云南2-7年生直干桉人工林土壤物理性状研究*

蒋云东,周云,阚忠明,许林红,石忠强,王一新,杨忠丽,李思广

(1.云南省林业科学院,云南 昆明650201;2.富民县林业局,云南富民650400)

桉树 (Eucalyptus)生长迅速、经营周期较短,并且单位面积内出材率高,因此,其经济价值显著[1]。滇中、滇南一带的桉树种植以直干桉 (Eucalyptus maidenii)居多。直干桉利用率高,其树干可生产木材或造纸,梢头可做活性炭,树根可做根雕,树皮能制栲胶,枝叶可蒸烤桉油。在云南许多地方甚至将直干桉树下的枯枝落叶都收集,用于蒸油,因此直干桉经营过程对其林下土壤肥力的消耗很大[2-3]。土壤物理性质是评价土壤肥力和生态效益的重要指标,土壤物理性状的好坏在很大程度上受制于土壤有机质含量的多寡,由于直干桉几乎全树被利用,枝叶等有机物归还土壤较少,所以,种植直干桉对土壤物理性质的影响很大,值得认真研究。国内许多学者与此相关的报道有:谢直兴等的桉树人工林现状及其可持续发展[4],徐柳斌等的滇西山地桉树林土壤物理性质研究[5],黄影霞等的马尾松 (Pinu massonniana Lamb.)改植桉树后对土壤物理性质的影响[6],李东海等的桉树人工林林下植被、地面覆盖物与土壤物理性质的关系[7],吕祥涛的尾巨桉 (E.urophylla×E.grandis)人工林土壤物理性质变化的研究[8]等。但是,直接全面系统针对直干桉土壤物理性状的研究未见报道。本文以云南省昆明、曲靖、楚雄和红河等州(市)种植的2-7年生直干桉林为研究对象,用环刀法测量其土壤容重、孔隙度等物理性状[9],并采集土样,在实验室测量土壤黏粒含量 (方法采用GB/T50123-1999)[10],为直干桉人工林可持续经营评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 直干桉林地基本情况

云南直干桉林地土壤为红壤和紫色土,pH4.5-6。其主要土壤养分含量和直干桉生长量详见表1。

表1 直干桉调查点的树高、胸径和0-40cm土层的土壤养分含量Tab.1 Tree height,DBH of E.maidenii plantations and soil nutrient contents within the soil layer of 0-40cm

云南省的直干桉种植密度为2 500-5 000株/hm2,穴状整地40cm×40cm×40cm或撩壕整地60cm×40cm等,定植时间多在6-7月。一般底肥施农家肥5-10kg/株,年追施尿素200-300g/株;或者底肥施复合肥600kg/hm2、钙镁磷肥750kg/hm2,年追施尿素150kg/hm2等,每年抚育1-2次。直干桉林下主要植物有:棠梨树 (Pyrus calleryana Decne.)、厚皮香〔Ternstroemia gymnanthera(Wight et Arn.)〕、 黄锁梅 (Rubus ellipticus Smith var.obcordatus Focke)、三颗针 (Berberis pruinosa Franch.)、野坝子 (Artemisia lavandulaefolia DC.)、鬼针草 (Bidens pilosa Linn.)、紫茎泽兰 (Eupatorium adenophora Spreng.)、粘粘草(Cynoglossum wallichii var.glochidiatum)、白蒿 (Arteimiaisia sieuersiana Ehrhart ex Willd.)、犁头筋 (Viola japonica var.stenopetala Franch.ex H.Boissieu.)、马蹄金 (Dichondra repens Forst.)、酢浆草 (Oxalis corniculata L.)、铁满蕨 (Neottopteris nidus J.Sm.)、狼毒 (Stellera chamaejasme Linn.)、翻白叶 (Potentilla griffithii Hook.f.var.velutina Card.)、地桃花 (Urena lobata L.)、水锦树 (Wendlandia cavaleriei Lévl.) 等。

1.2 直干桉林下土壤物理性质调查方法

2017年1-3月对滇中、滇南桉树种植区昆明、曲靖、楚雄和红河等州 (市)的主要品种—直干桉开展了标准地调查。共设置45块20m×20m的标准地,其中2年生、3年生和4年生的直干桉林各5块,5年生、6年生和7年生的直干桉林各10块。调查内容主要包括:地理位置 (经纬度、海拔)、地形因子 (包括坡度、坡向、坡位)、林龄、品系、密度 (株行距),直干桉进行每木检尺 (调查内容:树高、胸径、冠幅)。然后在标准地内依据土壤采样规则挖3个土壤剖面做土壤调查,采用环刀法测定0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-100cm的土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量等指标。并取0-40cm土层混合样和40-100cm土层混合样共计90个土样,送检测定黏土含量等。

