全 文 ：第 v|卷 第 v期
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林 业 科 学
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江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质的变化
孙启武 杨承栋 焦如珍
k中国林业科学研究院林业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 系统研究了江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质变化状况 ∀结果表明 }t !u代杉木人工林土壤物
理性质相比 o不论幼龄林还是中龄林 ot代林均明显好于 u代林 ~比较土壤酶活性 o各林分也表现出相似的规
律 o即 t代林土壤酶活性较高 ~而比较两代林土壤化学性质则发现 o在幼龄林发育阶段各土壤因子指标变化规
律不明显 o土壤有机质 !土壤氮素等指标反而为 u代林较高 ~但各林分发育至中龄林阶段后则有了较强的规律
性 o除土壤有效铁和有效铜外 o其它所有指标均为 u代林较低 ∀
关键词 } 连栽 o杉木 o人工林 o土壤性质
收稿日期 }usst p s| p sv ∀
基金项目 }国家自然科学基金重点资助/杉木 !桉树人工林长期生产力保持机制的研究0项目 v|yvsuwskt||z2usstl ∀
ΤΗΕ ΧΗΑΝΓΕΣ ΟΦ ΣΟΙΛ ΠΡ ΟΠΕΡΤΙΕΣ ΟΦ ΤΗΕ ΣΥΧΧΕΣΣΙς Ε ΧΗΙΝΕΣΕ ΦΙΡ
ΠΛΑΝΤΑΤΙΟΝ ΙΝ ∆ΑΓΑΝΓ ΜΟΥΝΤΑΙΝ ΟΦ ϑΙΑΝΓΞΙ ΠΡ ΟςΙΝΧΕ
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Κεψ ωορδσ} ≥∏¦¦¨¶¶¬√¨ µ²·¤·¬²±o≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µo°¯¤±·¤·¬²±o≥²¬¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
杉木k Χυννινγηαµιαλανχεολαταl是我国主要用材树种 ∀us世纪 xs年代后 o随着人口的增加 o经济速
度的增长 o木材需要量急剧增加 o特别是 zs年代初 o原有杉木林资源远远不能满足人们的需求 o于是各
地开始大力发展以人工林为主的杉木用材林 o并向着/定向培育 !速生丰产 !优质 !稳定高效0的方向发展
k盛炜彤 ot||ul ∀然而 o随着杉木人工林的多代连栽 o规模的不断扩大 o杉木人工林出现了严重的地力衰
退现象 o这不仅直接给国家带来巨大经济损失 o而且也相应地带来了严重的环境问题 ∀
我国对杉木人工林地力衰退的研究可追溯到 us世纪 ys年代初期 ∀中国科学院林业土壤研究所在
湖南会同揭开了杉木人工林地力退化研究的序幕 o他们发现连作杉木林土壤养分减少 o微生物区系改变
及生产力下降 o并提出了土壤中毒问题 ∀ /七五0期间/提高与维护杉木林地土壤肥力0作为一个重要内
容列入国家攻关专题/杉木人工林集约栽培技术研究0 o并多次获国家自然科学基金的资助 o在此阶段 o
在福建 !湖南和江西调查研究了连作杉木林生产力及土壤理化生物特性的变化 o炼山与造林措施对地力
的影响 o以及维护与恢复地力的途径 o进一步确认杉木人工林连作地力衰退和生产力下降的普遍存在 o
并提出了/杉木人工林地力衰退及防治技术研究0成果 ∀ /八五0期间杉木人工林地力衰退研究被正式列
入国家攻关专题 o此期间 o围绕杉木人工林地力衰退做了大量的调查样地 o并开展了一些定位研究 o研究
