桉树与格木混交初期土壤理化性质的变化

冯娇银, 黄昌谋, 施喜元, 黄晓露, 徐圆圆, 杨 梅

(1.广西国有高峰林场, 南宁 530001; 2.广西林业科学研究院, 南宁 530001; 3.广西大学 林学院, 南宁 530004)

桉树与格木混交初期土壤理化性质的变化

冯娇银1, 黄昌谋1, 施喜元1, 黄晓露2, 徐圆圆3, 杨 梅3

(1.广西国有高峰林场, 南宁 530001; 2.广西林业科学研究院, 南宁 530001; 3.广西大学 林学院, 南宁 530004)

以2年生桉树人工林及桉树、格木混交林为对象，对其造林初期林地土壤理化性质的变化进行研究，探讨其土壤理化性质、土壤酶活性与土壤酚类物质间的关系。结果表明：(1) 两种林分根区土壤pH值较小，0—20 cm土壤pH值大于20—40 cm，混交林林间0—20 cm土壤自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度均较桉树纯林大；对林间20—40 cm土层而言，桉树×格木混交林容重、总孔隙度、通气度、排水能力均比桉树纯林大，自然含水率、最大持水量相反。(2) 混交林林间0—20 cm土壤脲酶活性最大，为1.46 mg/(g·h)，脲酶、磷酸酶及多酚氧化酶活性均表现为桉树根区大于格木根区，且较桉树纯林桉树根区大。(3) 桉树纯林根区总酚、复合酚含量最大，混交林林间0—20 cm水溶酚含量最大，土壤水溶酚含量范围为0.62～2.04 μg/g。桉树纯林造林初期土壤中酚类物质含量较低，未造成土壤酚类物质的积累；桉树与格木混交初期能改善土壤理化性质，提高土壤酶活性；土壤理化性质、土壤酶活性与酚酸物质含量间存在着一定的相关性。

巨尾桉; 格木; 混交林; 土壤理化性质; 酚类物质

土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，其中富含生物、能源和矿物等资源，作为陆地生态系统的主要组分之一，在其物质循环和能量流动方面起着重要的作用[1]。土壤酶由土壤微生物和动植物活体分泌，参与土壤生态系统的物质循环和能量流动，可作为衡量土壤肥力的有效指示因子[2-3]，其与土地利用方式、物理化学性质等联系紧密，其活性可以反映土壤中生化反应过程的动向和强度，对环境改变灵敏，也可用于指示生态系统稳定[4-6]。酚类物质是植物生命活动中的次生代谢产物，能改变土壤中的营养物质形态及微生物种群分布，对植物本身或其他植物的生长发育造成影响[7-8]。酚类物质与土壤养分含量及土壤酶活性间存在着互作关系[9-10]，酚类物质在土壤中较难降解，在土壤中积累会引起植物的化感效应；同时，土壤中的酚类物质又是有机碳的重要组成部分，对土壤碳氮循环及其养分的供应有重要意义[11]。

桉树是我国南方重要的速生造林树种，现阶段关于桉树种植的争议较大[12-13]，且对桉树化感作用方面的研究不断增多，研究指出桉树通过淋溶释放、凋落物分解和根系分泌能产生酚酸等化感物质，这些物质能抑制林内其他植物和土壤微生物的生长[14-15]。经营混交林可解决桉树人工纯林带来的多种问题，近年来逐渐受到人们重视，混交林凋落物分解速率快，养分富集时间短，有利于生态系统物质及能量的循环[16]。现今关于桉树人工纯林及混交林土壤养分方面的研究较多[17-19]，但对桉树不同类型人工林土壤酚类物质及其土壤理化性质、土壤酶活性及酚类物质等方面的研究较少。本文以巨尾桉(Eucalyptusgrandis×Eucalyptusurophylla)人工林及桉树、格木(Erythrophleumfordii)混交林为对象，对其造林初期林地土壤理化性质的变化进行研究，探讨其土壤理化性质、土壤酶活性与土壤酚类物质间的关系，旨在为选择桉树混交树种及进行林地质量评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于中国林科院热带林业试验中心(21°57′47″—22°19′27″N，106°39′50″—106°59′30″E)，地处广西西南部，属南亚热带季风型半湿润—湿润气候，年均气温20.5～21.7℃，年均降雨量1 200～1 500 mm，年均相对湿度80%～84%，干湿季节较为明显。该中心地处低山丘陵区，最高海拔1 045.9 m。地域内土壤主要有紫色土、红壤、砖红壤性红壤、黄壤和石灰土5种类型。巨尾桉人工林第1代纯林及巨尾桉×格木混交林林龄均为2 a，均采用植苗造林，巨尾桉×格木混交林中桉树、格木以1∶1的比例进行混交。其林分基本特征见表1。

