更新造林措施對(duì)桉樹(shù)采伐跡地土壤有機(jī)碳氮活性組分的影響

詹志麗

(莆田市涵江區(qū)自然資源局，福建 莆田 351111)

森林土壤碳氮循環(huán)是重要的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程之一[1]。不同的土壤碳氮組分對(duì)土壤碳氮循環(huán)和轉(zhuǎn)化過(guò)程有不同的調(diào)節(jié)作用。大多數(shù)學(xué)者普遍認(rèn)為，土壤碳氮組分依據(jù)分解難易程度和對(duì)植物有效性大小，分為活性碳氮、穩(wěn)態(tài)碳氮和難分解碳氮。活性碳氮組分包括可溶性有機(jī)碳氮、微生物量碳氮、輕組有機(jī)碳氮等。該組分周轉(zhuǎn)周期短，對(duì)植物的生長(zhǎng)和群落生產(chǎn)力的影響最直接，同時(shí)也可以作為反映土壤質(zhì)量和環(huán)境變化的重要指標(biāo)[2]。

桉樹(shù)是桃金娘科桉屬樹(shù)種的統(tǒng)稱，被譽(yù)為世界四大速生樹(shù)種之一。作為速生纖維、實(shí)木加工短周期工業(yè)原料林，桉樹(shù)人工林建設(shè)在水熱條件較好的福建南部地區(qū)發(fā)展迅速，但也引起了一些環(huán)境問(wèn)題。2011年10月7日，福建省政府辦公廳發(fā)布《關(guān)于限制桉樹(shù)人工林發(fā)展的通知》(閩政辦〔2010〕152號(hào))，明令限制在水源地等重要生態(tài)區(qū)域種植桉樹(shù)，此后幾年又陸續(xù)出臺(tái)各種政策支持利用闊葉樹(shù)種改造桉樹(shù)林。目前，有關(guān)研究主要集中在林下植被物種多樣性[3]、生物量和生產(chǎn)力[4]和土壤理化性質(zhì)[5]等方面，而關(guān)于土壤有機(jī)碳氮活性組分的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究以莆田市涵江區(qū)桉樹(shù)林分改造地塊為研究對(duì)象，分析了主要更替樹(shù)種的生長(zhǎng)情況、土壤理化性質(zhì)及土壤可溶性有機(jī)碳氮、微生物量碳氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等特征，以期分析不同改造樹(shù)種的適應(yīng)情況及土壤碳氮循環(huán)的響應(yīng)，為樹(shù)種篩選及改造技術(shù)模式的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于莆田市涵江區(qū)梧塘鎮(zhèn)松東村，地理位置119°02′43″ E，25°34′05″ N。項(xiàng)目區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，暖熱濕潤(rùn)，多年平均氣溫20.3 ℃，1月最冷，平均氣溫11.3℃，7月最熱，平均氣溫28.6 ℃，年日照1 977 h，多年平均降雨量1 500 mm，4—9月為雨季，約占全年降雨量的80%。海拔高度150～200 m，坡度15～18°，土壤類型為紅壤，立地質(zhì)量Ⅲ級(jí)。林下常見(jiàn)植物包括鹽膚木(Rhuschinensis)、梅葉冬青(Ilexasprella)、山烏桕(Sapiumdiscolor)、懸鉤子(Rubuscorchorifolius)、千金藤(Stephaniajaponica)、火炭母(Polygonumchinense)、菝葜(Smilaxchina)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、雀稗(Paspalumorbiculare)等。

1.2 研究方法

研究選擇的巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林為2005年造林，保留密度1 200株hm-2，將林木皆伐后重新造林。采伐作業(yè)于2015年12月底前全部完成。新造林設(shè)計(jì)了3種模式，選用杜英(Elaeocarpusdecipiens)、楓香(Liquidambarformosana)、天竺桂(Micheliamacclurei)與馬占相思(Acaciamangium)1∶株間混交(分別記為模式一、模式二、模式三)，每畝80株。天竺桂、楓香、杜英均選用多年生袋苗，采用胸徑≥3 cm、苗高≥2.0 m、冠幅≥50 cm、三級(jí)分叉、枝干健壯、形態(tài)優(yōu)美的全冠容器大苗；馬占相思采用2年生袋苗，地徑≥1.2 cm，苗高≥100 cm。造林前，沿等高線帶狀整地，包括清除種植穴(帶)周圍的塊石、碎石及非培育目的植物，挖凈茅草頭，將剩余物整齊堆放在種植穴下方；劈除桉樹(shù)萌芽條，并將伐樁剝皮后用黑色聚乙烯薄膜袋套住，并覆土壓實(shí)。造林后連續(xù)撫育3年，包括補(bǔ)植、伐除桉樹(shù)萌芽條等。劈雜產(chǎn)生的廢棄物平鋪在種植穴下方。造林施工于2016年5月前完成，12月底前對(duì)當(dāng)年成活率進(jìn)行調(diào)查。

