全 文 ：南亚热带不同植被恢复模式下土壤理化性质*
康摇 冰1,2 摇 刘世荣2**摇 蔡道雄3 摇 卢立华3 摇 何日明3 摇 高妍夏1 摇 迪玮峙1
( 1 西北农林科技大学生命科学学院, 陕西杨凌 712100;2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京 100091;
3 中国林业科学研究院热带林业实验中心, 广西凭祥 532600)
摘摇 要摇 分析了广西大青山南亚热带 11 种植被恢复模式下(1 种天然次生林、2 种人工针叶
林、5 种人工常绿阔叶林、2 种人工针阔混交林和 1 种灌丛)土壤理化性质的变化特征.结果表
明:不同植被恢复模式下土壤理化性质存在明显差异. 其中,次生林林地土壤的物理性质良
好,2 种针叶林较差. 2 种针阔混交林土壤容重较小,土壤总孔隙度、土壤持水量均高于其他人
工纯林;而 5 种人工常绿阔叶林的土壤孔隙度差异不明显.次生林土壤除全 K低于柚木林外,
其余养分含量均明显高于人工林,C / N和 pH值相对较低.与荒草灌丛相比, 9 种人工林的土
壤养分变化明显,全 N和速效 P含量均呈增加趋势;2 种针叶纯林的土壤养分含量较低,但与
红椎混交后,土壤养分含量明显改善,C / N值降低.
关键词摇 植被恢复模式摇 土壤理化特征摇 生态恢复摇 南亚热带
文章编号摇 1001-9332(2010)10-2479-08摇 中图分类号摇 S718摇 文献标识码摇 A
Soil physical and chemical characteristics under different vegetation restoration patterns in
China south subtropical area. KANG Bing1,2, LIU Shi鄄rong2, CAI Dao鄄xiong3, LU Li鄄hua3, HE
Ri鄄ming3, GAO Yan鄄xia1, DI Wei鄄zhi1 ( 1College of Life Sciences, Northwest Sci鄄Tech University of
Agriculture and Forestry, Yangling 712100, Shaanxi, China; 2 Institute of Forest Ecology, Environ鄄
ment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3Experiment Center of
Tropical Forestry , Chinese Academy of Forestry, Pingxiang 532600, Guangxi, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. ,2010,21(10): 2479-2486.
Abstract: This paper studied the change of soil physical and chemical properties under eleven veg鄄
etation restoration patterns (1 kind of secondary forest, 2 kinds of pure coniferous plantations, 5
kinds of evergreen broad鄄leaved plantations, 2 kinds of conifer and broad鄄leaved mixed plantations,
and 1 kind of shrub) typical in Daqingshan of Guangxi. Obvious differences were observed in the
soil physical and chemical properties under different vegetation restoration patterns. The soil physi鄄
cal properties were better in secondary forest but poorer in pure conifer plantations. Conifer and
broad鄄leaved mixed plantations had lower soil bulk density, and their soil total porosity and water鄄
holding capacity were higher than those in pure plantations. There were no significant differences in
the soil porosity among the 5 evergreen broad鄄leaved plantations. Except that of soil total K, the
contents of soil nutrients in secondary forest were higher than those in plantations, and the soil C / N
ratio and pH value were relatively lower. Comparing with shrub, the 9 plantations had an obvious
change in their soil nutrient contents, e. g. , the increase of soil total N and available K. The 2 pure
coniferous plantations had lower soil nutrient contents, but after mixed planted with evergreen
broad鄄leaved trees, their soil nutrient contents increased markedly, and the soil C / N ratio de鄄
creased.
Key words: vegetation restoration pattern; soil physical and chemical characteristics; ecological
restoration; south subtropical area.
*国家林业科技支撑项目(2006BAD03A0402,2006BAD03A040101)资助.
**通讯作者. E鄄mail: liusr@ caf. ac. cn
2010鄄03鄄23 收稿,2010鄄08鄄16 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 10 月摇 第 21 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2010,21(10): 2479-2486
摇 摇 土壤保持是许多国家环境策略的主要组成部
分. 其将生态系统的完整性作为可持续性的标
准[1],重点致力于对土壤功能的保持[2] . 许多学者
认为,森林经营者与土壤生态学家在土壤恢复进程
上存在分歧[3] . 因此,在森林生态系统中判别土壤
特征尤为重要.研究表明,植物群落的演化促进了土
壤的发育和肥力的提高,并为生态系统的发育和演
替奠定了一定基础[4] .植被演替与土壤性质演变的
关系不仅是生态学研究的重要内容之一[5],也是生
态管理者面临森林地力普遍衰退现状下不得不思考
的问题.土壤是生态系统中诸多生态过程(如营养
物质循环、水分平衡和凋落物分解等)的载体.土壤
结构和养分状况是度量退化生态系统生态功能恢复
与维持的关键指标之一.土壤容重能反映土壤透水
性、通气性和根系伸展时的阻力状况[6] .土壤孔隙度
不仅是土壤养分、水分、空气和微生物等的传输通道、
贮存库和活动空间,也是植物根系生长的场所,对土
壤中水、肥、气、热和微生物活性等具有重要的调控功
能[7] .土壤自然含水量能较好地反映土壤水分和群落
生境的湿润状况,直接影响凋落物与土壤表层的物质
和能量交换及土壤盐基养分的淋溶程度.
