马尾松人工幼林土壤肥力变化及其综合评价研究

覃其云，曹继钊，李 军 ，黄开勇，唐 健

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；4.广西环江毛南族自治县华山林场，广西环江547100)

马尾松人工幼林土壤肥力变化及其综合评价研究

覃其云1,2,3，曹继钊1,2,3，李 军4，黄开勇1,2,3，唐 健1,2,3

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2.国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002；4.广西环江毛南族自治县华山林场，广西环江547100)

通过分析广西环江县桉树林及砍伐后种植马尾松和荒地的土壤化学性质，运用灰色关联分析方法，研究和评价马尾松和荒地取代桉树后土壤肥力变化状况。研究结果显示：取代桉树林后，4.0 龄马尾松和荒地的土壤碱解N、有效P、速效K、交换性Ca和有效Zn有所提高，土壤pH值有所改善，而全N、全P、全K、交换性Mg和有效Cu有所减少。0～20 cm层土壤有机质和有效B有所降低，20～40 cm层的反而有所提高。不同林龄马尾松和荒地的土壤综合肥力普遍较差。造林4年后，同土层马尾松林的土壤综合肥力低于荒地。除4.0龄荒地0～20 cm层的土壤综合肥力基本无变化外，其他4.0龄马尾松和荒地土壤综合肥力都有不同程度退化，而以4.0龄马尾松20～40 cm层的土壤肥力退化最严重。

马尾松人工幼林；土壤肥力；灰色关联分析

马尾松Pinus massoniana是我国松属树种中分布最广的一种，也是我国南方林区分布最广、数量最多的优良乡土树种，其在我国森林资源总量中占有举足轻重的位置。马尾松具有生长快、适应性强、繁殖容易、用途广泛等特点，为我国南方低山丘陵的主要用材造林树种，同时也是荒山绿化的先锋树种[1]。由于马尾松林更新容易，成本低，能适应干燥瘠薄的土壤，长期以来处于粗放经营，加之大面积人工纯林，造成林分产量和质量低下。林地土壤肥力评价是林业生产重要的环节[2]。近几年来，越来越多的学者把一些数学方法应于土壤肥力综合评价，通过对大量信息的处理得出反映土壤肥力高低的综合性指标，使得土壤肥力的综合评价趋于标准化和定量化。为了了解马尾松幼林地在不同时间、空间土壤肥力的变化状况，为防止林地土壤肥力衰退提供技术参数, 因而研究1～4 年生马尾松幼林林地土壤肥力的变化状况。本文报道4 年的林地养分调查研究结果，分析土壤肥力13 项主要指标的变化趋势，利用灰色关联分析法进行土壤养分综合评价，为马尾松林地管理和配方施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查地概况

马尾松人工林试验地径流场设在广西环江毛南族自治县华山林场华山分场，位于东经108°15′，北纬25°06′，低山丘陵地貌，海拔246 m，坡度15°，坡向东南，坡位中坡。属中亚热带季风气候区，年平均气温为19.8 ℃，最高气温38.9 ℃，最低气温5. 1℃，年均降雨量为1 400 mm，年平均无霜期290 d。常年日照充足，热量充沛，干湿季节较为明显[3]。林地土壤类型为砂页岩发育而成的红壤。造林前为桉树采伐迹地，2008年初采伐，3月份炼山全垦后挖坑种植马尾松，荒地则是采伐后进行炼山及全垦，然后未采取任何管护措施，林下植被自我更新。于马尾松林和荒地内同一等高线上各建一个径流场 (20 m×5 m)，各林分不进行任何管护和施肥措施。林下植被主要有桃金娘Rhodomyrtus tomentosa、五节芒Miscanthus fl oridulus、铁芒箕Dicranopteris linearis、暗酸藤Embelia laeta、乌毛蕨Blechnum orientale等。

1.2 土壤样口采集及分析方法

分别选取马尾松林和荒地的径流场外侧，布置上、中、下3个点，去除枯枝落叶后，挖掘深度50 cm左右的土壤剖面，分层采集，取0～20 cm、20～40 cm各层土壤，同层土壤混合后用四分法缩至1 kg，装入采土袋带回实验室，风干、研磨、过筛、混合分样、贮存后进行土壤养分分析，所有土壤养分指标测定均采用《中华人民共和国林业行业标准LY/T 1999》进行检测分析[4]。各指标分析测定方法如下：pH值用水浸提电位法，有机质用重铬酸钾氧化-外加热法，全N用半微量凯氏法，碱解N用碱解-扩散法，全P用碱熔-钼锑抗比色法，有效P用盐酸-硫酸浸提法，全K用碱熔-火焰光度法，速效K用1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法，交换性Ca、Mg用乙酸铵交换-原子吸收分光光度计，有效Cu和有效Zn用原子吸收分光光度法，有效B用沸水浸提-甲亚胺比色法。

