全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&"$#$&& *"
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!!文章编号!$##$($)*&""#$%##$(##&&(#%
桂西北秃杉人工林土壤肥力变化的研究
何!斌$! 卢万鹏$! 唐光卫"! 吴显军"! 廖倩苑$!
李远航$! 舒!凡$! 刘!俊$
"$+广西大学林学院!广西 南宁!%,###)% "+广西凤山县凤旁林场!广西 凤山!%)-###
收稿日期$ "#$)(#,($)
基金项目$ 中央财政林业科技推广示范资金项目""##*(JB#-#%广西重大林业科技项目""#$#(# 和广西农业成果转化资金项目"桂科
转 #&*-##"($$#+
作者简介$ 何!斌"$*-"(# !男!研究员!从事森林土壤和森林生态方面的研究+/(0123$;<@27&&$"8$-,+9:0
摘要!采用时空互换法!于广西南丹县山口林场选取不同林龄"*,$),"# 1#的秃杉人工林作为研究对象!对其土壤物
理性质,化学性质和生物化学性质"土壤酶活性#进行研究) 结果表明$不同林分年龄土壤性质存在一定的差异!&,
$),"# 1秃杉人工林表层土壤"# "# 90#土壤密度分别为 #+*&,#+*$),#+&*# M-90[,!总孔隙度分别为 -,+$#d,
-%+%, d,--+)#d!土壤最大持水量分别为 -)+%%d,$+#d,)+%&d) 随着林龄的增长!土壤各化学和生物化学
指标的变化不尽相同!但林分年龄到 "# 年生时!多数土壤养分和酶活性指标都有所升高!土壤肥力状况得到提高)
关键词!秃杉人工林%土壤物理性质%土壤化学性质%土壤酶活性
中图分类号!D$)+& 文献标识码!.
C)-/E#1-/-7 N".*H#-*8)+G)2+) C1-6/+)2) I/.*.-)*
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的世界稀有珍贵树种!天然分布在贵州省东南部,云
南省西部和湖北省西南部等地!垂直分布于海拔
&## " %## 0!其生态适应性较强!并具有生长速度
快,材质好,单位面积蓄积量高以及树体挺拔优美,
枝叶繁茂等优点!经济价值和观赏价值均较高*$ [,+ )
第 $ 期 何!斌等$桂西北秃杉人工林土壤肥力变化的研究
自 "# 世纪 # 年代末以来!广西南丹县山口林场等
单位先后引种秃杉!经过 ,# 多年的引种栽培和相关
试验研究表明!秃杉能够适应桂西北中,低山的气候
和土壤!具有生长迅速,速生时间长和生物生产力高
等优点!成为当地杉木 "D?6626A*(@2( 1(6)$"1(&(
"H10@+# Q::4+# 采伐迹地更新的优良树种之
一*) [%+ !同时也是广西 "#$#("#"# 年重点发展的珍
贵及乡土树种之一) 土壤是森林存在和发展的物质
基础! 也是森林生态系统研究的重要组成部
分*- [*+ ) 随着生态环境问题的日益突出及不合理经
营所造成林地生产力的严重退化!森林经营过程中
土壤状况的动态变化越来越为国内外林学专家和森
林经营者所重视*$# [$$+ !开展人工林土壤肥力性质变
化的研究!对揭示人工林土壤肥力演变规律与趋势!
维护,保持以至提高人工林土壤肥力!促进人工林的
可持续发展有着极其重要的意义) 目前!有关秃杉
人工林土壤肥力性状方面的研究已有报道*$" [$,+ !但
主要限于林龄较小"$) 年生及以下#土壤理化性状
的研究) 本研究以广西西北部"桂西北#南丹县山
口林场 *,$),"# 1秃杉人工林为研究对象!通过对
其土壤物理性质,化学性质和生物化学性质"酶活
性#进行比较和分析!以期揭示秃杉人工林生长过程
中土壤肥力的演变规律与趋势!为秃杉人工林的经
营管理特别是林地养分管理提供参考)
$!研究区概况
研究区位于广西西北部的南丹县山口林场山口
分场"$#o$i $#o%%/!")o)" "%o,i]#!属中亚
热带山地气候区!多数分布在海拔 %## $ ### 0!
地形较复杂!年平均气温 $-+* f!年降水量 $ )*&+"
00!降雨主要集中在 )($# 月!月均降水量在 $##
00以上) 因受高原气候的影响!冬春季多小雨和
大雾天气%年均蒸发量 $ $,% 00!年均相对湿度
&,d!年均日照时数 $ "% ;!