广西大青山地处南亚热带,其地形、岩层、母质、
土壤种类和森林植被几乎代表了南亚热带所有类
型.由于该区域多为坡地,土层较薄(40 ~ 100 cm),
且降雨量大,地表冲蚀剧烈,极易发生土壤侵蚀. 一
旦表土被冲蚀,基岩裸露、地力衰退,植被将很难恢
复,在熔岩地形上发生石漠化.而频繁的人为干扰加
剧了脆弱生态系统的恶化. 南亚热带地力的衰退是
植被生态系统退化的主导因子之一,因此,恢复地力
对整个生态系统的恢复至关重要. 植被恢复包括自
然恢复和人为干扰下的恢复[8] . 在以木材经营为主
导目标的利益驱动下,人为破坏原生植被、营建人工
林也是人为对自然演替的干扰活动. 强烈的干扰会
产生植被逆向演替,影响到土壤的结构和功能[9] .
目前有关植被对土壤的影响及改善作用已有报
道[10-11], 但针对南亚热带生态恢复重建区的研究
较少.通过研究不同植被恢复模式下土壤理化性质
的变化规律,揭示植被恢复过程中土壤肥力的演化
机制,评价不同植被恢复模式的效应和功能,可为我
国类似区域植被恢复与重建提供科学参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
广西大青山地处亚热带南缘 ( 21毅 57忆 47义—
22毅19忆27义 N, 106毅 39忆 50义—106毅 59忆 30义 E ),海拔
130 ~ 1045郾 9 m.该区属南亚热带季风气候,主要受
东南与西南季风控制.年均气温 27郾 5 益,逸10 益积
温 7518郾 4 益,年均降雨量 1379 mm,降雨集中在 7—
8 月,蒸发量在 1300 ~ 1700 mm.地带性土壤为砖红
壤性土,由中酸性火山岩和花岗岩发育而成,土层平
均厚度 0郾 5 ~ 1郾 0 m,地质地貌复杂. 由于岩层、地
形、气候和人为活动的影响,森林植物变化很大. 在
石灰岩山,由于长期砍伐烧山,植物为次生稀疏的灌
丛和石山草坡.土山的天然次生林(主要为常绿阔叶
林)多残存于交通不便的沟谷和山顶,其优势种为厚
叶琼楠(Beischmiedia percoricea)、山枇杷(Elerhardtia
aurata)、大叶杜英(Elaeocarpus decurvatus)等.随着乱
砍滥伐加剧,大青山残存的天然林和次生林在逐步消
失,代之为大面积的人工林.其中海拔 150 ~ 1000 m
广泛分布着杉木(Cunninghamia lanceolata)和马尾松
(Pinus massoniana)人工纯林;常绿阔叶用材林居次,
其中米老排(Mytilaria laosensis)、格木(Erythroophloe鄄
um fordii)、火力楠(Michelia macclurei)和红椎(Cas鄄
tanopsis hystrix)等为常绿阔叶乡土树种,柚木(Tecto鄄
na grandis)为引进的外来种.此外,在长期撂荒地上
形成了一定优势群体的灌(草)群落,优势草类有白茅
(Imperata cylindrica)、飞机草(Eupatorium odoratum)、
铁芒萁(Dicranopterris linearis)、五节芒(Misanthus flo鄄
ridulus)、乌毛蕨 (Blecchnum orientale)和蔓生莠竹
(Microstegium vagans ) 等; 灌 木 主 要 有 桃 金 娘
(Rhodomyrtus tomentosa)、盐肤木(Rhus chinensis)和
大沙叶(Pavetta arenosa)等.
1郾 2摇 样品采集和分析方法
在同一区域内,选择同龄(26 a)、相近立地(坡
位、坡向、海拔等)、人为干扰轻微的典型森林群落,
分别包括荒草灌丛、杉木林、马尾松林、杉木鄄红椎混
交林、马尾松鄄红椎混交林、米老排林、火力楠林、格
木林、柚木林、红椎林、次生林.以自然演替(在天然
林采伐迹地上自然更新 26 a)的两极为对照,构成
比较完备的植被恢复模式. 2005 年 7 月,在不同植
被恢复群落内各设置 3 个样区,每个样区设 4 个
20 m伊30 m的样地. 在每块样地内按对角线随机布
点(3 点),挖取土壤剖面,并按 0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm
和 40 ~ 60 cm 3 个层次分别取土样,混匀,带回室
内.样品经风干后粉碎,挑去植物细根后,分别过 20
目、80 目和 100 目筛, 密封贮放,备测.
土壤容重、土壤持水量和孔隙度等物理性质采
用环刀法取样测定.土壤 pH 值用水浸法;有机质用
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重铬酸钾容量法;全氮用硒粉鄄硫酸钾鄄硫酸消化蒸
馏滴定法;全磷用酸溶鄄铝锑抗比色法;全钾用氢氧
化钠熔融鄄火焰光度计法;碱解氮用碱解扩散吸收
法;速效磷采用碳酸氢钠浸提法;速效钾用火焰光度
计法;交换性盐基总量用中和滴定法[12] .