黏土含量由云南省农业科学院 (云南悦分环境检测有限公司)测定,测定方法采用GB/T50123-1999。

2 结果与分析

2.1 直干桉各土层土壤物理性质的测定结果

将云南2-7年生直干桉林下各土层土壤物理性质的测定结果列入表2。

表2 2-7年生直干桉林下4个土层的土壤物理性质Tab.2 Physical properties of soil from different profile layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

由表2可以看出,直干桉人工林的土壤容重大多在1.1-1.4g/cm3之间,土壤结构较好。其土壤容重的平均取值区间为1.13-1.46g/cm3,其中0-20cm土层的土壤容重1.13-1.37g/cm3,平均1.25g/cm3;20-40cm土层土壤容重1.20-1.36g/cm3,平均1.31g/cm3;40-60cm土层土壤容重1.20-1.43g/cm3,平均1.33g/cm3;60-100cm土层土壤容重1.22-1.46g/cm3,平均1.36g/cm3。呈现出由上到下土壤容重逐渐增加的规律,60cm以下土层土壤容重部分超过1.4g/cm3,土壤结构变差。

直干桉人工林的土壤总孔隙度,一般为45%-60%,为黏质土。土壤总孔隙度的平均取值区间为45.01%-57.32%,其中0-20cm土层的土壤总孔隙度48.37%-57.32%,平均52.75%;20-40cm土层的土壤总孔隙度为48.62%-54.56%,平均50.72%;40-60cm土层的土壤总孔隙度为45.93%-54.80%,平均51.89%;60-100cm土层的土壤总孔隙度为45.01%-54.10%,平均48.84%。直干桉林下呈现出由上层到下层其土壤总孔隙度逐渐减少的规律。

直干桉人工林土壤毛管孔隙度的平均取值区间为42.90%-53.19%,其中0-20cm土层的土壤毛管孔隙度为42.90%-47.08%,平均45.44%;20-40cm土层的土壤毛管孔隙度为44.31%-51.70%,平均47.27%;40-60cm土层的土壤毛管孔隙度为42.98%-50.52%,平均47.36%;60-100cm土层的土壤毛管孔隙度为43.22%-51.99%,平均46.64%。除0-20cm土层的土壤毛管孔隙度较低外,其它3个土层基本相近。

直干桉人工林土壤饱和持水量的平均取值区间为44.24%-55.22%,其中0-20cm土层的土壤饱和持水量为44.24%-47.29%,平均48.11%;20-40cm土层的土壤饱和持水量为47.28%-54.59%,平均49.95%;40-60cm土层的土壤饱和持水量为45.20%-55.22%,平均50.26%;60-100cm土层的土壤饱和持水量为44.82%-54.57%,平均49.69%。除0-20cm土层的土壤饱和持水量较低外,其它3个土层变化不大。

直干桉人工林土壤黏粒含量平均取值区间为44.14%-59.60%,其中0-40cm土层的土壤黏粒含量44.14%-54.5%,平均48.67%;40-100cm土层的土壤黏粒含量为49.3%-59.60%,平均54.26%。

2.2 不同树龄的土壤物理性状

由图1可见,直干桉林下各土层的土壤容重随树龄的增加均呈现先降后升的趋势,但土壤结构普遍较好,土壤容重一般在1.1-1.4g/cm3之间。2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤容重分别为2年生1.41-1.68g/cm3、3年生1.33-1.68g/cm3、4年生1.19-1.68g/cm3、5年生1.39-1.68g/cm3、6年生1.35-1.68g/cm3和7年生1.25g/cm3,其中土壤容重最低值0.82g/cm3,最高值1.68g/cm3。

图1 2-7年生直干桉各土层的土壤容重Fig.1 Soil bulk densities of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

由图2可见,直干桉各土层的土壤总孔隙度随树龄的增加均有先升后降再上升的趋势,土壤总孔隙度一般在40%-60%之间,具有较好的通透性。2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤总孔隙度分别为2年生46.78%、3年生49.67%、4年生54.98%、5年生47.72%、6年生49.19%和7年生52.69%,其中土壤总孔隙度最高值69.03%,最低值36.79%。

图2 2-7年生直干桉林下各土层的土壤总孔隙度Fig.2 Porosity of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

