全 文 ：书第 51 卷 第 10 期
2 0 1 5 年 10 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 10
Oct．，2 0 1 5
doi:10．11707 / j．1001-7488．20151001
收稿日期: 2014 － 09 － 22; 修回日期: 2015 － 09 － 03。
基金项目: 国家林业局 948 项目(2014 － 4 － 58) ; 科研事业费项目(1632014011)。
* 苏文会为通讯作者。
不同密度毛竹林土壤质量综合评价*
范少辉1 赵建诚1 苏文会1 余 林1，2 严 彦1
(1. 国际竹藤中心 国家林业局竹藤科学与技术重点实验室 北京 100102; 2. 江西省林业科学院 南昌 330032)
摘 要: 【目的】密度是林分结构的重要指标之一，对系统功能具有重要影响。本研究分析长期不同密度经营下
的毛竹林土壤质量指标，并对其进行综合评价，揭示密度影响毛竹林生产力的原因及机制，旨在为其合理地密度经
营提供理论依据。【方法】以安徽省黄山区毛竹林为对象，研究了 1 200，1 800，2 400 和 3 000 株·hm － 2 4 个密度下毛
竹纯林的土壤物理性质、pH 值、养分含量及酶活性等 18 个土壤质量指标，采用单因素分析(ANOVA)进行显著性检
验，采用最小显著性差异法(LSD)进行多重比较; 运用模糊数学和多元统计分析方法，计算各密度梯度毛竹林土壤质
量综合指数，并对其土壤质量进行评价。【结果】土壤密度以 3 000 株·hm － 2密度下竹林最大(达 1. 10 g·cm － 3 )，相同
密度下土壤密度随土层深度增加而增大; 土壤含水率和总孔隙度均以 2 400 株·hm － 2密度下竹林最大，且各密度林
分土壤总孔隙度均随土层深度增加呈逐渐减小趋势; 土壤 pH 值和全氮含量随林分密度增大而逐渐增大，而有机
质、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量则随林分密度增大先逐渐增大后又略有下降; 土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白
酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性随林分密度增大呈现先升高而后趋于稳定或下降趋势; 相同密度下，土壤养分含
量、酶活性与土层深度亦有一定相关性，其中，有机质、速效氮、速效磷、速效钾、全磷含量及酶活性均随土层深度增
加呈现降低趋势; 对土壤质量的密度效应进行综合分析发现，毛竹林 0 ～ 60 cm 土层土壤质量综合指数随林分密度
增大先升高后降低，以 2 400 株·hm － 2密度下竹林最大，达 0. 585 3，说明适宜的密度结构对土壤质量改善有一定作
用; 相同密度下，0 ～ 20 cm 土层的土壤质量明显优于其他土层。【结论】密度调控是林地管理的重要措施，长期的
合理密度经营有利于优化林分结构，促进充分利用森林生态系统环境要素，改善林下植被、枯落物及养分循环过
程;在本研究地点，不同密度毛竹林的土壤质量差异显著，采用合理密度(2 400 株·hm － 2 )经营有利于改善土壤
质量。
关键词: 毛竹; 密度; 土壤质量综合指数; 评价
中图分类号: S718. 5 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2015)10 － 0001 － 09
Comprehensive Evaluation of Soil Quality in Phyllostachys edulis
Stands of Different Stocking Stocking Densities
Fan Shaohui1 Zhao Jiancheng1 Su Wenhui1 Yu Lin1，2 Yan Yan1
(1 ． International Centre for Bamboo and Ｒattan Key Laboratory of Science and Technology of Bamboo and Ｒattan，
State Forestry Administration Beijing 100102; 2 ． Jiangxi Academy of Forestry Nanchang 330032)
Abstract: 【Objective】As one of the important factors of stand structure，stand density has an important effect on forest
ecosystem function． By analyzing and evaluating of soil quality indicators of Phyllostachys edulis forests under different
long-term managements of stand density，the study was aimed to reveal the causes and mechanisms of the effects of stand
density on forest sustainable productivity，and to provide theoretical basis for proper stand density management．【Method】
In this paper，four P． edulis stands with stand densities of 1 200，1 800，2 400 and 3 000 individual·hm － 2 were selected
and 18 soil quality indicators ( including soil physical properties，pH-value，nutrient contents and enzyme activities) were
examined in Huangshan，Anhui Province of China． One-way ANOVA was conducted to test the significance of the
