多代更新尾巨桉人工林对土壤特性及林木生长的影响*

2015-01-17杨启军黄承标曹继钊陶大燕何斌

西部林业科学 2015年3期

杨启军，黄承标，曹继钊，陶大燕，何斌

(1．广西国有高峰林场，广西南宁530000;2．广西大学林学院，广西南宁530004;3．广西林业科学研究院，广西南宁530002)

桉树 (Eucalyptus spp．)是桃金娘科桉树属桉树种的统称。桉树具有速生丰产、轮伐周期短、经济效益显著等优点。全球桉树种植面积已超过2 000 ×104hm2［1］，广泛引种栽植于热带和亚热带地区［2～3］。目前中国桉树人工林面积已达360×104hm2，被列为国家工业原料林的首选树种，仅次于印度和巴西，居世界第3位［4］。广西营造桉树人工林达180×104hm2，其木材年平均产量占年总产量的70%以上，居全国首位［5］。

国内已有较多桉树人工林林地土壤理化性质及林木生长量的研究报道［6～13］。但由于所处地理气候区域的不同以及土壤类型的差异，其研究结果各异，尤其是在桉树多代更新对土壤特性及林木生长的影响方面少见报道。本项研究旨在对不同经营代数尾巨桉 (Eucalyptus urophylla×E．grandis)人工林的土壤理化性质及林木生长量进行对比，探明其变化的规律性，为该区域桉树人工林的经营管理提供参考。

1 研究区概况

试验地位于广西南宁市北郊约33 km的低陵地带，海拔250～450 m。根据南宁市气象站 (北纬22°49'，东经 108°21'，海拔 72．0 m)资料记载，年平均气温 21．6℃，最热月 (7月)平均气温28．3℃，最冷月 (1月)平均气温12．8℃，最低气温-2．1℃，最高气温40．4℃，多年平均降水量1 301．6 mm，其中4-9月占全年总雨量的79．8%，年平均蒸发量1 644．4 mm，除5-8月低于降雨量外，其他各月均大于降雨量，年平均相对湿度79%，年均日照时数1 828．8 h，年均风速1．9 m/s，无霜期361天，属南亚热带季风湿润气候类型。土壤为新生代第四纪沙页岩发育的赤红壤，土层厚度50～120 cm。

表1 样地基本概况Tab．1 The basic situation of the sample

试验地原植被为杉木 (Cunninghamia lanceolata)人工林，于2008年12月经主伐炼山清理后，第一代尾巨桉人工林于2009年2月以穴垦整地方式无性系植苗营造。第二代和第三代尾巨桉萌芽林分别于2009年2月经采伐形成。在同一坡向 (南坡)区域内，选择3个更新代次设置样地，每代次分别设置3个重复样地 (下、中、上坡)，样地面积分别为20 m×20 m，共9个样地。各代次样地相隔100 m左右 (表1)。

2 研究方法

造林后头3年内，每年进行施肥抚育2次。即第1次在3-4月进行，第2次在8-9月进行。肥料种类为广西高峰林场肥料厂生产的桉树专用复合肥，其养分含量的比例为N︰P2O5︰K2O=15︰6︰9，施肥量为500 g/株。第二、三代林分的萌芽条每根蔸保留1株或2株。

在各样地内，按样地斜坡对角线等距离设置3个土壤剖面，按0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层采集土样，其中，供土壤物理性质的土样，用100 cm3不锈钢土壤环刀 (高5 cm，直径5 cm)，按3个土层分别取原状土样各3个，写好标签带回室内以待测定。土壤化学性质的土样，按0～20 cm、20～40 cm各层分别取土样500 g，写好标签带回室内自然风干处理，以待测定其化学性质。

土壤理化性质按国家颁布的标准测定［14～17］，其中，土壤水分-物理性质用环刀法;土壤pH值用电位法;有机质用重铬酸钾氧化-外加热法;速效氮用碱解-扩散法;有效磷用盐酸-硫酸浸提法;速效钾用1 mol/L乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法;交换性钙和镁用乙酸铵交换-原子吸收分光光度法;有效铜用DTPA浸提-原子吸收分光光度法;有效锌用盐酸浸提-原子吸收分光光度法;有效硼用沸水浸提-甲亚胺比色法。

