广西不同区域台湾桤木人工林土壤理化特征*

彭玉华，谭长强，郑威，黄小荣，申文辉，何峰，陈始贵

(广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002)

土壤是森林生态系统的重要组成部分，是森林生态系统中物质和能量交换的重要参与者和载体，为植物生长发育提供所需物质基础，在维护森林健康、促进森林更新中发挥着重要作用[1-2]。森林通过枯枝落叶改善土壤物理性状，同时土壤中储存着大量的营养物质决定着植物的生长发育和生态系统的结构、功能、生产力水平[3]。因此，深入研究土壤理化性质，对于保护和提高土壤肥力以及合理调控机制，促进林业的可持续发展具有重要意义。

台湾桤木(Alnusformosana)在我国台湾被列为二级木材树种，为该省的特有种，其适应性强，喜光，喜湿且耐湿，耐瘠薄，并具一定的耐干旱能力。台湾桤木为非豆科根瘤固氮植物，具有培肥土壤、保持地力的作用，是我国南方改善林木树种结构、建设生态林业的一个优良速生阔叶树种[4-8]。为了改变广西现有人工林树种、材种单一，生态功能薄弱，三大经济效益无法有效统一的不利局面，广西在21世纪初从四川相继引进台湾桤木优质种源种子及幼苗，进行了台湾桤木区域试验[9]、容器育苗[10-11]、光合生理特性[12]、生长节律[5]及台湾桤木混交林土壤理化性质[2,13]的初步探索，台湾桤木适应广西的气候，生长快速，可以作为与短周期桉树工业原料林、松、杉人工林轮作或混交造林以改善地力和防止地力衰退的主要树种。刘秀等[9]报道过不同区域台湾桤木纯林土壤理化特性，但其人工林种植年限较短，仅为2～3 a。为了进一步研究台湾桤木在广西境内引种后对林地土壤理化性质的影响，本研究选取桂东、桂南、桂西、桂中4个区域台湾桤木6 a生人工林进行土壤理化性质测定分析，以了解广西不同区域台湾桤木人工林土壤理化性质特征，为台湾桤木在广西的引种和可持续发展提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验设置在4个试验点，分别位于桂东的玉林市林科所(YLS)、桂南的高峰林场(GF)、桂中的三门江林场(SMJ)和桂西的派阳山林场(PYS)。各试验地自然概况及立地条件见表1～表2。

表1 各试验地自然概况

表2 各试验地立地条件

各试验点均是2013年3—4月造林，造林技术措施基本一致。造林前进行穴状整地，穴规格为50 cm×50 cm×40 cm。在填土回穴前每穴放入复合肥(N︰P︰K=15︰15︰15)150 g，与底土充分拌匀后继续回满土备栽，雨后穴内土壤湿润时定植。造林用种来源于四川省，造林苗木为广西林业科学院培育的容器苗，苗高40 cm以上、地径0.35 mm以上，造林密度1 650株/hm2。造林后每年的6—7月除草、扩坎、施肥(复合肥250～800 g/株)1次，连续3 a。

1.2 样品采集与处理

2019年3月份，在每个试验点根据地形分别设置6块典型且具有代表性的20 m×20 m样地，采用环刀取样分析法，在每个样地中间挖取1个土壤剖面，按0～20、20～40、40～60 cm分层采样。每层在每个剖面分左、中、右采集环刀、铝盒土样，供实验室测定土壤水分、物理性质使用；按0～20、20～40、40～60 cm分层采集混合均匀的1 kg左右土样，风干后过筛，用于土壤化学性质测定。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤持水性状、物理性状测定

土壤含水量测定用烘干法 土壤容重测定采用环刀法；毛管孔隙、非毛管孔隙采用环刀浸水法。根据测定结果计算土壤容重(g/cm3)、土壤含水率(%)、最大持水量(g/kg)、毛管持水量(g/kg)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、总孔隙度(%)。具体测定及计算方法参照林业行业标准《LY/T 1215—1999 森林土壤水分-物理性质的测定》[14]。

1.3.2 土壤化学性质测定

土壤化学指标委托广西大学测定。土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，土壤pH值采用电位法测定，土壤全氮采用凯氏定氮法测定，水解氮采用碱解-扩散法测定，全磷采用钼锑抗比色法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提法测定，全钾采用酸溶-火焰光度法测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.3.3 土壤养分含量分级