indicators，while the least significant difference ( LSD ) was applied for multiple comparisons． The indicators under
different stand densities were calculated using fuzzy mathematics and multivariate statistical analysis to evaluate the soil
quality．【Ｒesult】No consistent pattern of changes with stand densities were found for the soil physical properties． Soil bulk
density of the stand density of 3 000 individual·hm － 2 was the largest (1． 10 g·cm － 3 ) among the four stand densities．
林 业 科 学 51 卷
Soil bulk density increased with the increase of soil depth for the same stand density． Soil moisture and total porosity of the
stand density of 2 400 individual·hm － 2 were the largest and decreased with the increase of soil depth． Soil pH-value and
total nitrogen ( N) content increased gradually with the increase of stand densities，while the content of soil organic
matters，total phosphorus (P)，total potassium (K)，available N，available P and available K first increased and then
decreased slightly; the activities of five soil enzymes，including urease，sucrase，protease，catalase and acid phosphatase，
also showed a similar pattern of changes with stand densities，namely increasing first and then decreasing or stabilizing．
Under the same stand density，soil nutrient contents and enzyme activities were also correlated to soil depth． The content
of soil organic matters，available N，available P，available K， total P and the activities of enzymes declined with
increasing soil depth． The comprehensive analysis indicated that，at the soil depth of 0 ﹣ 60 cm，the comprehensive
evaluation index also increased firstly，and then decreased with the increase of stand densities，and the index for the stand
density of 2 400 individual·hm － 2 was the largest (0． 585 3) among the four stand densities，suggesting that optimal stand
density could contribute to improving the soil quality in P． edulis forests． At the soil depth of 0 ﹣ 20 cm，the soil quality
was significantly higher than the other two layers beneath under the same stand density．【Conclusion】Stand density control
was an important measure for forest management． A long-term management with an appropriate stand density can be
helpful for optimizing the stand structure，fully utilizing the environment factors within forest ecosystems，and improving
the growth of understory vegetation and litterfall and nutrient cycling． In this study area， the soil quality differed
significantly among different stand densities in P． edulis forests，and a proper density of 2 400 individual·hm － 2 would be
beneficial to improve the soil quality．
Key words: Phyllostachys edulis; density; comprehensive index of soil quality; evaluation
森林土壤作为森林生态系统的重要组成部
