云南2-7年生直干桉人工林土壤物理性狀研究*

蔣云東,周云,闞忠明,許林紅,石忠強(qiáng),王一新,楊忠麗,李思廣

(1.云南省林業(yè)科學(xué)院,云南 昆明650201;2.富民縣林業(yè)局,云南富民650400)

桉樹 (Eucalyptus)生長迅速、經(jīng)營周期較短,并且單位面積內(nèi)出材率高,因此,其經(jīng)濟(jì)價值顯著[1]。滇中、滇南一帶的桉樹種植以直干桉 (Eucalyptus maidenii)居多。直干桉利用率高,其樹干可生產(chǎn)木材或造紙,梢頭可做活性炭,樹根可做根雕,樹皮能制栲膠,枝葉可蒸烤桉油。在云南許多地方甚至將直干桉樹下的枯枝落葉都收集,用于蒸油,因此直干桉經(jīng)營過程對其林下土壤肥力的消耗很大[2-3]。土壤物理性質(zhì)是評價土壤肥力和生態(tài)效益的重要指標(biāo),土壤物理性狀的好壞在很大程度上受制于土壤有機(jī)質(zhì)含量的多寡,由于直干桉幾乎全樹被利用,枝葉等有機(jī)物歸還土壤較少,所以,種植直干桉對土壤物理性質(zhì)的影響很大,值得認(rèn)真研究。國內(nèi)許多學(xué)者與此相關(guān)的報道有:謝直興等的桉樹人工林現(xiàn)狀及其可持續(xù)發(fā)展[4],徐柳斌等的滇西山地桉樹林土壤物理性質(zhì)研究[5],黃影霞等的馬尾松 (Pinu massonniana Lamb.)改植桉樹后對土壤物理性質(zhì)的影響[6],李東海等的桉樹人工林林下植被、地面覆蓋物與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系[7],呂祥濤的尾巨桉 (E.urophylla×E.grandis)人工林土壤物理性質(zhì)變化的研究[8]等。但是,直接全面系統(tǒng)針對直干桉土壤物理性狀的研究未見報道。本文以云南省昆明、曲靖、楚雄和紅河等州(市)種植的2-7年生直干桉林為研究對象,用環(huán)刀法測量其土壤容重、孔隙度等物理性狀[9],并采集土樣,在實驗室測量土壤黏粒含量 (方法采用GB/T50123-1999)[10],為直干桉人工林可持續(xù)經(jīng)營評價提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 直干桉林地基本情況

云南直干桉林地土壤為紅壤和紫色土,pH4.5-6。其主要土壤養(yǎng)分含量和直干桉生長量詳見表1。

表1 直干桉調(diào)查點(diǎn)的樹高、胸徑和0-40cm土層的土壤養(yǎng)分含量Tab.1 Tree height,DBH of E.maidenii plantations and soil nutrient contents within the soil layer of 0-40cm

云南省的直干桉種植密度為2 500-5 000株/hm2,穴狀整地40cm×40cm×40cm或撩壕整地60cm×40cm等,定植時間多在6-7月。一般底肥施農(nóng)家肥5-10kg/株,年追施尿素200-300g/株;或者底肥施復(fù)合肥600kg/hm2、鈣鎂磷肥750kg/hm2,年追施尿素150kg/hm2等,每年撫育1-2次。直干桉林下主要植物有:棠梨樹 (Pyrus calleryana Decne.)、厚皮香〔Ternstroemia gymnanthera(Wight et Arn.)〕、 黃鎖梅 (Rubus ellipticus Smith var.obcordatus Focke)、三顆針 (Berberis pruinosa Franch.)、野壩子 (Artemisia lavandulaefolia DC.)、鬼針草 (Bidens pilosa Linn.)、紫莖澤蘭 (Eupatorium adenophora Spreng.)、粘粘草(Cynoglossum wallichii var.glochidiatum)、白蒿 (Arteimiaisia sieuersiana Ehrhart ex Willd.)、犁頭筋 (Viola japonica var.stenopetala Franch.ex H.Boissieu.)、馬蹄金 (Dichondra repens Forst.)、酢漿草 (Oxalis corniculata L.)、鐵滿蕨 (Neottopteris nidus J.Sm.)、狼毒 (Stellera chamaejasme Linn.)、翻白葉 (Potentilla griffithii Hook.f.var.velutina Card.)、地桃花 (Urena lobata L.)、水錦樹 (Wendlandia cavaleriei Lévl.) 等。

1.2 直干桉林下土壤物理性質(zhì)調(diào)查方法

2017年1-3月對滇中、滇南桉樹種植區(qū)昆明、曲靖、楚雄和紅河等州 (市)的主要品種—直干桉開展了標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。共設(shè)置45塊20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地,其中2年生、3年生和4年生的直干桉林各5塊,5年生、6年生和7年生的直干桉林各10塊。調(diào)查內(nèi)容主要包括:地理位置 (經(jīng)緯度、海拔)、地形因子 (包括坡度、坡向、坡位)、林齡、品系、密度 (株行距),直干桉進(jìn)行每木檢尺 (調(diào)查內(nèi)容:樹高、胸徑、冠幅)。然后在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)依據(jù)土壤采樣規(guī)則挖3個土壤剖面做土壤調(diào)查,采用環(huán)刀法測定0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-100cm的土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、飽和持水量等指標(biāo)。并取0-40cm土層混合樣和40-100cm土層混合樣共計90個土樣,送檢測定黏土含量等。

