì)算出的各項(xiàng)肥力指標(biāo)隸屬度值范圍波動(dòng)在0.1 ~ 1.0，該值反映出各項(xiàng)肥力的隸屬程度，具體表現(xiàn)為：最大值1.0指示土壤肥力為最良好狀態(tài)，且完全適宜作物的生長(zhǎng)繁殖，最小值0.1則指示土壤肥力嚴(yán)重缺乏，而各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)間的量綱差異由此消除。

表2 S型隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)取值

1.2.2 單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)各項(xiàng)肥力因素(指標(biāo))對(duì)影響土壤整體肥力作用的不同影響(即各指標(biāo)對(duì)土壤肥力的貢獻(xiàn)大小不一致)，賦予各項(xiàng)指標(biāo)一定的權(quán)重值。而土壤肥力綜合評(píng)價(jià)中的一個(gè)關(guān)鍵問題在于權(quán)重系數(shù)的確定，為避免人為主觀因素帶來的精度影響，應(yīng)根據(jù)土壤肥力自身的內(nèi)在聯(lián)系作出相應(yīng)的選擇。土壤肥力各要素也是相互作用并相互影響著，它們之間所存在某種協(xié)同友好關(guān)系，使其在土壤中結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)整體，肥力要素中任意兩因子之間的關(guān)聯(lián)性必將隨著到其他因素變化的而發(fā)生相應(yīng)的改變，故要分別研究各個(gè)因子之間的相關(guān)關(guān)系，則須固定甚至排除其他因素帶來的影響由此求得每一因子對(duì)土壤肥

力實(shí)際貢獻(xiàn)率的大小，同時(shí)這也是凈相關(guān)(或偏相關(guān)、純相關(guān))分析所要解決的關(guān)鍵所在。因此在土壤肥力研究方面，各單項(xiàng)肥力指標(biāo)權(quán)重系數(shù)均可由其自身的凈相關(guān)系數(shù)來確定，具體計(jì)算程序如下：①求得單項(xiàng)肥力指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，并建立各項(xiàng)肥力指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣R；②根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣求出其逆矩陣R-1；③根據(jù)逆矩陣中的相關(guān)元素值測(cè)算偏相關(guān)系數(shù)rij；④計(jì)算各個(gè)因子與其他因子之間偏相關(guān)系數(shù)的平均值(Ri)，該均值占整體肥力指標(biāo)偏相關(guān)系數(shù)平均值之和(∑Ri)所轉(zhuǎn)化成的百分率為該單項(xiàng)肥力指標(biāo)所表征土壤肥力中的自身貢獻(xiàn)率，同理可得出各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重值(Wi)。

1.2.3 土壤綜合肥力的計(jì)算

在相互交叉的同類指標(biāo)中運(yùn)用加乘法則進(jìn)行加法合成，由此計(jì)算出土壤肥力的綜合性指標(biāo)值IFI(Integrated Fertility Index)。計(jì)算公式為[17]：

式中，Wi和Ni分別表示第i種養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)與隸屬度值f(x)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用word 2007和excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)，用SPSS13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分造林前后土壤肥力因子變化

由表3可知，在鄧恩桉林分中，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、容重含量在造林后均有所增加，其他含量有所下降；在鄧恩桉—杉木混交林中，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、全鉀、速效鉀、含水量、容重在造林后有所增加，其他含量略有下降；在杉木林分中，土壤全磷、有效磷、速效鉀、容重略有上升，有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全鉀、含水量、孔隙度有所下降；在馬尾松林分中，只有土壤容重有所上升，其他含量均有所下降。

表3 不同林分造林前后土壤肥力因子

2.2 不同林分造林前后土壤綜合肥力

利用土壤各肥力因子間的相關(guān)性系數(shù)可計(jì)算出土壤中各肥力因子的權(quán)重值(表4)，由于土壤容重與其他肥力因子相關(guān)性系數(shù)不顯著，故在計(jì)算權(quán)重值時(shí)未把土壤容重計(jì)算在內(nèi)。然后再應(yīng)用隸屬度函數(shù)計(jì)算各指標(biāo)隸屬度值，對(duì)各指標(biāo)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，使其指標(biāo)值在0.1 ~ 1.0之間，因此最終得出的綜合性指標(biāo)值亦波動(dòng)于0.1 ~ 1.0之間。按一定標(biāo)準(zhǔn)將計(jì)算出的土壤肥力綜合指標(biāo)值IFI劃分土壤肥力等級(jí)[18]。本研究中根據(jù)研究地區(qū)的具體概況，可將土壤肥力綜合指標(biāo)劃分5個(gè)等級(jí)，即第Ⅰ級(jí)，土壤肥力綜合指標(biāo)值IFI為[0.8，1.0]，表征土壤肥力最高；第Ⅱ級(jí)，IFI為[0.6，0.8]，表征土壤肥力較高；第Ⅲ級(jí)，IFI為[0.4，0.6]，表征土壤肥力一般；第Ⅳ級(jí)，IFI為[0.2，0.4]，表征土壤肥力較低；表征土壤肥力最低的第Ⅴ級(jí)，其IFI在[0，0.2]之間。根據(jù)不同林分造林前后各土壤肥力因子平均值(表3)，再結(jié)合隸屬度函數(shù)，即可得出不同林分造林前后各土壤肥力因子隸屬度值(表5)。

