3种密度邓恩桉人工林凋落物贮量与土壤有机质的研究

王志超，杜阿朋，赵知渊，吴志华，陈少雄

（国家林业局 桉树研究开发中心，广东 湛江 524022）

3种密度邓恩桉人工林凋落物贮量与土壤有机质的研究

王志超，杜阿朋，赵知渊，吴志华，陈少雄

（国家林业局 桉树研究开发中心，广东 湛江 524022）

以广西黄冕林场10年生邓恩桉的3种不同密度1 250、1 666和2 000株/hm2的人工林为研究对象，分析了其林分生长特征、凋落物贮量、土壤有机质含量及pH值。结果表明，2 000株/hm2密度的林分平均胸径和树高显著较小（P＜0.05），但土壤有机质含量显著高于其他两种密度林分，而凋落物贮量3种密度间差异并未达到显著水平。在土壤垂直方向上，随着土层的加深土壤有机质含量呈下降趋势，而pH值呈上升趋势，同时密度对土壤pH值也有着显著的影响。因此，考虑到林分的蓄积量和人工林的可持续经营，2 000株/hm2这一密度要优于另外两种密度。

邓恩桉人工林；种植密度；凋落物贮量；土壤有机质

邓恩桉Eucalyptus dunnii Maiden是桉树属的双蒴盖亚属、蓝桉组多枝桉系。树体偏大，树干通直，木材密度较大，纤维长，是重要的纸浆原料，并且其耐寒能力强，在较寒地区也可以大量种植，颇受巴西、阿根廷和南非的高海拔地区的欢迎，是桉树中耐寒的良种[1]。

凋落物作为地上生态系统及地下生态系统的耦合部分，是生态系统养分循环的重要环节[2]，它不仅具有水源涵养能力、养分供应能力、促进土壤生物活动强度、改善森林土壤结构等重要作用，而且还能起到减小雨滴功能，增强渗透能力，提高地表粗糙程度，降低地表径流等。此外，在提高森林生产力、能量转化、物质循环和水量平衡等方面，凋落物及枯枝落叶层也具有重要的意义[3]。凋落物同时还是土壤有机质的最主要的来源之一，土壤有机质是土壤的重要组成部分，土壤的物理、化学、生物等许多属性都直接或间接地与有机质的存在有关。土壤有机质是最重要的土壤肥力成分[4]，因此在一定范围内，土壤中有机质(主要指腐殖质)含量多，土壤的肥力就相对较高，反之，土壤的肥力就低[5-6]。国外对土壤有机质的研究极为活跃，主要集中在有机质的性质、生化分析、有机质稳定性等方面的研究[7-11]。土壤有机质对于改善土壤理化性质和动植物生境都具有重要的意义。

本研究调查了广西3种不同密度邓恩桉人工林（10 a生）的生长特征、凋落物贮量与土壤有机质及pH值，对比分析了其在不同密度效应下的差异特征，为密度效应下桉树生长和养分循环提供数据支持，也为提出科学经营桉树人工林的技术措施与栽培经营模式，为桉树人工林及其产业的健康顺利发展提供技术和理论依据。

1 试验地概况

试验地选在广西壮族自治区国有黄冕林场白坟试验林地，地理位置位于 24°44′46″N，109°51′27″E，海拔 218 m。广西黄冕林场位于广西壮族自治区鹿寨县黄冕乡和永福县广福乡境内，地处中亚热带与南亚热带的过渡地带，属于天平山支脉和驾桥岭南麓支脉，多为丘陵和低山地貌，最高海拔达895.9 m。1 年中光照充足，水热同季，冬夏干湿明显，平均气温19～20 ℃，极端低温-1.5℃，极端高温39.4℃，一般年份有轻微霜冻；年平均降雨量1 750～2 000 mm，降雨量集中在4～8月，越往北降雨量越丰富，年均蒸发量1 426～1 650 mm，为水分充足区。林场林地土壤主要以砂岩、砂页发育而成的红壤、山地黄红壤为主，土壤肥力中等，pH值一般在3～5之间，适宜马尾松、杉木和各种阔叶林树种生长。

2 研究方法

2.1 林分生长特征的调查

2.1.1 样地设置

调查样地选址在广西壮族自治区国有黄冕林场白坟试验林地，造林时间为2002年，分别在3种不同密度1 250、1 666、2 000株/hm2的邓恩桉人工林中设置标准地，每个密度选择3个标准地20 m×20 m。

