我国桉树人工林对土壤状况影响研究进展

郑洲翔，张艳艳，廖文莉，刘德浩，陈智涛

(1.惠州学院生命科学学院，广东 惠州516007；2.惠州市林业科学研究所，广东 惠州516001)

桉树是我国三大优良速生树种之一，共有1 039个种和变种，分别隶属于桃金娘科桉属(Eucalyptus)、杯果木属(Angophora)和伞房属(Corymbia)[1-2]。当前，我国桉树主要分布华南地区，其人工林面积达546.74万公顷[3]。广西种植面积最大。我国人均用纸量由6 kg提高到70 kg，成为世界第一的人造板产能大国，均有桉树的贡献[4]。据报道，桉树林平均生长量为马尾松(Pinus massoniana)的3.5倍、杉木(Cunninghamia lanceolata)的2.3倍[5]。

桉树人工林对土壤影响主要表现在土壤养分、水分、有机碳、腐殖质、酶活性和微生物等方面。有文献报道，桉树人工林消耗大量养分和水分，在一定程度上造成土壤肥力下降，地力衰退等现象[6]。为科学合理地种好、管好和用好桉树[7]，我国不少学者展开了桉树人工林对土壤状况影响的研究工作，为科学合理种植桉树提供了依据。

1 桉树人工林对土壤理化性质的影响

有研究表明桉树人工林可改善土壤理化性质。徐伟等[8]通过对比海南不同林地土壤差异，认为海南桉树人工林地相对于橡胶林(Hevea brasiliensis)、马占相思(Acacia mangium)等其他人工林地有利于减低土壤容重，增加水稳性团聚体稳定性，可减少土壤破坏，降低水土流失，有利于提高土壤有机质含量。候宁宁等[9]在研究1、3和5 a生桉树人工林和与之对应的米老排(Mytilaria laosensis)林、杉木林和马尾松林土壤基本物理性质发现，1、3和5 a生桉树林土壤容重均低于之前的马尾松林和杉木林，但高于米老排林。唐常源等[10]利用三维荧光光谱结合平行因子分析法，对土壤中有机循环代谢最为旺盛的化学物质——溶解有机质(DOM)进行分析，发现在0 ~ 30 cm土壤层中，桉树林和天然次生林土壤中的DOM的陆源输入多于天然次生林。刘月秀等[11]通过对广东省桉树人工林的土壤抽样调查和分析，分析桉树人工林土壤体积质量、总孔隙度、毛管孔隙度、吸湿水含量、毛管持水量和全容水量等物理性质，认为广东桉树林地土壤质量尚可。

但也有研究发现，桉树人工林影响了土壤的理化性质。广西南部桉树人工林地土壤较黏重，随着树龄增加，土壤有机质含量、孔隙度、渗透率、持水量逐渐增加[12]。粤西桉树人工林全钾含量缺乏，全氮和有机质养分水平低[13]。龚珊珊等[14]发现桉树人工林土壤表层的有机质、全氮、全磷、全钾含量明显低于天然林，土壤容重增加而阳离子交换量降低。夏体渊等[15]对滇中桉树人工林与邻近区域群落土壤进行肥力变化进行分析，发现桉树人工林全年表现出对土壤养分的持续耗竭，与邻近区域群落相比，较易造成生态系统土壤养分贫瘠化。广西桉树林地土壤普遍呈酸性，pH多为4.5 ~ 5.0；土壤N含量属中等水平，土壤P严重缺乏，K素养分处于缺乏水平，有机质含量属中等水平，微量元素B、Cu、Zn较为缺乏，尤其是B含量处于极贫状况[16]。曹鹤等[17]研究了华南地区8种林地的土壤物理性质，根据其土壤特点分类，尾叶桉(E.urophylla)林地土壤物理性质最差，上层的土壤容重大于中层和下层，毛管孔隙度和毛管持水量较大，非毛管空隙度和自然含水量较小。桉树人工林土壤理化性质研究结果差异显著，有学者对研究桉树人工林地土壤养分含量的变异性，发现全氮、全磷、全钾和有机质均为中等变异性，水平差异性显著；全磷养分水平为极缺，全氮与有机质量呈极显著正相关，全磷与全钾呈极显著负相关[18]。