了土壤组成 !结构 !功能对杉木人工林生长的影响 ∀但以上研究 o只是揭示了杉木人工林地力衰退的问
题和现象 o并没有在机理上加以认识提高 o而且研究内容不够系统 o地点也较分散 o总体研究仍处于一个
较低的层次上 ∀因此 o/九五0期间 o杉木人工林地力衰退研究又列入了国家重点研究项目 ∀
本文作为国家自然科学基金重点项目的一部分 o通过系统地研究连栽杉木人工林土壤性质的变化 o
找出各土壤因子的动态变化规律 o以揭示连栽杉木人工林地力衰退的机理 ∀
t 试验区概况
试验区设置在江西省分宜县大岗山林区 ∀位于东经 ttwβvsχ ∗ ttwβwxχ o北纬 uzβvsχ ∗ uzβxsχ ∀该区属
地带性低山丘陵红壤 !黄壤类型及其亚类的分布区 o成土母质为残积型或坡积型k蒋有绪等 ot||ul ∀
u 样地选择及样品采集
在大岗山山下林场 !上村林场和年珠林场 o选择相似立地条件下不同连栽代数k第 t !u代l !不同地
位指数ktu !tw !ty指数分别位于同一座山体的上 !中 !下坡l及不同树龄k幼龄林 w ∗ y ¤生和中龄林 ts ∗
tx ¤生l组合样地 tu块 o设 v个重复 o其中一个重复为固定标准地 o其它 u个重复为临时样地 ∀除了 t代
中龄林不同地位指数有 v块样地设在上村林场外 o其余样地均设在山下林场和年珠林场 ∀标准地海拔
高度 txs ∗ wxs ° o山下林场和年珠林场土壤类型为红壤 o上村林场土壤类型为黄红壤 ∀
在 s ∗ ws ¦°土层中用环刀取土 o测定容重 !总孔隙度 !毛管孔隙度 !非毛管孔隙度及土壤水分 ~同时
用取土钻在每块样地中随机布设 y ∗ |个点 o按土层深度 s ∗ us ¦° !us ∗ ws ¦°分别采集 u个层次混合样
品 t®ª左右以测定土壤 ³‹值 !有机质 !全氮 !全磷 !全钾 !水解氮 !有效磷 !速效钾 !交换性钙 !镁 !有效铜 !
有效铁 !有效锰等土壤化学性质 ~多酚氧化酶活性 !转化酶活性 !‹u ’u 酶活性 !酸性磷酸酶活性及脲酶活
性k关松荫 ot|{y ~国家标准局 ot|{{l ∀
v 结果与分析
311 连栽杉木人工林土壤物理性质变化
土壤物理性质是林木生长的物质基础 o直接影响到林木的生长 o同时 o也影响到土壤化学及生物化
学性质 ∀从测定的几项土壤物理性质k如表 tl来看 o无论幼龄林还是中龄林 o各项测定值均为 t代林优
于 u代林 ∀由此可以看出杉木连栽后 o造成土壤板结 o物理性质恶化 o影响到土壤中养分及水分的运输 !
转化 o土壤微生物的活动等 o这可能是导致 u代杉木林生产力下降的重要原因之一 ∀
表 1 连栽杉木人工林土壤物理性质 ≠
Ταβ . 1 Τηε σοιλ πηψσιχαλ προπερτιεσ οφ συχχεσσιϖε Χηινεσε Φιρ πλαντατιον
林分
≥·¤±§
地位指数
Œ±§¨¬
土壤容重
≥²¬¯ ¥∏¯® §¨ ±¶¬·¼
Πkª#¦°pvl
毛管持水量
≤¤³¬¯¯¤µ¼ º¤·¨µ
«²¯§¬±ª¦¤³¤¦¬·¼
Πkª#®ªp tl
总孔隙度
ײ·¤¯ ³²µ²¶¬·¼
Πh
毛管孔隙度
≤¤³¬¯¯¤µ¼ ³²µ²¶¬·¼
Πh
非毛管孔隙度
‘²±2¦¤³¬¯¯¤µ¼
³²µ²¶¬·¼
Πh
tu t1twv w1uzu xt1zt wx1u{ y1wv幼 ´
∏√ ±¨¬¯¨ ´ tw t1tz{ w1x{v xz1ss wz1u{ |1zuty t1sxw w1|uw ys1z{ xt1ws |1v{
tu t1tuy w1ytz x{1ut xt1wz y1zw中 ´
 §¨¬∏° ´ tw t1syu x1uzy xz1vw xt1t{ y1tyty t1t{s x1szx xy1zz w|1y| z1s{