表1 林分特征

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集 参照《(LY/T1210—1999)森林土壤样品的采集与制备》进行土壤采样和样品处理，试验于2010年8月进行，在巨尾桉纯林、巨尾桉×格木混交林内分别设置3块20 m×20 m的样地，分别在各样地中选择5株平均木，在距树干1 m处设置土壤剖面，按土层深度0—20，20—40 cm两个层次分别采取土壤样品，各土层土壤充分混合后为林间土壤样品；不同林分内分不同树种进行根区取样，在不伤害树木根系的情况下，距树干20 cm处取0—20 cm层次土壤，将其充分混合后作为根区土壤样品。样品采集后密封于样品袋中，带回实验室进行风干、研磨、过筛等处理，并于4℃下保存。

1.2.2 指标的测定及方法 土壤理化性质的测定[20]：采用环刀法测定土壤容重、自然含水率、最大持水量、总孔隙度、通气度和排水能力。

土壤酶活性的测定[21]：脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；多酚氧化酶采用邻苯三酚比色法测定。

土壤酚类物质含量的测定：总酚含量采用分光光度计发测定[22]；水溶酚和复合酚含量参考谭秀梅等[23]的方法进行测定。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel软件对数据进行统计，并使用DPS对试验结果进行LSD多重比较、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 两种林分土壤理化性质

由表2可知，桉树纯林、桉树×格木混交林林间土壤各层次的pH值均较根区大，且桉树纯林林间0—20 cm土层土壤的pH值比20—40 cm大，桉树×格木混交林中桉树根区0—20 cm土层土壤的pH值最小，为4.40。不同林分类型不同土层的土壤理化性质存在着一定的差异，除容重外，桉树纯林及桉树×格木混交林林间0—20 cm土层土壤各指标均较20—40 cm大，桉树×格木混交林林间0—20 cm土层土壤自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度均较桉树纯林大，对林间20—40 cm土层而言，桉树×格木混交林容重、总孔隙度、通气度、排水能力均显著大于桉树纯林，自然含水率、最大持水量相反。

表2 两种林分土壤理化性质

注：不同大写字母表示在0.01水平上差异显著；不同小写字母表示在0.05水平上差异显著；下表同。

2.2 两种林分土壤酶活性

如表3所示，桉树×格木混交林林间0—20 cm土壤脲酶活性最大，为1.46 mg/(g·h)，两种林分土壤脲酶活性均有林间0—20 cm>林间20—40 cm>根区0—20 cm规律。两种林分不同位置土壤间磷酸酶活性相差较大，桉树纯林林间0—20 cm土壤中磷酸酶活性最大，为56.31 μg/(g·h)，较桉树×格木混交林大45.39%，桉树纯林的土壤酸性磷酸酶活性表现为林间0—20 cm>林间20—40 cm>根区0—20 cm，混交林中表现为林间0—20 cm>根区0—20 cm>林间20—40 cm；混交林中桉树根区土壤磷酸酶活性较格木根区大37.04%，较桉树纯林桉树根区大78.08%。桉树纯林林间0—20 cm土壤中多酚氧化酶活性极显著大于其他林地位置土壤，1.06 mg/(g·h)，桉树纯林土壤酸性多酚氧化酶活性大小为林间0—20 cm>林间20—40 cm>根区0—20 cm，混交林中桉树根区土壤多酚氧化酶活性较格木根区、桉树纯林桉树根区大。

表3 两种林分土壤酶活性

2.3 两种林分酚类物质含量

两种林分土壤总酚含量差异较大，其大小为根区0—20 cm>林间0—20 cm>林间20—40 cm，桉树纯林根区土壤总酚含量最大，为1 442.56 μg/g，较林间0—20 cm，20—40 cm土壤分别高45.91%和95.41%，较混交林中桉树根区高31.93%，混交林中桉树根区土壤总酚含量较格木根区高34.72%。两种林分土壤水溶酚含量大小表现为林间0—20 cm>林间20—40 cm>根区0—20 cm，混交林林间0—20 cm土壤水溶酚含量显著大于其他位置土壤，为2.04 μg/g，林地中同一位置土壤水溶酚含量均有混交林大于纯林，混交林中格木根区土壤水溶酚含量较桉树根区大；两种林分水溶酚含量范围为0.62～2.04 μg/g，。两种林分中根区土壤复合酚含量极显著大于林间土壤；混交林中桉树根区土壤复合酚含量最大，为69.55 μg/g，桉树根区土壤复合酚含量较格木大(表4)。