1.3 统计分析

应用Excel 2003 和灰色理论进行统计计算，同时运用灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 人工林对土壤pH值的影响

根据全国第二次土壤普查养分分级标准(表1和表2)[5]，将大量元素含量分为6级，中微量元素分5级。由表3可知，重新造林后，马尾松林和荒地的土壤pH值比造林前有所提高，除2.5龄马尾松林和荒地的0～20 cm层土壤pH值大于5.0以外，其他土壤pH值都处于4.0～5.0，属酸性和强酸性土壤。

2.2 人工林对土壤有机质的影响

土壤有机质是林木生长营养的重要来源，影响着一系列的土壤物理、化学和生物性质[6]。它具有改善土壤的物理性质、提高土壤的保肥能力以及缓冲性等优点。从表3可以看出，同龄马尾松林和荒地都以0～20 cm土层的土壤有机质含量高于20～40 cm土层，且0～20 cm层的土壤有机质含量在10～30 g/kg，属3级(中上)和2级(富)水平，20～40 cm层的土壤有机质含量在20～40 g/kg，属4级(中)和3级(中上)水平。造林4年后，同土层马尾松和荒地土壤有机质含量差异不明显。

2.3 人工林对土壤全N、全P和全K的影响

从表3可知，同龄马尾松林和荒地的0～20 cm层土壤全N和全P含量高于20～40 cm层，而土壤全K含量正好相反，即20～40 cm层的全K含量高于0～20 cm层。新造林4年后，土壤全N、全P、全K含量比种植前有所降低，但下降幅度不一。0～20 cm层土壤全N都大于1.0，其中最大全N含量是0～20 cm层2.5龄马尾松，为1.62 g/kg，最低全N含量是20～40 cm层4.0龄荒地，为0.79 g/kg。可见，马尾松和荒地的全N含量大多属3级(中上)水平。不同林龄马尾松和荒地土壤全P含量都低于0.7 g/kg，属5级（贫）和6级(极贫)水平，普遍较低。除造林前和0.5龄、1.5、4.0龄马尾松的20～40 cm土壤全K含量大于10.0 g/kg以外，其他土壤都低于10.0 g/kg，可见，马尾松和荒地的土壤全K含量大多属5级(贫)水平。

表1 主要土壤养分分级标准Table 1 Classification standard of nutrient content in soils

表2 土壤中微量元素分级标准Table 2 Classification standard of microelement contents in soils

表3 不同时期马尾松林下土壤养分Table 3 Soil nutrients under P. massoniana forest in different periods

2.4 人工林对土壤碱解N、有效P和速效K的影响

由表3可以看出，同龄马尾松和荒地的0～20 cm层土壤碱解N、有效P和速效K含量明显高于20～40 cm土层，且同龄同层土壤的马尾松林低于荒地。各林分不同林龄的土壤碱解N含量普遍较高，属中等偏上水平，而土壤有效P和速效K含量普遍很低，尤其是有效P含量，都属5级(贫)和6级(极贫)水平。

2.5 人工林对土壤交换性Ca和交换性Mg的影响

从表3可以看出，同龄马尾松和荒地的土壤交换性Ca、Mg含量都以0～20 cm土层高于20～40 cm土层。除2.5龄荒地的0～20 cm层土壤交换性Ca含量达到1级(极富)水平外，其他土壤的交换性Ca含量大部分属4级(缺乏)和5级（极缺乏）水平，且造林4年后，土壤交换性Ca含量高于造林前。马尾松林和荒地的土壤交换性Mg含量很低，属5级(极缺乏)水平，且新造林4年后，土壤交换性Mg含量低于造林前。

2.6 人工林对土壤有效Cu、有效Zn和有效B的影响

由表3可知，同林龄各林分土壤的有效Cu、有效Zn和有效B含量都以0～20 cm高于20～40 cm土层。其中土壤有效Cu含量除种植前和0.5龄林分较高外，其他土壤有效Cu含量属3级（中）水平，且4.0龄马尾松和4.0龄荒地的土壤有效Cu含量明显比造林前低。除造林前的20～40 cm层土壤和3.5龄马尾松的20～40 cm层土壤有效Zn含量小于1.0 mg/kg外，其他土壤都大于1.0 mg/kg，达2级(富)或1级(极富)水平，且4.0龄马尾松和4.0龄荒地的土壤有效Zn含量比造林前有所提高。不同林龄各林分的土壤有效B含量明显处于4级（缺乏）和5级(极缺乏)水平。4.0龄马尾松和4.0龄荒地的土壤有效B含量与造林前相比变化不大。