2.1.2 林分调查

每个标准地的邓恩桉样树进行每木检尺，记录胸径、树高和冠幅。

表1 邓恩桉人工林样地基本情况Table 1 Basic situation of E. dunnii plantation samples

2.2 凋落物贮量调查

在每种密度林地设1 m×1 m的小样方3个，每个样方分别采集未分解及半分解凋落物两层，收集凋落物量后烘干称重，测定其贮量。

2.3 土壤有机质和pH值测量

在每种密度林地中均匀布点，取土壤剖面6个，机 械 分 层（0～ 10 cm、10～ 20 cm、20～ 30 cm、30～40 cm、40～60 cm和60～80 cm）取土样，带回室内，风干。采用重铬酸钾容量法—外加热法，测量各土层的土壤有机质含量；pH值采用水土比5︰1的比例，用pH计测定。

3 结果分析

3.1 不同密度邓恩桉林分生长特征

对不同密度邓恩桉人工林林分生长特征统计表明（表2），树高、胸径和冠幅均为2000株/hm2林分样地显著性（P＜0.05）较低。其中，林分平均树高不同密度邓恩桉人工林表现为：1 250株/hm2(15.3 m)＞1 666株/hm2(15.0 m)＞2 000株/hm2(12.9 m)；林分平均胸径不同密度邓恩桉人工林表现为：1 666株/hm2(15.6 cm)＞1 250株/hm2(14.2 cm)＞2 000株/hm2(11.9 cm)。冠幅、枝下高和树皮厚不同密度间并无显著差异。从表2中还可以看出，林分密度对于单株材积、林分平均胸径和平均树高有着很大的影响，且随着密度的增加都有着减小的趋势。但对于整个林分的蓄积量还与株数密度有关，还要进一步测量。

表2 不同密度邓恩桉林分生长特征Table 2 Stand growth characteristics of E. dunnii with different densities

3.2 凋落物贮量变化

对于不同密度邓恩桉林分凋落物贮量（表3），随着林分密度增加，邓恩桉林下凋落物未分解层和半分解层的厚度均呈减小趋势，但差异不显著；3个密度邓恩桉林下凋落物未分解层的贮量差异不明显，而密度为2000株/hm2邓恩桉林下半分解层显著较小（P＜0.05），林下凋落物总贮量不同密度邓恩桉林分表现为：1666株/hm2(19.6 t·hm-2) ＞ 1 250株 /hm2(18.7 t·hm-2) ＞ 2000 株 /hm2(18.5 t·hm-2)。

表3 `不同密度邓恩桉林分凋落物贮量†Table 3 Litter storage capacity of E. dunnii with different planting density

3.3 土壤pH值和有机质

3.3.1 各密度各土层土壤pH值

我国南方土壤多是酸性土壤，这是与南方的气候密切相关的，该试验地区的土壤pH值处在3～5之间，而且不同密度相同土层间的pH值差异性也达到了显著水平，因此，地上植被的密度的大小对土壤的酸碱度也有着一定影响，原因可能是由于根系密度不同，分泌物量不同导致的。对于同一密度不同土层间的pH值差异性也达到了显著水平，并且随着土层的加深pH呈现递增的趋势（表4）。

表4 不同密度各土层邓恩桉人工林土壤pH值†Table 4 The soil pH values of E. dunnii with different planting density in different soil layers

3.3.2 不同密度相同土层土壤有机质含量

3种不同密度邓恩桉人工林土壤各层有机质含量的测定结果（表5）显示，不同密度的邓恩桉人工林相同土层有机质含量差异性较大，达到了显著的水平（P＜0.05），整体来看，0～80cm土层土壤有机质平均含量在3个密度邓恩桉人工林地内表现为：高密度（13.08 g/kg）＞中等密度（10.31 g/kg）＞低密度（10.11 g/kg），这可能是由于林地根系密度差异造成的。

表5 不同密度同一土层邓恩桉人工林土壤有机质含量Table 5 Soil organic matter contents in different density and same horizon soil of E. dunnii plantation

3.3.3 相同密度不同土层土壤有机质含量

同一密度的6个土层间的有机质含量差异性都达到了显著水平，3个密度下的邓恩桉林地所测6个土层的有机质含量均随土层深度加深而减少（如图1）。根据不同肥力等级土壤有机质含量标准：高肥力地＞1%、中等肥力地0.6～1%、低肥力地＜0.6%。由此可见，0～40 cm的深度土壤有机质处在中等肥力以上，40 cm深度以下，有机质含量较少，肥力低下。总体来看，该试验地区的平均土壤有机质含量处于10～15 g/kg，属中等肥力地区以上。