2019年9月，在每種改造模式林分內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的樣地，調(diào)查每個(gè)造林樹(shù)種的樹(shù)高、胸徑、冠幅等；沿對(duì)角線等距布設(shè)6～8個(gè)取樣點(diǎn)，利用土鉆獲取0～20 cm土壤并混合均勻，按四分法取樣，一份放入置有生物冰袋的便攜式保溫箱，用于土壤可溶性有機(jī)碳氮(DOC、DON)、土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)的測(cè)定，另一份風(fēng)干后測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。對(duì)照組(模式四)選擇臨近小班，同為2005年造林，未改造，坡度、坡向、海拔高度等均相近。

1.3 樣品分析方法

土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法處理，MBC利用TOC-VCPH/CPN 分析儀(Shimadzu，Japan)測(cè)定，MBN采用SmartChem200全自動(dòng)分析儀(Alliance，F(xiàn)rance)測(cè)定，轉(zhuǎn)換系數(shù)MBC=EC/0.45，MBN=EN/0.54。可溶性有機(jī)碳、氮(DOC、DON)采用2 molL-1氯化鉀浸提法處理，DOC采用TOC-VCPH/CPN 分析儀(Shimadzu，Japan)測(cè)定，DON、NO3—-N、NH4+-N利用SmartChem 200全自動(dòng)分析儀(Alliance，F(xiàn)rance)測(cè)定。土壤有機(jī)碳、氮(STC、STN)利用碳氮元素分析儀(Vario EL Ⅲ，ElementarAnalysensysteme GmbH，Hanau，Germany)測(cè)定，土壤全磷、全鉀(STP、STK)利用HNO3在GHZ-8/10/12/16型高通量智能微波消解儀(國(guó)產(chǎn))酸解后，用SmartChem200全自動(dòng)分析儀(Alliance，F(xiàn)rance)測(cè)定全磷(STP)，用火焰光度計(jì)測(cè)全鉀(STK)，土壤速效磷(SAP)和速效鉀(SAK)的測(cè)定方法參照中國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T 1228～1237)。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

利用SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鄧肯多重比較，利用Origin 9.5作圖，利用Excel 2010整理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同更新樹(shù)種的生長(zhǎng)量調(diào)查

樹(shù)高、胸(地)徑、冠幅生長(zhǎng)量是衡量造林樹(shù)種適應(yīng)性、抗逆性的主要指標(biāo)。

表1 不同改造樹(shù)種林分特征調(diào)查表

注：“±”表示標(biāo)準(zhǔn)差。

從調(diào)查結(jié)果(表1)上看，4個(gè)造林樹(shù)種當(dāng)年造林成活率均達(dá)到90%以上，其中天竺桂、馬占相思達(dá)到95%；3年后保存率均達(dá)到95%以上，說(shuō)明所選的4個(gè)樹(shù)種均能較好的適應(yīng)涵江區(qū)氣候、土壤等立地條件。從地徑生長(zhǎng)量上看，天竺桂生長(zhǎng)最快，年均生長(zhǎng)量達(dá)到1.3 cma-1，其次為杜英，達(dá)到0.83 cma-1；從樹(shù)高生長(zhǎng)量上看，天竺桂最快，達(dá)到1.0 ma-1，其次為杜英，達(dá)到0.67 ma-1；冠幅生長(zhǎng)量也有相似規(guī)律。馬占相思生長(zhǎng)量也較明顯，地徑增長(zhǎng)了2.3 cm，平均達(dá)到了0.77 cma-1，樹(shù)高年均生長(zhǎng)量0.77 ma-1。

2.2 不同更新造林模式土壤理化性質(zhì)的差異

表2 不同更新造林模式表層(0～20 cm)土壤理化性質(zhì)