1郾 3摇 数据处理
试验数据采用 Excel 2003 进行处理.通过 SPSS
16郾 0 软件的单因素方差分析(ANOVA)检验不同样
地土壤理化性质的差异(琢 = 0郾 05),计算 Pearson 相
关系数.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同植被恢复模式下土壤物理性质变化
2郾 1郾 1 土壤容重摇 土壤容重反映了土壤的松紧度和
对地表水的蓄积能力.由表 1 可以看出,不同植被恢
复模式下各层次土壤容重间差异显著,植被对降低
土壤表层容重的作用较明显,以荒草灌丛土壤容重
最高.相对于 9 种人工林,次生林林地土壤容重最
小,0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm 和 40 ~ 60 cm 土层容重分
别为 0郾 89、0郾 98 和 1郾 10 g·m-3,说明天然次生林土
表 1摇 不同植被恢复模式下土壤物理性质
Tab. 1摇 Soil physical properties under different vegetation restoration pattern (mean依SE,n=12)
恢复模式
Restoration
pattern
土层厚度
Soil
layer
(cm)
容重
Bulk
density
(g·m-3)
最大持水量
Maximum
moisture
content(% )
毛管持水量
Capillary
moisture
content(% )
最小持水量
Minimum
moisture
content(% )
总孔隙度
Total
porosity
(% )
毛管孔隙度
Capillary
porosity
(% )
非毛管孔隙度
No capillary
porosity
(% )
AL 0 ~ 20 1郾 48依0郾 38 29郾 1依6郾 34 24郾 2依4郾 58 16郾 24依2郾 06 35郾 3依10郾 30 20郾 1依12郾 30 15郾 2依5郾 56
20 ~ 40 1郾 52依0郾 41 27郾 1依3郾 12 23郾 3依3郾 02 19郾 41依2郾 55 31郾 2依9郾 52 16郾 1依8郾 43 15郾 1依4郾 24
40 ~ 60 1郾 62依0郾 72 23郾 4依5郾 32 22郾 2依5郾 15 20郾 03依4郾 45 27郾 4依7郾 65 15郾 2依7郾 74 12郾 2依3郾 57
PCF 0 ~ 20 1郾 35依0郾 27 30郾 1依6郾 34 25郾 4依4郾 54 17郾 32依2郾 25 50郾 6依12郾 20 40郾 6依10郾 40 10郾 0依2郾 14
20 ~ 40 1郾 42依0郾 35 28郾 1依3郾 12 24郾 5依3郾 02 21郾 41依3郾 25 48郾 9依5郾 56 32郾 4依5郾 65 16郾 5依3郾 23
40 ~ 60 1郾 48依0郾 36 25郾 4依5郾 32 23郾 4依5郾 23 20郾 30依5郾 45 45郾 7依14郾 20 31郾 6依13郾 10 14郾 1依1郾 23
PMF 0 ~ 20 1郾 42依0郾 26 35郾 3依4郾 23 24郾 3依3郾 21 22郾 12依4郾 69 48郾 4依12郾 20 30郾 2依14郾 30 18郾 2依5郾 56
20 ~ 40 1郾 46依0郾 37 31郾 1依5郾 23 22郾 5依4郾 34 20郾 35依4郾 23 45郾 5依10郾 10 29郾 2依8郾 43 16郾 3依1郾 24
40 ~ 60 1郾 51依0郾 48 27郾 2依5郾 12 21郾 1依5郾 65 18郾 25依4郾 58 41郾 0依8郾 89 27郾 1依9郾 74 13郾 9依1郾 67
CCF 0 ~ 20 1郾 02依0郾 14 48郾 4依8郾 32 39郾 5依7郾 54 30郾 25依1郾 29 65郾 2依9郾 56 42郾 3依1郾 25 22郾 9依2郾 34
20 ~ 40 1郾 41依0郾 17 42郾 3依1郾 24 35郾 6依4郾 23 26郾 98依1郾 25 68郾 2依5郾 76 54郾 1依6郾 65 14郾 1依1郾 23
40 ~ 60 1郾 52依0郾 29 37郾 4依1郾 23 28郾 7依4郾 20 26郾 41依2郾 35 69郾 5依6郾 76 40郾 2依8郾 70 29郾 3依2郾 50
MCF 0 ~ 20 1郾 04依0郾 14 47郾 4依5郾 16 38郾 8依6郾 24 25郾 01依1郾 24 51郾 2依5郾 65 39郾 2依3郾 45 12郾 0依3郾 23
20 ~ 40 1郾 20依0郾 25 46郾 3依3郾 12 34郾 6依2郾 24 23郾 14依2郾 03 53郾 5依6郾 65 33郾 7依7郾 98 19郾 7依2郾 34
40 ~ 60 1郾 24依0郾 21 38郾 2依2郾 35 33郾 4依2郾 23 20郾 14依3郾 25 54郾 8依6郾 78 43郾 5依6郾 98 11郾 3依1郾 86
