全 文 ：第 ww卷 第 |期
u s s {年 | 月
林 业 科 学
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油松人工林土壤质量的演变 3
李国雷t 刘 勇t 李瑞生u 吕瑞恒t 徐 扬t
kt1 北京林业大学省部共建森林培育与保护重点实验室 北京 tsss{v ~
u1北京市园林绿化局 北京 tsssu|l
摘 要 } ussx年在北京市延庆县营盘村附近中山 o以 ut !u| !vy年的油松林为对象 o采用时序研究法从土壤物理性
质 !化学性质 !土壤酶角度进行多因子综合比较 o分析不同林龄油松人工林土壤质量演变规律 ∀结果表明 }tl ut !
u| !vy年土壤质量综合得分分别为 s1xz| !p s1wxy和 p s1tuv ou|年油松土壤质量最差 ~ul u|年油松土壤质量表现
为物理性质的下降 ovy年土壤质量的下降则主要体现为土壤养分特别是有机质 !全氮和有效磷含量的锐减 ~vl 油
松人工林土壤质量首先取决于林龄 o其次是林分密度 ~wl ut !u|和 vy年油松林龄内的土壤质量变异系数分别为
s1t|u !p t1vyt和 p u1wsz o林龄较大林分的土壤质量对密度较为敏感 ovy年油松间伐的强度可适量小些 ~xl 土壤碱
性磷酸酶 !转化酶 !有机质和速效钾可以作为油松林地土壤质量评价的指标 ∀
关键词 } 油松 ~人工林 ~林龄 ~土壤质量 ~综合评判
中图分类号 }≥ztw1{ 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{ls| p sszy p sy
收稿日期 }ussz p s| p tu ∀
基金项目 }国家自然科学基金kvswztv{sl ~北京市教委项目资助k⁄tssuusyw{l ∀
3 刘勇为通讯作者 ∀
Χηανγε οφ Σοιλ Θυαλιτψ Αφφεχτεδ βψ Φορεστ Αγε οφ Πινυσταβυλαεφορµισ Πλαντατιονσ
¬Š∏²¯ ¬¨t ¬∏≠²±ªt ¬•∏¬¶«¨ ±ªu | • ∏¬«¨ ±ªt ÷∏≠¤±ªt
kt1 ΚεψΛαβορατορψφορ Σιλϖιχυλτυρε ανδ Χονσερϖατιον οφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον oΒειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγ tsss{v ~
u1 Βειϕινγ Μυνιχιπαλ Βυρεαυ οφ Λανδσχαπε ανδ Φορεστρψ Βειϕινγ tsssu|l
Αβστραχτ } Πινυσ ταβυλαεφορµι󬶲±¨ ²©·«¨ °²¶·¬°³²µ·¤±·©²µ¨¶·¶³¨¦¬¨¶¬±·«¨ º¤µ° ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ «∏°¬§¤±§¶¨°¬2«∏°¬§
¦¯¬°¤·¬¦µ¨ª¬²± ¬± ≤«¬±¤q ׫¨ ¬±©²µ°¤·¬²± ²©·«¨ ¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼ ³µ²³¨µ·¬¨¶¤µ¨ ¶¨¶¨±·¬¤¯ ©²µ¶∏¶·¤¬±¤¥¯¨ °¤±¤ª¨ °¨ ±·²© Πινυσ
ταβυλαεφορµισ ³¯¤±·¤·¬²±¶qŒ± ussx o·«¨ ¦«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼ º¬·«·«¨ ©²µ¨¶·¤ª¨ º¤¶¬±√¨ ¶·¬ª¤·¨§º¬·«¤¦«µ²±²¶¨ ∏´¨±¦¨ °¨ ·«²§
¬±·«¨ Πινυσταβυλαεφορµισ¶·¤±§¶²©ut2 ou|2 ¤±§vy2¼¨ ¤µ2²¯§¬± °¬§§¯¨«¬¯¯¼ ¤µ¨¤²©≠¬±ª³¤±o≠¤±´ ¬±ª≤²∏±·µ¼ ²©…¨ ­¬±ªq׫¨
µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤··«¨ ¬±·¨ªµ¤·¨§©¨µ·¬¯¬·¼¬±§¨¬kŒƒŒl ²©·«¨ ¶²¬¯ º¤¶µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ s1xz| o p s1wxy ¤±§p s1tuv¬±·«¨ ut2 ou|2