分，是生态学研究的核心内容之一(Worrell et al．，
1997)。土壤质量是指在生态系统范围内，土壤维
持生物生产力、保护环境及促进动植物健康的能
力(汪媛媛等，2011; 罗文敏等，2014)，是土壤理
化和生物学性质的综合表现，单一因子研究不能
有效反映不同条件土壤质量的总体差异。随着土
壤科学的不断发展，越来越多的土壤质量研究方
法得到应用 (汪媛媛等，2011; 胡月明等，2001;
张华等，2001; Schoenholtz et al．，1998; 王建国等，
2001; Kandeler et al．，1999; Wardle，1998; 刘崇
洪，1996; 孙波等，1999; 吴玉红等，2012 )。由
于陆地生态系统的复杂性，这些方法对不同的林
地类型有着各自的适宜性，评价指标的选择也不
尽相同。目前，土壤质量评价指标的选择还没有
形成 统 一 适 宜 的 体 系 与 标 准 ( Nortcliff，2002;
Zalidis et al．，2002)，以往研究主要强调以土壤理
化特性为主的土壤质量表征指标，生物学性质方
面主要关注土壤酶活性等，但占的比重仍然较少。
毛竹(Phyllostachys edulis)是我国森林资源的重
要组成部分，具有很高的经济、生态和社会价值。近
年来，随着竹产业的发展和竹林经营效益的提升，毛
竹林集约化管理程度越来越高，虽然高强度的人为
干预在一定时间内提高了竹林蓄积量，但过度经营
已导致竹林地力呈现衰退趋势(楼一平，1998; 楼
一平等，1999; 刘广路，2009)。密度是影响林分生
产力的第二重要因子，仅次于立地质量。密度过大，
树木竞争效应增强，地力下降快;密度过小又会造成
土地资源的浪费，而合理的林分密度可把竞争引起
的能量消耗转化为有效生产力。由于毛竹年年发笋
长竹，密度始终处于动态变化中，不同的人为干预
(如采伐强度)对林分密度影响很大，从而导致了林
分不同的生产力水平。近年来关于竹林密度的研究
已开展较多，主要针对毛竹林密度与林分生产力
(产量)的关系，并建立了一些密度效应模型(洪伟
等，1998; 陈存及等，1992; 冯加生等，2012; 潘金
灿，2000)，而密度变化对林分生产力的影响过程及
作用机制尚不清楚。有研究发现，竹林产量与林地
理化性质及酶活性指标关系密切 (郑郁善等，
1998a; 罗治建等，2003; 徐秋芳等，1998)，但不同
密度时土壤理化性质及生物活性如何变化及对林地
土壤质量的综合影响还缺乏系统分析，开展这样的
研究有助于进一步了解密度生产力效应的内在规
律。本研究基于前人相关研究，选择长期采用不同
采伐强度而形成的 4 个毛竹林密度梯度的典型林
分，监测分析其土壤物理性质、酸碱度、养分含量及
酶活性等 18 个土壤质量指标，借助模糊数学和多元
统计分析方法，通过综合指数核算，评价林分密度对
毛竹林土壤综合质量的影响，旨在揭示密度影响毛
竹林持续生产力的原因及机制，为其合理经营提供
2
第 10 期 范少辉等: 不同密度毛竹林土壤质量综合评价
参考。
1 研究区概况
研究区位于安徽省黄山市黄山区 (118°14—
118°21 E，32°4—32°10 N)，是我国毛竹主要分布
区之一。该地区属亚热带湿润性季风气候，雨量充
沛，四季分明。年均气温 15. 3 ℃，全年无霜期 220
天，年日照时数 1 752. 7 h，年均降水量 1 500 mm，相
对湿度在 80% 以上。研究地点位于黄山区黄山公
益林场试验林内，成土母岩为千枚岩和部分花岗岩，
土壤为山地黄壤。试验林为成片毛竹纯林，以材用
为主，兼顾笋用，大小年明显。该试验林从 2001 年
起开始分类抚育经营，技术措施为除草和隔年(小
年冬季)采伐，根据不同留养密度，以“砍老留新、砍
密留疏、砍弱留强”为原则，主伐Ⅲ度以上竹株。研
究区未进行施肥、垦复等集约管理。由于较长时间
(12 年) 的采伐强度差异，形成了较明显的密度
梯度。
2 研究方法
2. 1 样地设置
研究于 2012 年(出笋大年)10 月份开展，该阶
段新竹基本长成，林相和土壤条件较稳定。在对研
究区域毛竹生长与经营状况进行整体踏查后，选择
1 200，1 800，2 400 和 3 000 株·hm － 2 4 个密度梯度
的林分，每个密度梯度林分中分散设置 3 块 20 m ×
15 m 的标准样地，共 12 块样地，每样地四周设 3 m
宽缓冲带。测定样地的坡向、坡度、海拔，同时对样
地内毛竹进行每木调查，记录年龄、胸径和秆高等生
长指标。样地概况见表 1。
表 1 样地概况
Tab． 1 Survey of sample plots
林分
Stand
密度
Density /
( individual·hm － 2 )
平均胸径
Mean DBH /cm
平均高
Mean
height /m
年龄结构
Age structure
(Ⅰ:Ⅱ:Ⅲ:Ⅳ)
坡向
Aspect
坡度
Slope /( °)
海拔
Altitude /m
D1 1 200 ± 87 11. 08 ± 0. 63 14. 96 ± 1. 21 0. 34:0. 31:0. 26:0. 09 西北 Northwest 33 499
D2 1 800 ± 110 10. 15 ± 0. 97 14. 04 ± 1. 19 0. 36:0. 31:0. 23:0. 10 西北 Northwest 34 492
D3 2 400 ± 115 10. 37 ± 0. 89 13. 87 ± 1. 07 0. 36:0. 29:0. 28:0. 06 西北 Northwest 40 514
D4 3 000 ± 136 10. 09 ± 0. 93 13. 53 ± 1. 12 0. 35:0. 31:0. 25:0. 09 西南 Southwest 30 503
2. 2 样品采集及分析
各标准样地内，采用五点取样法设置取样点，即
先确定样地对角线的中点作为中心取样点，再在对
角线上选择 4 个与中心取样点距离相等的点作为样
点。为避免降水等外界条件的影响，在连续 2 周未
降雨的条件下，于 2012 年 10 月 12，13 日完成土壤
样品的采集。每个取样点挖取 1 个 60 cm 深的土壤
剖面，分 3 层(0 ～ 20，20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm)用环刀
