我国不同林龄桉树对土壤理化性质影响研究进展

赵巧巧，赵筱青，黄佩，王茜，普军伟

我国不同林龄桉树对土壤理化性质影响研究进展

赵巧巧，赵筱青，黄佩，王茜，普军伟

(1. 云南大学，国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650500；2. 云南大学，地球科学学院，云南 昆明 650500)

通过精确匹配检索CNKI数据库，搜索近10年来我国不同林龄桉树土壤理化性质研究的相关文献，依据其研究结果，综述表明：中龄林对土壤容重、含水量和土壤孔隙度影响较大；近成熟林对土壤容重无显著影响，但土壤含水量升高，土壤孔隙度增加；成熟林对土壤物理性质无明显影响；过熟林土壤容重无显著变化，而土壤孔隙度和含水量分别呈现出增大和减小趋势；土壤有机碳除成熟期呈现小幅度降低趋势外，整个桉树生长期呈现稳定增加趋势；土壤pH值不断升高，但总体仍呈弱酸性；土壤氮、磷、钾等含量变化在各个生长期区域差异性较强。推进过熟林土壤理化性质监测研究和不同立地类型下桉树土壤理化性质空间差异研究是今后研究的重点方向。

桉树人工林；不同林龄；土壤理化性质

引种外来树种不仅在荒山造林和水土保持等方面发挥了重要作用，也在生态、经济和社会方面发挥着积极作用。土壤是林业生产与发展的基础，其质量好坏直接影响着林业的可持续发展。随着外来树种引种规模的扩大，部分生态和环境问题逐渐暴露，以土壤退化较为突出。林龄是划分森林结构的特征之一，影响林分的生长和产量，是影响森林净初级生产力、碳储量和碳固定的重要因素。

桉树()作为我国三大速生树种之一，具有种类多、生长快、耐贫瘠、抗逆性强、适应性广的特点。20世纪80年代以来，桉树人工林在我国南方得到大规模发展，提供了国内25%的林材产出。目前，我国桉树种植面积已达546.74万hm，年木材产量超过5 000万m，占全球桉树生产的16.7%，是我国南方重要战略树种之一。随着桉树种植面积不断扩大，林龄不断增长，它对我国的生态环境和景观重建所发挥的作用越来越凸显。相关学者主要从经济价值、对生物多样性的影响、对土壤质量的影响、种植管理技术与方法等方面对桉树开展了研究。目前，我国桉树种植地主要集中于广东、广西、福建、云南、海南等地，对土壤质量的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。国内学者对是否应该大力发展桉树人工林的争论越来越激烈，争议的焦点是桉树人工林生态环境问题，桉树对土壤质量的影响和消耗成为热点话题。对桉树人工林的争议说明了土壤质量可能受到多种因素影响，如林龄等。经研究表明，处于不同生长时期的桉树对土壤质量产生的影响程度不同。目前，我国已有大量针对不同林龄桉树对土壤质量的影响研究，研究多以区域尺度为主，无法体现我国不同林龄桉树对土壤质量影响的综合性和系统性。

土壤物理性质与植物的生长紧密相关，土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标，土壤孔隙状况直接影响着土壤的通气透水性。土壤化学性质是表征土壤肥力状况的重要指标。因此，本文通过总结近年来我国桉树种植区桉树人工林的不同林龄数据，主要包括幼龄林(1 年生)、中龄林(2 年生)、近成熟林(3 年生)、成熟林(4 ～ 5 年生)以及过成熟林(≥6年生)，以幼龄林作为参照，探讨不同林龄对土壤理化性质的影响及其作用机理，以期为我国桉树种植区后续深入研究工作提供参考。

1 中龄林对土壤理化性质影响

1.1 对土壤物理性质的影响

中龄期桉树的土壤容重在部分区域呈现微弱下降趋势，部分区域基本保持不变，桉树对土壤容重的影响不大。例如，在海南省儋州市、福建省漳州市的2 年生桉树土壤容重都减小，而在广东省湛江市的2年生桉树土壤容重基本保持不变；对于土壤含水量而言，无论是总持水量还是饱和持水量等，各个地方都呈现下降趋势；土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度变化基本一致，大致呈现出总孔隙度和非毛管孔隙度上升，而毛管孔隙度下降的趋势。上述研究表明，中龄期桉树已经开始大量消耗土壤水分，所以增加灌溉次数，及时补充土壤水分是非常必要的。