MMF 0 ~ 20 1郾 20依0郾 21 38郾 6依3郾 43 38郾 7依1郾 24 38郾 54依1郾 23 58郾 8依1郾 27 40郾 6依1郾 28 18郾 2依1郾 34
20 ~ 40 1郾 45依0郾 36 35郾 4依2郾 12 32郾 1依1郾 24 30郾 25依1郾 03 51郾 8依7郾 89 42郾 5依7郾 67 9郾 3依4郾 45
40 ~ 60 1郾 58依0郾 41 34郾 2依2郾 12 30郾 2依2郾 24 29郾 32依2郾 32 43郾 4依7郾 86 27郾 3依7郾 73 16郾 1依3郾 56
MLF 0 ~ 20 1郾 08依0郾 36 38郾 7依5郾 21 34郾 3依3郾 23 28郾 36依3郾 25 63郾 8依12郾 30 50郾 4依12郾 50 13郾 4依1郾 23
20 ~ 40 1郾 29依0郾 49 32郾 3依6郾 25 29郾 0依6郾 41 25郾 96依4郾 12 59郾 8依8郾 98 49郾 6依8郾 76 10郾 2依2郾 34
40 ~ 60 1郾 31依0郾 52 32郾 4依7郾 23 24郾 1依7郾 21 24郾 59依6郾 32 50郾 4依13郾 20 40郾 2依12郾 60 10郾 2依1郾 21
EFF 0 ~ 20 1郾 12依0郾 20 45郾 2依6郾 45 34郾 3依1郾 23 25郾 32依1郾 25 62郾 7依6郾 76 52郾 8依4郾 56 9郾 9依6郾 45
20 ~ 40 1郾 34依0郾 39 34郾 5依6郾 24 25郾 1依5郾 21 24郾 19依5郾 21 54郾 8依6郾 56 43郾 3依6郾 34 11郾 5依1郾 23
40 ~ 60 1郾 38依0郾 41 32郾 1依3郾 23 24郾 3依3郾 21 20郾 25依3郾 03 45郾 6依10郾 80 27郾 3依9郾 35 18郾 3依2郾 27
TGF 0 ~ 20 1郾 19依0郾 29 38郾 3依7郾 23 37郾 2依9郾 21 28郾 32依9郾 38 51郾 2依11郾 20 35郾 5依20郾 40 15郾 7依3郾 42
20 ~ 40 1郾 45依0郾 33 37郾 4依1郾 21 33郾 2依2郾 14 27郾 25依1郾 25 42郾 4依6郾 56 26郾 6依7郾 67 15郾 8依1郾 54
40 ~ 60 1郾 48依0郾 45 35郾 4依2郾 12 32郾 5依2郾 01 26郾 98依2郾 31 40郾 2依3郾 56 28郾 4依3郾 21 11郾 8依1郾 23
CHF 0 ~ 20 1郾 20依0郾 04 36郾 2依1郾 12 36郾 5依9郾 09 28郾 21依9郾 21 58郾 8依10郾 40 48郾 4依7郾 67 10郾 4依3郾 45
20 ~ 40 1郾 46依0郾 06 35郾 1依4郾 23 32郾 6依5郾 32 26郾 54依5郾 21 48郾 8依7郾 12 38郾 6依4郾 65 10郾 2依6郾 76
40 ~ 60 1郾 48依0郾 08 31郾 2依5郾 65 22郾 3依6郾 54 21郾 23依5郾 21 41郾 4依8郾 12 28郾 3依8郾 67 13郾 1依6郾 68
EBLF 0 ~ 20 0郾 89依0郾 02 68郾 8依8郾 12 52郾 1依10郾 2 45郾 28依7郾 78 70郾 6依12郾 20 42郾 5依6郾 54 28郾 1依4郾 21
20 ~ 40 0郾 98依0郾 04 60郾 1依10郾 10 48郾 6依9郾 25 42郾 54依3郾 21 75郾 2依12郾 30 59郾 7依5郾 67 15郾 4依6郾 43
40 ~ 60 1郾 10依0郾 03 52郾 6依8郾 87 44郾 6依8郾 25 39郾 65依2郾 21 78郾 6依0郾 15 60郾 4依9郾 73 18郾 2依7郾 65
AL:荒草灌丛 Shrub; PCF:杉木林 Cunninghamia lanceolata plantation; PMF:马尾松林 Pinus massoniana plantation; CCF:杉木鄄红椎混交林 Mixed
plantation of Cunninghamia lanceolata and Castanopsis hystri; MCF:马尾松鄄红椎混交林 Mixed plantation of Pinus massoniana and Castanopsis hystri;
MLF:米老排林 Mytilaria laosensis plantation; MMF:火力楠林 Michelia macclurei plantation; EFF:格木林 Tectona grandis plantation; TGF:柚木林
Tectona grandis plantation; CHF:红椎林 Erythroophloeum fordii plantation; EBLF:次生林 Secondary forest.