黏土含量由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 (云南悅分環(huán)境檢測有限公司)測定,測定方法采用GB/T50123-1999。

2 結(jié)果與分析

2.1 直干桉各土層土壤物理性質(zhì)的測定結(jié)果

將云南2-7年生直干桉林下各土層土壤物理性質(zhì)的測定結(jié)果列入表2。

表2 2-7年生直干桉林下4個土層的土壤物理性質(zhì)Tab.2 Physical properties of soil from different profile layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

由表2可以看出,直干桉人工林的土壤容重大多在1.1-1.4g/cm3之間,土壤結(jié)構(gòu)較好。其土壤容重的平均取值區(qū)間為1.13-1.46g/cm3,其中0-20cm土層的土壤容重1.13-1.37g/cm3,平均1.25g/cm3;20-40cm土層土壤容重1.20-1.36g/cm3,平均1.31g/cm3;40-60cm土層土壤容重1.20-1.43g/cm3,平均1.33g/cm3;60-100cm土層土壤容重1.22-1.46g/cm3,平均1.36g/cm3。呈現(xiàn)出由上到下土壤容重逐漸增加的規(guī)律,60cm以下土層土壤容重部分超過1.4g/cm3,土壤結(jié)構(gòu)變差。

直干桉人工林的土壤總孔隙度,一般為45%-60%,為黏質(zhì)土。土壤總孔隙度的平均取值區(qū)間為45.01%-57.32%,其中0-20cm土層的土壤總孔隙度48.37%-57.32%,平均52.75%;20-40cm土層的土壤總孔隙度為48.62%-54.56%,平均50.72%;40-60cm土層的土壤總孔隙度為45.93%-54.80%,平均51.89%;60-100cm土層的土壤總孔隙度為45.01%-54.10%,平均48.84%。直干桉林下呈現(xiàn)出由上層到下層其土壤總孔隙度逐漸減少的規(guī)律。

直干桉人工林土壤毛管孔隙度的平均取值區(qū)間為42.90%-53.19%,其中0-20cm土層的土壤毛管孔隙度為42.90%-47.08%,平均45.44%;20-40cm土層的土壤毛管孔隙度為44.31%-51.70%,平均47.27%;40-60cm土層的土壤毛管孔隙度為42.98%-50.52%,平均47.36%;60-100cm土層的土壤毛管孔隙度為43.22%-51.99%,平均46.64%。除0-20cm土層的土壤毛管孔隙度較低外,其它3個土層基本相近。

直干桉人工林土壤飽和持水量的平均取值區(qū)間為44.24%-55.22%,其中0-20cm土層的土壤飽和持水量為44.24%-47.29%,平均48.11%;20-40cm土層的土壤飽和持水量為47.28%-54.59%,平均49.95%;40-60cm土層的土壤飽和持水量為45.20%-55.22%,平均50.26%;60-100cm土層的土壤飽和持水量為44.82%-54.57%,平均49.69%。除0-20cm土層的土壤飽和持水量較低外,其它3個土層變化不大。

直干桉人工林土壤黏粒含量平均取值區(qū)間為44.14%-59.60%,其中0-40cm土層的土壤黏粒含量44.14%-54.5%,平均48.67%;40-100cm土層的土壤黏粒含量為49.3%-59.60%,平均54.26%。

2.2 不同樹齡的土壤物理性狀

由圖1可見,直干桉林下各土層的土壤容重隨樹齡的增加均呈現(xiàn)先降后升的趨勢,但土壤結(jié)構(gòu)普遍較好,土壤容重一般在1.1-1.4g/cm3之間。2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤容重分別為2年生1.41-1.68g/cm3、3年生1.33-1.68g/cm3、4年生1.19-1.68g/cm3、5年生1.39-1.68g/cm3、6年生1.35-1.68g/cm3和7年生1.25g/cm3,其中土壤容重最低值0.82g/cm3,最高值1.68g/cm3。

圖1 2-7年生直干桉各土層的土壤容重Fig.1 Soil bulk densities of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

由圖2可見,直干桉各土層的土壤總孔隙度隨樹齡的增加均有先升后降再上升的趨勢,土壤總孔隙度一般在40%-60%之間,具有較好的通透性。2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤總孔隙度分別為2年生46.78%、3年生49.67%、4年生54.98%、5年生47.72%、6年生49.19%和7年生52.69%,其中土壤總孔隙度最高值69.03%,最低值36.79%。

圖2 2-7年生直干桉林下各土層的土壤總孔隙度Fig.2 Porosity of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