¤±§vy2¼¨ ¤µ2²¯§³¯¤±·¤·¬²±¶q׫¨ ¶²¬¯ ³«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶º¨ µ¨ §¨·¨µ¬²µ¤·¨§¬±·«¨ u|2¼¨ ¤µ2²¯§¶·¤±§¶oº«¬¯¨ ·«¨ ¦²±·¨±·²©¶²¬¯
±∏·µ¬¨±·¶∏¦«¤¶²µª¤±¬¦°¤·¨µo·²·¤¯ ‘¤±§¤√¤¬¯¤¥¯¨° º¤¶§¨ªµ¤§¨§¬±·«¨ vy2¼¨ ¤µ2²¯§¶·¤±§¶q„¯¶²o·«¨ ¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼ º¤¶°¤¬±¯¼
§¨·¨µ°¬±¨ §¥¼©²µ¨¶·¤ª¨ o¤±§¤¯¶²¬±©¯∏¨±¦¨§¥¼©²µ¨¶·§¨±¶¬·¼q׫¨ √¤¯∏¨ ²©·«¨ ¦²¨©©¬¦¬¨±·²©√¤µ¬¤±¦¨ ¬±·«¨ ut2 ou|2¤±§vy2
¼¨ ¤µ2²¯§¶·¤±§¶º¤¶µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ s1t|u op t1vyt ¤±§p u1wsz oº«¬¦«¶∏ªª¨¶·¨§·«¤··«¨ µ¨ ¤¯·¬√¨ ²¯§¨µ¶·¤±§¶º¨ µ¨ °²µ¨ ¶¨±¶¬·¬√¨
·²·«¨ ©²µ¨¶·§¨±¶¬·¼ ¤±§¬·¶·«¬±±¬±ª¬±·¨±¶¬·¼ ¶«²∏¯§ ¥¨ ¤¦¦²µ§¬±ª¯¼ °¬±²µq „§§¬·¬²±¤¯ ¼¯ o¬·º¤¶©²∏±§·«¤·¶²¬¯ ¤¯®¤¯¬±¨
³«²¶³«¤·¤¶¨ o¬±√¨ µ·¤¶¨ o²µª¤±¬¦≤ o¤√¤¬¯¤¥¯¨Ž¦²∏¯§¥¨ µ¨ª¤µ§¨§¤¶¬±§¬¦¤·²µ¶·² ¤¶¶¨¶¶·«¨ ¦«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼ µ¨ ¤¯·¨§·²
©²µ¨¶·¶¨¦²±§¤µ¼¶∏¦¦¨¶¶¬²±q
Κεψ ωορδσ} Πινυσταβυλαεφορµισ~³¯¤±·¤·¬²±~©²µ¨¶·¤ª¨ ~¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼~¦²°³¯ °¨¨ ±·¤µ¼ √¨¤¯∏¤·¬²±
人工林特别是针叶人工林地力变化一直是人们关注和争论的焦点之一 ∀我国人工林地力衰退的研究以
杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταlk方奇 ot|{z ~盛炜彤 oussx ~杨承栋等 ot||x ~范少辉等 ousss ~田大伦 ousswl最
为多见 o桉树k Ευχαλψπτυσlk余雪标等 ot|||l !落叶松kΛαριξ γ µελινιιlk刘世荣等 ot||v ~阎德荣等 ot||zl等树种
研究较多 o马尾松k Πινυσ µασσονιαναlk温佐吾 oussw ~蔡琼等 oussyl !柳杉k Χρψπτοµερια φορτυνειlk林平等 ot||wl !
红松k Πινυσ κοραιενσισlk宋秀琴等 ot||yl也有涉及 ∀从树种来看 o南方的树种较多 o北方的树种仅有落叶松 !红
松 u种 ~从林分类型来看 o用材林研究较多 o生态公益林较少 ∀
油松k Πινυσταβυλαεφορµισl是我国暖温带湿润半湿润地区地带性植被 o在山地植被恢复中占据着极其重要
位置 o其地理分布 !生长规律 !生理特性等都得到系统研究k徐化成 ot||vl ∀由于我国油松人工林多起源于新
中国成立后 o栽植代数相对较少 o又加之人们长期以来一直以追求木材产量和降低经营成本为目标 o围绕油
松的研究多集中在抚育间伐对油松生长规律和蓄积量影响上k张运峰 ot|{y ~杨澄等 ot||tl ∀在 us世纪 xs
年代和 ys年代初油松造林密度普遍偏高 o一般在 ts sss株#«°pu左右 o有的高达 tx sss株#«°pu ∀这些林分
发育到今天已为中龄龄或近熟林 o油松人工林密度偏大 o林分结构简单k孙书存等 oussx ~曹云等 oussxl o现今
探讨其土壤质量演变状况可为逐渐步入成熟阶段的大面积油松林的可持续经营提供借鉴 ∀为此 o本研究选
用 ut !u| !vy年 v种林龄的油松林为对象 o采用时序研究法从土壤物理性质 !化学性质 !土壤酶角度进行多因
子综合比较 o分析不同林龄油松人工林土壤质量变化规律 o以期为退化生态系统的恢复和重建提供一定的理
论依据 ∀
t 研究地概况
研究地点位于北京市延庆县刘斌堡乡营盘村北中山 ∀地理位置为 wsβtyχ ‘ottxβwsχ ∞∀该地区属燕山山
脉系统 o多为海拔 {ss °以上的中山 o其中佛爷顶地势最高 o海拔为 t uxu °∀气候属暖温带大陆性季风气
