廣西國有欽廉林場桉樹人工林土壤肥力評價

余玉珠，石國歡，蘇 強(qiáng)，劉資華，溫文照，葉祿友，劉忠鑫，鄧 力

（廣西壯族自治區(qū)國有欽廉林場，廣西欽州 535000）

土壤是人類生產(chǎn)的重要自然資源，可以維持和調(diào)節(jié)自然環(huán)境中的物質(zhì)能量循環(huán)及信息傳遞，是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。開展森林土壤肥力研究，對于診斷林地土壤肥力狀況，防止林地土壤退化具有重要意義[2]。國內(nèi)學(xué)者們對森林土壤進(jìn)行大量研究，主要采用主成分分析法[3-4]、模糊綜合評價方法[2,5-7]、灰色關(guān)聯(lián)度法[8]和內(nèi)梅羅指數(shù)法（Nemerow 法）[9-12]等方法評價土壤肥力狀況。不同評價法采用的數(shù)學(xué)方法、評價側(cè)重點和指標(biāo)均不同，其結(jié)果反映的意義也有所不同[13]。近年來，改進(jìn)后的Nemerow法較常用，該方法主要考慮指標(biāo)最小值對土壤肥力的限制性，反映植物生長最小因子定律，能更好地指導(dǎo)土壤的改良和利用[14]。Nemerow 法評價土壤肥力狀況時，多選用土壤中的全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）、速效N、速效P 和速效K 等大量元素，及鈣（Ca）、鎂（Mg）、硼（B）、銅（Cu）、鐵（Fe）和鋅（Zn）等微量元素作為評價指標(biāo)。鄧小軍等[10]利用改進(jìn)后的Nemerow 法對廣西國有大桂山林場林地進(jìn)行肥力綜合評價；杜超群等[12]利用改進(jìn)后的Nemerow 法對湖北省咸寧市賀勝橋鎮(zhèn)短周期杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林不同林齡土壤肥力進(jìn)行綜合評價。

桉樹（Eucalyptusspp．）為桃金娘科（Myrtaceae）桉屬喬木樹種[15]，是我國南方地區(qū)主要的速生造林樹種，具有生長快、經(jīng)營周期短及收益快的特點[16-17]。廣西是桉樹種植大省，截至2018年，廣西桉樹人工林面積達(dá)到266．67 萬hm2，占廣西人工林總面積的36．35%[18]。學(xué)者們對桉樹林地土壤肥力進(jìn)行很多研究。鄧小軍等[10]基于Nemerow 法分析廣西國有大桂山林場桉樹林地土壤分析；林武等[11]采用改進(jìn)后的Nemerow法對廣西國有博白林場桉樹人工林土壤肥力進(jìn)行綜合評價；唐健等[19]研究1990 —2015年包括桉樹林在內(nèi)的廣西人工用材林土壤肥力演變特征；曹繼釗等[20]研究桉樹人工林沃土保育與可持續(xù)經(jīng)營；唐健等[21]研究1993 — 2018年廣西桉樹主產(chǎn)區(qū)土壤肥力演變特征；潘會彪等[22]采用空間分析法，分析桉樹人工林土壤肥力。廣西國有欽廉林場是廣西壯族自治區(qū)林業(yè)局直屬國有林場。根據(jù)廣西壯族自治區(qū)國有欽廉林場“十四五”發(fā)展規(guī)劃，“十三五”期間全場可經(jīng)營商品林面積達(dá)36．50萬畝，全場林種以短輪伐期工業(yè)原料林和一般用材林為主，全場樹種以桉樹和松類為主，其中桉樹占全場樹種面積的80．71%。桉樹人工林是欽廉林場營造林的主產(chǎn)業(yè)。本研究立足欽廉林場營造林產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，采用Nemerow 法開展桉樹人工林土壤肥力研究，旨在了解林地土壤的肥力狀況，為桉樹人工林可持續(xù)經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