tu t1u|t v1zx| xw1yu ww1|| |1yv幼 µ
∏√ ±¨¬¯¨ µ tw t1uut v1|tu w{1yv wu1vy y1uzty t1uuy v1www xu1s| wy1w| x1ys
tu t1wsu w1z|v x|1wy xv1y{ y1v{中 µ
 §¨¬∏° µ tw t1vtz v1zxu xv1yu w{1sv x1x|ty t1uuu v1x|w xy1ut w|1t| z1su
≠ ´表示第 t代 ~µ表示第 u代 o下同 ∀ ´ ° ¤¨±¶·«¨ ©¬µ¶·ª¨ ±¨ µ¤·¬²±q µ ° ¤¨±¶·«¨ ¶¨¦²±§q׫¨ ¶¤°¨¥¨ ²¯º q
u 林 业 科 学 v|卷
312 连栽杉木人工林土壤化学性质变化
本研究测定了 tv项土壤化学性质k见表 ul ∀许多研究报告指出 }杉木连栽导致土壤 ³‹降低 ∀本
次研究也证实了这一点 o无论幼龄林还是中龄林 o不同地位指数的 u代杉木林 ³‹值均低于相应 t代林 ∀
从表 u还可以看出 ou代中龄林土壤有机质含量下降明显 o与前人研究 tx ¤生 t !u代杉木人工林土
壤有机质含量的结果相一致k杨承栋 ot||z ~俞新妥等 ot|{|l ∀而 u代幼龄林土壤有机质含量却有所增
加 o这可能是由于某些耕作制度如炼山带来的短暂效果k林开敏 ot||u ~叶镜中 ot||ul o也可能是 t代林
成熟后 o枯落物和采伐剩余物归还于地面 o土壤有机质得以补充的结果 ∀
表 2 杉木人工林地土壤化学性质测定
Ταβ . 2 Σοιλ χηεµιχαλ προπερτιεσ οφ Χηινεσε Φιρ πλαντατιονσ
林分
¶·¤±§
立地
指数
Œ±§¨¬
³‹值
³‹
有机质
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®ªptl
水解氮
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k°ª#
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全氮
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‘Π
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全磷
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有效磷
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°
Πk°ª#
®ªptl
交换
≤¤u n
∞¬2≤¤u n r
k≤°²¯tΠ
u≤¤u n
#®ªptl
交换
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∞¬2ªun r
k≤°²¯tΠ
uªun
#®ªptl
全钾
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速效钾
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有效锰
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有效铁
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有效铜
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tu w1yy uv1ux xv1u{v s1{w s1t{t t1{t| s1yvu u1{u{ tx1vuw w1|us tv1|xv uw1zux s1tt|幼 ´