取原状土，带回实验室，测定其土壤密度、含水率、毛
管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度; 然后用塑料
袋分 3 层取样，去除石块、根系等杂质，用四分法取
1. 0 kg 土样作为本样点该土层的测试样品，自然风
干、过筛后进行养分含量指标测定。酶活性所需土
样的采集方法与养分含量土样相同，但采集后置于
便携式保温箱内带回实验室，4 ℃冰箱中保存并尽
快测定。
土壤 pH 值及养分含量的测定采用《土壤农化
分析》(鲍士旦，2005)中的方法: pH 值采用电位法
测定，有机质含量采用重铬酸钾氧化—外加热法测
定，全氮含量采用凯氏定氮法测定，全磷含量采用碱
熔—钼锑抗比色法测定，全钾含量采用火焰光度法
测定，速效氮含量采用碱解—扩散法测定，速效磷含
量采用氟化铵—盐酸浸提法测定，速效钾含量采用
乙酸铵浸提—火焰光度法测定。土壤酶活性测定采
用周礼恺(1987)和关松荫 (1986)的相关方法: 脲
酶活性采用靛酚比色法测定，蔗糖酶活性采用
3，5 －二硝基水杨酸比色法测定，蛋白酶活性采用茚
三酮比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴
定法测定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法
测定。
2. 3 数据处理
利用 SAS 9. 0 软件，采用单因素分析(ANOVA)
和最小显著性检验(LSD)进行多重比较，运用主成
分分析方法计算各密度毛竹林的土壤质量综合
指数。
2. 3. 1 数据标准化 由于土壤质量指标多样、指标
属性和量纲各异，因此对各密度毛竹林土壤质量指
标测定值必须先处理后方可进行综合评价。数据标
准化是统计学中对不同量纲、不同类型集合指标进
行比较的一种方法，该方法遵循同一指标内部数据
相对差距不变、不同指标之间的相对差距不变和标
准化后极大值相等 3 个原则，将数据按比例缩放，使
之落入一个小的特定区间，去除数据单位限制，转化
为无量纲的纯数值，使得不同单位或量级指标能进
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林 业 科 学 51 卷
行加权与比较。
本研究中，首先对土壤物理性质、酸碱度、养分
含量和酶活性等指标进行标准化处理，将其转变为
0 ～ 1 之间的无量纲值，实现对指标的量纲归一化。
18 项指标为: 土壤含水率(X1 )、土壤密度(X2 )、毛
管孔隙度 ( X3 )、非毛管孔隙度 ( X4 )、总孔隙度
(X5)、pH 值 ( X6 )、有机质含量 ( X7 )、全氮含量
(X8)、全磷含量(X9 )、全钾含量(X10 )、速效氮含量
(X11)、速效磷含量(X12)、速效钾含量(X13 )、脲酶活
性(X14)、蔗糖酶活性(X15)、蛋白酶活性(X16 )、过氧
化氢酶活性(X17)和酸性磷酸酶活性(X18)。
数据标准化处理中，数据分正、负效应 2 种。本
研究中，除土壤密度(X2 )外，其他指标 F(Xi )均为
正效应指标。正、负效应指标分别选用公式(1)和
(2)进行计算。
F(Xi) = (Ximax － Xij) /(Ximax － Ximin)， (1)
F(Xi) = (Xij － Ximin) /(Ximax － Ximin)。 (2)
式中: F(Xi)为各土壤因子的隶属度值，反映各评价
指标的优劣;Xij为第 i 项因子的实测样品平均值;
Ximax为第 i 项因子中的最大值; Ximin为第 i 项因子中
的最小值。
2. 3. 2 土壤质量综合指数计算 由于各因子重要
性有差异，即对土壤质量的影响程度不同，需予以不
同权重。本研究运用统计软件对 18 项指标的标准
化数据进行主成分分析，计算各因子的贡献率和累
积贡献率。通过公因子旋转得到载荷矩阵，核算土
壤质量指标的公因子方差，表示其对土壤质量总体
变异的贡献。将各指标公因子方差占总公因子方差
的比例作为各指标权重。
在评价指标因子隶属度和权重确定的基础上，运
用加权综合法和模糊数学中的加乘法则，用公式(3)对
不同密度毛竹林土壤质量综合指数进行计算。
F = ∑Wi × F(Xi)。 (3)
式中: F 为土壤质量综合指数; Wi为各土壤因子的
权重，反映各评价指标的重要性。
3 结果与分析
3. 1 不同密度毛竹林的土壤质量指标
3. 1. 1 土壤物理性质 测定分析了 4 种密度下毛
竹林土壤的物理性质，发现土壤性质指标存在一定
的立竹密度差异，测定结果见表 2。
一定降水条件下，土壤水分含量及空间分布
很大程度上受土壤结构与性质的影响。4 种密度
下，2 400 株·hm － 2 林 分 土 壤 含 水 率 最 大，达
18. 0%，3 000 株·hm － 2林分最小; 土层深度对含
水率也有一定影响，其中 2 400 和 3 000 株·hm － 2
林分以 0 ～ 20 cm土层含水率最高，而 1 200 和
1 800 株·hm － 2林分以 20 ～ 40 cm 土层最高。密度
是土壤质量的重要指标之一，不同密度林分其林
下植被、凋落物及根系状况有一定差异，从而对土
壤密度和孔隙状况产生了影响。研究表明，土壤
密度以1 800 株·hm － 2林分最大，达 1. 28 g·cm － 3，
1 200和3 000 株·hm － 2相对较小; 相同林分密度下
土壤密度随土层深度增加而增大。土壤孔隙由毛
管和非毛管孔隙组成，各密度林分土壤总孔隙度
表现为 2 400 株·hm － 2 ＞ 3 000 株·hm － 2 ＞ 1 200
株·hm － 2 ＞ 1 800 株·hm － 2，且各密度林分土壤总孔
隙度均随土层深度增加呈逐渐减小趋势。
表 2 各密度毛竹林土壤物理性质①
Tab． 2 Soil physical properties in P． edulis stands under different densities
密度
Density
土层
Soil layer / cm
土壤含水率
Soil
moisture(% )
密度
Density /
( g·cm － 3 )
毛管孔隙度
Capillary
porosity(% )
非毛管孔隙度
Noncapillary