2.7 土壤肥力综合评价

选择土壤pH值、有机质、全N、全P、全K、碱解N、有效P、速效K、交换性Ca、交换性Mg、有效Cu、有效Zn和有效B等养分指标作为综合评价土壤肥力的标准。采用指标区间化方法对调查数据进行生成处理，处理后各指标均在[0～1]之间变化(见表4)。选择各测定养分指标的最高值作为参考点，组成参考数列，即：X0={1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1}[7-8]。按上述方法求得各对应点关联系数和关联度，结果见表6。

根据计算出的灰色关联度，按照表5给出的土壤质量分级[9]，进行不同林龄各林分不同土层的土壤质量评价，灰色关联度越大，表明其土壤综合肥力越高。由表6可知，各林龄马尾松和荒地的土壤肥力普遍很低，其水平高低排列顺序是：0.5龄马尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞2.5龄马尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞2.5龄荒地[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞1.5龄马尾松[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞3.5龄荒地[(0～20 cm),Ⅲ(一般)]＞0.5龄荒地[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0龄荒地[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞造林前=1.5龄荒地[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞4.0龄马尾松[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞造林前[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞0.5龄马尾松[(0～20 cm),Ⅳ(差)]＞2.5龄马尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞3.5龄马尾松[(0～20 cm)，Ⅳ（差）]＞1.5龄荒地[（20～40 cm）,Ⅳ（差）]＞0.5龄马尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞2.5龄荒地[(20～40 cm)，Ⅳ(差)]＞1.5龄马尾松[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0龄荒地[(20～40 cm),Ⅳ(差)]＞4.0龄马尾松[(20～40 cm),Ⅴ（极差)]＞3.5龄马尾松[(20～40 cm),Ⅴ(极差)]＞3.5龄荒地[(20～40 cm),Ⅴ(极差)]。

表4 土壤养分指标区间化结果Table 4 Interval results of soil nutrient indexes

从评价结果可以看出，0.5龄马尾松0～20 cm层的关联度最大，为0.676，3.5龄荒地20～40 cm层的关联度最小，为0.376，说明0.5龄马尾松0～20 cm层的土壤综合肥力最高，3.5龄荒地20～40 cm层的土壤综合肥力最差。其中，属Ⅲ(一般)共4个，占22.73%；属Ⅳ(差)共14个，占63.64%；属Ⅴ(极差)共3个，占13.64%。整体看来，同龄林分下，0～20 cm层的关联度高于20～40 cm层，表明0～20 cm层的土壤综合肥力高于20～40 cm层。造林4年后，马尾松林和荒地的20～40 cm层土壤综合肥力明显比造林前低，而0～20 cm层的土壤综合肥力变化不大，说明造林4年后，20～40 cm层的地力表现出严重衰退现象。同时4.0龄马尾松的土壤综合肥力低于4.0龄荒地，这可能是土壤养分供应马尾松生长，使土壤养分减少较多。

表5 土壤肥力灰色关联度评价标准Table 5 Evaluation standard for soil fertility based on grey correlative degree

表6 土壤养分含量关联系数、关联度及综合评价Table 6 Correlation coefficients, correlation degrees and comprehensive evaluation of soil nutrient contents

3 讨 论

(1)灰色关联分析与传统的方差分析方法相比，使众多因素处于同一系统中，具有计算量小、简便直观、信息量大、分析结果可靠等优点，是多因素决策分析的一种简便有效的实用方法，也是较科学、合理、综合性强的分析方法，此分析方法已经广泛应用于土壤综合肥力的评价研究[10-16]。

(2)土壤肥力是多因素的耦合，只有在土壤肥力综合评价上考虑的因素指标多一点，才能更全面准确反映区域林地土壤质量，正确评价土壤肥缺水平。本文所选的分析指标只能代表马尾松林和荒地大部分养分的变化情况，并不能完全体现。

4 结 论

(1)通过种植马尾松和留存荒地处理4年后，土壤碱解N、有效P、速效K、交换性Ca和有效Zn有一定的增加，全N、全P、全K、交换性Mg和有效Cu有所减少，土壤pH值有所改善。马尾松和荒地的0～20 cm层土壤有机质和有效B有所减少，而20～40 cm层的土壤有机质和有效B有所提高。

(2)灰色关联度分析结果表明，不同林龄马尾松和荒地的土壤综合肥力普遍较差。造林4年后，同土层马尾松林的土壤综合肥力低于荒地。除4.0龄荒地0～20 cm层的土壤综合肥力基本无变化外，其他4.0龄马尾松和荒地土壤综合肥力都有所退化，而以4.0龄马尾松20～40 cm层的土壤肥力退化最严重。

(3)通过本试验研究可知，广西环江县马尾松人工林地土壤养分极度贫乏，应通过整地和适当配方施肥，改善土壤的物理性状，增加土壤的通透性和增强某些土壤微生物的活性，能够加快林地枯枝落叶的分解，从而改善土壤综合肥力，促进马尾松生长。同时应确保枯枝落叶留在林内，避免被当地群众收集，起到平衡人工林生态系统养分和防止地力衰退的作用。

[1] 刘文飞,樊后保,谢友森,等.闽西北马尾松人工林营养元素的积累与分配格局[J].生态环境,2008,17(2)：708-712.

