更新造林措施对桉树采伐迹地土壤有机碳氮活性组分的影响

詹志丽

(莆田市涵江区自然资源局，福建 莆田 351111)

森林土壤碳氮循环是重要的生物地球化学循环过程之一[1]。不同的土壤碳氮组分对土壤碳氮循环和转化过程有不同的调节作用。大多数学者普遍认为，土壤碳氮组分依据分解难易程度和对植物有效性大小，分为活性碳氮、稳态碳氮和难分解碳氮。活性碳氮组分包括可溶性有机碳氮、微生物量碳氮、轻组有机碳氮等。该组分周转周期短，对植物的生长和群落生产力的影响最直接，同时也可以作为反映土壤质量和环境变化的重要指标[2]。

桉树是桃金娘科桉属树种的统称，被誉为世界四大速生树种之一。作为速生纤维、实木加工短周期工业原料林，桉树人工林建设在水热条件较好的福建南部地区发展迅速，但也引起了一些环境问题。2011年10月7日，福建省政府办公厅发布《关于限制桉树人工林发展的通知》(闽政办〔2010〕152号)，明令限制在水源地等重要生态区域种植桉树，此后几年又陆续出台各种政策支持利用阔叶树种改造桉树林。目前，有关研究主要集中在林下植被物种多样性[3]、生物量和生产力[4]和土壤理化性质[5]等方面，而关于土壤有机碳氮活性组分的研究鲜见报道。为此，本研究以莆田市涵江区桉树林分改造地块为研究对象，分析了主要更替树种的生长情况、土壤理化性质及土壤可溶性有机碳氮、微生物量碳氮、铵态氮、硝态氮等特征，以期分析不同改造树种的适应情况及土壤碳氮循环的响应，为树种筛选及改造技术模式的制定提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于莆田市涵江区梧塘镇松东村，地理位置119°02′43″ E，25°34′05″ N。项目区属南亚热带海洋性季风气候，暖热湿润，多年平均气温20.3 ℃，1月最冷，平均气温11.3℃，7月最热，平均气温28.6 ℃，年日照1 977 h，多年平均降雨量1 500 mm，4—9月为雨季，约占全年降雨量的80%。海拔高度150～200 m，坡度15～18°，土壤类型为红壤，立地质量Ⅲ级。林下常见植物包括盐肤木(Rhuschinensis)、梅叶冬青(Ilexasprella)、山乌桕(Sapiumdiscolor)、悬钩子(Rubuscorchorifolius)、千金藤(Stephaniajaponica)、火炭母(Polygonumchinense)、菝葜(Smilaxchina)、铁芒萁(Dicranopterislinearis)、雀稗(Paspalumorbiculare)等。

1.2 研究方法

研究选择的巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林为2005年造林，保留密度1 200株hm-2，将林木皆伐后重新造林。采伐作业于2015年12月底前全部完成。新造林设计了3种模式，选用杜英(Elaeocarpusdecipiens)、枫香(Liquidambarformosana)、天竺桂(Micheliamacclurei)与马占相思(Acaciamangium)1∶株间混交(分别记为模式一、模式二、模式三)，每亩80株。天竺桂、枫香、杜英均选用多年生袋苗，采用胸径≥3 cm、苗高≥2.0 m、冠幅≥50 cm、三级分叉、枝干健壮、形态优美的全冠容器大苗；马占相思采用2年生袋苗，地径≥1.2 cm，苗高≥100 cm。造林前，沿等高线带状整地，包括清除种植穴(带)周围的块石、碎石及非培育目的植物，挖净茅草头，将剩余物整齐堆放在种植穴下方；劈除桉树萌芽条，并将伐桩剥皮后用黑色聚乙烯薄膜袋套住，并覆土压实。造林后连续抚育3年，包括补植、伐除桉树萌芽条等。劈杂产生的废弃物平铺在种植穴下方。造林施工于2016年5月前完成，12月底前对当年成活率进行调查。

2019年9月，在每种改造模式林分内随机设置3个20 m×20 m的样地，调查每个造林树种的树高、胸径、冠幅等；沿对角线等距布设6～8个取样点，利用土钻获取0～20 cm土壤并混合均匀，按四分法取样，一份放入置有生物冰袋的便携式保温箱，用于土壤可溶性有机碳氮(DOC、DON)、土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)的测定，另一份风干后测定土壤基本理化性质。对照组(模式四)选择临近小班，同为2005年造林，未改造，坡度、坡向、海拔高度等均相近。