184210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 康摇 冰等: 南亚热带不同植被恢复模式下土壤理化性质摇 摇 摇 摇 摇
壤最疏松. 9 种人工林中,2 种针叶林林地土壤 3 个
层次容重均最大,杉木林林地土壤容重小于马尾松
林.杉木和马尾松分别与红椎混交后,土壤容重均减
小,其中 0 ~ 20 cm 土层分别减小了 15郾 55% 和
28郾 17% .针阔混交林中物种和群落结构的变化,使
土壤疏松度得到改善,其容重较几种人工常绿阔叶
林低. 5 种常绿阔叶人工林中,米老排林土壤容重最
小,其余 4 种林分土壤容重差异不显著.
2郾 1郾 2 土壤孔隙度摇 土壤孔隙度是反映土壤通透性
的重要指标[13] .研究区不同植被恢复模式下各层次
土壤孔隙度的变化各异(表 1). 2 种针阔混交林和
天然次生林土壤总孔隙度随着土层的增加呈增加趋
势,其余植被恢复模式均呈降低趋势,主要是因为天
然次生林和针阔混交林根系在土壤各层中发达分
布,以及大量凋落物的沉积分解所致;各层次土壤总
孔隙度和毛管孔隙度以荒草灌丛最低,说明森林对
土壤孔隙状况的改善作用优于荒草灌丛;天然次生
林土壤 (0 ~ 20 cm) 总孔隙度比其他人工林高
2郾 58% ~20郾 83% ,说明次生林土壤较人工林林地土
壤疏松,土壤结构优良,通透性较好;人工林中,2 种
针叶林土壤孔隙度较低.相对于针叶纯林,2 种针阔
混交林土壤总孔隙度均增加.杉木鄄红椎混交林土壤
(0 ~ 20 cm)孔隙度高于其他人工林. 5 种人工常绿
阔叶林林地土壤孔隙度差异不显著.
2郾 1郾 3 土壤自然含水量及持水状况摇 土壤水分是土
壤肥力的重要促动因素,直接影响植被恢复的进程.
表 1 结果表明,随着土层加深, 不同植被恢复模式
的土壤持水量逐渐降低.其中,荒草灌丛土壤各层次
最大持水量、毛管持水量和最小持水量均低于森林,
主要因为荒草灌丛地上部分生物量小、根系浅, 对
水分的截流作用较弱, 地表部分裸露, 蒸发量大,
土壤水分含量较低;而森林树冠对降水有截流作用,
使水分慢慢渗入土层, 降低了地表径流,加之树冠
对太阳辐射的遮蔽作用, 使地表温度较低, 地表水
分蒸发量减少,土壤水分含量则较高[14];天然次生
林各土层最大持水量、毛管持水量和最小持水量均
明显高于所有人工林,其中0 ~ 20 cm土层最大、毛管
和最小持水量分别比杉木林高 128郾 7% 、104郾 9%和
161郾 4% .这表明次生林具有较强的蓄水保水能力,
可以避免或减少降雨强度大形成的地表径流. 人工
林中,2 种针叶纯林林地土壤持水量较小,而 2 种针
阔混交林土壤自然持水量较大,最大和毛管持水量
均高于其余人工植被.
2郾 2摇 不同植被恢复模式下土壤化学性质变化
2郾 2郾 1 土壤 pH值和有机质含量摇 由图 1 可以看出,
柚木林土壤 pH 值较高,为 5郾 37;天然次生林土壤
pH值最低,为 4郾 04,其次为荒草灌丛土壤;其余森
林群落之间差异并不显著,在 4郾 1 ~ 4郾 5. 不同植被
恢复模式的土壤有机质差异明显. 天然次生林土壤
有机质含量最高,为 88郾 7 mg·kg-1,人工林土壤相
对较低;相对于荒草灌丛,2 种针叶纯林和 5 种乡土
阔叶树种纯林的土壤有机质含量均较低,说明在荒
草灌丛上营建此类型的人工林后,土壤有机质含量
均减少.但马尾松、杉木与红椎混交后,有机质含量
均得到提高,分别增加了 45郾 51%和 66郾 87% ,说明
针阔混交林可以有效地改善土壤有机质含量;几种
人工常绿阔叶林土壤有机质均低于针阔混交林,单
一的林分结构不利于土壤有机质的累积;5种人工
图 1摇 不同植被恢复模式下 0 ~ 20 cm 土壤 pH 和有机质含
量
Fig. 1摇 Soil pH and organic matter change in 0 -20 cm layer
under different restoration patterns (mean依SE,n=12).
AL:荒草灌丛 Shrub; PCF:杉木林 Cunninghamia lanceolata plantation;
PMF:马尾松林 Pinus massoniana plantation;CCF:杉木鄄红椎混交林
Mixed plantation of Cunninghamia lanceolata and Castanopsis hystri;
MCF:马尾松鄄红椎混交林 Mixed plantation of Pinus massoniana and
Castanopsis hystri;MLF:米老排林 Mytilaria laosensis plantation;MMF:
火力楠林 Michelia macclurei plantation;EFF:格木林 Tectona grandis
plantation;TGF:柚木林 Tectona grandis plantation;CHF:红椎林 Eryth鄄
roophloeum fordii plantation;EBLF:次生林 Secondary forest. 不同字母
表示不同植被恢复模式间差异显著(P<0郾 05) . Different letters meant
significant difference among different restoration patterns at 0郾 05 level.