参照全国第二次土壤普查[15]、金为民[16]、广西土壤肥料工作站[17]以及罗建谋等[18]的有关标准，进行土壤pH值、土壤容重及土壤养分分级(分级标准见表3和表4)，据此对广西不同区域台湾桤木人工林的土壤pH值、土壤容重性质状况及土壤养分丰缺状况进行分析。

表4 土壤养分分级标准

1.4 数据分析

数据运用Excel 2010及SPSS 19.0软件进行处理与分析。利用单因素方差分析和最小显著差法(α= 0.05)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同区域台湾桤木人工林土壤物理性质

从图1可见，不同区域间台湾桤木人工林土壤容重差异显著，派阳山林场土壤容重显著大于其它区域，由高到低依次为派阳山林场、高峰林场、玉林市林科所、三门江林场；不同区域同一土层土壤容重差异显著；同一区域不同土层土壤容重差异不显著，均随着土层加深呈递增趋势。由表 5可知，不同区域间台湾桤木人工林土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差异显著，派阳山林场土壤总孔隙度显著低于其他区域，高峰林场、玉林市林科所土壤毛管孔隙度显著高于派阳山林场和三门江林场，三门江林场土壤非毛管孔隙度显著高于其他区域。不同区域间土壤总孔隙度在0～20 cm土层和20～40 cm土层差异不显著，在40～60 cm土层差异显著；不同区域间土壤毛管孔隙度在0～20 cm土层和40～60 cm土层差异显著,在20～40 cm土层差异不显著；不同区域同一土层的土壤非毛管孔隙度差异显著；同一区域不同土层间土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差异不显著，其变化没有规律。

表5 不同区域台湾桤木人工林土壤孔隙度

图1 不同区域台湾桤木人工林土壤容重、持水性能

不同区域间台湾桤木人工林土壤质量含水率、最大持水量和毛管持水量均差异显著，其变化规律基本一致，由大到小依次为三门江林场、玉林市林科所、高峰林场、派阳山林场；多重比较表明，三门江林场3个土层的土壤质量含水率显著高于高峰林场和派阳山林场，土壤最大持水量显著高于其他区域，土壤毛管持水量显著高于派阳山林场；同一区域不同土层的土壤质量含水率变化不一致，高峰林场、派阳山林场、三门江林场均是20～40 cm土层最高，玉林市林科所是0～20 cm土层最高；同一区域不同土层的土壤最大持水量和毛管持水量变化基本一致，除了三门江林场土壤毛管持水量外其他的均是随着土层加深而减少。

2.2 不同区域台湾桤木人工林土壤化学性质

土壤化学性质分析结果(表6)表明：土壤pH在不同区域间差异显著，派阳山林场显著高于其它区域；不同区域土层间，20～40 cm土层和40～60 cm土层土壤pH差异显著，0～20 cm土层差异不显著；同一区域不同土层的土壤pH变化不一致，高峰林场和三门江林场随着土层的加深而降低，玉林市林科所和派阳山林场随着土层的加深而增加。不同区域间台湾桤木人工林的土壤有机质除0～20 cm土层外，其他土层和平均值均差异不显著，由高到低依次为高峰林场、三门江林场、玉林市林科所、派阳山林场；同一区域不同土层的土壤有机质变化规律均随着土层加深而降低。

表6 不同区域台湾桤木人工林土壤化学性质

不同区域间台湾桤木人工林土壤全氮、全磷、全钾，除40～60 cm土层的土壤全氮达不到显著差异外，其他的均差异显著；不同区域不同土层中，0～20 cm土层土壤全氮玉林市林科所最大、20～40 cm土层和40～60 cm土层土壤全氮三门江林场最大，土壤全磷是三门江林场显著大于其他区域，土壤全钾是玉林市林科所显著大于其他区域；同一区域不同土层间随着土层深度增加，土壤全氮随之降低，而土壤全钾随之增加，土壤全磷变化规律不一致。