候 ∀据附近马道梁气象站 t|xs ) t|{s年资料k北京市气象局气候资料室 ot|{zl o该地区年平均气温 y1z ε o
全年 ∴s ε 和 ∴ts ε 积温分别为 v vts1z ε 和 u |v|1z ε ∀无霜期仅 tww §∀全年降水量 xt|1y °° o蒸发量为
t wxz1u °°∀年平均日照 u y|s1z «∀土壤类型为含石砾较多的山地褐土 o成土母岩以花岗岩为主 ∀按中国
森林区的具体区划 o该地区地带性植被属于暖温带森林带 p华北山地森林区 p燕山山地森林亚区k蒋有绪
等 ot||{l ∀海拔 {ss ∗ t uss °的山区 o分布有蒙古栎k Θυερχυσ µονγολιχαl o灌木以鼠李属k Ρηαµνυσl !榛属
kΧορψλυσl !荆条 k ςιτεξ νιγονδο √¤µq ηετεροπηψλλαl等为主 o草本有披针叶苔草 k Χαρεξ λανχεολαταl !黄精属
kΠολψγονατυµl及菊科k≤²°³²¶¬·¤¨ l的多种植物 ∀由于人类的过分干扰 o该地区以蒙古栎为主的地带性植被已
被破坏 o仅保留下蒙古栎萌生丛或指示华北植物区系的原生植被的灌木和草本群落 ∀us世纪 xs ) {s年代大
面积进行人工造林 o树种以油松 !华北落叶松k Λαριξ πρινχιπισ2ρυππρεχητιιl !侧柏k Πλατψχλαδυσ οριενταλισl !刺槐
k Ροβινια πσευδοαχαχιαl等为主 ∀
上述 v种林龄的油松人工林均是在生有绣线菊k Σπιραεαl !胡枝子k Λεσπεδεζα βιχολορl !六道木k Αβελια
βιφλοραl !木本香薷k Ελσηολτζια χιλιαταl等灌丛和灌木状蒙古栎等植被的山地上沿等高线穴状整地营造而成 ∀v
种林龄的林分基本情况分述如下 ∀ut年林分 }t|{z年春 o按 t1x ° ≅ u1s °栽植 v龄的油松苗 o造林面积
tu «°u o造林成活率达 |s h左右 oussu年 u月对油松进行了下层间伐 ∀u|年林分 }t|z{年春 o按 t1x ° ≅ t1x
°栽植 u龄的油松苗 o造林面积 vs «°u o造林成活率达 {x h左右 ot||y年 tt月对林分进行了下层间伐 o保留
密度大致在 v vss株#«°pu左右 ousst年 tt月进行了第 u次间伐 ∀vy年林分 }t|zt年春 o按 t1s ° ≅ t1x °栽
植 u龄的油松苗 o造林面积 vu «°u o造林成活率达 {x h左右 ot||s年 ts月对林分进行了下层间伐 o保留密度
大致在 w xss株#«°pu左右 ot||y年 tt月对林分进行第 u次下层间伐 o保留密度大致在 v vss株#«°pu左右 o
usst年 ts月对上述林分实施第 v次间伐 ∀ussx年 v月初 o在上述不同林龄的油松林中 o分别选定us ° ≅
us °的 u块有代表性的试验地作为样地林分 o调查样地基本因子 o结果见表 t ∀
表 1 油松人工林样地基本因子
Ταβ .1 Γενεραλ χονδιτιονσ οφ τηε Π . ταβυλαεφορµισ πλαντατιονσ
样地
≥¤°³¯¨³¯²·¶
林龄
ƒ²µ¨¶·¤ª¨Π¤
现存密度
• ¶¨¨µ√¨ §§¨±¶¬·¼Π
k·µ¨ #¨«°pul
树高
‹ ¬¨ª«·Π°
胸径
⁄…‹Π¦°
海拔
„¯·¬·∏§¨Π°
坡位
≥¯ ²³¨ ³²¶¬·¬²±
坡向
≥¯ ²³¨ ¤¶³¨¦·
坡度
≥¯ ²³¨
ªµ¤§¬¨±·Πkβl
土壤厚度
≥²¬¯
§¨³·«Π¦°
´ ut t {zx x1uw |1u| {{s 中 ¬§§¯¨ ‘ ty xv
µ ut t xux x1vw |1yw {{s 中 ¬§§¯¨ ‘ t| xt
¶ u| t |ux z1zv tu1sv {{z 中 ¬§§¯¨ ‘ ty xv
· u| t zss z1{y tu1tw {{x 中 ¬§§¯¨ ‘ t{1x xt
∏ vy t yxs |1{w tv1zu |tx 中 ¬§§¯¨ ‘ uv1x xv
√ vy t wux |1zz tv1ys |sv 中 ¬§§¯¨ ‘ ux xu
u 研究方法
211 土样的采集
该研究地点土壤厚度 xs ¦°左右 o油松细根集中分布在 s ∗ us ¦°土层中 ous ¦°以下土层富含石砾 ∀
zz 第 |期 李国雷等 }油松人工林土壤质量的演变
ussx年 w月初 !y月初 !{月初 !ts月初 o以/ ≥0型采集 s ∗ us ¦°土壤 o去除石块 !根系和土壤动物 o混合均匀 ∀
同一时间 o在每个标准地内选取 u株标准树 o分别用 u个环刀对标准树下的土壤进行取样 o室内进行孔隙度 !
