練金生,高艷芳,謝威,丁佩,3,鄭曉鐘,殷祚云
廣東不同林齡桉樹(shù)人工林土壤肥力比較研究
練金生,高艷芳,謝威,丁佩,鄭曉鐘,殷祚云
(1. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園藝園林學(xué)院,廣東 廣州 510225;2. 白云園林建設(shè)工程有限公司,廣東 廣州 510000;3. 北京字節(jié)跳動(dòng)科技有限公司,廣東 廣州 510000)
為探討目前桉樹(shù)林經(jīng)營(yíng)對(duì)土壤肥力的影響以便采取相應(yīng)對(duì)策,測(cè)定了廣東肇慶1、3和5年生尾葉桉林的土壤理化性質(zhì)。結(jié)果表明:隨著林齡增長(zhǎng),土壤含水率下降,土壤容重增大,孔隙度減?。煌寥烙袡C(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為隨林齡的增加而顯著下降,均隨土層深度的增加而減少(全鉀除外),全鉀含量隨土層增加而增加;根據(jù)土壤主要養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得出土壤綜合肥力為:1 a>3 a>5 a。桉樹(shù)人工林撫育管理中,均衡施肥,維持土壤肥力,以實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。
桉樹(shù);林齡;土壤養(yǎng)分;相關(guān)分析;森林經(jīng)營(yíng)
我國(guó)于1998年實(shí)施天然林保護(hù)計(jì)劃,嚴(yán)格禁止了天然林的商業(yè)采伐。此項(xiàng)計(jì)劃使木材生產(chǎn)中心逐步由華北國(guó)有天然林向南方人工林轉(zhuǎn)變。至2015年,我國(guó)已有人工林7 890萬(wàn)hm,占世界人工林總面積的28.4%,占中國(guó)森林面積的33.33%。桉樹(shù)()、杉木()、馬尾松()、落葉松()和楊樹(shù)()等均為人工林樹(shù)種。小企業(yè)經(jīng)營(yíng)的桉樹(shù)林財(cái)務(wù)效益良好,年內(nèi)部收益率為28%,收益率為7 555美元·hm,但成本、木材價(jià)格和木材產(chǎn)量波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)較大。基于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,木材消費(fèi)量也與日俱增。2013年,在亞洲進(jìn)口的所有原木和木材中,我國(guó)進(jìn)口份額分別占71%和47%。2014年,中國(guó)木材消費(fèi)與生產(chǎn)之間的巨大差距達(dá)到5 119萬(wàn)m。目前,國(guó)內(nèi)原木、鋸材進(jìn)口量占全球貿(mào)易量的1/3以上,木材供需矛盾十分尖銳。隨著市場(chǎng)對(duì)木材的需要不斷增長(zhǎng),我國(guó)已由木材生產(chǎn)國(guó)變成消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)桉樹(shù)人工林面積560余萬(wàn)hm,約占全國(guó)人工用材林面積的6.3%,貢獻(xiàn)木材產(chǎn)量達(dá)1/3以上。廣東省桉樹(shù)人工林面積約153余萬(wàn)hm,占全省林業(yè)用地面積的14%,是重要的民生林業(yè)。
桉樹(shù)是桃金娘科(Myrtaceae)桉屬()、杯果木屬()和傘房屬()樹(shù)種的統(tǒng)稱,具速生、高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)的特點(diǎn),被作為國(guó)內(nèi)南方速生豐產(chǎn)林戰(zhàn)略性樹(shù)種。華南地區(qū)60% ~ 70%的桉樹(shù)人工林屬于短輪伐期人工林,其中50% ~ 60%的林地采用連栽方式。對(duì)國(guó)內(nèi)紙漿產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響巨大的同時(shí),桉樹(shù)種植引發(fā)的公共輿論一直以來(lái)都引發(fā)各界人士的高度重視。其栽培和經(jīng)營(yíng)管理措施不當(dāng)所帶來(lái)的植被多樣性降低、土壤肥力衰退、水土流失、林木生長(zhǎng)減緩等問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注。2010年后,各地出現(xiàn)了桉樹(shù)種植亂象,社會(huì)“反桉”現(xiàn)象嚴(yán)重,桉樹(shù)的種植也受到很大的影響,部分地區(qū)還存在“限桉”、“禁桉”等政策,缺乏辯證客觀的科學(xué)認(rèn)識(shí),桉樹(shù)發(fā)展受限。“桉樹(shù)現(xiàn)象”究其根本,不在于桉樹(shù)本身,而是現(xiàn)有政策措施不配套、缺乏技術(shù)人員支持以及不科學(xué)的掠奪式經(jīng)營(yíng)方式等,科學(xué)管理桉樹(shù)林才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵?;诖耍疚耐ㄟ^(guò)對(duì)廣東肇慶不同林齡桉樹(shù)林的調(diào)查研究,探討桉樹(shù)林林齡與土壤因子之間的關(guān)系,揭示大規(guī)模連載桉樹(shù)對(duì)林地土壤養(yǎng)分的影響狀況,合理地分析桉樹(shù)人工林生態(tài)方面的問(wèn)題,為桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供參考。