桉树人工林多采用连栽种植，导致土壤肥力下降。明安刚等[19]对广西东门林场连栽桉树人工林土壤养分的变化情况进行了研究，发现连栽导致桉树人工林多数土壤养分含量不同程度的下降。叶绍明等[20]通过对连栽桉树人工林土壤的理化性质进行分析，发现影响桉树人工林土壤综合肥力主要因素是土壤物理性质和 N、P、K 三大营养元素，桉树人工林经3代连栽后，其林地土壤综合肥力较第1、第2代桉树人工林明显下降。王纪杰[21]发现桉树人工林连栽土壤肥力变化主要在0 ~ 20 cm土层，其肥力随林龄增加而有下降趋势。不同连栽代数下桉树人工林土壤有机质含量大小排序为灌草坡＞1代林＞2代林＞3代林[22]。不同栽植代次土壤中全P含量大小排序为：灌草地>第3代林>第1代林>第2代林，其中有效P含量随栽植代次增加而减少[23]。中、高代次连栽林分的土壤有机质、全氮、全钾、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾等8种肥力指标显著下降[24]。桂北尾叶桉三代连栽连作人工林研究发现土壤肥力质量先增加后降低，尾叶桉连栽两代后土壤理化性质退化显著[25]。

2 桉树人工林对水分的影响

引种桉树在一定程度上造成了土壤水减少、水位降低等问题[26-30]。土壤水土保持功能在轮伐期内随林龄增加而降低，二代连栽可使下层土壤产生板结倾向[21]。时忠杰等[31]发现桉树人工林蓄水能力低于或接近于亚热带和热带山地森林土壤的蓄水能力。刘挺等[32]发现在澳大利亚 Tumbarumba站点，桉树倾向于利用浅层土壤水，而在降雨较少浅层土壤水不足以维持生存需要时，较深层土壤水便成为其可靠的水分来源。在广东湛江纪家站点，桉树林主要使用浅层土壤水，几乎不使用深层土壤水和地下水。张宁南[33]在研究中发现纪家站点由于持水性高，更多水分以地表蒸发的形式散失，在砂质土的持水性差，但渗透性高，旱季时桉树人工林有可能吸收深层土壤水。赵从举[34]还发现林龄较大的桉树人工林消耗较多的深层土壤水分。20 a桉树林的年均土壤水分与10 a椰林土壤水分差别不明显。短伐桉树林土壤水分明显低于椰林，短伐桉树人工林产生较大土壤水生态负面影响。杨钙仁[35]在研究中也指出桉树人工林强烈的土壤蒸发以及表土较强的拦蓄能力导致桉树人工林产流量明显小于混交林。桉树人工林对区域水资源安全存在威胁，雨季降雨偏少情况下其对水资源安全的威胁更严重。实行桉树人工林面积总量控制、避免区域过度集中种植和减小连片种植面积可有效降低桉树人工林对水资源的影响。张宁南[33]认为当降雨量超过1 200 mm，桉树人工林不会抽取地下水及对区域水量平衡有负面影响。

正常情况下，桉树林溪水COD、总硝态N、铵态N、总P符合或高于国家地表水三类水质标准，非施肥期间正常生长桉树人工林对林区地表水水质安全[34]。施肥期间，桉树人工林中水体污染来源于施肥中的硝态N，最高超出国家地表水五类水质标准的4倍。雨后分片分期施肥可减轻桉树人工林对水源污染。

桉树人工林区水体突发性泛黑现象，来源于桉树叶腐解过程中释放的单宁酸，黑色溶解性有机碳(DOC)、Fe、Mn。水环境中硫化物主要来源于底泥。单宁酸与金属离子结合形成的黑色络合物，Fe、硫化物、Mn在水体缺氧时形成的黑色金属硫化物，该物质威胁区域水质安全[36-37]。