持水量等试验k中国科学院南京土壤研究所土壤物理研究室 ot|z{l ∀取回的土壤样品经风干后 o碾碎过筛 o
贮存于广口瓶中 ow ε 储藏备用 ∀
212 土样分析
土壤含水量的测定采用烘箱法 o³‹值采用电位法 o有机质采用重铬酸钾氧化 p外加热法 o全氮测定采用
硒粉 p硫酸铜 p硫酸消化法 o有效磷测定采用氟化铵 p盐酸浸提法 o速效钾测定采用乙酸铵浸提 p火焰光度
法k鲍士旦 ousssl ∀土壤过氧化氢酶测定采用高锰酸钾滴定法 ~碱性磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法 o土
样在 vz ε 下培养 uw «~脲酶测定采用靛酚比色法 o土样在 v{ ε 下培养 uw «~转化酶测定采用硫代硫酸钠滴
定法 o土样在 v{ ε 下培养 uw «k中国科学院南京土壤研究所微生物室 ot|{xl ∀多酚氧化酶测定采用碘量滴
定法 o土样在 vz ε 下培养 uw «k关松荫 ot|{yl o每个土壤样品进行 v次平行测定 ∀
213 数据处理
由于土壤肥力指标在不同月份有一定差异 o本研究以油松人工林 w !y !{和 ts月的土壤因子的平均值作
为肥力指标 ∀试验数据采用 ≥°≥≥统计软件进行分析 ∀
v 结果与分析
311 不同林龄油松人工林土壤物理性质的变化
从 v种林龄油松土壤含水量 !最大持水量平均值k从表 ul来看 o均以 vu年最大 out年次之 ou|年最小 ∀
不同的是 out年油松土壤毛管持水量为 vy1ww h o持水能力最优 ovu年油松居中 ou|年最小 ∀土壤持水供水
能力是土壤团聚体 !孔隙度及结构性能的综合反映k庞学勇等 ousswl o是土壤养分的载体k陈立新 ousssl ∀土
壤空隙的大小 !数量及分布是土壤物理性质的基础 o也是评价土壤结构的重要指标k庞学勇等 ousswl ∀由表
u可知 out !u| !vy年油松土壤平均毛管孔隙度分别为 vy1ww h !ux1{t h 和 u{1yv h o非毛管孔隙度分别为
v|1yv h !vv1xw h和 vw1yu h ∀土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度均以 ut年油松最大 ovy年油松次之 ou|年油
松人工林最小 ∀
表 2 不同林龄油松人工林土壤物理性质
Ταβ .2 Χηανγε οφ σοιλ πηψσιχαλ προπερτιεσ αφφεχτεδ βψτηε αγειν τηε Π . ταβυλαεφορµισ πλαντατιονσ
样地
≥¤°³¯¨³¯²·¶
含水量
²¬¶·∏µ¨
¦²±·¨±·Πh
最大持水量
¤¬¬°∏° ¶²¬¯
°²¬¶·∏µ¨ ¦¤³¤¦¬·¼Πh
毛管持水量
≤¤³¬¯¯¤µ¼ °²¬¶·∏µ¨
¦¤³¤¦¬·¼Πh
毛管孔隙度
≤¤³¬¯¯¤µ¼
³²µ²¶¬·¼Πh
非毛管孔隙度
‘²± ¦¤³¬¯¯¤µ¼
³²µ²¶¬·¼Πh
密度
≥²¬¯ §¨ ±¶¬·¼Π
kª#¦°pvl
´ tu1ww ws1uv vx1|| v{1xv w1wz t1szu
µ tv1yt ws1s| vy1|s ws1zw v1vy t1tsz
平均  ¤¨± tv1su ws1ty vy1ww v|1yv v1|t t1s|s
¶ tt1{z uz1t{ ux1u| vt1zy u1ux t1uwy
· ts1{x u{1uw uy1vv vx1vu u1wv t1vww
平均  ¤¨± tt1vy uz1zt ux1{t vv1xw u1vw t1u|x
∏ tv1ty vw1ww vs1{{ vx1ys w1sy t1txx
√ tx1s{ u|1sw uy1vz vv1yx v1u| t1u{u
平均  ¤¨± tw1tu vt1zw u{1yv vw1yu v1yz t1ut|
土壤密度是土壤紧实度的敏感性指标 o也是表征土壤质量的一个重要参数k„¦²¶·¤2¤µ·¬±¨ ½ ετ αλqot|||l ∀
研究表明 o不同林龄油松人工林土壤密度变化趋势与土壤空隙变化趋势相反 o即 ut年油松人工林土壤密度