研究樣地位于廣東省肇慶市四會(huì)市江谷鎮(zhèn)陳村內(nèi)的桉樹(shù)人工林場(chǎng)(23°45′05″~23°46′97″N,112°63′25″~112°64′26″E),屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫21.3℃。最高溫達(dá)到38℃,最低溫低至1.2℃,年平均降水量為1 805 mm,主要集中于夏季,年平均日照1 702.3 h。林地承包權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)均為20 a,本研究在不同林齡(1、3、5 a)尾葉桉()人工林樣地內(nèi)開(kāi)展,樣地平均海拔高度為37 m,坡向南,平均坡度為38°。種植桉樹(shù)前為馬尾松林,種植的桉樹(shù)品種為尾葉桉,帶狀開(kāi)墾,株行距為3.4 m × 1.4 m。林地土壤主要發(fā)育于花崗巖的風(fēng)化物山地紅壤。第一年?duì)I林施肥(N+P2O5+ K2O≥30% (15-5-9) 枸溶性磷含氯桉樹(shù)復(fù)合肥料)兩次,每次施肥0.5 kg·株,且鏟除雜草;第二年施肥一次,每次施肥0.8 kg·株,林下雜草不鏟除;后3 a均未進(jìn)行施肥、除草等撫育管理。
表1 研究地植被概況
1.2.1 調(diào)查方法和內(nèi)容
1、3、5 年生尾葉桉人工林分別設(shè)置3塊20 m × 20 m樣地,以生態(tài)學(xué)野外調(diào)查常用的時(shí)空互代法對(duì)樣地1、3、5 年生林地土壤的物化性質(zhì)進(jìn)行比較分析。在樣地內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn),按0 ~ 20、20 ~ 40和40 ~ 60 cm挖取土壤剖面,用環(huán)刀(容積100 cm)和鋁盒取樣,將同層土壤充分混合后按四等分法取土壤樣品,密封袋保存,置陰涼透風(fēng)處自然晾干。樣品經(jīng)2 mm孔徑篩以去除粗根、瓦礫等雜質(zhì),并研磨過(guò)細(xì)篩后,常溫保存待測(cè)。土壤的含水率檢測(cè)采用烘干法;容重檢測(cè)采用環(huán)刀法;土壤pH值檢測(cè)用電位法;有機(jī)質(zhì)檢測(cè)用重絡(luò)酸鉀容量法;全氮檢測(cè)用半微量開(kāi)氏法;速效氮檢測(cè)用堿解擴(kuò)散法;全磷檢測(cè)用硫酸—高氯酸消煮法;速效磷檢測(cè)用碳酸氫鈉法;全鉀檢測(cè)用氫氧化鈉堿熔—火焰亮度計(jì)法;速效鉀檢測(cè)用醋酸銨—火焰亮度計(jì)法。
1.2.2 數(shù)據(jù)處理
采用EXCEL 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì),運(yùn)用SPSS 23.0進(jìn)行差異性顯著分析、多重比較(Duncan)及相關(guān)性分析等數(shù)據(jù)處理,顯著性水平為<0.05,極顯著性水平為<0.01。
2.1.1 土壤物理性質(zhì)分析
從表2可知,桉樹(shù)林的土壤含水率及孔隙度隨林齡的增加顯著下降,1年生林地含水率顯著高于3、5年生林地,1年生林地孔隙度顯著高于5年生林地。此外,土壤容重隨著林齡的增長(zhǎng)顯著增加,3、5年生林地容重顯著高于1年生林地,隨林齡的增加,土壤變得板結(jié)。
表2 土壤物理性質(zhì)差異性分析
注:不同字母表示不同林齡間差異性顯著(<0.05)。
2.1.2 土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量(SOM)
調(diào)查樣地桉樹(shù)林土壤pH值在3.7 ~ 4.6之間,呈強(qiáng)酸性。從圖1-(1)可知,不同林齡林地土壤pH值隨林齡增加呈先升高再降低趨勢(shì),3年生林地土壤pH值顯著高于1、5年生林地。1、5年生林地不同深度土壤之間pH值基本持平。3年生尾葉桉林中,表層土壤(0 ~ 20 cm)pH值較低。圖1-(2)結(jié)果顯示,尾葉桉林土壤有機(jī)質(zhì)含量隨林齡及土層深度的增加而顯著降低,1年生林地有機(jī)質(zhì)含量顯著高于3、5年生林地,0 ~ 20 cm層土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于20 ~ 40 cm和40 ~ 60 cm層。5年生林地土壤有機(jī)質(zhì)含量較1年生林地沿土層剖面依次降低了54.17%、58.82%、57.14%。
2.1.3 土壤全氮含量(TN)和速效氮含量(AN)
