桉樹跡地帶狀整地的土壤理化性質和生態(tài)化學計量特征

何漢波 陳小金 吳銀清 廖麗萍 李祥彬 朱嘉煥 鐘春燕

（1.廣州市增城區(qū)城市園林綠化管護中心，廣東 廣州 511300 2. 廣州市增城區(qū)林業(yè)和園林科學研究所，廣東 廣州 511300）

森林土壤作為生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要調節(jié)者，在維持森林生態(tài)系統(tǒng)和林木生長發(fā)育中發(fā)揮著基礎作用。土壤養(yǎng)分除了是陸地植物養(yǎng)分的主要來源之外，養(yǎng)分間的平衡關系調控植物生長和分布。森林經(jīng)營措施能改變林地原有植物群落物種組成、結構及環(huán)境因子，進而影響 “植物—凋落物—土壤”的養(yǎng)分循環(huán)過程及植物生長、演替及生態(tài)系統(tǒng)進化。本文選取桉樹跡地帶狀整地林地為研究對象，以未處理的桉樹跡地為對照，分析桉樹跡地帶狀整地的土壤養(yǎng)分含量及其生態(tài)化學計量特征，以期揭示該區(qū)域桉樹跡地帶狀整地初期林地土壤養(yǎng)分元素的狀況，為該區(qū)桉樹跡地營造林、林分與土壤質量的提升提供科學依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 研究地概況與樣地設置

研究地點位于廣東省廣州市增城區(qū)(23°05′—23°37′N、113°32′—114°00′E)，年均溫度為21.8℃，年降雨量為2193.8 mm，蒸發(fā)量1450 mm，全年降水多集中在5-8月，相對濕度81%，為南亞熱帶海洋性季風氣候，炎熱多雨，長夏無冬，全年都可栽培作物。

桉樹跡地于2019年3月完成桉樹采伐，總面積20 ha；試驗地于2020年4月完成帶狀整地，面積7 ha畝，種植帶寬0.8 cm，帶間2m，5月完成種植，密度4 ×4 m，600株hm-2，期間經(jīng)過2次撫育，實施人工砍伐萌芽條2次，萌芽條平鋪在帶間。本文在海拔相同的帶狀整地造林地塊和臨近桉樹跡地設置土壤調查樣地，樣地基本概況見表1。

表1 樣地基本信息

1.2 樣品采集與測定

2020年11月開展土壤調查，在同一水平帶，沿種植帶、帶間和對照分別采用5點采樣法采集表層（0-20 cm）土壤樣品，充分混合形成一個約1kg土樣，除去土壤中植物根系、碎石等后將 5 個剖面同層次土樣混合均勻，采用四分法取約 500 g 土樣，風干過篩后，測定土壤化學性質。同時，用100 cm3環(huán)刀各取1個環(huán)刀樣，測定土壤物理性質。

采用環(huán)刀法測定土壤容重和總孔隙度。土壤樣品的養(yǎng)分含量分析按照《土壤農(nóng)化分析》進行，具體為：稱取10g過1mm篩的土壤，加入25mL無二氧化碳去離子水浸提，利用pH計測定土壤pH；稱取1g過0.25mm篩的土壤，采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量；稱取2g過1mm篩的土壤，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量；稱取1g過0.25mm篩的土壤，采用高氯酸-氫氟酸消煮-鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量；稱取2g過1mm篩的土壤，采用氟化銨-鹽酸浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量；稱取0.25g過0.25mm篩的土壤，采用高氯酸-氫氟酸消煮-火焰光度法測定土壤全鉀含量；稱取5g過1mm篩的土壤，采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定有效鉀含量；稱取0.5g過0.25mm篩的土壤，采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定土壤有機質含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與制圖

利用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析，其中不同處理間土壤理化性質及相關生態(tài)化學計量的差異采用單因素方差分析 （One-way ANOVA）中的LSD法；土壤養(yǎng)分及其生態(tài)化學計量特征的關系采用Pearson法進行相關分析，其中P＜0.01表示在0.01顯著水平下有顯著差異，p＜0.05表示在0.05 顯 著 水 平 下 有顯著差異。運用Excel2019進行圖表的繪制。

2.結果與分析

2.1 帶狀整地土壤理化性質的影響

與對照相比，種植帶的pH值、有機C、有效N、有效P、C:N、C:P和N:P差異顯著；帶間的pH值、有機C、全N、全P、有效N、有效P、C:N、C:P、N:P差異顯著。而種植帶和帶間相比，pH值、全N、全K、有效N差異顯著（P ＜0.05，表 2）。

表2 帶狀整地對土壤理化性質和生態(tài)化學計量比影響方差分析（P值）

由圖1可知，對照、種植帶、帶間的土壤容重平均值分別為1.10、1.20、0.99 g·cm-3，總孔隙度平均值為58.67、54.70、62.82%。與對照相比，種植帶土壤容重較高，總孔隙度較低，帶間則相反，但變化均不顯著（P＜0.05）。表明帶狀整地使土壤容重變高，空隙降低。