注：“±”表示標(biāo)準(zhǔn)差。

選擇了土壤含水量、容重、pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀等指標(biāo)分析，詳見(jiàn)表2。從結(jié)果上看，采伐跡地造林一定程度上改變了土壤的基本理化性質(zhì)。其中，土壤含水量差異不大；從土壤容重上看來(lái)，3種模式的土壤容重均有所下降；從土壤的有效養(yǎng)分上看，三種造林模式土壤的有機(jī)質(zhì)含量、全效及速效養(yǎng)分含量均有一定程度的提高。

2.3 不同更新造林模式土壤活性碳氮組分含量

選擇了土壤可溶性有機(jī)碳、氮、土壤微生物量碳、氮、微生物量碳氮比、土壤硝態(tài)氮、土壤銨態(tài)氮、土壤碳氮比8個(gè)因子進(jìn)行分析。由圖3可知，模式三(天竺桂×馬占相思)的土壤可溶性有機(jī)碳、氮含量和氨態(tài)氮含量顯著高于其他各模式，模式一和模式二差異不顯著；各模式土壤微生物量碳、氮含量及碳氮比總體差異不明顯；對(duì)照組的土壤硝態(tài)氮?jiǎng)t顯著高于其他造林模式，銨態(tài)氮含量顯著低于各改造模式，說(shuō)明林分改造可能有助于提高土壤銨態(tài)氮含量，降低硝態(tài)氮含量，提高土壤氮素的有效性。

圖2不同更新造林模式土壤活性碳氮組分含量

3 討論

適應(yīng)性評(píng)價(jià)是衡量造林成效的主要手段，也是篩選適宜造林樹(shù)種的主要方式之一，有助于在當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下發(fā)揮森林植被的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。試驗(yàn)篩選的4個(gè)造林樹(shù)種均為莆田地區(qū)常見(jiàn)種，生長(zhǎng)速度較快，適應(yīng)性較強(qiáng)。從造林3年的調(diào)查結(jié)果上來(lái)看，天竺桂、馬占相思的樹(shù)高、地徑、冠幅生長(zhǎng)速率均較快，成活率和保存率均較高，還將深入持續(xù)研究各樹(shù)種的后期生長(zhǎng)狀況，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

研究地塊原為桉樹(shù)林分，防止桉樹(shù)伐根萌芽快速生長(zhǎng)對(duì)新植苗木的生長(zhǎng)至關(guān)重要。造林時(shí)采用伐樁剝皮、黑色薄膜覆蓋并覆土壓實(shí)的方法，一定程度上抑制了桉樹(shù)的萌芽，但在撫育過(guò)程中仍需對(duì)個(gè)別萌芽條進(jìn)行伐除。撫育產(chǎn)物平鋪在種植穴下方，以起到固土、蓄水保肥的作用。不同森林類型由于地上凋落物的生物量及分解速率、細(xì)根分布及周轉(zhuǎn)等存在差異，養(yǎng)分的重吸收也不同，會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生不同影響，進(jìn)而影響土壤肥力及其生產(chǎn)力[6]。其中，森林凋落物分解是森林植被養(yǎng)分輸入的主要途徑，占森林營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求的80%。從土壤物理性質(zhì)上看，改造地塊土壤含水量并未較對(duì)照明顯下降，土壤容重也有所改善，可能與撫育產(chǎn)物條平鋪在造林地塊，增加了凋落物歸還量，涵養(yǎng)水源能力顯著提高有關(guān)。新造樹(shù)種凋落物增加了凋落物的種類，也一定程度上提高了凋落物的分解速率。但由于時(shí)間較短，造林樹(shù)種尚處在快速生長(zhǎng)期，后期將進(jìn)一步對(duì)凋落物的分解特征、生物量等進(jìn)行深入研究。另外，林分改造必然引起林下生物多樣性的改變，后期也將進(jìn)行深入研究[3]。

4 小結(jié)

4.1 在桉樹(shù)林分改造過(guò)程中選擇的天竺桂、楓香、杜英、馬占相思均能較好適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。改造過(guò)程中應(yīng)重視桉樹(shù)萌芽條處理，劈雜產(chǎn)生的廢棄物平鋪在種植穴下方可起到固土、保肥的作用，有助于土壤理化性質(zhì)的持續(xù)改善。