[2] 舒文波,杨章旗,兰 富.施肥对马尾松中龄林生长量和产脂的影响[J].福建林学院学报,2009,29( 2)：97-102.

[3] 蒙春江,卢陆峰,贾 婕.环江县华山林场多树种造林试验[J].广西林业科学 ,2012,41(1)：48-52.

[4] 中华人民共和国林业行业标准.LY/T1999.森林土壤分析方法[S].北京：中国林业出版社,1999.

[5] 全国土壤普查办公室.中国土壤普查技术[M].北京：农业出版社 ,1992：111-112.

[6] 马姜明,李 昆.元谋干热河谷人工林的土壤养分效应及其评价[J].林业科学研究, 2006,19(4)： 467-471.

[7] 邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉：华中理工大学出版社,1987.

[8] 蒋云东,何 蓉,陈 娟.灰色关联分析在杉木人工林土壤肥力研究中的应用[J].云南林业科技,1998,(2)：34-38.

[9] 韩春建,梁朝信,吴克宁,等.基于GIS技术的灰色关联度法土壤肥力综合评价[J].农业工程学报,2008,24(1)：53-56.

[10] 李跃林,李志辉,李志安,等.桉树人工林地土壤肥力灰色关联分析[J].土壤与环境,2001,10(3)：198-200.

[11] 李月芬,汤 洁,林年丰,等.灰色关联度法在草原土壤质量评价中的应用[J].吉林农业大学学报,2003,25(5)：551-556.

[12] 林培松,尚志海.韩江流域典型区主要森林类型土壤肥力的灰色关联度分析[J].生态与农村环境学报,2009,25(3)：55-58.

[13] 刘 京,常庆瑞,陈 涛,等.黄土高原南缘土石山区耕地地力评价研究[J].中国生态农业学报,2010,18(2)： 229-234.

[14] 马建军,李青丰,张树礼.灰色关联分析在黑岱沟露天煤矿土壤质量评价中的应用[J].干旱区资源与环境,2007,21(7)： 125-129.

[15] 涂 佳,欧阳昶,吴建平,等.金银花氨基酸有机无机专用肥的增产示范研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(12)：191-194.

[16] 童方平,刘振华,吴际友,等.湿地松半同胞家系磷素利用效率的研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(12)：154-157.

Comprehensive evaluation on soil fertility variations in Pinus massoniana young plantation

QIN Qi-yun1,2,3, CAO Ji-zhao1,2,3, LI Jun4, HUANG Kai-yong1,2,3, TANG Jian1,2,3
(1.Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China ; 2. Key Lab.of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, Nanning 530002, Guangxi, China; 3.Guangxi Key Lab. of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Nanning 530002, Guangxi, China; 4. Maonan Autonomous County Forest Farm of Huanjiang County, Huanjiang 547100, Guangxi, China)

The soil chemical characteristics of Pinus massoniana planted in the same land by cutting Eucalyptus forest and wasteland in Huanjiang county of Guangxi province were analyzed, the land’s soil fertility variations were evaluated. The results show that after P. massoniana substituted Eucalyptus, the content of alkaline solution N , effective P, available K, exchangeable Ca and effective Zn in forest soil of 4-year-old P. massoniana stand and wasteland increased, the pH value was also raised compared to the previous, however,total N, total P, total K, exchangeable Mg and effective Cu decreased; the contents of organic matter and effective B decreased in 0～20 cm soil layer, but that of in 20～40cm soil layer increased; the soil integrated fertility was general poor in different age-grades P.massoniana forests and wasteland; after 4 years growth, soil integrated fertility of same soil layer of P. massoniana was lower than wasteland; except the soil integrated fertility of 4 age wasteland was no any variation in 0～20cm soil layer, that of the other 4 age P.massoniana and wasteland degraded in various degrees, while the soil fertility in 4 age P. massoniana forest soil in 20～40 cm layer degenerated most seriously.

Pinus massoniana young plantation; soil fertility; grey correlation analysis

S791.248

A

1673-923X(2013)03-0064-06

2012-09-17

世界银行贷款广西综合林业发展和保护项目监测子项目“土壤肥力监测”（JC3）

覃其云（1981-），男，广西上林人，助理工程师，硕士，主要从事土壤肥力和植物营养生理研究工作；E-mail：yunling181520@163.com

[本文编校：吴 毅]