porosity(% )
总孔隙度
Total
porosity(% )
0 ～ 20 15. 87 ± 1. 07Bc 1. 00 ± 0. 02Ba 42. 53 ± 3. 93Ab 13. 33 ± 1. 32Aa 55. 86 ± 2. 26Aa
D1 20 ～ 40 18. 85 ± 1. 44Aa 1. 15 ± 0. 05Aa 42. 20 ± 2. 67Ab 11. 47 ± 1. 08Bb 53. 67 ± 4. 22ABa
40 ～ 60 17. 80 ± 1. 55Aa 1. 17 ± 0. 10Aa 37. 87 ± 1. 06Bc 10. 37 ± 1. 28Ca 48. 24 ± 3. 25Bab
0 ～ 20 17. 04 ± 1. 38Bb 1. 18 ± 0. 08Aa 41. 60 ± 2. 94Bc 11. 90 ± 0. 81Ab 53. 50 ± 3. 36Aa
D2 20 ～ 40 18. 82 ± 1. 44Aa 1. 28 ± 0. 11Aa 42. 70 ± 2. 52Aab 9. 90 ± 0. 69Bc 52. 60 ± 2. 17ABa
40 ～ 60 16. 18 ± 0. 98Cb 1. 38 ± 0. 09Aa 39. 17 ± 1. 07Cb 7. 83 ± 0. 41Cb 47. 00 ± 2. 46Bb
0 ～ 20 18. 65 ± 1. 76Aa 1. 13 ± 0. 09Ba 43. 23 ± 3. 38Ba 11. 67 ± 0. 85Bb 54. 90 ± 2. 88Aa
D3 20 ～ 40 17. 20 ± 1. 56Bb 1. 16 ± 0. 08ABa 38. 33 ± 2. 62Cc 14. 77 ± 1. 04Aa 53. 10 ± 2. 51Aab
40 ～ 60 18. 16 ± 1. 09ABa 1. 35 ± 0. 09Aa 44. 07 ± 3. 01Aa 8. 40 ± 0. 72Cb 52. 47 ± 2. 21Aa
0 ～ 20 12. 49 ± 0. 59Ad 1. 02 ± 0. 06Ba 39. 73 ± 2. 06Cd 13. 90 ± 1. 32Aa 53. 63 ± 2. 54Aa
D4 20 ～ 40 12. 19 ± 1. 07ABc 1. 12 ± 0. 07ABa 43. 10 ± 1. 92Ba 9. 60 ± 1. 05Bc 52. 70 ± 2. 82Aa
40 ～ 60 11. 61 ± 0. 82Bc 1. 15 ± 0. 04Aa 43. 97 ± 1. 90Aa 7. 87 ± 0. 72Cb 51. 84 ± 2. 87Aa
①同一密度同列不同大写字母表示不同土层间差异显著( P ＜ 0. 05) ; 同一土层不同小写字母表示不同密度间差异显著( P ＜ 0. 05)。下
同。Different capital letters of the same density in the same column indicated significant differences among different soil layers at 0. 05 level，and different
lowercase letters in the same soil layer indicated significant differences among different densities at 0. 05 level． The same below．
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第 10 期 范少辉等: 不同密度毛竹林土壤质量综合评价
3. 1. 2 土壤酸碱度及养分含量 土壤 pH 值对养
分元素有效性、微生物及酶活性等有重要影响。研
究发现，研究区为酸性土壤，pH 值为 4. 39 ～ 4. 64，
同密度林分不同土层或不同密度下相同土层土壤
pH 值差异不显著(表 3)。土壤各养分元素含量在
不同密度林分间有一定差异，其中，全氮含量以
1 200株·hm － 2林分最低，随林分密度增大而逐渐增
加; 有机质含量、全磷含量、全钾含量、速效氮含
量、速效钾含量和速效磷含量则随林分密度的增
大呈先上升而后下降的趋势，均以 2 400 株·hm － 2
林分的相应值最大 (表 3 )。同密度下，土壤养分
含量与土层深度亦有一定相关性，其中，有机质含
量、全磷含量、速效氮含量、速效钾含量和速效磷
含量随土层深度增加呈现降低趋势，而土壤全氮
含量 和 全 钾 含 量 则 表 现 为 0 ～ 20 cm ＞ 40 ～
60 cm ＞ 20 ～ 40 cm。
表 3 各密度毛竹林土壤酸碱度及养分含量
Tab． 3 pH and nutrient contents of soil in P． edulis stands under different densities
密度
Density
土层
Soil
layer / cm
pH
有机质
Organic matter /
(g·kg － 1)
全氮
Total nitrogen /
(g·kg － 1)
速效氮
Available
nitrogen /
(mg·kg － 1)
全磷
Total phosphorus /
(g·kg － 1)
速效磷
Available
phosphorus /
(mg·kg － 1)
全钾
Total potassium /
(g·kg － 1)
速效钾
Available
potassium /
(mg·kg － 1)
0 ～ 20 4. 43 ± 0. 06Aa 30. 30 ± 1. 86Ac 1. 36 ± 0. 08Ac 82. 87 ± 3. 09Ad 0. 24 ± 0. 02Ac 10. 88 ± 0. 47Ad 15. 85 ± 0. 74Ac 55. 69 ± 0. 74Ad
D1 20 ～ 40 4. 39 ± 0. 06Ab 20. 23 ± 1. 29Bc 0. 69 ± 0. 02Cc 72. 22 ± 3. 56Bb 0. 18 ± 0. 01Bb 5. 92 ± 0. 60Bb 13. 46 ± 0. 30Bc 48. 87 ± 2. 64Bd