土壤水解氮在不同区域间均差异不显著，由高到低依次为高峰林场、三门江林场、玉林市林科所、派阳山林场；土壤有效磷在不同区域间除0～20 cm土层差异不显著外，在其他的土层中均差异显著，三门江林场土壤有效磷含量显著大于其他区域；不同区域间土壤速效钾除40～60 cm土层差异不显著外，其他的均差异显著，三门江林场显著高于其他区域；同一区域不同土层间，各区域土壤水解氮、土壤有效磷均随着土层深度增加而降低，派阳山林场、玉林市林科所、三门江林场土壤速效钾随着土层的加深而增加，而高峰林场的变化不规则。

2.3 不同区域台湾桤木人工林理化性质变异状况

变异系数是衡量一组数据中各个检验值相对离散程度的一种特征数。一般情况下，变异系数大于100%，变量的变异程度较强烈；变异系数小于10%，变量的变异程度较弱；变异系数在10%～100%，变量具有中等的变异程度[19]。由表7可知，不同区域的土壤物理性质的变异系数变化范围为12.66%～90.43%，没有较强烈变异性和较弱变异性的物理性质，但非毛管孔隙度的变异系数为90.43%，接近较强烈变异程度，反映了不同区域台湾桤木人工林的非毛管孔隙度具有较大的差异性，可能与不同区域土壤结构差异有关；土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度的变异系数变化范围为12.66%～18.49%，接近较弱变异程度，说明不同区域台湾桤木人工林的土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度差异性不大；土壤持水性质的变异系数变化范围为20.17%～26.56%，在中等变异性偏向较弱变异性，表明不同区域台湾桤木人工林的土壤持水性质有一定的差异性，但差异不大。不同区域的土壤化学性质的变异系数变化范围较大，从3.73%至80.99%，相差77.26%，土壤pH值的变异系数最小，只有3.73%，属于较弱变异程度，反映了不同区域台湾桤木人工林土壤pH值基本一致，表明台湾桤木在广西不同区域种植对土壤pH值影响不大；不同区域台湾桤木人工林土壤养分变异系数在31.47%～80.99%，属于中等变异程度，其中土壤全磷含量和速效磷含量变异强度相对较大，三门江林场全磷含量是派阳山林场的5.47倍、有效磷含量是高峰林场的2.48倍，可能与广西土壤磷的含量地域间差异较大有关[20]，反映了不同区域台湾桤木人工林土壤养分含量变化较大。

表7 不同区域台湾桤木人工林土壤理化性质变异状况

2.4 不同区域台湾桤木人工林土壤理化性质状况

参照全国第二次土壤普查及有关资料作出的土壤分级标准(表3、表4)，对广西引种台湾桤木6 a生人工林土壤养分丰缺程度做出对比：不同区域间土壤容重级别差异较大，其中土壤处于过松至适宜级别的为三门江林场，处于过紧级别的为派阳山林场，处于偏紧级别的为玉林市林科所，处于偏紧至坚实级别的为高峰林场。不同区域间土壤pH值级别没有差异，全部处于强酸级别。不同区域间土壤有机质、水解氮、有效磷和速效钾含量差异不大，均处于缺乏水平以下；不同区域间土壤全氮、全磷、全钾含量差异较大，玉林市林科所和三门江林场的土壤全氮含量处于中等水平、高峰林场处于缺乏水平、派阳山林场处于很缺乏水平，三门江林场的土壤全磷处于丰富水平而全钾处于很缺乏水平，玉林市林科所的土壤全钾处于很丰富水平而全磷处于极缺乏水平，高峰林场和派阳山林场的土壤全钾处于丰富水平而全磷处于很缺乏水平以下。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 不同区域台湾桤木人工林土壤物理性状

土壤物理性质是林地质量的一个重要衡量指标，对土壤的保水保肥能力以及林木养分吸收和利用有重要影响[21-22]。一般来说，土壤总孔隙度在50%左右，且毛管、非毛管孔隙同时存在，非毛管孔隙占20%～40%，容重在1.0～1.3 g/cm3时，表明毛管孔隙和非毛管孔隙搭配合理、土壤容重适当，这时的土壤透水性、通气性和持水能力比较协调，可以满足植物对空气和水分条件的需要[23]。通过对不同区域台湾桤木人工林土壤物理性状分析研究，发现不同区域台湾桤木人工林土壤容重在0.96～1.50之间，总孔隙度在46.44%～52.58%之间，虽然非毛管孔隙度没有达到20%，但从整体上看，不同区域台湾桤木人工林土壤的通气透水性能还比较协调。进一步分析发现不同区域台湾桤木人工林土壤物理性状有显著的差异，变异系数在12.66%～90.43%之间，均处于中等变异性，且非毛管孔隙度接近较强烈变异性，其他的均偏向于较弱变异性，表明台湾桤木在这几个区域引种没有造成土壤物理性状很强列的变异性，进一步印证了台湾桤木在广西有很强的适应性[5]，可能是广西与台湾桤木原产地的气候(均处于北回归线附近)较为相似有关。