在每个样地内，面积各为20 m×20 m，每更新代次分别设置3个重复样地 (上坡、中坡和下坡)，对乔木层进行每木调查，胸径用围尺测量，树高用测杆测量，采用蓄积量计算公式［18］:①Vi=0．656 71 × 10-4× D1．769412× H1．069769;②林分蓄积;③林分单位面积蓄积，上述公式中，Vi为单株蓄积 (m3)，D为胸径 (cm)，H为树高 (m)，V为林分单位面积蓄积 (m3/hm2)，Vi为林分蓄积 (m3)，A为样地面积 (hm2)。

数据处理采用Microsoft Office Excel 2003软件进行常规数据处理，运用SPSS 11．5进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

3．1．1 土壤容重

土壤容重 (又称土壤密度)是指单位体积内原状土壤干土的质量。该区不同更新代次尾巨桉林地土壤 (0～60 cm土层)容重变动在0．998～1．605 g/cm3之间 (表2)，各代次的平均土壤容重为 1．199 ～ 1．498 g/cm3，变异系数在 1．30% ～10．27%之间。各代次相同土层的容重在不同坡位存在一定的波动，其平均值为第一代＜第二代＜第三代。各代次相同土层容重差异不显著 (F=0．064 ～0．673 ＜ F0．05=3．403)。

表2 多代更新尾巨桉林分的土壤容重Tab．2 Comparison of soil bulk density of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest g·cm-3

3．1．2 土壤孔隙度

各代次尾巨桉林地土壤 (0～60cm土层)的非毛管孔隙度变动在9．09% ～28．67%之间 (表3)，平均值变动在10．01% ～25．06%之间，占总孔隙度的1/5～1/3，并随更新代次的增大而有所递减，但差异不显著 (F=0．934 ～1．594 ＜ F0．05=5．143)。毛管孔隙度变动在 31．07% ～42．36%之间，平均值为33．18% ～37．10%，各更新代次之间的毛管孔隙度存在较大波动，规律不明显，差异不明显 (F=0．026 ～0．242 ＜F0．05=5．143)。各更新代次土壤总孔隙度变化在42．56% ～61．03%之间，平均值在46．56% ～59．81%范围内，随着更新代次的增加呈微弱递减趋势，差异不显著 (F=0．380～3．279 ＜ F0．05=5．143)。

表3 多代更新尾巨桉林分土壤孔隙度的比较Tab．3 Comparison of soil porosity of multi generation update in Eucalyptus urophylla × E．grandis forest %

3．1．3 土壤通气度

该区不同代次尾巨桉林地土壤通气度变动在17．46% ～46．00%之间 (表4)，平均值为20．59%～39．48%，随更新代次的增加而有所下降。0～20 cm土层的通气度差异极其显著 (F=18．045＞F0．01=5．614)，20 ～40 cm 土层的通气度差异显著(F=4．225 ＞ F0．05=3．403)，而 40 ～60 cm 土层的通气度差异不显著 (F=0．819 ＜ F0．05=3．403)，这可能是由于植被层随着土层深度的增加影响较小的缘故。

表4 多代更新尾巨桉林分土壤通气度的比较Tab．4 Comparison of soil permeability of multi generation update in Eucalyptus urophylla × E．grandis forest %

3．1．4 土壤持水量

土壤持水量包括最大 (饱和)持水量、毛管持水量和最小 (田间)持水量3个分量。各更新代次尾巨桉林分土壤 (0～60 cm)毛管持持水量变动在25．87% ～71．19%之间 (表5)，平均值为30．09% ～56．27%，随更新代次的增大而递减，差异不显著 (F=0．370 ～ 2．039 ＜ F0．05=5．143)。最小持水量变动在19．33% ～33．73%之间，平均值为24．24% ～31．65%，随更新代次的增大而有所增加，差异不显著 (F=0．038 ～0．2001 ＜ F0．05=5．143)。最大持水量变动在12．36% ～29．89%之间，平均值为13．88% ～25．01%，随着更新代次的增大而递减，差异不显著 (F=0．712～1．706＜F0．05=5．143)。说明各更新代数尾巨桉林分对土壤的持水能力影响不大。