2-7年生直干桉林下各土層的土壤毛管孔隙度隨樹齡的增加均有先升后降再上升的趨勢,土壤毛管孔隙度一般在40%-60%之間,具有較好的通透性 (圖3)。2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤毛管孔隙度分別為2年生43.84%、3年生44.79%、4年生50.97%、5年生44.04%、6年生47.04%和7年生49.32%,其中土壤毛管孔隙度最高值63.14%,最低值25.57%。毛管孔隙是土壤水分貯存和水分運(yùn)動最強(qiáng)的地方,毛管孔隙的數(shù)量直接反映出土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等性狀。云南2-7年生直干桉其林地多為黏質(zhì)土,由圖3可以看出,其土壤毛管孔隙度較高,說明土壤細(xì)孔隙較多,持水性較強(qiáng)。

圖3 2-7年生直干桉林下各土層的土壤毛管孔隙度Fig.3 Capillary porosity of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

2-7后生直干桉林林下各土層的土壤飽和含水量隨樹齡的增加也有先升后降再上升的趨勢,平均土壤飽和含水量一般在44.24%-55.22%之間,具有較好的持水性 (圖4),但持水性過強(qiáng)的林地,會造成直干桉濕害。2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤飽和含水量分別為2年生45.29%、3年生50.98%、4年生53.56%、5年生46.21%、6年生49.83%和7年生51.36%,其中土壤飽和含水量最高值68.38%,最低值25.81%。

圖4 2-7年生直干桉各土層的土壤飽和含水量Fig.4 Saturated soil water contents of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

直干桉人工林2-7年生樹齡的林下平均土壤黏粒含量0-40cm土層分別為:2年生48.26%、3年生54.5%、4年生50.02%、5年生44.14%、6年生44.56%和7年生50.53%,其中土壤黏粒含量最高值70.8%,最低值21.0%;40-100cm土層分別為2年生54.32%、3年生55.84%、4年生51.72%、5年生49.3%、6年生54.79%和7年生59.6%,其中土壤黏粒含量最高值76.2%,最低值17.6%,黏粒含量普遍大于25%,質(zhì)地多為黏土,土壤容易板結(jié),干旱時堅硬。僅少數(shù)林地的黏粒含量17%-25%,為壤土。

圖5 2-7年生直干桉各土層的土壤黏粒含量Fig.5 Clay particle contents of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

3 結(jié)論

(1)云南2-7年生直干桉人工林林下的土壤容重大多在1.1-1.4g/cm3之間,土壤結(jié)構(gòu)普遍較好。直干桉林下呈現(xiàn)出由上到下土壤容重逐漸增加的規(guī)律,但60cm以下土層土壤容重部分超過1.4g/cm3,土壤結(jié)構(gòu)變差。此外,隨樹齡的增加土壤容重呈現(xiàn)先降后升的趨勢,2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤容重分別為:2年生1.41-1.68g/cm3、3年生 1.33-1.68g/cm3、4年生1.19-1.68g/cm3、 5年生1.39-1.68g/cm3、 6年生1.35-1.68g/cm3和7 年生1.25g/cm3。

(2)云南2-7年生直干桉人工林的土壤總孔隙度,一般在45%-60%,為黏質(zhì)土。呈現(xiàn)出由上到下土壤總孔隙度逐漸減少的規(guī)律,而且,隨樹齡的增加土壤總孔隙度有先升后降再上升的趨勢,2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤總孔隙度分別為:2年生46.78%、3年生49.67%、4年生54.98%、5年生47.72%、6年生49.19%和7年生52.69%。

(3)2-7年生直干桉林地土壤毛管孔隙度的平均取值區(qū)間為42.90%-53.19%,具有較好的持水性性,林下各土層的土壤毛管孔隙度隨樹齡的增加均有先升后降再上升的趨勢。2-7年生0-100cm土層的平均土壤毛管孔隙度分別為:2年生43.84%、3年生44.79%、4年生50.97%、5年生44.04%、6年生47.04%和7年生49.32%。

(4)2-7年生直干桉林林地土壤飽和持水量的平均取值區(qū)間為44.24%-55.22%,除0-20cm土層較低外,其它3層變化不大。各土層的土壤飽和含水量隨樹齡的增加也有先升后降再上升的趨勢,土壤飽和含水量一般在44.24%-55.22%%之間,具有較好的保水性,2-7年生直干桉林下0-100cm土層的平均土壤飽和含水量分別為:2年生45.29%、3年生50.98%、4年生53.56%、5年生46.21%、6年生49.83%和7年生51.36%。

(5)直干桉人工林的土壤黏粒含量平均取值區(qū)間為44.14%-59.60%。2-7年生直干桉林下的平均土壤黏粒含量0-40cm土層分別為:2年生48.26%、3年生54.5%、4年生50.02%、5年生44.14%、6年生44.56%和7年生50.53%;40-100cm土層分別為:2年生 54.32%、2年生55.84%、2年生51.72%、2年生49.3%、2年生54.79%和2年生59.6%。2-7年生直干桉人工林林下土壤黏粒含量普遍大于25%,質(zhì)地多為重黏土,土壤容易板結(jié),干旱時變得堅硬。