广西马尾松人工林土壤肥力评价研究

覃其云，唐 健1，邓小军1，宋贤冲1，覃祚玉1

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002;2.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁 530002; 3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)

马尾松(Pinusmassoniana)具有生长快，适应性广，能耐干旱、瘠薄等优良特性，是我国南方主要造林树种之一，是松类中分布最广、面积最大的的用材树种[1-2]。长期以来，土壤肥力作为土壤质量的重要组成部分，一直是土壤学研究重点内容[3]。土壤直接为植物生长发育提供必需的物质养分和机械支撑，其肥力特征影响并控制着植物的健康状态[4]。近年来，桉树种植面积受到制约，而马尾松人工林规模逐步扩大，其林地土壤肥力评价显得尤其重要。当前，越来越多的研究学者将一些数学统计方法用于林地土壤肥力的综合评价[5-10]，通过对大量数据信息的处理得出反映土壤肥力高低的综合性指标，使得土壤肥力综合评价更加科学、标准化和定量化。笔者采用灰色关联度理论，综合评价广西不同林龄马尾松林地土壤肥力状况，从而为马尾松栽培管理和科学施肥提供理论支持和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于广西境内，调查点分别位于宁明县境内的广西国有派阳山林场、南宁市境内的广西国有七坡林场、田林县境内的乐里林场、钦州市和梧州市。不同林龄马尾松林地共计11个样地的基本情况如表1。不同林龄马尾松的树高和胸径大小不一，同一林龄的树高和胸径差异较大，可见，不同立地条件和不同栽培密度下的马尾松生长情况不尽相同，甚至差别很大。

1.2 土壤样品的采集

分别在广西国有派阳山林场鸿鸪分场和大王山分场，七坡林场七坡分场，田林县乐里林场乐里分场和旧州分场，钦州市林业科学研究所和梧州市林业局所属林地选择具有代表性的3 a、5 a、6 a、8 a、9 a、11 a生马尾松，并在每个采样区域林地中设置3个标准样地(20 m×20 m)，在每个标准地内随机多点分别按0～40 cm土层采集土样，最后分别混合土壤样品，将混合后的土壤带回实验室进行养分分析。

1.3 测定方法

土壤样品指标分析测定方法参照《中华人民共和国林业行业标准LY/T-1999》：pH值测定采用电位法；有机质测定采用高温外热重铬酸钾氧化—容量法；全N测定采用半微量凯氏法；全P2O5测定采用碱熔—钼锑抗比色法；全K2O测定采用碱熔—火焰光度法；碱解N测定采用碱解扩散法；有效P采用双酸浸提—钼锑抗比色法；速效K采用NH4OAC浸提—原子吸收分光光度法测定；交换性Ca和Mg测定采用乙酸铵交换—原子吸收分光光度法；有效Cu、有效Zn、有效Fe和有效Mn测定采用原子吸收分光光度法；有效B测定采用沸水浸提—甲亚胺比色法。

1.4 数据分析内容

利用Excel数据处理软件、SPSS13.0统计软件和灰色理论进行灰色关联度分析。利用灰色关联度分析方法对不同林龄马尾松林地土壤肥力进行综合分析，把土壤作为被选系统，土壤pH值、有机质、全N、全P、全K、碱解N、有效P、速效K、交换性Ca、交换性Mg、有效Cu、有效Zn、有效B、有效Fe和有效Mn作为评价指标，分析林地土壤综合肥力变化水平。关联系数的计算公式为：

(1)

式中：ζi(k)是第k点时xi对理想值x0的关联系数；x0为参考数列，xi为比较数列，i=1，2，3…m(待评不同林龄综合土壤肥力)；k=1，2，3…n(待评土壤属性指标)。一般地，分辨系数在0～1之间，本文取常规值0.5。minmin│x0(k)-xi(k)│和maxmax│x0(k)-xi(k)│分别为二级最小值和二级最大值。

灰色关联度计算公式为：

(2)

式中：ri为灰色关联度;α(k)为各指标的权值。

表1 调查点样地基本情况

2 结果与分析

2.1 马尾松林地土壤养分状况

将所选不同样地的马尾松林地土壤化学性质调查结果列于表2。从表2中可以看出，0～40 cm土层的土壤化学性质：pH值3.94～5.14，属酸性至强酸土壤；土壤有机质15.61～35.78 g/kg；全N 0.78～1.29 g/kg；全P 0.11～0.32 g/kg；全K 2.50～15.92 g/kg；碱解N 34.8～147.8 mg/kg；有效P 0.9～3.1 mg/kg；速效K 13.7.5～65.4mg/kg；交换性Ca 8.7～347.4 mg/kg；交换性Mg 1.7～93.3 mg/kg；有效Cu 0.10～1.41 mg/kg；有效Zn 0.16～2.75 mg/kg；有效B 0.05～0.33 mg/kg；有效Fe 16.15～118.88 mg/kg；有效Mn 0.26～4.82 mg/kg。按照全国土壤养分含量分级标准[11]，土壤全P和有效P含量均处于极贫乏水平，全K和速效K含量处于很贫乏和极贫乏水平，有机质、全N和碱解N含量处于中等偏下水平，中量元素土壤交换性Ca和Mg含量大部分处于极低水平，土壤微量元素除有效Cu、Fe含量处于中等偏上水平外，其余均普遍贫乏，尤其是B、Mn元素大部分处于极贫乏水平。总体上，各松树林地的土壤养分含量处于贫乏状况。