3 桉树人工林有机碳的研究

桉树人工林土壤的碳储量是桉树林生态系统的重要部分。不同林龄、不同连栽次代桉树人工林土壤中有机碳含量研究发现，桉树林地土壤固碳能力强，土壤有机碳含量随土层深度增加而减少[38]。竹万宽等[39-40]发现土壤有机碳储量为 10 a> 8 a> 15 a >5 a > 7 a > 3 a > 2 a > 1 a。

吕小燕等[41]发现对广西东门林场不同栽植代数(1、2和3代)桉树人工林连栽过程中土壤有机碳和全氮低于邻近马尾松林，且随栽植代数下降。人工林土壤有机碳含量与全氮含量均呈极显著相关性，土壤有机碳、全氮与C/N之间也呈显著相关。东门林场1 ~ 8 a桉树人工林土层的土壤碳储量是随林龄增加而增加[42]。

段春燕等[43]发现在1 ~ 5 a生的桉树人工林中，土壤有机碳表现为先增加后降低再增加的趋势，顺序为5 a >3 a >4 a >2 a >1 a。陈奎帆[44]发现桉树林下土壤有机碳含量高于无林地土壤，桉树林土壤有机碳7 ~ 8 a > 3 ~ 4 a。肖斌[45]发现不同连栽代次桉树林土壤有机碳含量随着连栽代次增加表现为先减小后增加再减小的趋势，以三代桉树林土壤有机碳含量为最高，桉树林替代马尾松林后，一定程度上提高了土壤有机碳含量。刘姝媛等[46]研究了广东省粤北、粤东、粤西和珠江三角洲4个地区桉树人工林土壤有机碳含量和有机碳密度，发现桉树人工林土壤有机碳含量略高于同地区马尾松和杉木人工林。有机碳密度与海拔、A层和B层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量和全氮含量呈显著正相关；土壤毛管孔隙度、毛管持水量和pH值是影响有机碳密度的主导因子。

关于桉树林土壤有机碳调查出现的数据偏离的问题，张苏峻等[47]在分析粤西肇庆的1 a生和3 a生桉树人工林100个调查样点的数据过程中，提出有机碳密度不仅与土壤理化性质如土壤密度、电导率、pH值、土壤氮磷钾有关，且与坡度和坡向等地形因子有关。土壤理化性质和地形因子可解释有机碳密度47% ~ 60% 的信息量，各样点的主要决定因子及作用大小不一致。

竹万宽等[40]以8、10和15 a生桉树人工林为研究对象，发现各林龄之间碳氮储量无显著性差异。许宇星等[48]以雷州半岛内8 a生尾巨桉(E. urophylla×E. grandis)林、8 a生赤桉(E. camaldulensis)林和15 a生湿加松(P. elliottii×P. caribaea)林作为研究对象，发现3种人工林土壤有机碳、全氮质量分数未产生显著差异；土壤碳磷比低于全国平均值，人工林生长均受氮元素限制。

4 桉树人工林土壤腐殖质、酶活性和微生物研究

卢万鹏等[49]发现桉树人工林土壤胡敏酸碳含量、富里酸碳含量低于灌草坡，且含量随连栽代数增加而下降。微生物依赖土壤有机质获取碳源和能源，因此土壤的理化性质直接影响微生物状况。陈超凡[50]发现不同土层的马尾松、红椎(Castanopsishystrix)、米老排和火力楠(Michelia macclurei)人工林的土壤酶活性和微生物数量和多样性均大于桉树人工林。糖类、氨基酸类、多聚物类、羧酸类和芳香类碳源是引起不同林分之间土壤微生物功能多样性差异的敏感碳源。陈法霖等[51]也发现桉树人工林取代天然次生林导致土壤微生物生物量减少，土壤微生物群落碳代谢强度和多样性显著降低。桉树凋落物影响下的土壤微生物群落的生物量、多样性和代谢活性均较低，表明桉树凋落物为土壤微生物群落提供生境和食物的能力较弱[52]。李朝婷等[53]发现中、高代次连栽林分的土壤肥力指标及土壤酚氧化酶、过氧化物酶、酸性磷酸酶、脲酶、β-1，4-葡糖苷酶、N-乙酰-β氨基葡糖苷酶等6种酶活性显著下降，导致严重的外来植物入侵。