∏√ ±¨¬¯¨ ´ tw x1ss uu1sy yx1swv s1zu s1usu v1utx t1zvy v1|ss tw1uuv w1x|s u|1vw{ vy1|zx s1svsty w1{| uy1w| zu1uuu s1{u s1ut| v1vwu t1wus w1stu ty1|ws x1{sx t{1yzx vu1yux s1ttv
tu w1|t uz1sx yy1z|y s1|u s1wzs t1wzx t1zww w1tzu ts1y{| w1|yx vw1vss uu1yxs s1tzw中 ´
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通过测定不同地位指数 t !u代杉木人工林土壤全氮 !水解氮 !全磷等含量可以看出 o无论在幼龄林
还是中龄林 o其变化趋势都与有机质一致 ~而土壤有效磷含量则均为 u代明显低于 t代林 ∀在幼龄林
中 otu !tw !ty地位指数的 u代林土壤有效磷分别比相同地位指数的 t代林下降 ux h !uz h和 xz h o而在
中龄林中 o不同地位指数的 u代林与相同地位指数的 t代林相比也有不同程度的降低 otu !tw和 ty地位
指数 u代林分别比 t代下降 vt h !z h和 wy h ∀u代幼龄林有效磷含量低于 t代林 o其一是因为在杉木
林中 o磷的循环最慢k彭长辉等 ot||sl o速效磷的转化量小于根系的吸收量 ~其二 o土壤中磷酸酶活性的
降低也直接影响到无机磷向有效磷的转化 ~其三 o土壤中某些微量元素的增加 o尤其是铁的增加可能使
闭蓄态磷增加 o从而使磷的有效量降低k张焕朝等 ot||xl ∀
研究结果还显示 o不同地位指数 t !u代杉木幼龄林全钾含量相比 ot代林高于 u代林 o而中龄林两代
全钾含量差异不明显 ∀造成 u代幼龄林土壤全钾降低可能是由于淋溶的结果 o尽管炼山可以增加杉木
林地养分 o但炼山使杉木林地土壤的孔隙度增大 o使得土壤钾淋失量增大 ∀
速效钾变化与杉木人工林土壤全钾一致 o无论是中龄林还是幼龄林 o连栽杉木人工林土壤速效钾含
量均低于 t代人工林 otu !tw和 ty地位指数 u代幼龄林速效钾含量分别比 t代下降了 | h !u{ h和 ws h o
u代中龄林 tu !tw和 ty地位指数土壤速效钾分别比 t代下降 { h !ut h和 u| h ∀
t !u代相同地位指数的杉木幼龄林土壤交换性 ≤¤un含量相比 ou代林较高 ~而两代中龄林相比 ou代
则显著下降 ∀
镁是叶绿素的成分 o镁离子是许多酶的活化剂 o镁还可以促进植物对磷的吸收 ∀缺镁可造成植物缺
绿症 o但土壤中过多的镁盐对植物可引起严重的毒害作用k‹∏¨·¯ ot||vl ∀本研究结果显示 ot代杉木幼
v 第 v期 孙启武等 }江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质的变化
龄林 !中龄林土壤交换性镁含量均高于 u代 ∀
对有效锰的测定结果表明 }杉木连栽导致土壤有效锰含量大幅度降低 otu !tw和 ty地位指数的 u代
幼龄林土壤有效锰含量分别比同一指数的 t代林下降 ww h !y| h和 vz h otu !tw和 ty地位指数的 u代中
龄林土壤有效锰含量分别比同一指数的 t代林下降 yw h !vw h和 v{ h ∀
本研究显示不同立地 !不同发育阶段 u代林土壤有效铜 !有效铁含量均高于相应 t代林 ∀张焕朝等
kt||xl在杉木 !檫木 !柏木等林分下土壤微量元素状况研究中也有相似的结果 ∀
3 .3 连栽杉木人工林土壤酶活性变化
土壤酶主要来源于植物根系和微生物的活动 o它参与土壤各种生物化学过程和物质循环 o其活性的
