廣西不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤理化特征*

彭玉華，譚長強(qiáng)，鄭威，黃小榮，申文輝，何峰，陳始貴

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002)

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的重要參與者和載體，為植物生長發(fā)育提供所需物質(zhì)基礎(chǔ)，在維護(hù)森林健康、促進(jìn)森林更新中發(fā)揮著重要作用[1-2]。森林通過枯枝落葉改善土壤物理性狀，同時(shí)土壤中儲(chǔ)存著大量的營養(yǎng)物質(zhì)決定著植物的生長發(fā)育和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)力水平[3]。因此，深入研究土壤理化性質(zhì)，對(duì)于保護(hù)和提高土壤肥力以及合理調(diào)控機(jī)制，促進(jìn)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

臺(tái)灣榿木(Alnusformosana)在我國臺(tái)灣被列為二級(jí)木材樹種，為該省的特有種，其適應(yīng)性強(qiáng)，喜光，喜濕且耐濕，耐瘠薄，并具一定的耐干旱能力。臺(tái)灣榿木為非豆科根瘤固氮植物，具有培肥土壤、保持地力的作用，是我國南方改善林木樹種結(jié)構(gòu)、建設(shè)生態(tài)林業(yè)的一個(gè)優(yōu)良速生闊葉樹種[4-8]。為了改變廣西現(xiàn)有人工林樹種、材種單一，生態(tài)功能薄弱，三大經(jīng)濟(jì)效益無法有效統(tǒng)一的不利局面，廣西在21世紀(jì)初從四川相繼引進(jìn)臺(tái)灣榿木優(yōu)質(zhì)種源種子及幼苗，進(jìn)行了臺(tái)灣榿木區(qū)域試驗(yàn)[9]、容器育苗[10-11]、光合生理特性[12]、生長節(jié)律[5]及臺(tái)灣榿木混交林土壤理化性質(zhì)[2,13]的初步探索，臺(tái)灣榿木適應(yīng)廣西的氣候，生長快速，可以作為與短周期桉樹工業(yè)原料林、松、杉人工林輪作或混交造林以改善地力和防止地力衰退的主要樹種。劉秀等[9]報(bào)道過不同區(qū)域臺(tái)灣榿木純林土壤理化特性，但其人工林種植年限較短，僅為2～3 a。為了進(jìn)一步研究臺(tái)灣榿木在廣西境內(nèi)引種后對(duì)林地土壤理化性質(zhì)的影響，本研究選取桂東、桂南、桂西、桂中4個(gè)區(qū)域臺(tái)灣榿木6 a生人工林進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測(cè)定分析，以了解廣西不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤理化性質(zhì)特征，為臺(tái)灣榿木在廣西的引種和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗(yàn)設(shè)置在4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，分別位于桂東的玉林市林科所(YLS)、桂南的高峰林場(GF)、桂中的三門江林場(SMJ)和桂西的派陽山林場(PYS)。各試驗(yàn)地自然概況及立地條件見表1～表2。

表1 各試驗(yàn)地自然概況

表2 各試驗(yàn)地立地條件

各試驗(yàn)點(diǎn)均是2013年3—4月造林，造林技術(shù)措施基本一致。造林前進(jìn)行穴狀整地，穴規(guī)格為50 cm×50 cm×40 cm。在填土回穴前每穴放入復(fù)合肥(N︰P︰K=15︰15︰15)150 g，與底土充分拌勻后繼續(xù)回滿土備栽，雨后穴內(nèi)土壤濕潤時(shí)定植。造林用種來源于四川省，造林苗木為廣西林業(yè)科學(xué)院培育的容器苗，苗高40 cm以上、地徑0.35 mm以上，造林密度1 650株/hm2。造林后每年的6—7月除草、擴(kuò)坎、施肥(復(fù)合肥250～800 g/株)1次，連續(xù)3 a。

1.2 樣品采集與處理

2019年3月份，在每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)根據(jù)地形分別設(shè)置6塊典型且具有代表性的20 m×20 m樣地，采用環(huán)刀取樣分析法，在每個(gè)樣地中間挖取1個(gè)土壤剖面，按0～20、20～40、40～60 cm分層采樣。每層在每個(gè)剖面分左、中、右采集環(huán)刀、鋁盒土樣，供實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤水分、物理性質(zhì)使用；按0～20、20～40、40～60 cm分層采集混合均勻的1 kg左右土樣，風(fēng)干后過篩，用于土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤持水性狀、物理性狀測(cè)定

土壤含水量測(cè)定用烘干法 土壤容重測(cè)定采用環(huán)刀法；毛管孔隙、非毛管孔隙采用環(huán)刀浸水法。根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算土壤容重(g/cm3)、土壤含水率(%)、最大持水量(g/kg)、毛管持水量(g/kg)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、總孔隙度(%)。具體測(cè)定及計(jì)算方法參照林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《LY/T 1215—1999 森林土壤水分-物理性質(zhì)的測(cè)定》[14]。