3.1.2 不同区域台湾桤木人工林土壤化学性状

通过对不同区域台湾桤木人工林土壤化学性状分析研究，发现不同区域台湾桤木人工林土壤化学性状差异明显，土壤pH值变异系数为3.73%，变异程度较弱，其他的化学性质变异系数为31.47%～80.99%之间，处于中等变异程度，其中以全磷和有效磷的变异程度较高，偏向于较强变异程度，其最大值与最小值之间相差数倍，这是否与各生长区域之间土壤磷含量差异大和台湾桤木生长前期需磷较少有关，有待进一步研究。

以土壤养分测定结果与土壤养分分级标准进行对比，确定不同区域台湾桤木人工林土壤养分丰缺状况，结果为：不同区域间土壤有机质、水解氮、有效磷和速效钾含量水平差异不大，均处于缺乏以下，这与很多速生树种人工林土壤营养状况基本一致[24]，可能与土壤养分性质和林木生长速度有关。水解氮、有效磷和速效钾可以被植物直接迅速利用，台湾桤木前期生长迅速，所需养分较多，只在种植前3 a追施肥料，而生长至6 a生时其枯落物等回归的养分远远满足不了其生长所需的养分，植物只能从土壤中吸收大量的养分来满足其生长所需，造成此时土壤中有效养分十分缺乏。随着台湾桤木的生长其回归养分能力提高，土壤中有效养分是否会逐步增加，或者是生产上连续施肥至5～6 a以避免其速生而过量直接从土壤中吸收养分造成土壤有效养分缺乏，这有待进一步研究。

3.2 结论

(1)不同区域台湾桤木人工林土壤物理性状差异显著，派阳山林场土壤容重显著大于其他区域、土壤总孔隙度显著低于其他区域，高峰林场、玉林市林科所土壤毛管孔隙度显著高于派阳山林场和三门江林场，三门江林场土壤非毛管孔隙度显著高于其他区域；不同区域台湾桤木人工林持水性状表现出差异显著，三门江林场的持水能力最大，派阳山林场最小。虽然不同区域间台湾桤木人工林土壤物理性状有差异，但均处于中等变异程度，且大部分还偏向于较弱变异性，整体上台湾桤木人工林土壤透水性、通气性和持水能力比较协调。

(2)不同区域台湾桤木人工林除了土壤有机质、水解氮差异不显著外，其他指标均差异显著；派阳山林场土壤pH值最高，高峰林场土壤有机质、水解氮最大，玉林市林科所土壤全氮、全钾最大，三门江林场土壤全磷、有效磷、速效钾最大；土壤有机质、全氮、水解氮、有效磷含量均随着土壤深度的增加呈下降趋势，土壤表层富集明显；土壤全钾、速效钾含量随着土壤深度增加呈上升趋势；土壤全磷和pH值变化规律不一。不同区域台湾桤木人工林土壤化学性状均处于中等变异程度以下。

(3)种植台湾桤木6 a后，不同区域台湾桤木人工林的土壤全氮、全磷和全钾含量存在缺乏或过量现象，而能被当季作物直接吸收利用的土壤水解氮、有效磷和速效钾含量均处于缺乏水平状态。

通过对不同区域台湾桤木人工林土壤理化性状的研究，发现广西引种台湾桤木没有引起土壤理化性状较强烈的变异，结果可为广西引种台湾桤木提供技术依据。鉴于人工林不同发育阶段对土壤理化性状的影响具有很大的差异性[25]，下一步宜开展台湾桤木人工林不同发育阶段土壤理化特性研究，为广西台湾桤木引种提供更加丰富的理论依据。