高低不仅可以反映土壤生物化学过程的强度和方向 o而且还能客观地反映土壤碳 !氮 !磷等的动态变化
k关松荫 ot|{yl ∀
从图 t可以看出 o在幼龄林中 o不同地位指数 t !u代杉木林土壤过氧化氢酶活性差异显著 ou代林土
壤过氧化氢酶活性均低于 t代林 ~在中龄林中 o除了 tw地位指数两代杉木林地土壤过氧化氢酶活性变
化不大外 otu地位指数和 ty地位指数杉木林地 u代林该酶活性明显低于 t代林 ∀这将导致 u代林土壤
中过氧化氢得不到及时分解 o积累在土壤中可能引起土壤毒性产生 o影响杉木生长 ∀
图 t 不同地位指数 t !u代杉木幼k¤l !中k¥l龄林土壤过氧化氢酶活性
ƒ¬ªqt ׫¨ ¤¦·¬√¬·¬¨¶²©¶²¬¯ ¦¤·¤¯¤¶¨ ¬±­∏√¨ ±¬¯¨ k¤l ¤±§ ° §¨¬∏°k¥l ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶·¤±§¶
) ) )σ tu ) ) )υ tw ) ) )ω ty 下同 ׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
对土壤酸性磷酸酶活性的测定结果
表明 }杉木连栽林地土壤酸性磷酸酶活性
低于杉木 t 代林 ∀在杉木幼龄林阶段 o
tu !tw !ty地位指数 u代林土壤酸性磷酸
酶活性分别比相应 t代林下降 us h !v{ h
和 xy h ~而在中龄林阶段 otu !tw和 ty地
位指数 u代林则分别比相应 t代林下降
yy h !vu h和 yu h k如图 ul ∀由于土壤磷
酸酶活性的降低 o影响了土壤中有机磷向
无机磷的转化 o这也是土壤有效磷供应不
足的重要原因之一 ∀可见 o酸性磷酸酶活性的降低可能是造成杉木地力衰退的又一原因 ∀
图 u 不同地位指数 t !u代杉木幼k¤l !中k¥l龄林土壤磷酸酶活性
ƒ¬ªqu ׫¨ ¤¦·¬√¬·¬¨¶²©¶²¬¯ ³«²¶³«²µ¼¯¤¶¨ ¬±­∏√ ±¨¬¯¨ k¤l ¤±§ ° §¨¬∏°k¥l ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶·¤±§¶
脲酶是一种专性较强的酶 o它
酶促尿素水解生成的氨 o是林木氮
素营养的直接来源 ∀俞新妥等
kt|{|l的研究表明 o杉木连栽林地土
壤脲酶活性低于杉木 t代林 o本研
究也证实了这一点 ∀从图 v中可以
看出 o不同地位指数 !不同发育阶段
的 u代林脲酶活性明显低于 t代林 o
由于 u代杉木林土壤脲酶活性的降
低将直接影响到土壤中氮素的循环 o是造成土壤速效氮供应不足的重要原因之一 ∀因而土壤脲酶活性
的降低可能是造成杉木地力衰退的又一重要因素 ∀
从图 w可以看出 otu地位指数 u代杉木林多酚氧化酶活性与 t代相比呈下降趋势 ∀在幼龄林发育
阶段 o不同地位指数的两代间有的升高 o有的降低 o无明显的规律性 ~而在中龄林发育阶段 ou代杉木林
土壤多酚氧化酶活性均低于 t代林 o由于多酚氧化酶活性的降低 o使得土壤中的多酚类化合物不能及时
分解 o有机物合成受到影响 o同时多酚类化合物积累在土壤中可能会引起土壤中毒 ∀另外 o多酚类物质
能促进根原基的引发机制 o促进不定根的形成 o因此连栽杉木林根生物量可能会有一定幅度的增加 ∀
从图 x可以看出 o不同地位指数的 u代幼龄林土壤转化酶活性明显高于 t代林 o而两代中龄林相
比 o杉木 u代林土壤转化酶活性明显较低 ∀
w 林 业 科 学 v|卷
图 v 不同地位指数 t !u代杉木幼k¤l !中k¥l龄林土壤脲酶活性
ƒ¬ªqv ׫¨ ¤¦·¬√¬·¬¨¶²©¶²¬¯ ∏µ¨¤¶¨ ¬±­∏√¨ ±¬¯¨ k¤l ¤±§ ° §¨¬∏°k¥l ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶·¤±§¶