表5 多代更新尾巨桉林分的土壤持水量Tab．5 Comparison of soil water holding capacity of multi generation update in Eucalyptus urophylla × E．grandis forest %

3.2 土壤化学性质

3．2．1 土壤酸碱度

各更新代次尾巨桉林分土壤 (0～40 cm)pH值变动在4．33～5．62之间 (表6)，平均值为4．55～5．15，大致随更新代次的增大而逐渐下降 (变酸)，变异系数为2．86% ～5．63%。通过对各更新代次相同土层酸碱度的方差分析，结果表明0～20 cm 土层差异极显著 (F=15．176 ＞ F0．01=5．614)，而20～40 cm 土层不显著 (F=3．382＜F0．05=3．403)。

表6 多代更新尾巨桉林分的土壤pH值Tab．6 Comparison of soil pH value of multi generation update in Eucalyptus urophylla × E．grandis forest

3．2．2 土壤有机质

各更新代次尾巨桉林分土壤有机质含量变化在9．03 ～49．98 g/kg之间 (表7)，平均值为16．04 ～36．46 g/kg，随更新代次的增加而呈递减趋势，方差分析显示0～20 cm土层的有机质差异显著 (F=5．118 ＞ F0．05=3．403)，而 20 ～40 cm 土层的有机质差异不显著 (F=0．302 ＜ F0．05=3．403)。

表7 多代更新尾巨桉林分的土壤有机质含量Tab．7 Comparison of soil organic matter content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest g·kg-1

3．2．3 土壤氮素

该区土壤全氮含量变动在0．54～1．58 g/kg之间 (表8)，平均值变动在0．71～1．32 g/kg范围内，显示出随着更新代次的增大略有递减趋势，0～ 20 cm 土层差异极显著 (F=8．925 ＞ F0．01=5．614)，而20～40 cm 土层不显著 (F=1．076＜F0．05=3．403)。

表8 多代更新尾巨桉林分土壤全N含量的比较Tab．8 Comparison of soil total nitrogen content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest g·kg-1

0～40 cm土层速效氮含量变动在44．4～180．0 mg/kg之间 (表9)，平均值变动在 58．0～168．5 mg/kg范围内，基本随更新代次的增加有所下降，0 ～ 20 cm 土层差异显著 (F=13．387 ＞ F0．01=5．614)，而 20～40 cm土层差异不显著 (F=0．120 ＜ F0．05=3．403)。

表9 多代更新尾巨桉林分土壤速效N含量的比较Tab．9 Comparison of soil available N content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

3．2．4 土壤磷含量

该区土壤全磷含量变动在0．35～0．86 g/kg之间 (表10)，平均值在 0．44～0．74 g/kg范围内，随更新代次的增加而有所下降，差异显著 (F=6．068 ～7．570 ＞ F0．05=5．614)。

表10 多代更新尾巨桉林分土壤全P2 O5含量的比较Tab．10 Comparison of soil total P2 O5 content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest g·kg-1

各代更新尾巨桉林分土壤速效磷含量为0．47～2．81 mg/kg(表 11)，平均值为 0．70 ～ 2．20 mg/kg，大致随更新代次的增大而有所降低，0～20 cm 土层差异显著 (F=5．198 ＞ F0．05=3．403)，而 20 ～40 cm 土层不显著 (F =0．976 ＜ F0．05=3．403)。

表11 多代更新尾巨桉林分土壤速效P含量的比较Tab．11 Comparison of soil available P content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

3．2．5 土壤钾含量

各代更新尾巨桉林分土壤全K2O含量为9．03～19．93 g/kg(表 12)，平均值为 10．00 ～ 16．74 g/kg，0～20 cm 土层差异显著 (F=7．543 ＞ F0．05=3．403)，而20～40 cm土层差异不显著 (F=3．120 ＜ F0．05=3．403)。

表12 多代更新尾巨桉林分土壤全K2 O含量的比较Tab．12 Comparison of soil total K2 O content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest g·kg-1

各代更新尾巨桉林分土壤速效钾含量为20．2～120．8 mg/kg(表 13)，平均值为 23．2 ～ 106．6 mg/kg，随更新代次的增大而降低，0～20 cm土层差异显著 (F=14．854 ＞ F0．01=5．614)，20 ～40 cm土层差异也显著 (F=3．872 ＞F0．05=3．403)。