欽廉林場場部位于欽州市，林地跨北海、欽州兩地（108°10′～109°52′E，21°36′～22°41′N）。該地年均氣溫24 ℃，年均降水量1 660 mm，平均海拔70 m。土壤主要為赤紅壤，少數(shù)為磚紅壤。欽廉林場下設(shè)9 個場內(nèi)分場。選取經(jīng)營桉樹人工林的8 個分場作為研究點（表1）。

表1 研究點基本概況Tab.1 Basic situations of plots

1．2 采樣布設(shè)及土壤樣品采集

根據(jù)每個分場經(jīng)營桉樹人工林的情況，采用網(wǎng)格化布點，選取20個具有代表性的樣地，避開低洼積水處及施肥處設(shè)置取土樣點，每個樣地設(shè)置3 個重復(fù)。取樣時先取20 ～40 cm 土樣裝入樣品袋，再取0 ～20 cm 土樣裝入樣品袋，各取土500 g，并裝置一包混合樣品，樣品袋包裝好后做標(biāo)記，帶入室內(nèi)陰涼處晾干；全部土樣取完后，打包樣品送至檢測機(jī)構(gòu)。土壤pH值采用電位法測定，全N含量采用半微量凱氏法測定，全P含量采用酸溶—鉬銻抗比色法測定，全K含量采用氫氧化鈉堿熔—火焰光度法測定，有機(jī)質(zhì)、速效N、速效P、速效K、有效微量元素（Cu、Zn、B、Fe）含量測定及分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[23]。取樣地為1 代、2 代和3 代桉樹林，林分為幼林、中幼林和近成熟林，林分密度均為1 665 株/hm2。

1．3 土壤評價

選取12 個土壤養(yǎng)分作為評價指標(biāo)，分別為pH值、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、速效N、速效P、速效K、有效B、有效Cu、有效Zn 和有效Fe。參照廣西林地土壤肥力指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)（表2）[24]，采用改進(jìn)后的Nemerow 法[10-11]對欽廉林場桉樹人工林土壤進(jìn)行單項及綜合肥力評價與分析。

表2 廣西林地土壤肥力評價指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)值[24]Tab.2 Reference standard values of soil fertility evaluation indexes in Guangxi forests

單項肥力指數(shù)計算公式為[10-11]：

式中，Pi為指標(biāo)i的單項肥力指數(shù)，可直接反應(yīng)該指標(biāo)的豐富度，值越高，指標(biāo)越豐富，肥力越好；Ci為指標(biāo)i的實測數(shù)據(jù)；Si為指標(biāo)i的評價標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)廣西林地土壤肥力評價指標(biāo)建議的單項肥力指數(shù)[11]，pH ≤5．0 或pH ≥9．0 時，Pi取值1．0；pH 值為5．0 ～5．5 或8．5 ～9．0 時，Pi取值1．5；pH 值為5．5 ～6．0或8．0 ～8．5 時，Pi取值2．0；pH 值為6．0 ～6．5 或7．5 ～8．0時，Pi取值2．5；pH為6．5 ～7．5時，Pi取值3．0。

綜合肥力指數(shù)計算公式為[10-11]：

式中，P綜為土壤肥力綜合指數(shù)；Pave為土壤所有單項肥力指數(shù)的均值，Pi＞3時，Pi=3；Pmin為土壤所有單項肥力指數(shù)中最小值，Pi＞3時，Pi=3；n為參與評價的土壤肥力指標(biāo)個數(shù)（一般要求10項以上）。

1．4 肥力等級劃分

根據(jù)土壤肥力等級評價，將肥力劃分為3 個等級[25]。Ⅰ級為土壤肥沃，施肥增產(chǎn)的邊際效應(yīng)降低，P綜≥1．7；Ⅱ級為土壤肥力中等，施肥增產(chǎn)較明顯，0．9 ≤P綜＜1．7；Ⅲ級為土壤貧瘠，施肥增產(chǎn)顯著，P綜＜0．9?？赏ㄟ^分析綜合土壤肥力指數(shù)全面反映土壤肥力水平。