最小 ovy年油松土壤密度居中 ou|年油松人工林土壤密度最大 o板结最严重k表 ul ∀
312 不同林龄油松人工林土壤化学性质的变化
土壤化学性质反映了土壤对植物根系供应养分的潜在能力 o是构成土壤肥力的主要方面之一k张庆费
等 ot|||l ∀由表 v可知 out !u| !vy年油松土壤 ³‹ 值分别为 y1yy !y1xu和 y1yu o极差为 s1tw o随林龄增大 o针
叶人工林油松土壤并没有呈现酸化迹象 ∀v种林龄油松土壤有机质 !全氮和有效磷含量随林龄的增大表现
出减少的趋势 o而土壤速效钾含量则以 u|年油松林最大 ovy年油松次之 out年油松最小 o仅 {s1tux °ª#®ªpt ∀
{z 林 业 科 学 ww卷
表 3 不同林龄油松人工林土壤化学性质
Ταβ .3 Χηανγε οφ σοιλ χηεµιχαλ προπερτιεσ αφφεχτεδ ιν τηε αγε οφ τηε Π . ταβυλαεφορµισ πλαντατιονσ
样地
≥¤°³¯¨³¯²·¶ ³‹
有机质
’µª¤±¬¦°¤·¨µΠkª#®ªptl
全氮
ײ·¤¯ ‘Πkª#®ªptl
有效磷
„√¤¬¯¤¥¯¨°Πk°ª#®ªptl
速效钾
„√¤¬¯¤¥¯¨ŽΠk°ª#®ªptl
´ y1zv vs1wv| t1s|u u1twu zx1tsv
µ y1ys vt1v{w t1tzs t1wzx {x1tw{
平均  ¤¨± y1yy vs1|tt t1tvt t1{s{ {s1tux
¶ y1wy u{1wyt t1sty s1|{{ ||1wxv
· y1x{ uv1zyt s1|vx t1{t{ tsw1wx{
平均  ¤¨± y1xu uy1ttt s1|zx t1wsv tst1|xx
∏ y1x| uw1{{{ s1|sz t1t|z |x1zv{
√ y1yy uv1wzw s1{xx t1usu {y1wss
平均  ¤¨± y1yu uw1t{t s1{{t t1t|| |t1sy|
313 不同林龄油松人工林土壤酶的变化
土壤酶活性起初用来评价土壤肥力 o最近已被选作潜在的土壤质量指标k刘占锋等 oussy ~郭蓓等 o
usszl ∀过氧化氢酶和多酚氧化酶是 u种重要的土壤氧化还原酶 o前者通过酶促过氧化氢的分解防止其对生
物体的毒害作用 o后者参与土壤有机组分中芳香族化合物的转化作用k关松荫 ot|{yl ∀从表 w可知 out !u| !
vy年油松土壤过氧化氢酶活性分别为 t1{v| !t1{|y和 t1{x| °#ªpt o过氧化氢酶活性以 u|年最高 ovy年次
之 out年最低 ∀多酚氧化酶活性分别为 s1stu x !s1stv x和 s1stz v °#ªpt o表现随林龄增大而上升的趋势 ∀
转化酶 !脲酶 !碱性磷酸酶是土壤中常见的 v种水解酶 o转化酶 !脲酶谷值均出现在 u|年油松人工林 o而峰值
分别出现在 vy年和 ut年油松林 ∀碱性磷酸酶活性则随林龄的增大而降低 ∀
表 4 不同林龄油松人工林土壤酶性质
Ταβ .4 Χηανγε οφ σοιλ ενζψµεσ αφφεχτεδ ιν τηε αγε οφ τηε Π . ταβυλαεφορµισ πλαντατιονσ
样地
≥¤°³¯¨³¯²·¶
过氧化氢酶
≤¤·¤¯¤¶¨Πk°#ªptl
多酚氧化酶
°²¯¼³«¨ ±²¯
²¬¬§¤¶¨Πk°#ªptl
转化酶
Œ±√ µ¨·¤¶¨Πk°ª#ªptl
脲酶
˜µ¨¤¶¨Πk°ª#ªptl
碱性磷酸酶
„¯ ®¤¯¬±¨
³«²¶³«¤·¤¶¨Πk°ª#ªptl
´ t1{ss s1sttz u1sux s1wwy s1|vs
µ t1{z{ s1stv v u1xww s1xxt t1st|
平均  ¤¨± t1{v| s1stu x u1u{w s1w|{ s1|zx
¶ t1{vu s1ss| u t1yvx s1uwt s1ztv
· t1|yt s1stz { u1vyt s1vxy t1st{
平均  ¤¨± t1{|y s1stv x t1||{ s1u|{ s1{yy
∏ t1|uu s1stt w u1wtv s1vxu s1|xv