1.2 对土壤化学性质的影响

大量中龄期桉树土壤含碳量研究表明，土壤有机碳含量在桉树中龄期基本都处于增加或保持不变的状态。有关研究结果表明，桂东南2年生桉树固碳能力最强，桂北和桂东南地区土壤有机碳都呈显著增加的趋势；在福建省漳州市研究区，王纪杰等也同样得出了中龄期桉树土壤有机碳较幼龄期桉树显著增加的结论。而竹万宽等发现，在广东省湛江市2年生桉树的土壤有机碳含量没有显著的变化。土壤pH值在广西地区没有显著的变化，而在福建地区呈现升高的趋势。国内学者还对桉树林下土壤氮、磷、钾等元素进行了详细的研究，研究结果具有空间差异性。福建省漳州市中龄期巨尾桉土壤全氮和水解氮含量都呈现降低的趋势，且与幼龄林含量差异显著。与之相反的是，时伟伟等于广西东南部研究区却发现中龄期尾巨桉土壤全氮和水解氮含量呈现显著增加的趋势。土壤全钾和速效钾含量变化规律与氮含量保持一致。土壤全磷含量在广西东南部呈现略微的增加趋势，而在福建省漳州市却显著减小，有效磷含量在广西东南部呈现显著减少的趋势，而在福建省却与幼龄林无显著差异。造成上述差异的原因可能在于种植年限短，整地前的人工扰动不同，所以土壤养分呈现出区域差异性特点。少部分学者还从其他方面阐述中龄林对土壤的影响，例如土壤非活性有机碳、易氧化态有机碳、脲酶活性、有效硼、阳离子交换量等。

综上所述，桉树从幼龄期向中龄期过渡期间，桉树对土壤容重影响小，土壤的紧实度变化不显著，但土壤需水量较大。在这期间，土壤总孔隙度和毛管孔隙度升高，说明在种植前期，桉树会改善土壤通透性，有利于雨水迅速下渗，减少地表径流的冲刷；但毛管孔隙度下降，这说明土壤有效水的贮存量减少，这并不利于林下植被的生长。中龄期桉树的土壤含碳量增加，而其他土壤化学性质则表现出明显的区域差异性，土壤需求主要以氮、磷、钾元素为主，对其他养分需求较低。因此，在桉树中龄期管护中，需要及时灌溉、施肥来维持土壤环境。

2 近成熟林对土壤理化性质影响

2.1 对土壤物理性质的影响

较中龄林相比，桉树生长到近成熟林土壤容重上升，并且在3年生时达到最大；对土壤水分需求减少，土壤含水量呈上升趋势，表明桉树可以涵养一定量的降水；土壤总孔隙度和毛管孔隙度呈增加趋势，表明土壤的吸水、持水能力增强，而土壤非毛管孔隙度呈现出区域差异特点，表现为在云南省普洱市和福建省漳州市增加，在广东省湛江市降低。

2.2 对土壤化学性质的影响

近成熟林桉树林下土壤有机碳含量处于快速增加阶段。有学者分别研究桂北、桂东南和广东湛江市的近成熟林发现，土壤有机碳含量增幅显著，随着土层的加深而显著降低。一方面，3年生的桉树固碳能力较强，土壤有机碳含量增幅大；另一方面，由于枯落物累积和分解速率增加，表层土壤含碳量增加，呈现显著的层间差异性。近成熟林桉树林下土壤pH值增加，无论是在福建省漳州市还是广西东南部地区，土壤的pH值都逐渐升高，大约为4.2左右，土壤酸性逐渐降低，说明在短的轮伐期内种植桉树可以改善土壤酸化；近成熟林桉树林下土壤全氮、全磷以及全钾含量都逐渐减少，而速效钾减少极显著。其中，全氮和全磷含量随着土层的加深而降低，全钾含量却呈相反的趋势，这主要受土壤母质的影响。但是，土壤有机质和有效磷含量具有空间差异性，在福建省漳州市显著减少而广西省东南部地区显著升高趋势，这可能与林场种植前的人工处理、枯枝落叶量以及分解速率方法有关。