%
$# f的年均活动积
温 % ")) f) 标准样地位于山坡中部!东南坡!坡度
" ,#o!海拔 *%# $ ### 0!土壤类型为砂岩发育
形成的山地黄壤!土壤平均厚度在 &# 90以上!腐殖
质层厚度约 $- "# 90)
试验地前茬林分均为杉木人工林!于各自造林
前 $ 年的 $$($" 月采伐!经炼山和清理后进行挖穴
整地!种植穴规格为 #+) 0q#+) 0q#+, 0) 次年 ,
月用 $ 年生秃杉实生苗定植!定植后当年 %(- 月铲
草抚育 $ 次!第 " 至第 , 年每年分别在 %(- 月,*(
$# 月各铲草抚育 $ 次!第 ) 年于 &(* 全面砍草抚育
$ 次%随后于第 * 年和第 $, 年分别进行间伐!经间伐
和林分自疏后不同林龄秃杉人工林林分特征见
表 $)
表 9:不同林龄秃杉人工林林分特征
林龄
b1
密度
b"株-;0["#
郁闭
度
平均胸径
b90
平均树高
b0
主要林下植被
* " $## #+ *+% $#+% 盐肤木,粗叶悬钩子,蔓生莠竹,五节芒等 !覆盖度约 -#d!凋落物平均厚度 $ 90
$) $ %# #+& $%+- $,+& 木姜子,杜茎山,山乌桕,紫萁,乌蕨等!覆盖度约 %d!凋落物层厚度约 $+- 90
"# $ %## #+& "#+% $+) 华南毛柃,杜茎山,毛桐,狗脊蕨,紫萁等!覆盖度约 #d!凋落物平均厚度 "+% 90
!!注$盐肤木"*?%)*26$6%2%Z23+#,粗叶悬钩子"?7?%(1)$($T"12?%`:2I+#,蔓生莠竹"B2)#"%&$A2?@T
"!研究方法
;+9:标准地设置与土壤样品采集
本研究采用空间代替时间的方法!先在 *,$) 和
"# 年生秃杉人工林内分别选择邻近分布,立地条件
基本一致地段!各设置 , 块 "# 0q"# 0的标准地!
然后在每块标准地内随机设置 , 个代表性土壤剖
面!按 # "# 90和 "# )# 90分层采集土壤样品!
相同样地同一土层样品混合均匀后按四分法取样装
入布口袋!带回实验室内!用于测定土壤化学性质和
酶活性%同时!用 $## 90, 不锈钢环刀采集原状土
壤!用于测定土壤水分(物理性质) 土壤样品采集时
间为 "#$" 年 $$ 月)
;+;:土壤样品分析与测定
"+"+$!土壤物理性质!土壤含水量用烘干法测定%
土壤密度,孔隙度和持水量用环刀法测定*$)+ )
"+"+"!土壤化学性质!土壤 WQ值用电位法测定%
有机质含量用重铬酸钾氧化(外加热法测定%全氮含
量用凯氏定氮法测定%全磷和全钾用氢氧化钠熔融
后!全钾,全磷含量分别用火焰光度计法和钼锑抗比
*&
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
色法测定%水解氮含量用碱解扩散法测定%有效磷含
量用双酸"Q
"
DY
)
(QP3#浸提(钼锑抗比色法测定%速
效钾含量用乙酸铵浸提(火焰光度计法测定*$-+ ) 详
细实验方法参见文献*$% $-+)
"+"+,!土壤酶活性!土壤过氧化氢酶用k+P+k:;7(
K:7和G+H+J<0W3<法测定%蛋白酶用B+Q:>0177和
G+J<29;
;+<:数据处理
使用 /A9<3及 D D`D 统计软件进行数据统计和
分析)
,!结果与分析
<+9:土壤孔隙与水分状况
从表 " 可以看出$不同林龄秃杉人工林土壤密
度为 #+&*# $+#-" M-90[,!土壤总孔隙度为
%*e*)d --+)#d!土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙
度分别为 %#+$d %,+-%d和 +% d $%+"d)
可见!该区域秃杉人工林林地土壤较疏松!通气透水
能力较强!这也是当地秃杉林生长良好并具有较高
生物生产力的主要原因之一*%+ ) 从土壤密度和土壤
孔隙状况的变化看!虽然不同林龄同一土层之间的
差异不显著"Hn#+#%#!但土壤密度均表现出随林
龄的增长而下降的趋势!土壤非毛管孔隙度和总孔
隙度则表现出相反的变化规律) 在土壤结构和孔隙
状况等综合反映的土壤持水供水特性中!不同土层
的毛管持水量,非毛管持水量和田间持水量均表现
出随林龄增长而增加的趋势"表 ,#!但 # "# 90土
层的最大持水量在 * 年生和 "# 年生之间差异显著
"Hm#+#%#)
表 ;:不同林龄秃杉人工林土壤密度和孔隙状况