桉树根际土壤微生物是桉树人工林土壤微生物的重要组成部分，与根系共生后可促进植物养分运输、提高植物逆境生存能力。桉树根系中共生真菌多样性丰富，弓明钦等[54]调查华南地区的桉树林根际发现 11种外生菌根真菌。朱天辉等[55]调查四川桉树林发现17种外生菌根真菌，隶属9科11属。单体江等[56]综述了国内报道的桉树内生真菌主要包括茎点霉属等 10多个属。王思佳等[57]在广州市长岗山自然保护区的桉树林根系中分离并鉴定出二型伞霉，同时证明是桉树根系的内生真菌。梁京威等[58]初步确定了桉树内生真菌二型伞霉的最佳培养条件，验证了其对桉树生长的促进作用。有研究发现土壤微生物可减轻桉树化感物质对植物生长的影响[59]，从桉树根际分离出两种真菌可有效降低或转化桉树人工林土壤中化感物质[60]。李佳雨等[61]发现桉树人工林土壤AM真菌群落结构主要受土壤pH值变化的影响。2 a生和10 a生桉树林中土壤pH和有机碳显著降低，AM真菌的孢子密度在桉树林土壤中显著低于次生林土壤。

放线菌是土壤微生物中的一个主要类群，其存在反映生态多样性，对自然界物质循环起着重要作用，同时还是很好的生防菌资源。樊炳君等[62]从桉树根际土壤经分离获得73株放线菌，发现桉树根际放线菌类群组成主要为链霉菌，酶活性较丰富。

5 小结与展望

我国人均森林资源匮乏，如何满足人民生活水平提高和社会发展对木材及其森林产品需要、如何实现生态环境的改善和社会可持续发展，是我国林业发展面临的巨大任务[63]。桉树人工林是世界人工林的重要组成部分，在木材资源供给和应对气候变化等方面起重大作用[64]。桉树人工林经营带来的地力退化等生态问题，亟需重视，且需研究探讨如何提升桉树人工林的质量及其生态效益。

从桉树人工林土壤理化性质分析来看，目前桉树人工林引起土壤肥力下降多由中高代次连栽造成。我国80%以上桉树人工林采取短周期连栽方式，轮伐期比世界其他国家普遍要短，一般为5 ~ 7 a，甚至缩短到3 ~ 5 a[65]。合理种植如低代次、低密度、混交林等形式的桉树人工林与马尾松林、杉木林等相比，可减低土壤容重，增加水稳性团聚体稳定性，可减少土壤破坏，降低水土流失，提高土壤有机质含量[9-11]。

强烈的土壤蒸发以及表土较强的拦蓄能力导致桉树人工林不适合在水资源相对稀缺的区域种植[33]。在水资源相对稀缺的区域，桉树人工林汲取深层地下水，可造成水土流失等问题。桉树叶腐解释放物以及施肥等或导致水源污染[36-37]，因此桉树人工林不适合作为水源涵养林。

桉树林地土壤固碳能力强，7 a以上桉树人工林在10 a达到峰值，7 a以下桉树人工林在5 a达到峰值[39-40,43]。桉树人工林土壤腐殖质、酶活性和微生物种类和数量均低于灌草坡、天然次生林。土壤酶活性下降导致易遭受外来物种入侵。桉树根际土壤微生物丰富，不少根系共生菌可促进植物养分运输、降低桉树化感物质，提高植物逆境生存能力[58,60-61]。

桉树人工林以提供木材为主，考虑到地力消耗、水资源问题时，需以低代次、多种树种混交、减低栽植密度等方式，在降雨量超过1 200 mm 地区种植，砍伐期应适当延长，如以土壤有机碳含量最高(5 a或10 a)时期采伐。桉树人工林土壤养分缺乏，尤其是P元素。可通过桉树人工林土壤腐殖质、酶活性和微生物等方法提高桉树人工林土壤肥力。