√ t1z|z s1suv t u1vsv s1vty s1zys
平均  ¤¨± t1{x| s1stz v u1vx{ s1vvw s1{xy
314 不同林龄油松人工林土壤质量影响的综合分析
表 5 土壤信息系统主成分分析
Ταβ .5 Πρινχιπαλ χοµ πονεντ αναλψσισ οφ σοιλινφορµ ατιον σψστεµ
项目
Œ·¨°
第 t主成分
≤²°³²±¨ ±·t
第 u主成分
≤²°³²±¨ ±·u
第 v主成分
≤²°³²±¨ ±·v
特征根 ∞¬ª¨ ±√¤¯∏¨¶ {1sys u1|ys u1{x{
方差贡献率 •¤·¨ ²©√¤µ¬¤±¦¨Πh xs1vzv t{1xsu tz1{yt
累计贡献率 ≤∏°∏¯¤·¬√¨µ¤·¨Πh xs1vzv y{1{zx {y1zvy
本研究对土壤密度 !毛管孔隙度 !非毛管孔隙度 !全氮 !有效磷 !速效钾 !过氧化氢酶等 ty个指标采用标
准差标准化法进行处理 o其中土壤密度采用降型分布函数 o对于其他指标采用升型分布函数k张庆费等 o
t|||l ∀然后进行主成分分析k³µ¬±¦¬³¯¨¦²°³²±¨ ±·¤±¤¯¼¶¬¶o°≤„l分析 o最后以各主成分特征贡献率为权重 o加
权计算评价指标而得综合分值k徐建华 oussul ∀通过比较各样地综合得分 ŒƒŒk¬±·¨ªµ¤·¨§©¨µ·¬¯¬·¼¬±§¨¬l o进而
分析油松土壤质量的演变规律 o结果见表 x !y和 z ∀第 t主成分的方差贡献率最大 o为 xs1vzv h o涵盖了一半
以上的基本信息 o第 u !v主成分方差贡献率相差不大 o分别为 t{1xsu h和 tz1{yt h o这 v个主成分的累积方
差贡献率高达为 {y1zvy h o因此 o这 v个主成分能反映土壤各指标之间的关系k表 xl ∀对各主成分进行的分
权计算结果表明k表 yl o第 t主成分主要综
合了土壤碱性磷酸酶和转化酶等土壤酶方面
的信息 o且第 t主成分的累积方差贡献率较
大 o对土壤系统起着主导作用 o即包含了土壤
碱性磷酸酶和转化酶信息的第 t主成分可作
为油松土壤演变的重要评价指标 ∀第 u !v主
成分分别综合了土壤有机质和速效钾等土壤
|z 第 |期 李国雷等 }油松人工林土壤质量的演变
养分方面的信息 ∀由表 z可知 o油松人工林土壤质量取决于林龄和林分密度 o而林龄是决定土壤质量的主导
因子 out !u|和 vy年油松土壤质量 ŒƒŒ平均值分别为 s1xz| !p s1wxy和 p s1tuv o极差为 t1svx o而同一林龄的
油松因密度的不同土壤也表现出一定的差异性 o且随各林龄增大 o这种差异性逐渐增大 out !u|和 vy年油松
林龄内的土壤质量变异系数分别为 s1t|u op t1vyt和 p u1wsz ∀可见 o林分密度效应与林龄成正比 o林龄较大
林分的土壤质量对密度较为敏感 ovy年油松间伐的强度可适度小些 ∀
表 6 土壤质量特征向量分析 ≠
Ταβ .6 Πρινχιπαλ χοµ πονεντ ειγενϖεχτορσ οφινφορµ ατιον σψστεµ
因子 ƒ¤¦·²µ Ξt Ξu Ξv Ξw Ξx Ξy Ξz Ξ{ Ξ| Ξts Ξtt Ξtu Ξtv Ξtw Ξtx Ξty
t s1|yw s1{v{ s1{tx s1z|| s1yuv s1s{y s1uzz s1twt s1u|x s1yut s1ysw p s1t{z p s1sxz s1xwy s1w|| s1wtt
u s1tvt p s1vyx s1wz| s1wwt s1uvv s1|xt s1{|w p s1{v{ s1zyv s1yxx s1yvv p s1ws| p s1uxx p s1uws p s1sx| s1uw{
v p s1uut s1tu{ s1uzz s1u{y s1tvu s1tyz s1suz s1vuu s1w{u s1wtz s1wyy p s1{{s s1{sw p s1zyv s1zxy s1y||
≠ Ξt ∗ Ξty分别代表碱性磷酸酶 !转化酶 !毛管孔隙度 !脲酶 !有效磷 !有机质 !全氮 !多酚氧化酶 !土壤密度 !毛管持水量 !土壤最大持水量 !