表4 两种林分土壤酚类物质含量 μg/g

2.4 两种林分土壤理化性质及酚类物质含量的相互性分析

如表5所示，脲酶与pH值、自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力等土壤理化性质指标之间存在极显著正相关关系；酸性磷酸酶与自然含水率、最大持水量、脲酶间存在正向相关关系，相关系数均达到显著水平；多酚氧化酶与自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力、脲酶、酸性磷酸酶之间存在极显著正相关关系；总酚与pH值、自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度之间存在极显著负相关关系，与排水能力、脲酶间呈显著负相关；水溶酚与pH值、自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力、脲酶、多酚氧化酶间呈极显著正相关关系，与总酚呈极显著负相关关系；复合酚与pH值、自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力、总酚间存在极显著负相关关系，与脲酶、水溶酚间呈显著负相关关系。

表5 两种林分土壤理化性质及酚类物质含量间的相关系数

注：*表示存在显著相关(p<0.05)，**表示存在极显著相关(p<0.01)。

3 讨 论

土壤结构的稳定性控制着生态系统内部许多功能，其中土壤物理性质可直接影响林木根系生长及其对水分、养分的吸收[24]。土壤物理性质与土壤酶活性、土壤酚类物质含量间关系密切，自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力与脲酶、多酚氧化酶、水溶酚间存在极显著正相关关系，与总酚、复合酚呈显著负相关或极显著负相关。桉树、格木混交初期可改善土壤物理性质，从而对土壤中脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶的活性造成影响，同时使酚类物质含量发生改变。土壤物理性质的改善主要与地上植被生物量的积累和枯落物的数量有关[25]，桉树树冠为尖塔形，格木树冠较大，两者混交能有效利用光能，可提高林分生物量及枯落物的积累；桉树生长较快，主根深，而格木生长相对缓慢，在造林初期根系仍分布在浅层土壤，使混交林土壤疏松，林地土壤物理性质表现较优，并且混交林林间0—20 cm土壤脲酶活性及水溶酚含量均达到最大。由于混交林中树种种间关系存在对光、土壤水分和部分养分竞争的负相互作用，和通过改良土壤和改善小气候而彼此互补的正相互作用[26]，桉树与格木混交有利于改变林地生物环境和化学环境，土壤中脲酶、酸性磷酸酶及多酚氧化酶活性均表现为桉树根区大于格木根区，且较桉树纯林桉树根区大，表明桉树与格木间产生了互相促进的作用。

土壤中酚类物质主要来源于植物残体、枯枝落叶的分解及根系的分泌物，酚类物质与土壤酶活性具有一定的关系，低浓度的酚类物质可使土壤多酚氧化酶、脲酶酶活性上升，而当酚类物质浓度达到一定程度这些酶活性会下降[27]。pH值与土壤脲酶、水溶酚间呈极显著正相关关系，与总酚复合酚之间存在极显著负相关关系，研究表明pH值对土壤酶活性有重要影响[28]；而土壤酚类物质受pH值影响[11]，林间土壤pH值较高，酚氧化酶活性较强，可以使酚类物质分解加快，使酚类在土壤中的积累量减少，根区pH值较低，微生物活动受到影响；水溶酚属于游离酚，其含量可能与林间枯枝落叶的分解和淋溶有关，土壤中的水溶酚和复合酚处于动态平衡[29]，所以总酚、复合酚主要分布在植物根区，而林间水溶酚含量较大，且在混交林上层土壤中含量较多，且纯林中桉树根区积累的总酚、复合酚会比较多，且其土壤酶活性相对较低，不利于酚类物质的分解。在土壤中，水溶性酚含量一般较低，几种常见酚酸含量一般为0.1～30 μg/g[30]，而试验中土壤水溶酚含量范围为0.62～2.04 μg/g，酚类物质含量较低。同时，桉树与格木混交还可能会使林地土壤微生物繁殖加快，使土壤酶类活力增强，从而加快酚类物质的分解，使林地酚类物质含量保持在较低水平[31-36]。

可见，桉树与格木混交在造林初期可改善土壤理化性质，提高土壤酶活性，降低林地总酚的含量，土壤理化性质、土壤酶活性与酚酸物质含量间存在着一定的相关性。格木为豆科植物，与桉树混交初期效果相对较好，但试验林分栽植年限较短，混交对土壤整体水平的影响尚不明确，酶活性、酚类物质的变化与土壤微生物关系、对养分分解和释放的影响需要对试验林进行长期跟踪观测，对混交林分土壤理化性质、养分归还、土壤呼吸、水土流失和经营措施等方面开展研究。桉树与格木混交林林间土壤中水溶酚含量上升，可能与微生物有较强的分解酚酸的能力有关[33]。