40 ～ 60 4. 42 ± 0. 05Aa 13. 37 ± 0. 77Cb 0. 98 ± 0. 05Bc 54. 81 ± 1. 56Cd 0. 17 ± 0. 00Bc 2. 78 ± 0. 31Cb 14. 03 ± 0. 67Bb 35. 17 ± 1. 54Cd
0 ～ 20 4. 48 ± 0. 02Aa 32. 08 ± 1. 14Ac 1. 72 ± 0. 11Ab 104. 78 ± 1. 74Ab 0. 47 ± 0. 02Aa 16. 68 ± 0. 36Ab 16. 34 ± 0. 40Abc 58. 43 ± 1. 89Ac
D2 20 ～ 40 4. 46 ± 0. 02Aab 26. 09 ± 1. 01Bb 0. 98 ± 0. 07Cb 85. 28 ± 1. 29Ba 0. 29 ± 0. 01Ba 6. 40 ± 0. 32Bb 13. 93 ± 0. 09Cbc 60. 33 ± 1. 61Ab
40 ～ 60 4. 46 ± 0. 06Aa 17. 36 ± 1. 34Ca 1. 65 ± 0. 06Bb 68. 97 ± 2. 34Cc 0. 25 ± 0. 02Cb 2. 60 ± 0. 19Cb 15. 21 ± 0. 29Bab 43. 99 ± 2. 00Bb
0 ～ 20 4. 53 ± 0. 08Aa 58. 43 ± 2. 46Aa 2. 12 ± 0. 05Aa 116. 22 ± 3. 73Aa 0. 46 ± 0. 02Aa 20. 15 ± 0. 35Aa 18. 27 ± 0. 47Aa 73. 05 ± 2. 04Aa
D3 20 ～ 40 4. 51 ± 0. 05Aab 31. 06 ± 1. 99Ba 1. 33 ± 0. 07Ca 84. 24 ± 2. 21Ba 0. 30 ± 0. 01Ba 8. 24 ± 0. 42Ba 15. 01 ± 0. 59Ba 67. 24 ± 1. 57Ba
40 ～ 60 4. 51 ± 0. 03Aa 17. 80 ± 1. 41Ca 1. 65 ± 0. 06Ba 74. 68 ± 2. 34Cb 0. 32 ± 0. 01Ba 4. 44 ± 0. 13Ca 15. 94 ± 0. 96Ba 52. 03 ± 1. 59Ca
0 ～ 20 4. 64 ± 0. 12Aa 43. 78 ± 2. 49Ab 2. 15 ± 0. 05Aa 102. 54 ± 2. 21Ac 0. 39 ± 0. 01Ab 14. 41 ± 0. 58Ac 17. 77 ± 0. 46Aab 70. 28 ± 2. 53Ab
D4 20 ～ 40 4. 57 ± 0. 04Aa 28. 80 ± 0. 82Bab 1. 20 ± 0. 14Bab 84. 88 ± 1. 44Ba 0. 30 ± 0. 03Ba 6. 21 ± 0. 85Bb 14. 90 ± 0. 28Bab 52. 67 ± 1. 75Bc
40 ～ 60 4. 50 ± 0. 04Aa 15. 87 ± 1. 52Cab 1. 77 ± 0. 13Aa 76. 36 ± 1. 05Ca 0. 27 ± 0. 01Bb 3. 74 ± 0. 58Cab 14. 77 ± 0. 30Bab 40. 66 ± 1. 28Cc
3. 1. 3 土壤酶活性 林分密度对土壤酶活性有一
定影响，不同类型酶的活性随密度的变化亦有差别，
其中土壤脲酶和蔗糖酶活性随毛竹林立竹密度增大
而逐渐增大，当立竹密度升至2 400 株·hm － 2时增至
最大，分别达 0. 125 和 0. 084 mg·g － 1，而后基本趋
于稳定(表 4)。蛋白酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶
活性与脲酶和蔗糖酶略有不同，随林分密度增大呈
现先 增 加 后 降 低 的 变 化 趋 势，但 亦 表 现 为
2 400 株·hm － 2林分活性最高，而当密度增至 3 000
株·hm － 2时，3 种酶活均有所降低(表 4)。各类土壤
酶活性随土层深度的变化规律相似，均表现为随土
层深度增加而降低; 相同密度下，0 ～ 20 cm 土层土
壤酶活性与 20 ～ 40 和 40 ～ 60 cm 土层差异显
著(表 4)。
表 4 各密度毛竹林土壤酶活性
Tab． 4 Enzyme activity of soil in P． edulis stands of different densities
密度
Density
土层
Soil layer / cm
脲酶
Urease /
(mg·g － 1 )
蔗糖酶
Sucrase /
(mg·g － 1 )
蛋白酶
Protease /
(mg·g － 1 )
过氧化氢酶
Catalase /
(mL·g － 1 )
酸性磷酸酶
Acid phosphatase /
(mg·g － 1 )
0 ～ 20 0. 154 ± 0. 003Ac 0. 101 ± 0. 003Ab 0. 114 ± 0. 002Ac 0. 488 ± 0. 003Ac 1. 682 ± 0. 004Ac
D1 20 ～ 40 0. 064 ± 0. 001Bb 0. 072 ± 0. 001Bb 0. 082 ± 0. 002Bc 0. 282 ± 0. 006Bbc 1. 473 ± 0. 008Cc
40 ～ 60 0. 057 ± 0. 001Cb 0. 059 ± 0. 001Cb 0. 059 ± 0. 001Cc 0. 252 ± 0. 004Cb 1. 524 ± 0. 003Bc
0 ～ 20 0. 196 ± 0. 002Ab 0. 107 ± 0. 001Aa 0. 151 ± 0. 004Aa 0. 509 ± 0. 005Ab 1. 761 ± 0. 005Ab
D2 20 ～ 40 0. 069 ± 0. 001Ba 0. 071 ± 0. 001Bb 0. 093 ± 0. 002Bb 0. 277 ± 0. 002Bc 1. 574 ± 0. 008Bb
40 ～ 60 0. 062 ± 0. 000Ca 0. 058 ± 0. 001Cb 0. 102 ± 0. 000Cc 0. 258 ± 0. 006Cab 1. 571 ± 0. 012Bb