林龄b1 土层b90 土壤密度b"M-90[,# 毛管孔隙度bd 非毛管孔隙度bd 总孔隙度bd
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!!注$ 表中数值为平均值z标准差!相同土层同列数据后的不同大写或小写字母表示差异显著"Hm#+#%#!下同)
表 <:不同林龄秃杉人工林土壤水分状况
林龄b1 土层b90 最大持水量bd 毛管持水量bd 非毛管持水量bd 田间持水量bd
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<+;:土壤化学性质
从表 ) 可看出$秃杉人工林不同土层有机质含
量均随林龄的增长而增加!但土壤 WQ值却呈相反
的趋势!表明秃杉林的生长有利于土壤有机质的生
物积累!但随着土壤有机物质的增加!其分解过程中
所产生的有机酸也会随之增加!从而导致土壤 WQ
值随林龄的增长而下降的变化%从土壤主要养分含
量看!不同土层的全氮和水解氮含量均随林龄的增
表 =:不同林龄秃杉人工林土壤化学性质
林龄b1 土层b90 WQ值
有机质b
"M-4M
[$
#
全氮b
"M-4M
[$
#
水解氮b
"0M-4M
[$
#
速效磷b
"0M-4M
[$
#
速效钾b
"0M-4M
[$
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#*
第 $ 期 何!斌等$桂西北秃杉人工林土壤肥力变化的研究
长而增加!土壤速效磷和速效钾含量则表现出随林
龄的增长先下降"* $) 年生#后增加"$) "# 年
生#的变化规律) 总的来看!虽然各养分指标的变化
不尽相同!且 , 个林龄之间土壤养分含量的差异多
数不显著!但林龄 "# 年生时!各土壤主要养分含量
都有所提高!其中!# "# 90土层的提高幅度较
明显)
<+<:土壤酶活性
土壤酶活性既能反映土壤生物化学过程的强度
和方向!还可以客观反映土壤碳,氮,磷等的动态变
化!已成为表征土壤肥力的重要指标*$& [$*+ ) 从表 %
可见$秃杉人工林不同土层 ) 种土壤酶活性大体上
表现出与土壤有机质,全氮和速效性养分含量相似
的变化趋势!即随林龄的增长而增大!同时也反映出
土壤酶活性与其相应的林分植物现存量的关系*%+ !
即单位面积的植物产量越大!其土壤酶活性也越
高*$&+ %但在同一土层!不同林龄之间土壤酶活性的
差异均不显著) 就土壤酶活性随林龄的变化规律而
言!) 种土壤酶活性在不同土层的变化规律并不完
全相同!在不同土层中!土壤氧化还原酶中的过氧化
氢酶的酶活性均表现出随林龄的增长而增大的趋
势!且 # "# 90土层的增大幅度明显比 "# )# 90
的高!而不同土层的蛋白酶和脲酶 " 种水解酶活性
虽然在 * 到 "# 年生之间均表现出增大趋势!但其变
化过程因土壤深度的不同而存在一定差异!其中!#
"# 90的变化规律与过氧化氢酶的相同!即随林
龄的增长而增加!但 "# )# 90土层则呈现出随林
龄的增长先下降"* $) 年生#后增加"* $) 年
生#的变化规律) 秃杉主要适生于南方红壤和黄壤
地区酸性磷酸酶较高的土壤中!因此!酸性磷酸酶活
性可以反映土壤供应有效磷的潜在能力) 秃杉人工
林不同土层酸性磷酸酶活性均表现出与过氧化氢酶
相同的变化趋势!即均随林龄的增长而增大)
大量研究表明*"#+ !森林土壤酶活性与土壤养分
之间存在着良好的相关关系) 通过对秃杉人工林土
壤酶与土壤主要养分的相关分析"表 -#表明$无论
是氧化还原酶中的过氧化氢酶还是水解酶中的蛋白
酶,脲酶和酸性磷酸酶!均与土壤有机质,全氮,水解
氮和速效磷呈极显著的相关关系"Hm#+#$#!但与
土壤速效钾的关系并不密切!这与前人对其他森林
土壤的多数研究结果存在一定的差异*$&!"#+ )
表 ?:不同林龄秃杉人工林土壤酶活性
林龄b1 土层b90 过氧化氢酶b"0H-M[$# 蛋白酶b" 0M-M[$# 脲酶b" 0M-M[$# 酸性磷酸酶b"0M-M[$#
*
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表 @:秃杉人工林土壤酶活性与土壤养分间的相关性
项目 有机质 全氮 水解氮 速效磷 速效钾
过氧化氢酶
#+$
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#+&#$
!!