表2 马尾松调查点土壤养分状况

2.2 马尾松林地土壤养分相关性分析

将马尾松15个土壤养分指标的数据经SPSS 软件进行Correlate-Bivariate 过程分析，P<0.05(显著性水平=0.05)系数值旁会标记1个星号(表3)，P<0.01(显著性水平=0.01)标记2个星号(表3)。

由表3可知，pH和全P、全K，有机质和有效Mn，全N、全P、全K和交换性Ca，速效K和交换性Mg，碱解N和有效Cu，全K、有效Zn和有效B均呈显著正相关。全K和有效B呈显著负相关。

pH与交换性Ca，有机质和有效B，全N和碱解N，全P、全K、交换性Ca和交换性Mg，有效P和有效Fe均呈极显著正相关。

pH和有机质、有效Cu、有效Zn、有效B呈负相关性但不显著，和其余养分指标呈不显著的正相关；有机质和全P、全K、速效K、交换性Ca、交换性Mg均呈负相关性但不显著。除有机质、有效P、有效B、有效Fe外，有效Zn和其他土壤养分均呈负相关性但不显著。除有效Zn和有效Cu、有效Mn呈不显著负相关性外，其余微量元素之间均呈正相关性。

2.3 土壤肥力综合评价

选择土壤pH值、有机质、全N、全P、全K、碱解N、有效P、速效K、交换性Ca、交换性Mg、有效Cu、有效Zn、有效B、有效Fe和有效Mn等15个养分指标作为综合评价土壤肥力的标准。采用指标区间化方法对调查数据进行生成处理，处理后各指标均在[0～1]之间变化(表4)。选择各测定养分指标的最高值作为参考点，组成参考数列，即：X0={1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1}。然后进行各对应点关联系数和关联度计算分析，结果见表5。

表3 马尾松林地土壤养分相关性分析

注:**P<0.01,*P<0.05.

表4 土壤养分指标区间化结果

根据计算出的灰色关联度，参照表6给出的土壤质量分级进行土壤质量评价。关联度越大，其土壤综合肥力越高。

由表5可知，11个松树样地的土壤肥力除7号表现较好外，其余普遍较低，其水平高低排列顺序是7号>3号>11号>1号>6号>9号>10号>4号>5号>2号>8号。说明11个马尾松林地中7号样地的土壤肥力最大，关联度为0.709，属于Ⅱ级(良)水平；8号样地土壤肥力最差，关联度为0.385，属Ⅴ级(极差)水平。其中，土壤肥力属于Ⅲ级(一般)的样地是3号和11号，占全部样地的18.18%；属于Ⅳ级(差)的样地是1号、4号、5号、6号、9号和10号，占全部样地的54.55%；属于Ⅴ级(极差)的样地是2号和8号，占全部样地的18.18%。将此结果与表1中马尾松的生长情况相比对可以看出：种植密度高者，其土壤综合肥力整体上相对较低；但8号(最低者)样地与同林龄的马尾松林地相比，其树高和胸径为最高，可能是由于8号林地的马尾松快速生长，需要吸收较多的养分，从而导致林地的土壤肥力衰退。

表5 土壤养分含量关联系数、关联度及综合评价

表6 土壤肥力灰色关联度评价标准

3 小结与讨论

1)在不同立地条件和不同栽培密度下，不同林龄马尾松的树高和胸径相差很大，同一林龄的树高和胸径差异也明显。同时11个马尾松林地大部分土壤养分元素处于贫乏或极贫乏水平，各养分指标间的相关性表现不一。

2)采用灰色关联分析法对11个马尾松人工林的土壤养分状况进行了综合分析研究，结果表明：田林县旧州分场8年生的马尾松人工林土壤综合肥力最高，属Ⅱ级(良)水平；而派阳山林场大王山分场8年生马尾松人工林的土壤综合肥力最低，属Ⅴ级(极差)水平。从大王山分场8年生林地树体生长情况来看，其树高和胸径远远大于同林龄的马尾松人工林，表明其生长迅速，导致土壤养分过多消耗，因此需要对马尾松人工林进行人为养分循环调节与平衡配方施肥来实现马尾松产业的健康、可持续发展。

3)在各调查样地中，1～3号样地为1～5年生马尾松人工林，平均关联度为0.544;4～9号样地为5～10年生马尾松人工林，平均关联度为0.489;10～11号样地为10～15年生马尾松人工林，平均关联度为0.542。由此可知，3个林龄段中以1～5年生马尾松人工林的土壤综合肥力最高，在生长发育

过程中从土壤中吸收的养分相对较少；5～10年生马尾松人工林的土壤肥力相对最低，林木生长发育迅速，对应从土壤中吸收养分较多，使得土壤养分降低。

4)森林土壤综合肥力评价研究中，利用灰色关联分析可找出影响林木生长的主要因子，并能够综合评价土壤肥力高低。目前对松树人工林土壤肥力评价大多集中在丰缺评价研究上，因此，灰色关联分析在松树人工林土壤肥力评价中前景广阔，尤其是将生长状况与土壤肥力指标相结合来综合评价土壤肥力，能更深层次地评判施肥对土壤肥力的影响，对松树整个营林生产管理及施肥决策具有重大意义。

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