由圖2-(1)可知,土壤全氮含量隨林齡和土層深度的增加顯著下降,3年生林地全氮含量較1年生林地下降了24.2%,5年生較3年生下降了23.5%,說(shuō)明尾葉桉在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)氮的吸收很大。由圖2-(2)可知,調(diào)查樣地土壤的表層(0 ~ 20 cm)速效氮含量隨林齡增加而下降,3與5年生基本持平,1、5年生林地不同深度土壤速效鉀含量隨深度的增加,下降趨勢(shì)明顯。
圖1 土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量
圖2 土壤全氮和速效氮含量
圖3 土壤全磷和速效磷含量
2.1.4 土壤全磷含量(TP)和速效磷含量(AP)
土壤全磷含量和速效磷含量隨林齡增加顯著下降(圖3),同林齡土壤全磷含量和速效磷含量隨土壤深度的增加而明顯減少。3年生林地全氮含量較1年生林地下降了45.3%,5年生較3年生下降了62.2%。
2.1.5 土壤全鉀含量(TK)和速效鉀含量(AK)
由圖4-(1)可知,土壤全鉀含量隨林齡的增加而減少,同林齡不同深度土壤全鉀含量隨土壤深度的增加而增加。圖4-(2)表明,土壤速效鉀含量隨林齡的增加而減小,5 a比3 a下降了53.7%。同林齡不同深度土壤速效鉀含量隨土壤深度的增加而減少,K是極易流失的元素,尤其5 a林地隨深度增加下降明顯,20 ~ 40 cm比0 ~ 20 cm下降51.4%,40 ~ 60 cm比20 ~ 40 cm下降11.3%。
圖4 土壤全鉀和速效鉀含量
2.2.1 各養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)分析
由表3可知,土壤pH值與全氮呈顯著負(fù)相關(guān),與有機(jī)質(zhì)、全磷呈極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明pH值的增加不利于全氮、全磷的釋放及有機(jī)質(zhì)分解。有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和速效磷呈極顯著正相關(guān),與速效鉀和速效氮顯著正相關(guān),土壤全氮、速效氮、全磷、速效磷和速效鉀之間也互相呈顯著或極顯著正相關(guān)。
表3 各養(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)性分析
注:*表示顯著相關(guān)(<0.05),**表示極顯著相關(guān)(<0.01)。
2.2.2 土壤肥力綜合分析
基于全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用主成分分析法分析土壤因子,以進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)。由表4可知,1 a土壤肥力等級(jí)在4級(jí)(中),3 a土壤肥力在5級(jí)(缺乏),5 a土壤肥力在6級(jí)(極缺),即尾葉桉人工林的土壤綜合肥力隨林齡增加而下降。
表4 調(diào)查樣地土壤各養(yǎng)分含量
(1) 尾葉桉人工林的土壤呈強(qiáng)酸性,土壤含水率及孔隙度隨林齡的增加顯著下降,3、5年生林地含水率顯著低于1年生林地,1年生林地較5年生林地顯著下降7.7%,5年生林地孔隙度較1年生林地顯著下降4.3%。土壤容重隨著林齡的增長(zhǎng)顯著增加,3、5年生林地容重顯著高于1年生林地。
(2) 土壤各養(yǎng)分含量隨林齡的增加而減少,同林齡林地土壤各養(yǎng)分含量隨土層的深度增加而下降,全鉀含量隨著土層深度的增加而增加??傮w來(lái)看,有效磷較其他各養(yǎng)分降低幅度最大,在40 ~ 60 cm土層中其下降率達(dá)到94.4%。1 ~ 3 a期間,有機(jī)質(zhì)、有效磷含量下降較大,0 ~ 20 cm土層中有機(jī)質(zhì)含量下降了37.5%,40 ~ 60 cm土層中有效磷含量下降率達(dá)到59.4%。3 ~ 5 a間,有效磷下降最為明顯,沿土層剖面依次降低了50.5%、70.5%、86.2%。其次是速效鉀,在40 ~ 60 cm土層中,下降率為77.5%。
(3) 土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)各養(yǎng)分的影響顯著,土壤中的各養(yǎng)分依靠有機(jī)質(zhì)的分解和人工施肥,鉀含量主要靠原生礦物的分解轉(zhuǎn)化;1年生、3年生、5年生林地土壤肥力綜合指標(biāo)分別為中級(jí)、下級(jí)和貧瘠。
尾葉桉林地土壤容重隨著林齡的增長(zhǎng)顯著增加,土壤含水率及孔隙度隨林齡的增加顯著下降,羅云建等也得出類似結(jié)論。楊志訓(xùn)等研究指出5年生林地容重小于同齡林馬尾松林地。容重的增加,孔隙度下降,土壤持水性變?nèi)?,表明土壤可能板結(jié)。