2 結(jié)果與分析

2．1 欽廉林場桉樹人工林土壤肥力總體狀況分析

土壤pH 值的變異系數(shù)最?。?．88%），其他土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)均較大（表3）。變異系數(shù)大于50%的有7個指標(biāo)，分別為速效P、有效Fe、有效Cu、有機(jī)質(zhì)、速效N、全P 和速效K，速效P 的變異系數(shù)最大（98．42%）；大于30%、小于50%的有4 個指標(biāo)，分別為有效B、有效Zn、全N和全K。

表3 土壤肥力總體狀況Tab.3 Total soil fertility

土壤pH 值為4．07 ～4．95，平均值為4．47，屬于較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為13．34 g/kg，處于貧水平。從大量元素平均含量來看，全N、全K、速效N、速效P 和速效K 處于貧水平，全P 處于極貧水平。從微量元素平均含量來看，有效Fe，處于富水平；有效B 和有效Zn 處于貧水平；有效Cu 處于極貧水平。整體來看，欽廉林場桉樹人工林土壤各養(yǎng)分含量較貧乏。

土壤各因子單項肥力指數(shù)的平均值為1．045，表現(xiàn)為有效Zn＞有效Fe＞有機(jī)質(zhì)＞全K＞pH＞全N＞速效K＞速效N＞全P＞有效Cu＞速效P＞有效B。土壤綜合肥力指數(shù)為0．63，肥力等級為Ⅲ級，土壤貧瘠。

2．2 欽廉林場桉樹人工林0 ～20 cm 土層土壤肥力狀況分析

0 ～20 cm 土層各土壤養(yǎng)分的變化比整體土壤養(yǎng)分的變化略?。籶H 值變異系數(shù)最?。?．72%）（表4）。變異系數(shù)＞50%的有5 個指標(biāo)，分別為速效P、有效Fe、有效Cu、全P 和速效N，速效P 的變異系數(shù)最大（108．49%）；大于30%、小于50%的有6 個指標(biāo)，分別為有機(jī)質(zhì)、速效K、有效Zn、有效B、全N 和全K。

表4 0 ～20 cm土層土壤肥力狀況Tab.4 Soil fertility of 0 ～20 cm soil layer

0 ～20 cm 土層pH 值為4．07 ～4．95，平均值為4．47，與土壤總體pH 一樣，屬較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為16．11 g/kg，處于貧水平。從大量元素平均含量來看，速效N、速效K 處于中下水平；全N、全K、速效N、速效P 和速效K 均處于貧水平，全P 處于極貧水平。從微量元素來看，有效Fe 處于富水平；有效B 和有效Zn 處于貧水平；有效Cu 處于極貧水平；與土壤總體微量元素的平均含量等級一樣。

0 ～20 cm 土層土壤各因子單項肥力指數(shù)的平均值為1．14，比總體土壤的平均值略高，表現(xiàn)為有效Zn＞有效Fe＞有機(jī)質(zhì)＞全K＞pH＞全N＞速效K＞速效N＞全P＞速效P＞有效Cu＞有效B，除速效P的單項肥力指數(shù)高于速效Cu 外，其他均未發(fā)生變化。0 ～20 cm 土層土壤綜合肥力指數(shù)為0．69，肥力等級屬于Ⅲ級，土壤貧瘠。

2．3 欽廉林場桉樹人工林20 ～40 cm 土層土壤肥力狀況分析

20 ～40 cm 土層各土壤養(yǎng)分變異系數(shù)較大；pH值變異系數(shù)最小（2．93%）（表5）。變異系數(shù)＞50%的有6 個指標(biāo)，分別為有效Fe、有機(jī)質(zhì)、有效Cu、速效P、速效K 和速效N；有效Fe 的變異系數(shù)最大（105．85%）；大于29%、小于50%的有5個指標(biāo)，分別為有效B、有效Zn、全K、全N和全P。