0 ～ 20 0. 239 ± 0. 008Aa 0. 110 ± 0. 002Aa 0. 158 ± 0. 003Aa 0. 536 ± 0. 005Aa 1. 836 ± 0. 005Aa
D3 20 ～ 40 0. 071 ± 0. 001Ba 0. 076 ± 0. 001Ba 0. 098 ± 0. 001Ba 0. 297 ± 0. 004Ba 1. 648 ± 0. 009Ba
40 ～ 60 0. 064 ± 0. 001Ba 0. 066 ± 0. 001Ca 0. 076 ± 0. 001Ca 0. 265 ± 0. 003Cab 1. 617 ± 0. 007Ca
0 ～ 20 0. 241 ± 0. 005Aa 0. 112 ± 0. 001Aa 0. 138 ± 0. 004Ab 0. 525 ± 0. 005Aa 1. 775 ± 0. 011Ab
D4 20 ～ 40 0. 071 ± 0. 001Ba 0. 076 ± 0. 001Ba 0. 091 ± 0. 001Bb 0. 291 ± 0. 003Bab 1. 598 ± 0. 015Bb
40 ～ 60 0. 063 ± 0. 001Ca 0. 064 ± 0. 001Ca 0. 071 ± 0. 002Cb 0. 268 ± 0. 003Ca 1. 531 ± 0. 013Cc
5
林 业 科 学 51 卷
3. 2 土壤质量综合评价
3. 2. 1 指标权重确定 选用公式 (1)和 (2 )对 18
项土壤质量指标数据进行标准化处理，然后运用
统计软件对其进行主成分分析，计算各因子的贡
献率和累积贡献率。通过公因子旋转得到载荷矩
阵，核算土壤质量指标的公因子方差，并计算权
重。18 个土壤质量指标主成分分析和权重核算结
果见表 5。
由表 5 可知，第一主成分的特征值为 11. 40，解
释了总变异量的 63. 33%。提取的 4 个主成分因子
的累计贡献率为 91. 73%，几乎包含了原始数据的
全部信息量，符合主成分分析累积贡献率≥80%的
条件。通过因子负荷矩阵筛选得出对毛竹林土壤质
量影响最大的 11 个因子为: 有机质含量(X7)、全磷
含量(X9)、全钾含量(X10 )、速效氮含量(X11 )、速效
磷含量(X12)、速效钾含量(X13)、脲酶活性(X14 )、蔗
糖酶活性(X15)、蛋白酶活性(X16)、过氧化氢酶活性
(X17)和酸性磷酸酶活性(X18)。
表 5 正交旋转后前 4 个主成分的载荷矩阵、各因子公因子方差及权重
Tab． 5 Ｒotated principal component matrix，communality and weight of each indicator
指标
Index
主成分 Principal component
1 2 3 4
公因子方差
σ2 of common factor
权重
Weight
X1 － 0. 101 3 － 0. 494 2 0. 831 3 － 0. 089 7 0. 953 5 0. 057 7
X2 － 0. 519 6 0. 436 6 0. 688 1 － 0. 125 6 0. 949 8 0. 057 5
X3 0. 134 0 0. 257 8 0. 148 3 0. 941 4 0. 992 6 0. 060 1
X4 0. 595 1 － 0. 665 4 － 0. 241 2 － 0. 265 0 0. 925 2 0. 056 0
X5 0. 668 8 － 0. 399 5 － 0. 099 0 0. 577 0 0. 949 7 0. 057 5
X6 0. 591 3 0. 539 3 － 0. 379 9 － 0. 080 2 0. 791 2 0. 047 9
X7 0. 934 3 － 0. 072 9 0. 066 7 － 0. 009 6 0. 882 8 0. 053 4
X8 0. 700 5 0. 615 2 － 0. 025 0 － 0. 155 2 0. 893 9 0. 054 1
X9 0. 857 1 0. 327 8 0. 260 8 0. 022 6 0. 910 7 0. 055 1
X10 0. 892 3 0. 314 4 0. 043 8 － 0. 130 0 0. 913 9 0. 055 3
X11 0. 950 1 0. 073 3 0. 130 7 0. 144 4 0. 946 0 0. 057 3
X12 0. 962 9 － 0. 146 5 0. 143 7 0. 016 1 0. 969 6 0. 058 7
X13 0. 851 4 － 0. 148 5 0. 131 1 － 0. 004 7 0. 764 1 0. 046 2
X14 0. 954 2 － 0. 018 6 － 0. 013 4 － 0. 094 4 0. 920 0 0. 055 7
X15 0. 959 4 － 0. 186 5 － 0. 073 6 0. 041 8 0. 962 5 0. 058 2
X16 0. 929 6 － 0. 002 9 0. 199 2 － 0. 117 4 0. 917 6 0. 055 5
X17 0. 939 3 － 0. 138 8 － 0. 037 1 － 0. 023 9 0. 903 4 0. 054 7
X18 0. 961 2 0. 093 3 0. 112 2 － 0. 139 6 0. 964 7 0. 058 4
特征值 Eigenvalue 11. 40 2. 10 1. 59 1. 43
贡献率 Proportion(% ) 63. 33 11. 65 8. 82 7. 93
累积贡献率 Cumulative proportion(% ) 63. 33 74. 98 83. 80 91. 73
3. 2. 2 土壤质量综合指数 在评价指标因子隶属
度和权重确定的基础上，运用加权综合法和模糊数
学中的加乘法则，对不同密度毛竹林土壤质量综合
指数进行计算，方法见式(3)。研究区毛竹林土壤
质量的密度效应及土壤质量综合指数随土层的变化
趋势如图 1，2 所示。
土壤质量与毛竹林分密度有较大关系。各密度
毛竹林土壤质量综合指数表现为 2 400 株·hm － 2
(0. 585 3) ＞ 3 000 株·hm － 2 (0. 456 9) ＞ 1 800 株·