速效钾 !土壤含水量 !过氧化氢酶 !³‹ !非毛管持水量 ∀ Ξt ∗ Ξty µ¨³µ¨¶¨±·¤¯®¤¯¬±¨ ³«²¶³«¤·¤¶¨ o¬±√ µ¨·¤¶¨ o¦¤³¬¯¯¤µ¼ ¶²¬¯ ³²µ²¶¬·¼o∏µ¨¤¶¨ o¤√¤¬¯¤¥¯¨ ° o
²µª¤±¬¦≤ o·²·¤¯ ‘o³²¯¼³«¨ ±²¯ ²¬¬§¤¶¨ o¶²¬¯ §¨±¶¬·¼o¦¤³¬¯¯¤µ¼ °²¬¶·∏µ¨ ¦¤³¤¦¬·¼o°¤¬¬°∏°¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ¦¤³¤¦¬·¼o¤√¤¬¯¤¥¯¨Žo°²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·o¦¤·¤¯¤¶¨ o³‹ o
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表 7 油松人工林土壤因子得分
Ταβ .7 Χοµ πονεντ σχορε οφ τηε σοιλ οφ τηε Π . ταβυλαεφορµισ πλαντατιονσ
林龄
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综合得分 Œ±·¨ªµ¤·¨§©¨µ·¬¯¬·¼¬±§¨¬kŒƒŒl s1xss s1yxz p s1{|x p s1stz s1s{y p s1vvt
平均得分  ¤¨± ²©ŒƒŒ s1xz| p s1wxy p s1tuv
变异系数 ≤²¨©©¬¦¬¨±·²©√¤µ¬¤·¬²±k≤∂l s1t|u p t1vyt p u1wsz
w 结论与讨论
评价土壤质量是
土地可持续管理中一
个很重要的思想和指
标 o土壤物理性质 !化
学性质和生物学性质
是土壤质量评价的 v个最重要的方面 ∀从油松生活周期来看 o油松人工林 us年之前为幼龄林阶段 ous ∗ vs
年为中龄林阶段 ovs ∗ ws年为近熟林阶段 ows年后为成熟林或过熟林阶段k李中选等 ot|{{l ∀对基本还处于
幼龄林阶段的 ut年油松人工林而言 o林分前一段的发育是由单株向郁闭方向发展 o油松个体间竞争平缓 o林
分对土壤肥力要求较低 o因此其土壤质量 ŒƒŒ高达 s1xz| ∀而 u|年和 vy年油松土壤质量较低的最直接原因
可能有 u个 }其一是 u|年和 vy年油松造林密度较幼龄林大 o养分竞争激烈 o经过 vs ∗ ws年的生长发育 o对
土壤肥力消耗过大 o土壤质量下降 o这是油松/取0的效应 ~其二是 u|年和 vy年油松叶片质量下降 o尤其是
与分解速率密切相关的木质素Π‘或 ≤Π‘比增大 o通过凋落物分解向土壤返还养分不足 o/给0的功能较低 o油
松/取0多/给0寡 o林地肥力下降 ou|年和 vy年油松土壤质量综合得分 ŒƒŒ分别为 p s1wxy和 p s1tuv ∀此外 o
u|年油松处于中林龄阶段 o是林木高 !直径快速生长期 o林分对光 !热 !土壤肥力竞争最为激烈 o而 vy年油松
已进入材积生长阶段 o对肥力要求相对较低 o因此 ou|年油松土壤 ŒƒŒ仅为 vy年的 uy1|z h也就不难理解了 ∀
需要指出的是 ou|年油松土壤质量下降主要表现在物理性质方面 ovy年油松土壤质量下降主要体现在土壤
养分含量特别是有机质 !全氮和有效磷的锐减上 o土壤质量下降也体现出一定的异质性 o即随林龄增大 o油松
人工林土壤质量下降先使物理性质恶化 o然后才是土壤养分的退化 ∀上述油松生活史土壤质量的演变规律
可知 o根据林分不同的发育阶段 o对林分经营管理要采取针对性的经营对策 o对已郁闭的中林龄或近熟林进
行适宜强度的间伐是缓解其土壤质量下降的有效措施之一 ou|年油松的间伐强度可略大于 vy年油松 ∀ut !