2-7年生直干桉林下各土层的土壤毛管孔隙度随树龄的增加均有先升后降再上升的趋势,土壤毛管孔隙度一般在40%-60%之间,具有较好的通透性 (图3)。2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤毛管孔隙度分别为2年生43.84%、3年生44.79%、4年生50.97%、5年生44.04%、6年生47.04%和7年生49.32%,其中土壤毛管孔隙度最高值63.14%,最低值25.57%。毛管孔隙是土壤水分贮存和水分运动最强的地方,毛管孔隙的数量直接反映出土壤质地、结构等性状。云南2-7年生直干桉其林地多为黏质土,由图3可以看出,其土壤毛管孔隙度较高,说明土壤细孔隙较多,持水性较强。

图3 2-7年生直干桉林下各土层的土壤毛管孔隙度Fig.3 Capillary porosity of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

2-7后生直干桉林林下各土层的土壤饱和含水量随树龄的增加也有先升后降再上升的趋势,平均土壤饱和含水量一般在44.24%-55.22%之间,具有较好的持水性 (图4),但持水性过强的林地,会造成直干桉湿害。2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤饱和含水量分别为2年生45.29%、3年生50.98%、4年生53.56%、5年生46.21%、6年生49.83%和7年生51.36%,其中土壤饱和含水量最高值68.38%,最低值25.81%。

图4 2-7年生直干桉各土层的土壤饱和含水量Fig.4 Saturated soil water contents of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

直干桉人工林2-7年生树龄的林下平均土壤黏粒含量0-40cm土层分别为:2年生48.26%、3年生54.5%、4年生50.02%、5年生44.14%、6年生44.56%和7年生50.53%,其中土壤黏粒含量最高值70.8%,最低值21.0%;40-100cm土层分别为2年生54.32%、3年生55.84%、4年生51.72%、5年生49.3%、6年生54.79%和7年生59.6%,其中土壤黏粒含量最高值76.2%,最低值17.6%,黏粒含量普遍大于25%,质地多为黏土,土壤容易板结,干旱时坚硬。仅少数林地的黏粒含量17%-25%,为壤土。

图5 2-7年生直干桉各土层的土壤黏粒含量Fig.5 Clay particle contents of different soil layers of 2-7 years old E.maidenii plantations

3 结论

(1)云南2-7年生直干桉人工林林下的土壤容重大多在1.1-1.4g/cm3之间,土壤结构普遍较好。直干桉林下呈现出由上到下土壤容重逐渐增加的规律,但60cm以下土层土壤容重部分超过1.4g/cm3,土壤结构变差。此外,随树龄的增加土壤容重呈现先降后升的趋势,2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤容重分别为:2年生1.41-1.68g/cm3、3年生 1.33-1.68g/cm3、4年生1.19-1.68g/cm3、 5年生1.39-1.68g/cm3、 6年生1.35-1.68g/cm3和7 年生1.25g/cm3。

(2)云南2-7年生直干桉人工林的土壤总孔隙度,一般在45%-60%,为黏质土。呈现出由上到下土壤总孔隙度逐渐减少的规律,而且,随树龄的增加土壤总孔隙度有先升后降再上升的趋势,2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤总孔隙度分别为:2年生46.78%、3年生49.67%、4年生54.98%、5年生47.72%、6年生49.19%和7年生52.69%。

(3)2-7年生直干桉林地土壤毛管孔隙度的平均取值区间为42.90%-53.19%,具有较好的持水性性,林下各土层的土壤毛管孔隙度随树龄的增加均有先升后降再上升的趋势。2-7年生0-100cm土层的平均土壤毛管孔隙度分别为:2年生43.84%、3年生44.79%、4年生50.97%、5年生44.04%、6年生47.04%和7年生49.32%。

(4)2-7年生直干桉林林地土壤饱和持水量的平均取值区间为44.24%-55.22%,除0-20cm土层较低外,其它3层变化不大。各土层的土壤饱和含水量随树龄的增加也有先升后降再上升的趋势,土壤饱和含水量一般在44.24%-55.22%%之间,具有较好的保水性,2-7年生直干桉林下0-100cm土层的平均土壤饱和含水量分别为:2年生45.29%、3年生50.98%、4年生53.56%、5年生46.21%、6年生49.83%和7年生51.36%。

(5)直干桉人工林的土壤黏粒含量平均取值区间为44.14%-59.60%。2-7年生直干桉林下的平均土壤黏粒含量0-40cm土层分别为:2年生48.26%、3年生54.5%、4年生50.02%、5年生44.14%、6年生44.56%和7年生50.53%;40-100cm土层分别为:2年生 54.32%、2年生55.84%、2年生51.72%、2年生49.3%、2年生54.79%和2年生59.6%。2-7年生直干桉人工林林下土壤黏粒含量普遍大于25%,质地多为重黏土,土壤容易板结,干旱时变得坚硬。