下同 The same below.
2842 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
常绿阔叶林之间土壤有机质差异不明显. 9 种人工
林土壤有机质含量从大到小依次为:杉木鄄红椎混交
林>马尾松鄄红椎混交林>格木林>米老排林>火力楠
林>杉木林>红椎林>柚木林>马尾松林.
2郾 2郾 2 土壤全 N、全 P 和全 K 含量 摇 由图 2 可以看
出,人工林表层(0 ~ 20 cm)土壤全 N 含量均高于荒
草灌丛. 9 种人工林土壤全 N 含量依次为:格木林>
杉木鄄红椎混交林>红椎林>柚木林>火力楠林>米老
排林>马尾松鄄红椎混交林>马尾松林>杉木林.格木
为豆科植物,有固氮作用,故林地的全 N 含量较高,
在 N贫乏的区域,通过人工营建格木林可以有效地
改善林地中 N 的累积;在荒草灌丛上建立人工林
后,林地全 N 含量的和增幅在 5郾 26% ~ 60郾 53% ;2
种人工针叶纯林相比,马尾松林地全 N 含量高于杉
木林地,与红椎混交后,杉木林和马尾松林地全 N
含量分别增加 45%和 14郾 5% ;而人工常绿阔叶林除
格木林外,柚木林和红椎林林地全 N 含量基本一
致,火力楠林、米老排林林地全 N含量基本相等.
摇 摇 9 种人工林林地表层(0 ~ 20 cm)土壤全 P变化
存在明显差异.由图 2 可以看出,不同植被恢复模式
土壤全 P 含量依次为:杉木鄄红椎混交林>柚木林>
红椎林>米老排林>马尾松鄄红椎混交林>格木林>火
力楠林>杉木林>马尾松林.与荒草灌丛相比,9 种人
工林中,杉木鄄红椎混交林、柚木林、红椎林和火力楠
林的全 P含量均有增加,增幅在 9郾 80% ~ 60郾 78% ,
其余 5 种人工林呈下降趋势,其中马尾松林和杉木
林的降幅最大,在 41郾 18% ~49郾 02% .
9 种人工林林地表层(0 ~ 20 cm)土壤全 K含量
差异显著,从大到小依次为:柚木林>米老排林>格
木林>火力楠林>杉木鄄红椎混交林>红椎林>马尾
图 2摇 不同植被恢复模式下 0 ~ 20 cm土壤全氮、全磷和全钾
含量
Fig. 2摇 Total N, P and K in 0-20 cm soil layer under different
restoration patterns (mean依SE,n=12).
松鄄红椎混交林>马尾松林>杉木林(图 2).与荒草灌
丛相比,人工林土壤全 K 含量均呈增加趋势. K 的
累积一方面来自森林群落凋落物的有效分解;另一
方面,与土壤母质的酸性淋溶有关.
与人工林相比,次生林林地表层(0 ~ 20 cm)土
壤除全 K含量低于柚木林地外,其余养分含量均明
显增加,全 N、全 P和全 K含量分别为 4郾 01、1郾 42 和
5郾 95 mg·kg-1 .这说明大青山残留的常绿阔叶林是
演替的顶极群落,具有较好的土壤养分累积,可作为
植被近自然化恢复参照.从土壤主要养分指标来看,
原生性植被遭破坏转化为人工植被后,森林生态系
统趋于退化,群落呈现出逆向演替的趋势.
2郾 2郾 3 土壤 C / N 和土壤交换性盐基总量 摇 C / N 值
的大小反映了土壤腐殖质合成与分解的强弱. 有机
残体进入土壤或散落在土壤表面后,矿质化过程同
时进行.而矿质化和腐殖质化的强弱取决于植物或
土壤的种类以及水分、空气、温度等自然因素.
相对于自然演替初期的荒草灌丛,人工栽植马
尾松和杉木林后,表层(0 ~ 20 cm)土壤 C / N 值增
大,有机质分解变差;杉木鄄红椎混交林的 C / N 值较
低,腐殖质易分解,马尾松和红椎混交后,C / N 值变
小,腐殖质分解能力得到改善;5 种人工常绿阔叶林
C / N值差异不显著,接近自然演替的荒草灌丛.红椎
林C / N值较小,腐殖质分解能力较强;次生林的C / N
值最低,腐殖质柔软,分解良好(图 3).
图 3摇 不同植被恢复模式下 0 ~ 20 cm土壤 C / N和盐基总量
Fig. 3摇 C / N ratio and exchangeable base in 0-20 cm soil layer
under different restoration patterns (mean依SE,n=12).