w 结论
不论幼龄林还是中龄林 ou代杉木
人工林土壤容重大于 t代林 o土壤总孔
隙度 !毛管孔隙度 !最大持水量及毛管
持水量均为 u代林低于 t代林 ∀连栽
造成土壤物理性质恶化可能是引起杉
木人工林地力衰退的重要原因之一 ~
土壤酶测定结果显示 o在幼龄林
图 w 不同地位指数 t !u代杉木幼k¤l !中k¥l龄林多酚氧化酶活性
ƒ¬ªqw ׫¨ ¤¦·¬√¬·¬¨¶²©¶²¬¯ ³²¯¼³«¨µ²¯ ²¬¬§¤¶¨ ¬±­∏√¨ ±¬¯¨ k¤l ¤±§ ° §¨¬∏°k¥l ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶·¤±§¶
发育阶段 o除了多酚氧化
酶和转化酶活性为 u 代
林高于 t代林外 o过氧化
氢酶 !酸性磷酸酶 !脲酶
活性均为 u 代林低于 t
代林 ~而在中龄林发育阶
段 o所有 u代林土壤酶活
性均明显低于相应 t 代
林 ∀连栽杉木人工林土
壤酶活性降低也是其地
图 x 不同地位指数 t !u代杉木幼k¤l !中k¥l龄林转化酶活性
ƒ¬ªqx ׫¨ ¤¦·¬√¬·¬¨¶²©¶²¬¯¬±√ µ¨·¤¶¨ ¬±­∏√¨ ±¬¯¨ k¤l ¤±§ °¨ §¬∏°k¥l ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ¶·¤±§¶
力退化重要原因之一 ~
u代杉木人工林土壤化学
性质在幼龄林阶段并不比 t代
杉木林差 o许多项目的测定值
都比较接近甚至高于 t代林 o
这可能是因为某些耕作制度如
炼山带来的短期效果 ~除此之
外 ot代林成熟后 o枯落物和采
伐剩余物归还于地面 o养分也
得以补充 ~但在中龄林发育阶
段 o除土壤有效铁和有效铜含量 u代林高于 t代林外 o其它所有指标测定值均为 u代林显著降低 ∀
参 考 文 献
关松荫 q土壤酶及其研究法 q北京 }农业出版社 ot|{y
国家标准局 q中华人民共和国国家标准森林土壤分析方法 q北京 }标准出版社 ot|{{
蒋有绪 o徐德应 o聂道平等 q江西大岗山森林生态系统结构与功能规律定位研究k一l q北京 }中国林业出版社 ot||x }t p u
林开敏 q炼山后杉木幼林地土壤肥力动态研究 q福建林学院学报 ot||u otukvl }u|s p u|x
彭长辉 o钟晓青 q杉木林中氮 !磷 !钾元素的动态模拟分析 q中南林学院学报 ot||s otskul }txx p tyw
盛炜彤 q我国人工林的地力衰退及防治对策 q见 }人工林地力衰退研究 q北京 }中国科学技术出版社 ot||u }tx p t|
杨承栋 q杉木人工林地力衰退的原因机制及其防治措施 q世界林业研究 ot||z otskwl }vw p v|
叶镜中 o邵锦峰 o王桂馨等 q炼山对土壤理化性质的影响 q见 }人工林地力衰退研究 q北京 }中国科学技术出版社 ot||u }tvs p tvw
俞新妥 o张其水 q杉木连栽林地土壤生化特性及土壤肥力的研究 q福建林学院学报 ot|{| o|kvl }uyv p uzt
张焕朝 o俞元春 q杉木 !檫木 !柏木等林分下土壤微量元素状况 q南京林业大学学报 ot||x ot|kul }y p tu
‹∏¨·¯ • • qª§¨©¬¦¬¨±¦¼2¤ / ±¨ º0 °«¨ ±²° ±¨²±¬± §¨¦¯¬±¬±ª©²µ¨¶·2¶¼°³·²°¶¤±§ ©¨©¨¦·¶o¦¤∏¶¨¶oµ¨¦∏³¨µ¤·¬²±q¬± / ƒ²µ¨¶·§¨¦¯¬±¨ ¬±·«¨ ¤·¯¤±·¬¦¤±§³¤¦¬©¬¦
µ¨ª¬²±0 ot||v }|z p ttw
x 第 v期 孙启武等 }江西大岗山连栽杉木人工林土壤性质的变化