4 结 论

(1) 两种林分根区土壤pH值较小，0—20 cm土壤pH值大于20—40 cm，混交林林间0—20 cm土壤自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度均较桉树纯林大；对林间20—40 cm土层而言，桉树×格木混交林容重、总孔隙度、通气度、排水能力均比桉树纯林大，自然含水率、最大持水量相反。混交林可在一定程度上改善土壤理化性质。

(2) 混交林林间0—20 cm土壤脲酶活性最大，为1.46 mg/(g·h)，脲酶、酸性磷酸酶及多酚氧化酶活性均表现为桉树根区大于格木根区，且较桉树纯林桉树根区大。桉树纯林根区总酚、复合酚含量最大，混交林林间0—20 cm水溶酚含量最大，土壤水溶酚含量范围为0.62～2.04 μg/g。混交林中土壤酶活性较高，且酚类物质含量较低。

(3) pH值、自然含水率、容重、最大持水量、总孔隙度、通气度、排水能力与脲酶、多酚氧化酶、水溶酚间存在极显著正相关关系，与总酚、复合酚呈显著负相关或极显著负相关；脲酶与总酚、水溶酚、复合酚呈显著负相关或极显著负相关，多酚氧化酶与水溶酚间存在极显著正相关关系。土壤理化性质与土壤酶活性、土壤酚类物质含量间关系密切。

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ChangesofSoilPhysicalandChemicalPropertiesofForestLandintheEarlyStageofEucalyptusandErythrophleumfordiiMixedForest

FENG Jiaoyin1, HUANG Changmou1, SHI Xiyuan1, HUANG Xiaolu2, XU Yuanyuan3, YANG Mei3

(1.GuangxiGaofengState-OwnedForestFarm,Nanning530001,China; 2.GuangxiForestryScienceResearchInstitute,Nanning530001,China; 3.CollegeofForestry,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)

Study on the changes of soil physical and chemical properties of forest land in the early stage of afforestation was carried out with 2-year-oldEucalyptusgrandis×Eucalyptusurophyllaplantations and the mixed forest ofEucalyptusgrandis×EucalyptusurophyllaandErythrophleumfordiias the samples. The relationship between soil physical, chemical properties, soil enzyme activities and soil phenolic substances was investigated. The results show that: (1) the pH values of soil in the root zone of the two kinds of forest stands were small. The pH value in the 0—20 cm soil layer is greater than that in the 20—40 cm layer. The soil natural moisture content, bulk density, maximum moisture content, total porosity and aeration degree in the mixed forest in 0—20 cm soil layer were higher than those in the pure forest. For 20—40 cm depth in the forest, the bulk density, total porosity, ventilation and drainage capacity were higher than those in the pure forest, but the natural water content and maximum water holding capacity were instead. The urease activity in mixed forest in the 0—20 cm soil layer was 1.46 mg/(g·h), which reached the maximum. The activity of urease, phosphatase and polyphenol oxidase in the mixed forest showed that in theEucalyptusgrandis×Eucalyptusurophyllaroot zone was bigger thanErythrophleumfordiiroot zone, and there were minimum in theEucalyptusgrandis×E.urophyllaroot zone in the pure forest. The content of total phenols and compound phenols were the largest in the root zone in the pure forest. The content of water soluble phenol in the 0—20 cm soil layer of mixed forest was maximum. The content range of soil water soluble phenol was 0.62～2.04 μg/g. The contents of phenolic compounds in soil were low in the early stage of pure forest, it did not accumulated in the soil.Eucalyptusgrandis×EucalyptusurophyllaandErythrophleumfordiimixed planting could improve soil physical and chemical properties and soil enzyme activity in the early stage. There was a certain correlation between soil physical and chemical properties, soil enzyme activities and the contents of phenolic acids.

Eucalyptusgrandis×Eucalyptusurophylla;Erythrophleumfordi;mixed forests; soil physical and chemical properties; phenolic compounds

2016-05-23

：2016-06-07

国家自然科学基金(31260176);广西自然科学基金 (2015GXNSFAA139081)

冯娇银(1970—),女(壮族)广西南宁人,本科,主要从事人工林培育与经营方面的林业生产与管理工作。E-mail:121954148@qq.com

杨梅(1970—),女,吉林长春人,教授,博士,主要从事森林培育方面的研究及教学工作。E-mail:fjyangmei@126.com

S792.39

：A

：1005-3409(2017)03-0295-06