表5 20 ～40 cm土層土壤肥力狀況Tab.5 Soil fertility of 20 ～40 cm soil layer

20 ～40 cm 土 層pH 值 為4．21 ～4．75，平 均 值4．47，與土壤總體和0 ～20 cm 土層pH 一樣，屬較強(qiáng)酸性土壤；有機(jī)質(zhì)平均含量為10．56 g/kg，比總體有機(jī)質(zhì)低2．78 g/kg，處于貧水平。從大量元素平均含量來看，全N、全K、速效N、速效P 和速效B 處于貧水平，全P處于極貧水平，與土壤總體土壤養(yǎng)分平均含量等級均一樣。從微量元素平均含量來看，有效Fe 處于富有水平；有效B 和有效Zn 處于貧水平；有效Cu 處于極貧水平；與土壤總體和0 ～20 cm 土層微量元素平均含量等級一樣。

20 ～40 cm 土層土壤各因子單項肥力指數(shù)的平均值為0．94，表現(xiàn)為有效Zn＞有效Fe＞全K＞有機(jī)質(zhì)＞pH＞全N=速效K＞速效N＞全P＞有效Cu＞速效P＞有效B。20 ～40 cm 土層土壤綜合肥力指數(shù)為0．56，低于土壤總體和0 ～20 cm 土層土壤綜合肥力指數(shù)，肥力等級屬于Ⅲ級，土壤貧瘠。

2．4 欽廉林場桉樹人工林0 ～20 cm、20 ～40 cm 土層土壤肥力狀況對比分析

對欽廉林場桉樹人工林0 ～20 cm、20 ～40 cm土層的土壤養(yǎng)分進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)、全N含量在0 ～20 cm、20 ～40 cm土層間均差異顯著（P＜0．05），速效N在0 ～20 cm、20 ～40 cm土層差異極顯著（P＜0．01），其他土壤養(yǎng)分因子在0 ～20 cm、20 ～40 cm土層間均差異不顯著（表6）。

表6 0 ～20 cm、20 ～40 cm土層各土壤養(yǎng)分方差分析Tab.6 Analysis of variance on soil nutrients between 0 ～20 cm and 20 ～40 cm soil layers

3 討論與結(jié)論

廣西國有欽廉林場、廣西國有大桂山林場和廣西國有博白林場均屬廣西壯族自治區(qū)林業(yè)局直屬國有公益二類林場。本研究參照廣西國有大桂山林場人工林地土壤肥力評價方法[10]及廣西國有博白林場桉樹人工林土壤肥力評價方法[11]，結(jié)合廣西國有欽廉林場人工林經(jīng)營實際開展研究。結(jié)果表明，總體土壤、0 ～20 cm 土層、20 ～40 cm 土層的pH 值均為4．47，屬較強(qiáng)酸性土壤，與廣西國有博白林場桉樹人工林土壤酸堿性一樣，與唐健等[21]研究1993—2018年廣西桉樹主產(chǎn)區(qū)土壤肥力演變特征分析的結(jié)果一樣，土壤呈酸化。從土壤各養(yǎng)分變異系數(shù)來看，總體、0 ～20 cm、20 ～40 cm 土層中，除pH 值的變異系數(shù)均最小且相差不大外，其他各養(yǎng)分變異系數(shù)均較高，均在29%以上。從綜合肥力指數(shù)來看，0 ～20 cm 土層土壤（0．69）＞總體土壤（0．63）＞20 ～40 cm 土層土壤的（0．56），均低于0．9，肥力等級均屬于Ⅲ級，施肥增產(chǎn)效應(yīng)明顯?？傮w土壤綜合肥力指數(shù)低于廣西國有博白林場桉樹人工林（0．73），說明欽廉林場桉樹人工林土壤肥力比博白林場桉樹人工林土壤肥力低。從土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)來看，總體、0 ～20 cm土層、20 ～40 cm土層中，有效Fe均處于富水平，除0 ～20 cm 土層的速效N 和速效K 處于中下水平外，其他土壤養(yǎng)分均為貧或極貧水平。為此，在實際營林撫育管護(hù)中，可以根據(jù)土壤養(yǎng)分的情況，通過配方施肥進(jìn)行補(bǔ)充，避免養(yǎng)分缺乏造成桉樹生長不良現(xiàn)象。