u|和 vy年油松林龄内的土壤质量变异系数分别为 s1t|u !p t1vyt和 p u1wsz o林龄较大林分的土壤质量对密
度较为敏感 o从林龄内的土壤质量变异系数也印证了 vy年油松间伐强度可适度小些的结论 ∀
目前为止 o人工林地力衰退问题的研究基本上有 u个途径k潘建平等 ot||zl }一是从人工林与其他林型
土壤性质对比来研究人工林的地力衰退 ~二是从相同或相似立地条件下树木一 !二代土壤性质对比k或同世
代林土壤性质的时间变化l及林分生产力的变化来研究地力衰退 ∀由于我国油松人工林多起源于新中国成
立后 o栽植代数相对较少 o直接将其不同代数油松人工林进行直接对比研究不切实际 o而本试验采用生态系
列法 o对第一代油松不同发育阶段的土壤质量进行探讨 o表明随林龄增大 o其土壤质量存在不同程度的下降
趋势 o但并不存在土壤酸化迹象 ∀因此 o油松土壤质量演变趋势究竟能否预测下一代油松地力变化值得深入
研究 ∀
s{ 林 业 科 学 ww卷
参 考 文 献
鲍士旦 qussx1 土壤农化分析 q北京 }中国农业出版社 q
北京市气象局气候资料室 qt|{z1 北京气候志 q北京 }北京出版社 q
曹 云 o杨 o宋炳煜 o等 qussx1 人工抚育措施对油松林生长及结构特征的影响 q应用生态学报 otykvl }v|z p wsu1
蔡 琼 o丁贵杰 qussy1 黔中地区连栽马尾松林对土壤微生物的影响 q南京林业大学学报 ovskvl }tvt p tvv1
陈立新 qusss1 东北山地人工林生态系统土壤肥力的研究 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 oz1
范少辉 o马祥庆 o陈绍栓 o等 qusss1 多代杉木人工林生长发育效益的研究 q林业科学 ovykwl }| p tx1
方 奇 qt|{z1 杉木连栽对土壤及其林木生长的影响 q林业科学 ouvkwl }v{| p v|z1
关松荫 qt|{y1 土壤酶及其研究法 q北京 }农业出版社 q
郭 蓓 o刘 勇 o李国雷 o等 qussz1 飞播油松林地土壤酶活性对间伐强度的响应 q林业科学 owvkzl }tu{ p tvv1
蒋有绪 o郭泉水 o马 娟 o等 qt||{1 中国森林群落分类及其群落学特征 q北京 }科学出版社 q
李中选 o刘金策 qt|{{1 森林抚育间伐 q北京 }中国林业出版社 q
林 平 o叶正环 o朱昌乐 o等 qt||w1 柳杉连栽林地的土壤肥力特性 q浙江林学院学报 ottkul }tv{ p twu1
刘世荣 o李春阳 qt||v1 落叶松人工林养分循环过程与潜在地力衰退趋势的研究 q东北林业大学学报 outkul }t| p uw1
刘占锋 o傅伯杰 o刘国华 o等 qussy1 土壤质量与土壤质量指标及其评价 q生态学报 ouykvl }|st p |tv1
潘建平 o王华章 o杨秀琴 qt||z1 落叶松人工林地力衰退研究现状与进展 q东北林业大学学报 ouxkul }x| p yv1
庞学勇 o刘 庆 o刘世全 o等 qussw1 川西亚高山云杉人工林土壤质量性状演变 q生态学报 ouwkul }uyt p uyz1
盛炜彤 o范少辉 qussx1 杉木人工林长期生产力保持机制研究 q北京 }科学出版社 q
宋秀琴 o王作梅 o刘玉霞 qt||y1 红松人工林连栽实验初报 q林业科技通讯 ok|l }vs p vu1
孙书存 o包维楷 qussx1 恢复生态学 q北京 }化学工业出版社 ov{ p v|1
田大伦 qussw1 杉木林生态系统定位研究方法 q北京 }中国林业出版社 q
温佐吾 qussw1 不同密度 u代连栽马尾松人工林生产力水平比较 q浙江林学院学报 out ktl }uu p uz1
徐化成 qt||v1 油松 q北京 }中国林业出版社 q
徐建华 qussu1 现代地理学中的数学方法 q北京 }高等教育出版社 q
阎德荣 o王晶莹 o杨茂仁 qt||z1 落叶松人工林土壤衰退趋势 q生态学杂志 otykul }yu p yy1
杨 澄 o刘建军 o何海燕 qt||t1 油松人工林抚育间伐效果初步研究 q西北林学院学报 oykul }ww p xs1
杨承栋 o焦如珍 qt||x1 发育林下植被是恢复杉木人工林地力的重要途径 q林业科学 ovtkvl }vty p vuu1
余雪标 o徐大平 o龙 腾 o等 qt|||1 连栽桉树人工林生物量及生产力结构的研究 q华南热带农业大学学报 oxkul }ts p tz1
张庆费 o宋永昌 o由文辉 o等 qt|||1 浙江天童植物群落次生演替与土壤肥力变化研究 q生态学报 ot|kul }tzw p tz{1
张运锋 qt|{y1 用动态规划方法探讨油松人工林最适密度 q北京林业大学学报 o{kul }us p u|1
中国科学院南京土壤研究所土壤物理研究室 qt|z{1 土壤物理性质测定法 q北京 }科学出版社 q
中国科学院南京土壤研究所微生物室 qt|{x1 土壤微生物研究法 q北京 }科学出版社 q
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k责任编辑 郭广荣l
t{ 第 |期 李国雷等 }油松人工林土壤质量的演变