#+&,
!!
#+&""
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#+",$
脲酶
#+&*"
!!
#+*$)
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#+,%)
蛋白酶
#+*)
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#+&#&
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#+&,
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酸性磷酸酶
#+*$"
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#+*,,
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#+&,
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#+,*&
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Hm#+#%!#c#+)-&%
!!
Hm#+#$!#c#+%*#)
)!结论与讨论
研究表明!桂西北秃杉人工林土壤物理性质随
林龄的增长而发生变化!无论是 # "# 90土层还
是 "# )# 90土层!其非毛管孔隙度和总孔隙度均
随林龄的增长而增加!土壤毛管持水量,非毛管持水
量和田间持水量也表现出相同的变化趋势!但土壤
密度则与上述恰好相反) 表明秃杉林的生长!在一
定程度上改良了土壤结构!改善土壤孔隙状况!而随
着土壤非毛管孔隙度的增加!提高了土壤对降水的
截持和贮存能力!有利于林地水土保持和林木的
生长)
随林龄的增长!秃杉人工林各土壤养分含量的
变化规律不尽相同!但其总体变化趋势基本一致!土
壤有机质,全氮和水解氮含量随林龄的增长而增加!
土壤速效磷和速效钾含量则在 * 到 $) 年生间表现
出随林龄的增长先下降后增加的趋势!这可能是 *
年生后尤其 $, 年生时先后进行林木间伐!林地光照
增强!林木生长加速!草本,灌木生长也较旺盛!对土
壤速效磷,钾养分需求较大!而通过凋落物返回土壤
中的养分较少!林地土壤养分供应不足!造成供应不
平衡所致) 随着林龄增长到 "# 年生!林分郁闭度增
$*
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
大!林木及草本,灌木生长趋向稳定或有所下降!虽
然对土壤有效性磷,钾养分需求还较大!但此时林地
有机物质积累增多!土壤有机质生物积累增大且促
进土壤中磷,钾元素的生物循环!从而提高土壤中速
效性磷,钾含量) 秃杉林土壤酶活性也表现出与主
要土壤养分含量相似的变化趋势!不论是氧化还原
酶中的过氧化氢酶!还是水解酶中的脲酶,蛋白酶和
酸性磷酸酶!从 * 年生到 "# 年生!其活性均有所提
高!且与土壤主要养分之间多数呈极显著的正相关
关系) 由此可见!秃杉林的生长不但有利于林地土
壤主要养分的生物积累!而且对土壤酶活性的提高
也有促进作用)
秃杉作为我国特有的稀有珍贵树种!经过多年
的引种栽培和相关研究!目前已成为杉木多代连栽
采伐迹地的优良替代树种之一) 与杉木人工林相
比*"$+ !秃杉林早期凋落物量也较少!但随着秃杉林
分的生长!凋落物越来越丰富!其组成中以养分丰富
且较易分解的针叶和柔软小枝占绝大多数*%+ !分解
速率较快!养分归还量逐渐增大!从而促进林地土壤
有机质,全氮和速效性氮,磷,钾养分的生物积累!土
壤结构和水分状况逐步得到改善!土壤酶活性也相
应得以增强) 因此!在杉木采伐迹地营造秃杉人工
林!有利于土壤肥力的恢复,维持和提高!防止地力
衰退) 由于秃杉成熟期较晚"一般需要 )# 年以上#!
速生时间长) 因此!如果采用合理的经营管理措施
培育具有更高经济价值的秃杉大径材!虽然经营时
间较长!但更能提高林地生产力!也更有利于土壤肥
力的恢复,维持和提高!从而具有更显著的经济效益
和生态效益)
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