4 结论与讨论

(1) 本研究结果表明，3种不同密度邓恩桉人工林的林分平均树高及胸径差异性均达到了显著水平，其中均是密度最大的平均树高及胸径最小。在一定的密度范围内对于10年生人工林林分各密度处理间林分平均胸径和林分平均高随密度增大而减小[12-14]。这一结论无论是在桉树，还是在其他的许多树种如：尾巨桉[14]、湿地松[15]、尾叶桉[16]、杉木[17]、相思[18]等中也得到了相似的结论。但对于整个林分的的蓄积量来讲，林分的蓄积量取决于其立木单株材积和株数密度两个因子[19]。因此，并不是单株材积越大越好，也不是密度越大越好。而是要根据两个因子，确定适宜的密度。因此，对于邓恩桉人工林的适宜密度，要根据不同的目的同时结合其他相关指标进行确定。

(2) 对于凋落物的贮量，结果表明3种不同密度邓恩桉人工林林下凋落物贮量，随着密度的增大，凋落物未分解层和半分解层的厚度均呈减小趋势，而对于林下凋落物总贮量，1 666株/hm2最高，2 000株/hm2的最小。林木凋落物的数量取决于树种本身的生物学特性和外界环境的影响[20]，密度对林地凋落物的影响主要在于自然整枝及郁闭度方面，因此适宜的密度有利于提高林下凋落物的贮量，从而提高养分归还量、维持地力和改善土壤结构。凋落物还是土壤有机质的主要来源之一，因此很多国外与此相关的研究工作也相当的活跃[21]。

(3)土壤pH值是反映土壤缓冲化学改良能力的重要指标[22]。3种密度土壤pH值均处于3～5之间，同一密度下，土壤pH值随土层的加深而增大，且差异达到了显著水平。不同密度相同土层间pH值也存在着很大的差异，这说明，邓恩桉人工林不同密度对土壤的酸碱度也有着影响，原因可能与根系分泌物有关。

(4)邓恩桉人工林中，林分密度通过改变光照、土壤微环境等影响土壤有机质的输入和输出（如凋落物量及其分解速率、林木对有机质的吸收消耗等），从而影响土壤有机质含量。此次研究的土壤有机质含量，3种不同密度邓恩桉人工林地土壤差异性均达到了显著性水平，其中密度为2 000株/hm2有机质含量最高，1 250株/hm2的有机质含量最小。同一密度下的不同土层间有机质的含量差异也达到了显著性水平，而且随着土层的加深，有机质含量逐渐减少，国内有很多的研究也得到了相似的实验结论[23-24]。土壤有机质的主要来源有凋落物的分解、根系分泌物和其他的代谢产物，此次试验的结论密度为2 000株/hm2的有机质含量明显的高于其他两种密度，除去凋落物的影响外，很大程度上可能与土壤内根系的分布密度有关，根系分泌物是土壤有机质的主要来源之一，高密度人工林土壤内根系密度最大，因此根系的分泌物较多，土壤有机质含量大于其他两种密度。当然并不是说密度越大越好，还要考虑其他的影响因素。本次试验的3种密度中，2 000株/hm2这一密度更有利于该地区桉树人工林的可持续经营。

[1] 罗建中.耐寒良种—邓恩桉[J].桉树科技,2002,19(2):1-7.

[2] 李纪伟.巨桉人工林凋落物、养分内循环及养分归还的动态变化[D].成都：四川农业大学,2008.

[3] 张 勇,庞学勇,包维楷,等.土壤有机质及其方法综述[J].世界科技研究与发展2005,27(5):72-78.

[4] Schroth G. and Sinclair F.L.Trees, crops and soil Fert.ility [M],Oxford: Oxford University Press, 2003, 77-91.

[5] 夏荣基.土壤腐殖质化学[M].北京:北京农业大学出版社,1994.12-37.

[6] 刘登魁,曾宪军. 土壤有机质演变规律研究进展[J].湖南农业科学,2006,(5):61-63.

[7] Daniel M.White, Sarah Garland D, Chien-Lu Ping, et al.Characterizing soil organic matter quality in arctic soil by cover type and depth[J].Cold Regions Science and Technology, 2004,38:63-73.

图1 相同密度不同土层邓恩桉人工林土壤有机质含量Fig.1 Soil organic matter contents in same density and different horizon soil of E. dunnii plantation

[8] Hofman J, Dusek L. Biochemical analysis of soil organic matter and microbial biomasscomposition-a pilot study [J].European Journal of Soil Biology, 2003, 39:217-224.

[9] Jose A Gonzalez-Perez, Francisco J Gonzalez-Vila, Gonzalo Almendros, et al. The effect of fire on soil organic matter-a review[J].Environment International,2004,30:855-870.