1.3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

土壤化學(xué)指標(biāo)委托廣西大學(xué)測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定，土壤pH值采用電位法測(cè)定，土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，水解氮采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定，全磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提法測(cè)定，全鉀采用酸溶-火焰光度法測(cè)定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3.3 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)

參照全國第二次土壤普查[15]、金為民[16]、廣西土壤肥料工作站[17]以及羅建謀等[18]的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行土壤pH值、土壤容重及土壤養(yǎng)分分級(jí)(分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3和表4)，據(jù)此對(duì)廣西不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林的土壤pH值、土壤容重性質(zhì)狀況及土壤養(yǎng)分豐缺狀況進(jìn)行分析。

表4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel 2010及SPSS 19.0軟件進(jìn)行處理與分析。利用單因素方差分析和最小顯著差法(α= 0.05)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性質(zhì)

從圖1可見，不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林土壤容重差異顯著，派陽山林場土壤容重顯著大于其它區(qū)域，由高到低依次為派陽山林場、高峰林場、玉林市林科所、三門江林場；不同區(qū)域同一土層土壤容重差異顯著；同一區(qū)域不同土層土壤容重差異不顯著，均隨著土層加深呈遞增趨勢(shì)。由表 5可知，不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差異顯著，派陽山林場土壤總孔隙度顯著低于其他區(qū)域，高峰林場、玉林市林科所土壤毛管孔隙度顯著高于派陽山林場和三門江林場，三門江林場土壤非毛管孔隙度顯著高于其他區(qū)域。不同區(qū)域間土壤總孔隙度在0～20 cm土層和20～40 cm土層差異不顯著，在40～60 cm土層差異顯著；不同區(qū)域間土壤毛管孔隙度在0～20 cm土層和40～60 cm土層差異顯著,在20～40 cm土層差異不顯著；不同區(qū)域同一土層的土壤非毛管孔隙度差異顯著；同一區(qū)域不同土層間土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差異不顯著，其變化沒有規(guī)律。

表5 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤孔隙度

圖1 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤容重、持水性能

不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林土壤質(zhì)量含水率、最大持水量和毛管持水量均差異顯著，其變化規(guī)律基本一致，由大到小依次為三門江林場、玉林市林科所、高峰林場、派陽山林場；多重比較表明，三門江林場3個(gè)土層的土壤質(zhì)量含水率顯著高于高峰林場和派陽山林場，土壤最大持水量顯著高于其他區(qū)域，土壤毛管持水量顯著高于派陽山林場；同一區(qū)域不同土層的土壤質(zhì)量含水率變化不一致，高峰林場、派陽山林場、三門江林場均是20～40 cm土層最高，玉林市林科所是0～20 cm土層最高；同一區(qū)域不同土層的土壤最大持水量和毛管持水量變化基本一致，除了三門江林場土壤毛管持水量外其他的均是隨著土層加深而減少。

2.2 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤化學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果(表6)表明：土壤pH在不同區(qū)域間差異顯著，派陽山林場顯著高于其它區(qū)域；不同區(qū)域土層間，20～40 cm土層和40～60 cm土層土壤pH差異顯著，0～20 cm土層差異不顯著；同一區(qū)域不同土層的土壤pH變化不一致，高峰林場和三門江林場隨著土層的加深而降低，玉林市林科所和派陽山林場隨著土層的加深而增加。不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林的土壤有機(jī)質(zhì)除0～20 cm土層外，其他土層和平均值均差異不顯著，由高到低依次為高峰林場、三門江林場、玉林市林科所、派陽山林場；同一區(qū)域不同土層的土壤有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律均隨著土層加深而降低。

表6 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林土壤全氮、全磷、全鉀，除40～60 cm土層的土壤全氮達(dá)不到顯著差異外，其他的均差異顯著；不同區(qū)域不同土層中，0～20 cm土層土壤全氮玉林市林科所最大、20～40 cm土層和40～60 cm土層土壤全氮三門江林場最大，土壤全磷是三門江林場顯著大于其他區(qū)域，土壤全鉀是玉林市林科所顯著大于其他區(qū)域；同一區(qū)域不同土層間隨著土層深度增加，土壤全氮隨之降低，而土壤全鉀隨之增加，土壤全磷變化規(guī)律不一致。