目前桉樹(shù)人工林仍屬于高度集約經(jīng)營(yíng)的全樹(shù)利用模式,桉樹(shù)對(duì)土壤養(yǎng)分的利用率比其他大多數(shù)樹(shù)種高。研究表明不同齡級(jí)尾葉桉林土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為隨林齡的增加而下降,均隨土層深度的增加而減少(全鉀除外),全鉀含量隨土層增加而增加,這與王紀(jì)杰等研究結(jié)果一致,說(shuō)明尾葉桉生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求大于林中養(yǎng)分供給。其中,速效磷含量隨林齡的增加而下降的幅度比其他養(yǎng)分大,在營(yíng)林期間應(yīng)加大速效磷的補(bǔ)充,滿足植物生長(zhǎng)過(guò)程中的速效磷需求。另外,尾葉桉林地有機(jī)質(zhì)在1 ~ 3年生林地消耗量極大,營(yíng)林者可在這期間增加有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)給,以改善土壤的物理特性,提升微生物和土壤生物的分解活動(dòng),提高土壤的保肥性和緩沖性,促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。其次,速效鉀含量在3 ~ 5 a間下降明顯,在營(yíng)林過(guò)程中應(yīng)增加速效鉀含量以滿足植物的吸收。
調(diào)研樣地營(yíng)林撫育模式為前期(1 ~ 2 a)施肥,后期為降低營(yíng)林成本而放棄施肥,這種“只用地,不養(yǎng)地”的種植方式直接導(dǎo)致桉樹(shù)人工林生態(tài)系統(tǒng)的歸還量顯著低于吸收量,林地絕大部分養(yǎng)分以木材的形式運(yùn)走,這是土壤肥力下降的最主要原因。為實(shí)現(xiàn)桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng),建議加大桉樹(shù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究,在育種方面要選育良種,提高桉樹(shù)的產(chǎn)量;在栽培技術(shù)方面推廣免煉山的帶狀或穴狀整地。此外,桉樹(shù)人工林郁閉度低,林下植被保育有利于增加枯枝落葉和根系運(yùn)動(dòng)的速率,可有效緩解土壤板結(jié),提高土壤保水能力和持水能力,改善土壤結(jié)構(gòu)狀況。在耕作技術(shù)方面要休耕輪歇和樹(shù)種輪種,做到用地和養(yǎng)地同時(shí)兼顧;施肥方面,施足基肥,且南方林地土壤普遍缺乏磷肥,應(yīng)注重追施磷肥或桉樹(shù)專用肥,桉樹(shù)專用肥配比為A(m (N):m (P):m (K) =15:9:11)時(shí),作為尾葉桉的追肥有利于桉樹(shù)的生長(zhǎng)和促進(jìn)秋季木質(zhì)化程度,提高抗旱能力。此外,盧有偉等指出在栽植桉樹(shù)幼苗1年后應(yīng)按照0.25 kg·株的標(biāo)準(zhǔn)追施桉樹(shù)專用肥;次年3—4月按照0.5 kg·株得標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行第二次追肥;3 ~ 5 a根據(jù)0.8 kg·株的標(biāo)準(zhǔn)各進(jìn)行一次追肥。通過(guò)平衡養(yǎng)分間和年份間的施肥量以滿足不同齡級(jí)林地對(duì)不同養(yǎng)分的實(shí)際需求,保證迅速下降的養(yǎng)分得到及時(shí)補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)地力的可持續(xù)性利用。
目前人工林經(jīng)營(yíng)依然存在政策措施不配套,缺乏政府必要資金支持等問(wèn)題。政策因素對(duì)人工林經(jīng)營(yíng)的影響不比科學(xué)因素小,此次所研究的尾葉桉人工林林地承包權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)均為20 a,經(jīng)營(yíng)期較短致使林農(nóng)為了短期經(jīng)濟(jì)效益而忽視了地力養(yǎng)護(hù)的重要性。為避免經(jīng)營(yíng)者過(guò)于注重短期效益和經(jīng)濟(jì)效益,忽視長(zhǎng)期效益和生態(tài)效益,必須從生態(tài)學(xué)角度出發(fā),結(jié)合科學(xué)與政策以尋找相對(duì)應(yīng)的有效解決辦法。
放寬森林自主經(jīng)營(yíng)權(quán)可以有效防止林地被掠奪性發(fā)展所破壞,但在林權(quán)改革進(jìn)程中,林農(nóng)被賦予的權(quán)利越來(lái)越少。在一定程度上給予地方政府、村委會(huì)和農(nóng)民林地長(zhǎng)期使用權(quán),可促進(jìn)農(nóng)民自發(fā)保護(hù)資源,從而保證森林資源不受破壞,從根本上消除因?yàn)E伐而造成森林退化的潛在隱患。為平衡各方利益,建議政府組織和設(shè)立完善的林地產(chǎn)權(quán)的流轉(zhuǎn)、征占、評(píng)估等制度和補(bǔ)償機(jī)制。補(bǔ)償機(jī)制可根據(jù)地方政府、承包方、經(jīng)營(yíng)者對(duì)地力保護(hù)所做出的貢獻(xiàn)建立評(píng)估體系,可請(qǐng)權(quán)威技術(shù)部門對(duì)地力進(jìn)行評(píng)定,根據(jù)生態(tài)地力維護(hù)情況對(duì)應(yīng)給予各方經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼或其他政策優(yōu)惠,以鼓勵(lì)農(nóng)戶長(zhǎng)時(shí)期、大面積承包經(jīng)營(yíng)林地,建設(shè)示范基地,以點(diǎn)帶面,輻射推動(dòng)地力的可持續(xù)利用。