[10] Loit Reintam, Elmar Kaar, Igna Rooma. Development of soil organic matter under pine on quarry detritus of open-cast oilshale mining [J].Forest Ecology and Management, 2002,171:191-198.

[11] O’Brien N D, Attiwill P M, Weston C J. Stability of soil organic matter in Eucalyptus regnans forests and Pinus radiata plantations in south eastern Australia [J].Forest Ecology and Management,2003, 185:249-261.

[12] 王 晶,莫 菲,段文标,等.六盘山南坡不同密度华北落叶松水源林生长过程比较[J].应用生态学报,2009,20(3):500-503.

[13] 岑巨延,赵泽洪,莫祝平,等.广西速丰桉数表研制项目研究报告[R].广西林业勘测设计院,2005.

[14] 唐庆兰,陈健波,项东云,等.尾巨桉不同造林密度林分生长特性研究[J].广西林业科学,2009,38(3):141-145.

[15] 肖兴翠,李志辉,唐作钧,等.林分密度对湿地松生物量及生产力的影响[J].中南林业科技大学学报,2011,31(3):123-129.

[16] 周元满,谢正生,刘新田.尾叶桉U6无性系林分密度效应研究[J].广东林业科技,2004, 20( 4) : 39-421.

[17] 吴中伦. 杉木[M]. 北京: 中国林业出版社, 1984, 179-188.

[18] 王凌晖，吴国欣，施福军，等.不同造林密度对杂交相思生长的影响[J].南京林业大学学报(自然科学版)，2009，33(2)：134-136.

[19] 黄宝灵,吕成群, 蒙钰钗,等.不同造林密度对尾叶桉生长、产量及材性影响的研究[J].林业科学,2000,31(1):81-90.

[20] 姚瑞玲,丁贵杰,王 胤.不同密度马尾松人工林凋落物及养分归还量的年变化特征[J].南京林业大学学报(自然科学版),2006,30(5):83-86.

[21] Vitouset P M.Litter fall nutrient cycling and nutrient limitation in tropical forest [J].Ecology, 1984, 65(1):285-298.

[22] 刘占锋,傅伯杰,刘国华,等.土壤质量与土壤质量指标及其评价[J].生态学报, 2006, 26 (3) : 901 - 913.

[23] 任丽娜,王海燕,丁国栋,等.密度调控对华北落叶松人工林土壤有机碳及养分特征的影响[J].干旱区资源与环境,2012,26(4):138-143.

[24] 许文强,陈 曦,罗格平,等.干旱区三工河流域土壤有机碳储量及空间分布特征[J].自然资源学报,2009,24(10):1740-1747.

Effects of stand density differences on litter storage capacity and soil organic matter of Eucalyptus dunnii plantations

WANG Zhi-chao, DU A-peng, ZHAO Zhi-yuan, WU Zhi-hua, CHEN Shao-xiong
(China Eucalypt Research Centre, State Administration of Forestry, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

By taking the ten-year-old Eucalyptus dunnii plantations with three stand density (1 250, 1 666, 2 000 plants/hm2) in Huangmian Forest Farm in Guangxi province as the studying objects, the stands’ forest growth characteristics, litter storage capacity,soil organic matter content and soil pH value were investigated. The results show that the tree height and diameter with 2 000 plants/hm2stand density were significantly lower (P＜0.05) than others among different stand density E.dunnii plantations; But the contents of soil organic matter with 2 000 plants/hm2stand density were significantly higher than that of other two kinds of stand density, and the litter storage capacity among three kinds of density differences did not reach significant level; In the soil vertical direction, along with the depth deepens adown, the soil organic matter content had a descending trend, and pH value showed a ascendant trend; At the same time,the planting density also had a significant effect on the soil pH value. Therefore, considering the stand volume and plantation sustainable management, the density of 2 000 plants/hm2is superior to other two planting densities.

Eucalyptus dunnii; planting densities; litter storage capacity; soil organic matter

S722.7；S725

A

1673-923X(2013)04-0056-05

2012-11-23

林业公益性行业科研专项“桉树生态经营及产业升级关键技术研究”(项目编号：201104003)；桂科攻“高产优质多抗桉树新品种选育—耐寒桉树良种的胶合板无性系选育技术研究”(项目编号：1123004—3B)

王志超(1988-)，男，硕士研究生，主要从事桉树定向培育及生态经营等研究；E-mail: wzc2254@163.com

陈少雄(1965-)，男，研究员，主要从事桉树培育和土壤研究；E-mail: sxchen01@163.com

[本文编校：欧阳钦]