1.3 样品分析方法

土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法处理，MBC利用TOC-VCPH/CPN 分析仪(Shimadzu，Japan)测定，MBN采用SmartChem200全自动分析仪(Alliance，France)测定，转换系数MBC=EC/0.45，MBN=EN/0.54。可溶性有机碳、氮(DOC、DON)采用2 molL-1氯化钾浸提法处理，DOC采用TOC-VCPH/CPN 分析仪(Shimadzu，Japan)测定，DON、NO3—-N、NH4+-N利用SmartChem 200全自动分析仪(Alliance，France)测定。土壤有机碳、氮(STC、STN)利用碳氮元素分析仪(Vario EL Ⅲ，ElementarAnalysensysteme GmbH，Hanau，Germany)测定，土壤全磷、全钾(STP、STK)利用HNO3在GHZ-8/10/12/16型高通量智能微波消解仪(国产)酸解后，用SmartChem200全自动分析仪(Alliance，France)测定全磷(STP)，用火焰光度计测全钾(STK)，土壤速效磷(SAP)和速效钾(SAK)的测定方法参照中国林业行业标准(LY/T 1228～1237)。

1.4 数据处理方法

利用SPSS 17.0对数据进行邓肯多重比较，利用Origin 9.5作图，利用Excel 2010整理数据。

2 结果与分析

2.1 不同更新树种的生长量调查

树高、胸(地)径、冠幅生长量是衡量造林树种适应性、抗逆性的主要指标。

表1 不同改造树种林分特征调查表

注：“±”表示标准差。

从调查结果(表1)上看，4个造林树种当年造林成活率均达到90%以上，其中天竺桂、马占相思达到95%；3年后保存率均达到95%以上，说明所选的4个树种均能较好的适应涵江区气候、土壤等立地条件。从地径生长量上看，天竺桂生长最快，年均生长量达到1.3 cma-1，其次为杜英，达到0.83 cma-1；从树高生长量上看，天竺桂最快，达到1.0 ma-1，其次为杜英，达到0.67 ma-1；冠幅生长量也有相似规律。马占相思生长量也较明显，地径增长了2.3 cm，平均达到了0.77 cma-1，树高年均生长量0.77 ma-1。

2.2 不同更新造林模式土壤理化性质的差异

表2 不同更新造林模式表层(0～20 cm)土壤理化性质

注：“±”表示标准差。

选择了土壤含水量、容重、pH、土壤有机质含量、土壤全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾等指标分析，详见表2。从结果上看，采伐迹地造林一定程度上改变了土壤的基本理化性质。其中，土壤含水量差异不大；从土壤容重上看来，3种模式的土壤容重均有所下降；从土壤的有效养分上看，三种造林模式土壤的有机质含量、全效及速效养分含量均有一定程度的提高。

2.3 不同更新造林模式土壤活性碳氮组分含量

选择了土壤可溶性有机碳、氮、土壤微生物量碳、氮、微生物量碳氮比、土壤硝态氮、土壤铵态氮、土壤碳氮比8个因子进行分析。由图3可知，模式三(天竺桂×马占相思)的土壤可溶性有机碳、氮含量和氨态氮含量显著高于其他各模式，模式一和模式二差异不显著；各模式土壤微生物量碳、氮含量及碳氮比总体差异不明显；对照组的土壤硝态氮则显著高于其他造林模式，铵态氮含量显著低于各改造模式，说明林分改造可能有助于提高土壤铵态氮含量，降低硝态氮含量，提高土壤氮素的有效性。

图2不同更新造林模式土壤活性碳氮组分含量

3 讨论

适应性评价是衡量造林成效的主要手段，也是筛选适宜造林树种的主要方式之一，有助于在当前技术和经济条件下发挥森林植被的生态服务价值。试验筛选的4个造林树种均为莆田地区常见种，生长速度较快，适应性较强。从造林3年的调查结果上来看，天竺桂、马占相思的树高、地径、冠幅生长速率均较快，成活率和保存率均较高，还将深入持续研究各树种的后期生长状况，并进行综合评价。

研究地块原为桉树林分，防止桉树伐根萌芽快速生长对新植苗木的生长至关重要。造林时采用伐桩剥皮、黑色薄膜覆盖并覆土压实的方法，一定程度上抑制了桉树的萌芽，但在抚育过程中仍需对个别萌芽条进行伐除。抚育产物平铺在种植穴下方，以起到固土、蓄水保肥的作用。不同森林类型由于地上凋落物的生物量及分解速率、细根分布及周转等存在差异，养分的重吸收也不同，会对土壤理化性质产生不同影响，进而影响土壤肥力及其生产力[6]。其中，森林凋落物分解是森林植被养分输入的主要途径，占森林营养物质需求的80%。从土壤物理性质上看，改造地块土壤含水量并未较对照明显下降，土壤容重也有所改善，可能与抚育产物条平铺在造林地块，增加了凋落物归还量，涵养水源能力显著提高有关。新造树种凋落物增加了凋落物的种类，也一定程度上提高了凋落物的分解速率。但由于时间较短，造林树种尚处在快速生长期，后期将进一步对凋落物的分解特征、生物量等进行深入研究。另外，林分改造必然引起林下生物多样性的改变，后期也将进行深入研究[3]。

4 小结

4.1 在桉树林分改造过程中选择的天竺桂、枫香、杜英、马占相思均能较好适应当地条件，可进一步推广应用。改造过程中应重视桉树萌芽条处理，劈杂产生的废弃物平铺在种植穴下方可起到固土、保肥的作用，有助于土壤理化性质的持续改善。