384210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 康摇 冰等: 南亚热带不同植被恢复模式下土壤理化性质摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 由图 3 可以看出,相对于荒草灌丛,9 种人工林
中,除柚木林土壤盐基总量增高外,其余 8 种人工林
均呈现出降低趋势;2 种针叶林和 2 种针阔混交林
的盐基总量较低,仅为 0郾 94 ~ 1郾 94 cmol·kg-1 .人工
常绿阔叶林中火力楠林地土壤盐基总量最低,为
3郾 79 cmol·kg-1,其余林分土壤盐基总量排序为:红
椎林>格木林>米老排林. 相对于人工林,次生林地
盐基总量最高,为 5郾 44 cmol·kg-1 .
2郾 2郾 4 土壤碱解 N、速效 P 和速效 K 含量 摇 相对于
荒草灌丛,9 种人工林林地表层(0 ~ 20 cm)土壤碱
解 N均呈增加趋势. 其中,马尾松林地碱解 N 含量
较高,其次为杉木鄄红椎混交林和火力楠林,其余林
地的碱解 N含量基本一致(图 4).
摇 摇 与荒草灌从相比,马尾松林、杉木鄄红椎混交林
和火力楠林林地速效 P 含量均呈增加趋势,杉木
林、马尾松鄄红椎混交林、格木林和红椎林呈降低趋
势,而柚木林和米老排林基本没有变化(图 4).
与荒草灌从相比,人工林表层(0 ~ 20 cm)土壤
速效 K含量呈增加趋势,有利于林地速效 K 的累
积;9 种人工林林地土壤速效 K 依次为:杉木鄄红椎
混交林>火力楠林>柚木林>红椎林>米老排林>格木
林>马尾松鄄红椎混交林>杉木林>马尾松林(图 4).
次生林林地(0 ~ 20 cm)土壤碱解 N、速效 P 和
速效 K含量均明显高于人工林,其碱解 N、速效 P和
速效 K含量分别为 438郾 5、9郾 2 和 167郾 4 mg·kg-1 .
2郾 3摇 不同植被恢复模式下土壤主要特征的相关性
由表 2 可以看出,土壤 pH 值除与土壤容重呈
正相关外,与其他主要理化指标均呈负相关,与土壤
主要养分含量呈显著负相关 . 说明土壤pH值大小
图 4摇 不同植被恢复模式下 0 ~ 20 cm土壤碱解 N、速效 P和
速效 K含量
Fig. 4摇 Alkali dispelled N, available P and K in 0-20 cm soil
layer under different restoration patterns (mean依SE,n=12).
对土壤养分含量有明显的指示作用;土壤有机质含
量除与土壤 pH 值和土壤容重呈显著负相关外,与
其余理化指标均呈显著正相关.
表 2摇 0 ~ 20 cm土壤主要特性的 Pearson相关系数
Tab. 2摇 Pearson correlation coefficients among soil properties (0-20 cm soil layer)
OM pH TN TP TK EB C / N SP SW
pH -0郾 925**
TN 0郾 912** -0郾 915**
TP 0郾 842* -0郾 942** 0郾 934**
TK 0郾 928** -0郾 968** 0郾 857* 0郾 948**
EB 0郾 952* -0郾 935** 0郾 282 0郾 987** 0郾 932**
C / N 0郾 945** -0郾 942** -0郾 867* 0郾 976** 0郾 852* 0郾 946**
SP 0郾 938** -0郾 635 0郾 235 0郾 895 0郾 112 0郾 784 0郾 863*
SW 0郾 825* -0郾 357 0郾 876* 0郾 897* 0郾 214 0郾 852* 0郾 358 0郾 968**
BD -0郾 856* 0郾 468 -0郾 896* -0郾 867* -0郾 754 -0郾 354 -0郾 835* -0郾 947** -0郾 282
OM:有机质 Organic matter;TN:全 N Total N;TP:全 P Total P;TK:全 K Total K;EB:盐基总量 Exchangeable base;SP:土壤孔隙度 Soil porosity;SW:
土壤水分 Soil water content; BD:土壤容重 Bulk density. *P<0郾 05;**P<0郾 01.
3摇 讨摇 摇 论
大青山地处南亚热带,天然林砍伐殆尽,代之为
大面积人工林.不同的植被恢复模式形成了一定的
植被演替格局.因此,可利用植被演替来判别土壤养
分特性变化[16] .退化生态系统的恢复应注重植被自
4842 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
然演替进程,从而有效地加快土壤理化性状的恢复
进程[17] .
摇 摇 相对于森林类型,荒草灌丛容重最高,土壤含水
量和孔隙度较低,表明森林植被能有效地改善土壤
的质地和结构[18] . 人工林群落中,两种针阔混交林
中物种和群落结构的变化,使土壤疏松度得到改善,
土壤含水量和孔隙度均较高. 表明针阔混交林改良
土壤结构的能力较强.
天然次生林土壤也具有良好的物理特性,容重
较低,孔隙度和持水量较高,天然林土壤蓄水保水能
力较强,其对土壤结构的优化作用突出.天然林遭砍
伐并转化为别的植被恢复群落,可造成土壤物理特
性的减退[18] .