综上所述，近成熟期作为桉树生长的高峰期，对土壤容重影响变大，土壤更加紧实，通透性变差，但是土壤水分增多，土壤孔隙增大，给予了林下植被和自身更多的水分。但近成熟期桉树所需土壤养分多，除了土壤有机碳以外，桉树对土壤其他养分的消耗和影响是整个生长期中最多的，土壤化学性质变化剧烈，土壤养分基本都呈减少趋势。因此，在近成熟期，要及时补充土壤肥料，保持土壤养分的稳定状态，并适当松土改善土壤紧实度。

3 成熟林对土壤理化性质影响

大多数短轮伐期的桉树林都会在桉树成熟林期间进行砍伐，相较近成熟林阶段，桉树生长速度比上一时期缓慢，对土壤理化性质的影响较小，土壤容重、总孔隙度和含水量无显著变化。

成熟期桉树林下土壤有机碳与前两个阶段不同，具有区域性差异性特征。桂东南地区呈现出极显著降低的趋势，而海南省儋州市降幅较小。这是由于桉树和林下植被生物量逐渐增大，需大量有机质供养，致使凋落物归还土壤量逐步减少，最终导致此阶段土壤碳储量降低。关于桉树林下土壤全氮、全磷、全钾、速效钾和有机质的研究，不同区域研究结果有差异。相关研究发现，四川威远县、海南儋州市和广西部分地区的土壤全氮、全磷、速效钾和有机质呈增加趋势，而全钾含量呈减少趋势。这是由于地表凋落物和植物残体增多，极大补充了桉树生长对土壤养分的消耗，使得土壤肥力得以改善。但王纪杰等在福建省漳州市桉树种植区发现土壤全氮含量呈现降低的趋势，而全磷、有效磷含量无显著变化，速效钾含量随着林龄和土层深度增大而降低。不同地区各土壤化学指标变化受多重因素的综合影响，表现出的差异性也不同，这可能是导致最终结果不一致的主要原因。

综上所述，成熟期的桉树已经步入生长缓慢期，对土壤物理性质影响极小。成熟期的土壤化学性质除了土壤碳含量减少以外，其他指标表现出显著的区域差异性。由于长期的种植以及各地区土壤环境不同，在种植过程中会采用不同的处理技术，最终土壤各指标也表现出不同的变化趋势。较近成熟林相比，成熟林更需要注重桉树砍伐后对土壤地力的休整和维护，避免土壤复垦。

4 过熟林对土壤理化性质影响

4.1 对土壤物理性质的影响

桉树过熟林土壤物理性质变化比成熟林显著，已有的少数研究表明，土壤容重、总孔隙度和含水量呈波动性变化，表现为先降低后升高的趋势，这说明过熟林在吸取土壤水分的同时，也在不断改善土壤的结构。雨水的淋溶作用导致原本疏松的表土沉降，随着造林时间的增长，植物的根系活动使土壤状况得到进一步改善。

4.2 对土壤化学性质的影响

过熟林的土壤pH值仍呈现增加的趋势。研究发现，在桂北、海南儋州市和广东湛江市的过熟桉树林土壤含碳量随着枯枝落叶聚集增加，呈现出表聚性，土壤有机碳密度和有机碳储量也随着林龄的增加相对升高。而在福建省漳州市和广西东南部的土壤含碳量呈显著减少趋势，这是由于桉树对养分的消耗量较大而导致；相比成熟林，6年生桉树林土壤全氮含量呈现增加趋势，在6 ～ 9年之间表现为先减少后增加的趋势，并在第7年出现拐点。而王纪杰等和时伟伟等在福建省漳州市和桂东南地区发现，6年生桉树土壤全氮含量呈减少趋势。土壤全磷含量在各个地区表现的差异较大，这与土壤有效磷转化和pH值有关。因土壤化学性质易受到各种因素的影响，其他土壤化学性质呈现形式不尽相同，表现出区域差异性。

综上所述，过熟林土壤物理性质变化不显著。相比于前几个时期，土壤酸性进一步降低，其他土壤化学性质变化也较小，这与生长期长，林下植物生物量大有关，加之人力维护因素在一定程度上补偿了桉树的土壤养分消耗。由于过熟林的种植年限久，消耗土壤时间长，因此，轮伐后避免高密度种植，增强林分稳定性是首要考虑的问题。制定科学种植计划，避免“重造轻管”，维护桉树种植环境。