表13 多代更新尾巨桉林分土壤速效K含量的比较Tab．13 Comparison of soil available K content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

3．2．6 土壤微量元素

该区多代更新尾巨桉林分土壤交换性钙变动在90．8 ～227．5 mg/kg之间 (表 14)，平均值为 94．1～185．5 mg/kg，0～20 cm土层差异显著 (F=4．217 ＞F0．05=3．403)而 20 ～40 cm 土层差异显著(F=15．942 ＞ F0．01=5．614)。

表14 多代更新尾巨桉林分土壤交换性Ca含量的比较Tab．14 Comparison of soil exchangeable Ca content of multi generation update in Eucalyptus urophylla × E．grandis forest mg·kg-1

该区多代更新尾巨桉林分土壤交换性镁变动在9．0 ～23．9 mg/kg之间 (表 15)，平均值为 9．6 ～21．4 mg/kg，各土层交换性镁差异显著 (F=5．692 ～8．460 ＞ F0．01=5．614)。

表15 多代更新尾巨桉林分土壤交换性Mg含量的比较Tab．15 Comparison of soil exchangeable Mg content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

该区多代更新尾巨桉林分土壤有效铜变动在0．72 ～1．95 mg/kg 之间 (表 16)，平均值为 0．78～1．56 mg/kg，各土层差异显著 (F=1．760 ～3．065 ＞ F0．05=3．041)。

表16 多代更新尾巨桉林分土壤有效Cu含量的比较Tab．16 Comparison of soil effective Cu content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

该区多代更新尾巨桉林分土壤有效锌变动在0．61 ～1．10 mg/kg 之间 (表 17)，平均值为 0．65～1．01 mg/kg，0～20 cm 土层差异显著 (F=6．170 ＞F0．01=5．614)，20 ～40 cm 土层差异也显著(F=4．110 ＞ F0．05=3．403)。

表17 多代更新尾巨桉林分土壤有效Zn含量的比较Tab．17 Comparison of soil effective Zn content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

该区多代更新尾巨桉林分土壤有效硼变动在0．14 ～0．29 mg/kg 之间 (表 18)，平均值为 0．16～0．25 mg/kg，各土层有效硼含量差异显著 (F=5．677 ～5．728 ＞ F0．05=3．041)。

表18 多代更新尾巨桉林分土壤有效B含量的比较Tab．18 Comparison of soil effective B content of multi generation update in Eucalyptus urophylla ×E．grandis forest mg·kg-1

3.3 林木生长

3．3．1 胸径生长

该区多代更新尾巨桉林分不同坡位胸径变动在9．7 ～ 15．1 cm 之间 (表 19)，平均值在 10．2 ～14．8 cm，随着更新代次的增加而显著下降，显示第一代＞第二代＞第三代的规律。其中第一代(无性系植苗林)分别是第二代和第三代 (萌芽林)的1．3倍和1．5倍。各更新代次胸径生长量差异显著 (F=107．127 ＞ F0．01=10．925)，这可能是随着更新代次的增加，土壤物理性质变差，土壤养分下降所致。

3．3．2 树高生长

该区多代更新尾巨桉林分不同坡位树高变动在12．7～ 19．9 m 之间 (表 20)，平均值为 14．1 ～18．9 m，随着更新代次的增加而显著下降，其中第一代林分别是第二代林和第三代林的1．2倍和1．3倍。各代次树高生长量差异显著 (F=13．665＞F0．01=10．925)。

表19 多代更新尾巨桉林分胸径生长量的比较Tab．19 Comparison of the DBH growth of multi generation update in Eucalyptus urophylla×E．grandis forest cm

表20 多代更新尾巨桉林分树高生长量的比较Tab．20 Comparison of the height growth of multi generation update in Eucalyptus urophylla×E．grandis forest m

3．3．3 林分蓄积量

该区多代更新尾巨桉林分不同坡位林分蓄积量变动在81．0～222．1 m3/hm2之间 (表 21)，平均值为 97．6 ～204．6 m3/hm2，随着更新代次的增加而显著下降，其中第一代林分别是第二代林和第三代林的1．6和2．1倍，各代次林分蓄积量差异显著(F=30．181 ＞ F0．01=10．925)。