hm － 2(0. 456 5) ＞ 1 200 株·hm － 2 (0. 319 3)。自立
竹度 1 200 株·hm － 2起，随着立竹密度增大，土壤质
量逐渐提高，当密度达 2 400 株·hm － 2时，土壤质量
最优，之后随密度再增大呈降低趋势; 0 ～ 20 和
40 ～ 60 cm两土层土壤质量的密度效应亦表现为相
同的变化规律，即 2 400 株·hm － 2林分土壤质量最
优，3 000 株·hm － 2林分略好于 1 800 株·hm － 2林分，
1 200 株·hm － 2林分较差，而 20 ～ 40 cm 土层土壤质
量随立竹度变化规律稍有不同，土壤质量综合指数
表现为为 2 400 株·hm － 2(0. 445 9) ＞ 1 800 株·hm － 2
(0. 395 9) ＞ 3 000 株·hm － 2 (0. 367 5) ＞ 1 200 株·
hm － 2(0. 284 9)，这一差异可能跟根系分布有密切
关系，对毛竹而言，20 ～ 30 cm 土层是其鞭根分布最
为集中的地方，在鞭根生长与代谢的影响下，所在土
层尤其是根围土壤环境变化较大，因此该土层土壤
质量尤其值得关注。
相同密度下，不同土层间土壤质量也有一定差
异，受表层枯落物及土壤温、湿、气等条件的多重影
响，0 ～ 20 cm 土层土壤质量明显优于其他两层，而
20 ～ 40和 40 ～ 60 cm 之间的差异在不同密度条件下
有所不同，其中 2 400 株·hm － 2林分 2 土层的土壤质
6
第 10 期 范少辉等: 不同密度毛竹林土壤质量综合评价
量变异较小，而 1 200，1 800 和 3 000 株·hm － 2林分
的 20 ～ 40 cm 土壤质量明显好于 40 ～ 60 cm，说明毛
竹林的适宜密度对改善土壤质量异质性亦有一定
影响。
图 1 各密度林分土壤质量综合指数
Fig． 1 Comprehensive soil quality index of
P． edulis stands under different densities
图 2 各密度林分土壤质量综合指数随土层深度变化
Fig． 2 Variation of comprehensive soil quality
index with soil depth under different densities
4 结论与讨论
土壤质量变化是一个长期过程，受气候、林木生
长、人为经营等多因素影响。林分密度调控作为森
林管理的重要措施，必然对土壤质量产生一定影响。
合理的经营密度能够优化林分结构，促进对森林生
态系统环境要素的充分利用和林下植被、枯落物及
养分循环过程的改善 (李国雷等，2007; 李国雷，
2007)。
本研究分析了重要经济林种毛竹的土壤质量状
况及与林分密度的关系，发现长期的不同密度结构
经营使得林分土壤质量发生了差异，并呈现一定规
律性。在 1 200 ～ 3 000 株·hm － 2的密度范围内，土
壤质量综合指数随林分密度增大呈先升高后降低的
变化趋势，以 2 400 株·hm － 2竹林最大，达 0. 585 3，
1 800和 3 000 株·hm － 2林分的土壤质量状况相当，
1 200株·hm － 2竹林最差，说明经营密度对土壤质量
有一定影响，是造成林分生产力差异的内因之一。
从土壤物理性质指标看，3 000 株·hm － 2竹林土
壤密度最小，含水率也最低，这一现象应该跟毛竹鞭
根对土壤质地的改变有关，并受林下植被状况的双
重影响。随着立竹密度增大，鞭根密度也相应增加，
四通八达的竹鞭生长穿行疏松了土壤，孔隙度增大，
水分散失程度加强，但同时由于立竹度增加，林下植
被覆盖度相对减少，蒸腾作用降低，又减弱了水分散
失。土壤化学性质随林分密度变化规律较明显，其
中 pH 值和全氮含量随林分密度增大而逐渐增大，
而有机质含量、全磷含量、全钾含量、有效氮含量、有
效磷含量和有效钾含量则随林分密度增大先逐渐增
大 后 又 略 有 下 降。 有 学 者 对 油 松 ( Pinus
tabulaeformis)、大叶相思( Acacia auriculiformis)和杉
木(Cunninghamia lanceolata)等树种林分的密度效
应进行研究，发现土壤养分含量随林分密度增加而
下降，低中密度林分的土壤理化性质优于高密度林
分(林开敏等，1996; 许松葵等，2008; 刘勇等，
2008)。这一差异应该与毛竹生长特性与作业特点
有关，毛竹一般为全竹利用，枯落物归还量较少，另
外竹子为浅根系植物，鞭根主要分布在 0 ～ 30 cm 土
层(周建夷等，1985; 周本智等，2004; 郑郁善等，
1998b)，而山地林分坡度较大，较小的林分密度可
能加速土壤侵蚀与养分流失。
以 土 壤 综 合 质 量 指 标 衡 量 时，毛 竹 林
2 400 株·hm － 2的密度经营效果较好。关于竹林密
度效应，多以生产力进行衡量。郑郁善等 (1998c)
分析闽西北毛竹分布区丰产林的合理密度时提出笋
用林、材用林和笋竹两用林的合理密度分别为
1 650 ～ 2 250，4 050 ～ 4 950 和 2 100 ～ 2 700 株·
hm － 2; 洪伟等(1998)采用 2 因子 2 次回归正交旋转
组合设计方法得出毛竹材用丰产林的最佳竹林密度
为4 283株·hm － 2; 陈存及(1992)综合考虑毛竹林立
竹密度对平均胸径、竹高、蓄积以及新竹产量等方面
的作用后提出福建毛竹最适区一般经营毛竹林(不
钩梢)的最适立竹密度为 2 700 ～ 3 000 株·hm － 2;
冯加生等(2012)认为 2 550 ～ 2 850 株·hm － 2为湖南
湘潭市一般经营水平下毛竹林的合理立竹密度。综
合前人研究结果，受研究区域气候、立地条件和经营
目标的影响，不同学者提出的毛竹林合理密度有所
不同，但均在一定程度上揭示了密度对林分的影响，
7
林 业 科 学 51 卷
但还缺乏对密度效应的内在原因与作用机理的研
究。本研究分析评价了长期以不同密度经营的毛竹
林土壤质量的差异，将对探索密度影响林分生产力
的机制有一定帮助。
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(责任编辑 于静娴)
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