5 结论与展望

5.1 结论

纵观桉树的整个生长过程，土壤物理性质主要通过土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度来表征，化学性质主要是有机碳、氮、磷、钾等指标。

(1)从土壤物理性质来看，中龄林对土壤容重、含水量和土壤孔隙度影响较大，近成熟林对土壤容重没有显著的影响，但土壤含水量升高，使得土壤孔隙度增加；生长到成熟林时期，桉树对土壤物理性质也无明显的影响，土壤容重基本都在4 年左右达到最大；到过熟林之时，土壤容重无显著变化，而土壤孔隙度和含水量分别呈现出了增大和减小的趋势(表1)。说明在桉树生长的过程中，对土壤物理性质尤其是土壤容重的影响是较小的。

(2)从土壤化学性质来看，除了成熟林时期出现土壤有机碳小幅度降低的情况，整个桉树生长期内土壤有机碳呈现稳定增加趋势，而且随着林龄增长、枯枝落叶积累和微生物群落的增长达到峰值。土壤pH值不断升高，但仍呈弱酸性，这与当地的土壤条件和桉树根系分泌有机酸有一定关系。土壤氮、磷、钾等含量变化，在各生长期区域差异性较强(表1)，与各地区的立地条件、人工处理和施肥状况有很大关系，但总体上对氮元素需求较大。

表1 不同林龄对土壤理化性质影响总结

5.2 展望

我国现有生态问题突出，森林资源匮乏，发展人工林是改善全球气候和生态治理的普遍共识和共同行动。桉树是极具经济价值的树种，用仅占我国森林2%的面积，生产了占全国总产量25%的木材，极大地缓解了国内木材生产压力，保障国家木材战略储备安全。大规模种植桉树虽可获得巨大的经济效益，但不合理的经营与利用也带来一定的生态问题，导致后期土壤缺乏养分无法恢复正常状态，降低了土壤肥力，最终破坏当地的土壤环境。

在我国桉树种植对土壤理化性质影响的研究中，数据时效性较差。推进长时间序列林龄研究工作，特别是过熟林土壤理化性质的监测研究，以及不同立地类型下桉树土壤理化性质的空间差异研究，是今后桉树种植研究的重点方向。

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Review of Variation of Soil Physical and Chemical Properties AmongPlantations of Different Ages in China

ZHAO Qiaoqiao, ZHAO Xiaoqing, HUANG Pei, WANG Qian, PU Junwei

(1.;2)

A review was conducted on the physical and chemical soil properties ofplantations of different ages in China based on both papers retrieved from searches of the CNKI database by matching keywords, and publications found by searches of relevant literature covering the past 10 years. This review of publications indicated that: middle-aged plantations have a greater impact on soil bulk density, soil water content and soil porosity; near-mature plantations have no significant impact on soil bulk density, but soil water content increases and soil porosity increases; mature plantations have no significant impact on soil physical properties; soil bulk density of over-mature plantations did not change significantly. However, overall the studies indicated that soil porosity tended to increase, and water content tended to decrease with increasing plantation age. Except for a small decrease in soil organic carbon during mature phases, this soil property tended to increase steadily for the entiregrowth period. Similarly, soil pH kept increasing with plantation age, but overall soils generally remained weakly acidic. Meanwhile, changes in soil nitrogen, phosphorus, and potassium contents varied during each growth period. Monitoring and research of soil physical properties and research on spatial differences ofsoil physical and chemical properties under different site types needs to be a focus area for future research.

plantation; different forest ages; soil physical and chemical properties

10.13987/j.cnki.askj.2021.04.008

S714.2

A

国家自然科学基金项目“云南桉树引种区生态系统服务供需演变、耦合机制与平衡调控”(42061052)；国家自然科学基金项目“云南大规模桉树引种区土地生态安全时空分异及其优化配置研究”(41361020)；国家自然科学基金项目“云南尾叶桉类引种的环境影响与生态安全格局研究”(40961931)；云南大学专业学位研究生实践创新基金项目“桉树大规模引种区土壤持水能立对不同林地类型的响应”(2021Y029)

赵巧巧(1998— )，女，硕士研究生，主要从事桉树种植土壤影响研究，E-mail:zhao1998q@163.com

赵筱青(1969— )，女，教授，博导，主要从事土地利用与土地覆被变化及国土空间优化研究，E-mail:xqzhao@ynu.edu.cn