原生性植被遭受破坏并转化为人工植被后,土
壤化学特性呈现退化趋势. 这与典型喀斯特石漠化
地区的研究结论一致[19] . 封禁后的天然次生林土
壤,除全 K低于柚木外,其余养分均明显高于所有
的人工林.可见天然次生林有着较强的养分循环和
富集功能.天然林的砍伐及土地利用变化使植被及
土壤特性发生改变,不仅影响养分的有效性,还改变
了土壤有机质的稳定性[20] .在原先生长自然植被的
土壤上进行各种抚育活动将导致大量土壤有机质流
失[18] .将天然林转化为其他土地利用生态系统可导
致土壤化学特性(如土壤全 N、全 P 等)衰退[18] . 因
此在我国南亚热带地区,天然次生林是比较理想的
植被恢复模式.相对于荒草灌丛,人工林土壤化学特
性变化有高有低,两种针阔混交林有机质含量较高;
7 种人工林土壤全 N、全 K 含量均较高. Nimisha
等[18]研究认为,森林比草地的 N 矿化速率高,土壤
N含量丰富.本研究表明,相对于荒草灌丛,人工林
林地全 P含量波动较大;除柚木林地盐基总量较高
外,其余人工林林地土壤盐基总量均低于荒草灌丛.
这主要由于荒草灌丛养分消耗少,而杉木、马尾松等
人工纯林因经营强度大,林地养分消耗剧烈;且人工
纯林群落组成单一,其凋落物分解慢,归还土壤凋落
物数量和养分量少.此外,强烈的人为干扰(包括林
地放牧、采药及频繁的抚育管理措施)导致林下灌
草不断被清除,土壤中养分不断耗竭,也是土壤养分
退化的主要原因[21] .
两种针叶纯林土壤养分含量较差,但分别与红
椎混交后,土壤养分得到了明显改善,这为近自然化
恢复针叶纯林地力提供了可能:可以通过“移针引
阔冶措施在针叶纯林下人工补植常绿阔叶树种;另
一方面,通过诱导林下常绿阔叶树种正向演替,促使
针叶纯林演替趋向为结构较为复杂稳定的针阔混交
林.通过增加群落的物种多样性,来改变群落水热环
境条件,加大根系和枯枝落叶回归土壤的速率,改善
凋落物的组分、分解性能及养分含量,充分发挥森林
的自我培肥作用,加速退化植被的恢复和重建进程.
在所有人工林中,杉木鄄红椎混交林土壤养分含量最
丰富,也反映出针阔混交林具有良好的土壤养分循
环累积机制.
本研究的多个植被恢复模式分布于同一气候和
地质背景条件下,处于明显不同的演替阶段,它们表
层土壤间的 pH 值、有机质和有效养分含量及物理
性能存在显著差异,并有一定相关性,表明不同植被
恢复模式对土壤改良作用的累积效果存在差异,也
说明广西大青山植被对土壤的改良效果是不可忽视
的.不同的植被类型可以使土壤质量发生明显改
变[22] .由于该区域强烈的降雨及立地坡度较陡,加
之土层较薄,一旦发生水土流失,基岩容易裸露,土
壤遭受严重侵蚀,植被很难再发育演替,很难避免在
石灰岩等特殊地形上发生石漠化. 土壤理化性能直
接影响地面植被特征、结构和功能.植被与土壤相互
耦合、相互发展,同时也相互制约,可导致森林群落
生态功能上的差异.因此,通过植被及地力近自然化
恢复,来有效地增强森林生态系统的生态功能及经
济属性具有重要意义.
不同植被恢复模式下土壤主要理化特性的相关
性分析表明,土壤有机质与其他主要理化指标存在
显著正相关关系.土壤有机质在土壤养分循环中起
着关键作用,并最终成为植被恢复过程中的关键性
标志.有机质在生态系统生产力及更新中是必需的,
维持足够水平有机质理应成为土壤管理策略的有机
组成之一[23] .不同植被恢复群落土壤主要理化指标
之间密切相关,因此在该区域植被恢复过程中,全面
提高林地地力及改善土壤结构尤为重要.
不同植被恢复群落土壤养分与物理特性是一致
的,良好的养分循环与累积也必须以良好的物理性
能为基础和载体.在退化生态系统植被恢复过程中,
由于不同植被恢复模式下表层土壤中有机质和有效
养分累积方式和机理不同,产生的结果也不同.常绿
阔叶次生林和针阔叶混交林土壤的养分含量均比马
尾松、杉木纯林土壤高,说明森林群落的演替过程也
是土壤养分不断积累、土壤物理性能不断改善的过
程.因此,在该区域筛选植被恢复模式过程中,地带
性顶极群落是最优化的模式,也是退化生态系统植
被恢复的趋向.针阔混交林是针叶林进展演替序列
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中的重要组分,由于人工常绿阔叶纯林阻碍了多物
种的发展进程,林分结构过于单一,土壤养分累积受
限[24],林地理化特性较差,所以将人工常绿阔叶纯
林改造为多物种的复合群落势在必行,以便对衰退
的地力进行有效地抑制及恢复[10] .
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作者简介摇 康摇 冰,男, 1969 年生,博士,副教授.主要从事
退化生态系统植被恢复研究,发表论文 20 余篇. E鄄mail:
yl鄄kangbing@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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