表21 多代更新尾巨桉林分蓄积量的比较Tab．21 Comparison of the stand average volume of multi generation update in Eucalyptus urophylla×E．grandis forest m3·hm-2

4 结论与讨论

从土壤物理特性来看，各更新代次尾巨桉的土壤容重显示第一代＜第二代＜第三代，而土壤孔隙度、通气度和持水量则相反，显示第一代＞第二代＞第三代，但各项物理指标的代次差异均不显著。土壤化学特性方面，土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、速效N、P、K以及土壤交换性Ca、Mg和有效Cu、Zn、B含量也随更新代次的增加而降低，尤其在表土层中的差异最为明显。

从林分各生长量指标来看，无论是平均胸径、平均树高，还是林分平均蓄积量，均随着更新代次的增加而显著下降。存在这一生物生产力差异，除尾巨桉树种本身的生物学特性决定以外，主要与所在林分随着更新代次的增加引起土壤板结紧实、土壤孔隙度变小、土壤通透性变差，以及土壤变酸、土壤有效养分逐渐贫乏等因素的影响密切相关。

土壤肥力衰退问题是人工林经营中普遍存在的问题，尤其是对于速生、轮伐周期短的桉树人工林来说尤为严重。因此，要加强对桉树人工林生长过程中耗肥量与需肥量的研究，并在经营措施上营造多种混交林模式。例如，采用根瘤菌类的厚荚相思实施混交等，这样可使两种不同性质的枯枝落叶相互作用，有利于枯落物的腐烂与分解，可有效改善土壤的物理结构，提高土壤肥力，促进林木的正常生长。

［1］Hubbard R M，Stape J，Ryan M G，et al．Effects of irrigation on water use and water use efficiency in two fast growing Eucalyptus plantations［J］．Forest Ecology and Management，2010，259(9):1714-1721．

［2］祁述雄．中国桉树［M］．北京:中国林业出版社，1989:143-146，227．

［3］Zhang A P，Lu F C，Liu C F，et al．Isolation and characterization of lignins from Eucalyptus tereticornis(12ABL)［J］．Journal of Agricultural and Food Chemistry，2010，58(21):11287-11293．

［4］Yang G R，Shi X H，Cai D S，et al．Water quality of through fall and stem flow in planted forest in Guangxi，China［J］．Journal of Food，Agriculture and Environment，2011，9(3-4):947-953．

［5］何彬元，曾嵘，潘丹．广西桉树现代种业发展思路与对策的探讨［J］．广西林业科学，2012，41(1):65-68．

［6］杜阿朋，赵知渊，王志超，等．不同品种桉树人工林生长特征及持水性能研究［J］．热带作物学报，2014，35(7):1306-1310．

［7］余雪标，杨国清，李尚昆，等．不同连栽代次桉树林土壤性质的变化［M］．北京:中国林业出版社，2000:94-103．

［8］韩艺师，魏彦昌．连栽措施对桉树人工林结构及持水性能的影响［J］．生态学报，2008，28(9):4609-4617．

［9］王纪杰，俞元春，陈容，等．不同栽培代次、林龄的桉树人工林土壤渗透性研究［J］．水土保持学报，2011，25(2):78-83．

［10］刘月秀，李银，曹福亮，等．广东桉树林土壤物理性质及其影响因子分析［J］．林业科技开发，2012，26(4):13-18．

［11］段文军，王金叶．广西喀斯特和红壤地区桉树人工林土壤理化性质对比研究［J］．生态环境学报，2013，22(4):595-597．

［12］廖忠明，凌金桥，黄红兰．赣南地区巨桉人工林生长分析［J］．福建林业科技，2013，40(4):96-100．

［13］范文斌，赵从举，林智，等．海南西部桉树人工林生长特征及其对气候环境的响应［J］．林业资源管理，2013(2):77-82．

［14］林业部科技司．森林生态系统定位研究方法［M］．北京:中国科学技术出版社，1994．

［15］中国国家标准局．GB7830-7892-87［S］．北京:中国标准出版社，1987:1-28．

［16］中华人民共和国林业部．LY/T-1999森林土壤分析方法(林业行业标准)［S］．北京:中国林业出版社，1999．