圖1 帶狀整地對土壤容重和總孔隙度的影響

綜上可知，帶狀整地初期的種植帶和帶間的土壤養(yǎng)分基本均表現(xiàn)為升高， 僅有種植帶的有效鉀和帶間的全鉀有所降低。

由圖2可知，對照、種植帶、帶間的土壤pH值平均值分別為4.35、4.48和4.54，土壤有機碳平均值分別為27.65、33.45和42.57 g·kg-1，土壤全氮平均值分別為1.01、1.18和1.53 g·kg-1，土壤全磷平均值分別為0.25、0.25和0.32 g·kg-1，土壤全鉀平均值分別為9.52、10.76和9.50 g·kg-1，土壤有效氮平均值分別為91.48、99.89和128.16 mg·kg-1，土壤有效磷平均值分別為1.05、1.39和1.27 mg·kg-1，土壤有效鉀的平均值分別為37.22、26.18和57.69 mg·kg-1。與對照相比，種植帶的各項指標除有效鉀外，均較高，其中pH值、有效N、有效P和全鉀差異顯著（P ＜0.05）；帶間各項指標除全鉀也均較高，其中pH值、總有機碳、全氮、有效氮、全磷、有效磷等顯著較高（P ＜0.05）；與帶間相比，種植帶的pH值、有機C、全氮、有效氮、全磷、有效鉀等均較低，除全磷、有效鉀外均差異顯著（P ＜0.05），有效磷和全鉀相對較低，全鉀表現(xiàn)顯著（P ＜0.05）。綜上可知，帶狀整地初期的種植帶和帶間的土壤養(yǎng)分基本均表現(xiàn)為升高， 僅有種植帶的有效鉀和帶間的全鉀有所降低。

圖2 帶狀整地對土壤化學性質的影響

2.2 帶狀整地土壤生態(tài)化學計量比的影響

由圖3可知，對照、種植帶、帶間的C:N平均值分別為27.40、28.40和27.91，C:P平均值分別為112.83、132.62和133.48，N:P平 均 值 分 別 為4.12、4.67和4.78。與對照相比，種植帶的C:N、C:N、N:P顯著較高（P ＜0.05）；帶間除C:N略高外，其他均顯著較高（P＜0.05）。

圖3 經(jīng)營模式和土層對土壤生態(tài)化學計量比的影響

2.3 相關性分析

由表3可知，有機C含量與全N、全P、C:P和 N:P呈顯著的正相關，土壤全N與全P、C:P和 N:P呈顯著的正相關，C:N與C:P呈顯著正相關，C:P與N:P顯著正相關。

表3 桉樹跡地土壤養(yǎng)分與其化學計量特征相關性分析

C:P 0.802★ 0.759★ 0.591 0.737★ 1 N:P 0.855★ 0.827★★ 0.664 0.605 0.984★★ 1

3.討論

帶狀整地通過表土剝離、底土平整和回填、整平等工序改變了表層土的結構和組成（0-20cm），鏟除了種植帶原有植被，而帶間則保留原有植被，桉樹萌芽被砍除。種植帶因平整易通行而成為施工的主要通道，因而使得種植帶土壤容重升高、孔隙度降低，帶間因植被的存在，則變化相反。但土壤容重和總孔隙度的變化并不顯著，這可能是由于這些干擾并未達到顯著影響土壤容重和總孔隙度的程度。

桉樹跡地、種植帶和帶間的土壤pH范圍為4.35-4.54，雖然種植帶和帶間的土壤pH顯著較高，但并沒有改變強酸性土壤的地區(qū)特點。桉樹跡地帶狀整地后，種植帶土壤化學性質與桉樹跡地相比，除有效K均有上升，而pH值、有機C、有效N、有效P、全K顯著升高。原因可能是帶狀整地措施在短期內給表層土輸入了一定量的凋落物，加上植被缺失對養(yǎng)分利用相應減少。而K元素主要來源是土壤礦化作用，有效K在濕熱氣候條件土壤風化和凋落物分解釋放鉀元素易被淋溶，因此，種植帶可能因沒有植被覆蓋，礦化作用和淋溶作用均較強，而導致有效K較低。

帶間保留了原有植被、植被根系，土壤結構相對完整，帶間除有效P和有效K的其他指標均最高。植被凋落物是植物將吸收養(yǎng)分歸還土壤的主要途徑，土壤理化性質和養(yǎng)分過程受凋落物數(shù)量和分解速率的直接影響。土壤C:N是土壤質量的敏感性指標，與有機質分解速率相關，有機質分解速率越快，C:N越小。 桉樹跡地及帶狀整地后土壤C:N介于27.40-28.40之間，均高于全國土壤 C:N平均水平（10-12），說明種植帶和帶間有機C的分解速率較低，而種植帶C:N顯著較高，也可能是由于整地一次性輸入有機質較多，土壤結構受干擾造成的。土壤 C:P反映了土壤P的有效性，桉樹跡地及帶狀整地后土壤C:P介于112.83-133.48，高于全國土壤 C:P平均水平(61.0±0.9)，說明了桉樹跡地帶狀整地初期，P的有效性較低，這也是受有機C分解率較低影響。土壤N:P分別介于4.12-4.78，均值分別為4.52，低于中國陸地土壤的 N:P (5.2±0.1)值，說明桉樹跡地及帶狀整地后土壤N含量好于P含量，相關分析也表明N:P與全N顯著相關，因此桉樹跡地及帶狀整地后的植被生長受P素的限制。

4.結論

桉樹跡地帶狀整地初期，人為干擾并未達到顯著影響土壤容重和總孔隙度的程度，而植物生長受到P和K限制，在實際整地中，應注重枯落物的輸入，平整時盡量混合原有的凋落物，并為幼樹補充P和K。而帶間土壤養(yǎng)分狀況相對較好，應結合實際適度開展撫育。