土壤水解氮在不同區(qū)域間均差異不顯著，由高到低依次為高峰林場、三門江林場、玉林市林科所、派陽山林場；土壤有效磷在不同區(qū)域間除0～20 cm土層差異不顯著外，在其他的土層中均差異顯著，三門江林場土壤有效磷含量顯著大于其他區(qū)域；不同區(qū)域間土壤速效鉀除40～60 cm土層差異不顯著外，其他的均差異顯著，三門江林場顯著高于其他區(qū)域；同一區(qū)域不同土層間，各區(qū)域土壤水解氮、土壤有效磷均隨著土層深度增加而降低，派陽山林場、玉林市林科所、三門江林場土壤速效鉀隨著土層的加深而增加，而高峰林場的變化不規(guī)則。

2.3 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林理化性質(zhì)變異狀況

變異系數(shù)是衡量一組數(shù)據(jù)中各個(gè)檢驗(yàn)值相對(duì)離散程度的一種特征數(shù)。一般情況下，變異系數(shù)大于100%，變量的變異程度較強(qiáng)烈；變異系數(shù)小于10%，變量的變異程度較弱；變異系數(shù)在10%～100%，變量具有中等的變異程度[19]。由表7可知，不同區(qū)域的土壤物理性質(zhì)的變異系數(shù)變化范圍為12.66%～90.43%，沒有較強(qiáng)烈變異性和較弱變異性的物理性質(zhì)，但非毛管孔隙度的變異系數(shù)為90.43%，接近較強(qiáng)烈變異程度，反映了不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林的非毛管孔隙度具有較大的差異性，可能與不同區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)差異有關(guān)；土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度的變異系數(shù)變化范圍為12.66%～18.49%，接近較弱變異程度，說明不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林的土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度差異性不大；土壤持水性質(zhì)的變異系數(shù)變化范圍為20.17%～26.56%，在中等變異性偏向較弱變異性，表明不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林的土壤持水性質(zhì)有一定的差異性，但差異不大。不同區(qū)域的土壤化學(xué)性質(zhì)的變異系數(shù)變化范圍較大，從3.73%至80.99%，相差77.26%，土壤pH值的變異系數(shù)最小，只有3.73%，屬于較弱變異程度，反映了不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤pH值基本一致，表明臺(tái)灣榿木在廣西不同區(qū)域種植對(duì)土壤pH值影響不大；不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤養(yǎng)分變異系數(shù)在31.47%～80.99%，屬于中等變異程度，其中土壤全磷含量和速效磷含量變異強(qiáng)度相對(duì)較大，三門江林場全磷含量是派陽山林場的5.47倍、有效磷含量是高峰林場的2.48倍，可能與廣西土壤磷的含量地域間差異較大有關(guān)[20]，反映了不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤養(yǎng)分含量變化較大。

表7 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤理化性質(zhì)變異狀況

2.4 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤理化性質(zhì)狀況

參照全國第二次土壤普查及有關(guān)資料作出的土壤分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表3、表4)，對(duì)廣西引種臺(tái)灣榿木6 a生人工林土壤養(yǎng)分豐缺程度做出對(duì)比：不同區(qū)域間土壤容重級(jí)別差異較大，其中土壤處于過松至適宜級(jí)別的為三門江林場，處于過緊級(jí)別的為派陽山林場，處于偏緊級(jí)別的為玉林市林科所，處于偏緊至堅(jiān)實(shí)級(jí)別的為高峰林場。不同區(qū)域間土壤pH值級(jí)別沒有差異，全部處于強(qiáng)酸級(jí)別。不同區(qū)域間土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷和速效鉀含量差異不大，均處于缺乏水平以下；不同區(qū)域間土壤全氮、全磷、全鉀含量差異較大，玉林市林科所和三門江林場的土壤全氮含量處于中等水平、高峰林場處于缺乏水平、派陽山林場處于很缺乏水平，三門江林場的土壤全磷處于豐富水平而全鉀處于很缺乏水平，玉林市林科所的土壤全鉀處于很豐富水平而全磷處于極缺乏水平，高峰林場和派陽山林場的土壤全鉀處于豐富水平而全磷處于很缺乏水平以下。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性狀

土壤物理性質(zhì)是林地質(zhì)量的一個(gè)重要衡量指標(biāo)，對(duì)土壤的保水保肥能力以及林木養(yǎng)分吸收和利用有重要影響[21-22]。一般來說，土壤總孔隙度在50%左右，且毛管、非毛管孔隙同時(shí)存在，非毛管孔隙占20%～40%，容重在1.0～1.3 g/cm3時(shí)，表明毛管孔隙和非毛管孔隙搭配合理、土壤容重適當(dāng)，這時(shí)的土壤透水性、通氣性和持水能力比較協(xié)調(diào)，可以滿足植物對(duì)空氣和水分條件的需要[23]。通過對(duì)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性狀分析研究，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤容重在0.96～1.50之間，總孔隙度在46.44%～52.58%之間，雖然非毛管孔隙度沒有達(dá)到20%，但從整體上看，不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤的通氣透水性能還比較協(xié)調(diào)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性狀有顯著的差異，變異系數(shù)在12.66%～90.43%之間，均處于中等變異性，且非毛管孔隙度接近較強(qiáng)烈變異性，其他的均偏向于較弱變異性，表明臺(tái)灣榿木在這幾個(gè)區(qū)域引種沒有造成土壤物理性狀很強(qiáng)列的變異性，進(jìn)一步印證了臺(tái)灣榿木在廣西有很強(qiáng)的適應(yīng)性[5]，可能是廣西與臺(tái)灣榿木原產(chǎn)地的氣候(均處于北回歸線附近)較為相似有關(guān)。