倡導(dǎo)粗放經(jīng)營(yíng)向標(biāo)準(zhǔn)化集約經(jīng)營(yíng)商品林轉(zhuǎn)變,實(shí)施“良政+良才+良地+良種+良法”,確保造林質(zhì)量,提高桉樹(shù)人工林單產(chǎn),進(jìn)一步加大生態(tài)林占比。通過(guò)構(gòu)建惠民良政的激勵(lì)機(jī)制;儲(chǔ)備良才,加強(qiáng)技術(shù)人才和經(jīng)營(yíng)人才的引進(jìn)和培養(yǎng);平衡施肥,發(fā)展良地;選育良種,適地適樹(shù);推廣良法,保留原有植被的帶狀、穴狀整地。綜合實(shí)施“五良”戰(zhàn)術(shù),建立完備的林業(yè)生態(tài)體系和林業(yè)生產(chǎn)體系,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的良性循環(huán)。
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Comparative Study on Soil Fertility ofPlantations of Different Ages in Guangdong Province
LIAN Jinsheng, GAO Yanfang, XIE wei, Ding pei, ZHENG Xiaozhong, YIN zuoyun
()
In order to research the effect ofplantation forest management on soil fertility and to take corresponding countermeasures, the soil physical and chemical properties of 1-, 3- and 5-year-oldplantations in Zhaoqing, Guangdong province were examined. Results showed that as plantation age increased soil moisture content decreased, soil bulk density increased and soil porosity decreased. The soil contents of organic matter, total N (TN), total P (TP), total K (TK), available N (HN), available P (AP) and available K (AK) showed significant decreases with increasing of forest age and decreased with increasing soil depth(except total K). Meanwhile, the total K content of soil increased with increasing soil depth. Based on the nutrient classification of the soil, the soil fertility of theplantations were ranked: 1 a > 3 a > 5 a. In the management ofplantations, balanced fertilization between nutrients and fertilization across years could provide a mechanism to maintain soil fertility and achieve sustainable management of such plantations.
; forest age; soil nutrients; correlation analysis; forest management
S714.8
A
10.13987/j.cnki.askj.2021.01.004
廣東省教育廳省級(jí)重大項(xiàng)目(2016KZDXM002)
練金生(1994— ),男,本科,林學(xué),E-mail:15626041424@163.com
殷祚云(1966— ),男,博士,教授,主要從事生態(tài)學(xué)、林學(xué)和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)研究,E-mail:yinzuoyun@163.com
本研究在野外調(diào)查和資料收集中得到了周厚龍、呂詠儀、馬雅婷、何芷珊、林場(chǎng)負(fù)責(zé)人丁國(guó)洪的大力支持,謹(jǐn)此表示衷心感謝!