表4 不同林分土壤各肥力因子權(quán)重值

表5 不同林分造林前后土壤肥力因子隸屬度值

根據(jù)計(jì)算造林前后鄧恩桉人工林、鄧恩桉—杉木混交林、杉木人工林、馬尾松人工林土壤綜合肥力指標(biāo)(表6)。從表中可以看出，鄧恩桉人工林土壤綜合肥力指標(biāo)處于第Ⅱ級(jí)，和造林前相比增長(zhǎng)11.13%，F(xiàn)=10.74>4.76，差異顯著；鄧恩桉—杉木混交林土壤綜合肥力處于第Ⅰ級(jí)，比造林前的第Ⅱ級(jí)增長(zhǎng)12.30%，F(xiàn)=91.60>5.14，差異極顯著；杉木人工林土壤綜合肥力和造林前相比變化不大，都處于第Ⅲ級(jí)；馬尾松人工林和造林前相比土壤綜合肥力有所下降。本研究結(jié)果表明，營(yíng)造鄧恩桉和鄧恩桉混交林可有效提高土壤的綜合肥力。4種林分相比，鄧恩桉—杉木混交林IFI值最大，表示土壤肥力最高，鄧恩桉人工林IFI值次之，土壤肥力較高，杉木和馬尾松人工林IFI值較小，土壤肥力一般。4種林分土壤綜合肥力差異顯著，這主要是由造林后林分自身發(fā)展變化所導(dǎo)致，此外，造林前的肥力差異也是一部分原因。

表6 不同林分造林前后土壤綜合肥力比較

3 結(jié)論與討論

根據(jù)土壤綜合肥力分析方法，選擇了對(duì)林木生長(zhǎng)影響較大的土壤有機(jī)質(zhì)、含水量、孔隙度、容重、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀10個(gè)指標(biāo)來表示土壤的綜合肥力值。對(duì)這10個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理后，再根據(jù)建立的隸屬度函數(shù)確定各個(gè)指標(biāo)的隸屬度值，最終計(jì)算出土壤綜合肥力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，鄧恩桉人工林土壤綜合肥力指標(biāo)值為0.669，土壤肥力等級(jí)為第Ⅱ級(jí)，土壤肥力狀況良好；杉木人工林和馬尾松人工林土壤綜合肥力值分別為0.511和0.406，土壤肥力等級(jí)都處于第Ⅲ級(jí)，土壤肥力狀況一般；鄧恩桉—杉木混交林土壤綜合肥力值為0.849，土壤肥力等級(jí)為第Ⅰ級(jí)，土壤肥力狀況極好。在4種林分中，鄧恩桉人工林和鄧恩桉—杉木混交林相對(duì)于造林前土壤綜合肥力值均有顯著上升，這可能與鄧恩桉林分凋落物有關(guān)，說明營(yíng)造鄧恩桉或鄧恩桉和其他樹種的混交林可以提高土壤綜合肥力，對(duì)林木生長(zhǎng)有利。

在計(jì)算土壤綜合肥力時(shí)，指標(biāo)的選取會(huì)影響到最終綜合肥力值，不同的學(xué)者對(duì)指標(biāo)的選擇都不盡相同[19-20]，本文選取了土壤中含量較多的元素來作為評(píng)價(jià)土壤綜合肥力的指標(biāo)。對(duì)于土壤中的微量金屬元素如鐵、鎂、銅、鋁等，沒有選擇作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，原因是根據(jù)選擇樣地的土壤測(cè)定，土壤中的微量金屬元素含量極少，對(duì)林木生長(zhǎng)影響不及大量元素顯著。土壤各指標(biāo)隸屬度函數(shù)曲線折點(diǎn)值的選取直接影響土壤綜合肥力值，本文是根據(jù)土壤中各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行綜合分析后選取的折點(diǎn)值。

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Evaluation Research of Introduction Eucalyptus dunnii in Northern Fujian on Soil Comprehensive Fertility

MAO Chang-hua
(Jianyang Forestry Bureau, Nanping 350784, Fujian, China)

To research the soil comprehensive fertility effect of introduction Eucalyptus dunnii which distributed in northern high latitude areas of Fujian on standing forest, introduction Eucalyptus dunnii in Fujian, Jianyang was taken as the research object, then this comprehensive fertility value could be obtained by comprehensively analyzing each indicator of soil fertility. The result showed: Soil comprehensive fertility indicator of Eucalyptus dunnii plantation was 0.669 with subsection II level of soil fertility grade, so the soil fertility status was good. Then soil comprehensive fertility indicator of Cunninghamia lanceolata plantation and Pinus massoniana plantation which had a subsection III level of soil fertility grade were 0.511 and 0.406. Thus their soil fertility statuses were general. In addition, compared with afforestation before, soil comprehensive fertility value of Eucalyptus dunnii plantation had increased significantly.

high latitude areas; Eucalyptus dunnii; soil comprehensive fertility

S714.8

：A

福建省教育廳科學(xué)項(xiàng)目（JA05228）

毛昌華(1972― ),男，工程師，主要從事森林資源管理工作.E-mail:jyzyz@163.com