3.1.2 不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性狀

通過對(duì)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性狀分析研究，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性狀差異明顯，土壤pH值變異系數(shù)為3.73%，變異程度較弱，其他的化學(xué)性質(zhì)變異系數(shù)為31.47%～80.99%之間，處于中等變異程度，其中以全磷和有效磷的變異程度較高，偏向于較強(qiáng)變異程度，其最大值與最小值之間相差數(shù)倍，這是否與各生長區(qū)域之間土壤磷含量差異大和臺(tái)灣榿木生長前期需磷較少有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

以土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果與土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確定不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤養(yǎng)分豐缺狀況，結(jié)果為：不同區(qū)域間土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷和速效鉀含量水平差異不大，均處于缺乏以下，這與很多速生樹種人工林土壤營養(yǎng)狀況基本一致[24]，可能與土壤養(yǎng)分性質(zhì)和林木生長速度有關(guān)。水解氮、有效磷和速效鉀可以被植物直接迅速利用，臺(tái)灣榿木前期生長迅速，所需養(yǎng)分較多，只在種植前3 a追施肥料，而生長至6 a生時(shí)其枯落物等回歸的養(yǎng)分遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了其生長所需的養(yǎng)分，植物只能從土壤中吸收大量的養(yǎng)分來滿足其生長所需，造成此時(shí)土壤中有效養(yǎng)分十分缺乏。隨著臺(tái)灣榿木的生長其回歸養(yǎng)分能力提高，土壤中有效養(yǎng)分是否會(huì)逐步增加，或者是生產(chǎn)上連續(xù)施肥至5～6 a以避免其速生而過量直接從土壤中吸收養(yǎng)分造成土壤有效養(yǎng)分缺乏，這有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié)論

(1)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性狀差異顯著，派陽山林場土壤容重顯著大于其他區(qū)域、土壤總孔隙度顯著低于其他區(qū)域，高峰林場、玉林市林科所土壤毛管孔隙度顯著高于派陽山林場和三門江林場，三門江林場土壤非毛管孔隙度顯著高于其他區(qū)域；不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林持水性狀表現(xiàn)出差異顯著，三門江林場的持水能力最大，派陽山林場最小。雖然不同區(qū)域間臺(tái)灣榿木人工林土壤物理性狀有差異，但均處于中等變異程度，且大部分還偏向于較弱變異性，整體上臺(tái)灣榿木人工林土壤透水性、通氣性和持水能力比較協(xié)調(diào)。

(2)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林除了土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮差異不顯著外，其他指標(biāo)均差異顯著；派陽山林場土壤pH值最高，高峰林場土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮最大，玉林市林科所土壤全氮、全鉀最大，三門江林場土壤全磷、有效磷、速效鉀最大；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、有效磷含量均隨著土壤深度的增加呈下降趨勢(shì)，土壤表層富集明顯；土壤全鉀、速效鉀含量隨著土壤深度增加呈上升趨勢(shì)；土壤全磷和pH值變化規(guī)律不一。不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤化學(xué)性狀均處于中等變異程度以下。

(3)種植臺(tái)灣榿木6 a后，不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林的土壤全氮、全磷和全鉀含量存在缺乏或過量現(xiàn)象，而能被當(dāng)季作物直接吸收利用的土壤水解氮、有效磷和速效鉀含量均處于缺乏水平狀態(tài)。

通過對(duì)不同區(qū)域臺(tái)灣榿木人工林土壤理化性狀的研究，發(fā)現(xiàn)廣西引種臺(tái)灣榿木沒有引起土壤理化性狀較強(qiáng)烈的變異，結(jié)果可為廣西引種臺(tái)灣榿木提供技術(shù)依據(jù)。鑒于人工林不同發(fā)育階段對(duì)土壤理化性狀的影響具有很大的差異性[25]，下一步宜開展臺(tái)灣榿木人工林不同發(fā)育階段土壤理化特性研究，為廣西臺(tái)灣榿木引種提供更加豐富的理論依據(jù)。