浙江四明山区花木种植对林地土壤质量的影响

罗国安，郑友法，刘贻，吴家森，叶子豪*

(1.余姚市林业服务中心，浙江 余姚 315400；2.浙江农林大学，浙江 杭州 311300)

土壤质量是土壤在生态系统的范围内，维持生物的生产力、保护环境质量以及促进动植物健康的能力[1]。不同土地利用类型会对土壤质量产生很大的影响，研究彼此之间的复杂关系，是了解生态系统结构功能及生态过程、评价土地利用变化对生态因子的影响、实现土壤资源持续利用和防止土壤质量退化的关键[2]。土壤理化性质和土壤酶是土壤生态系统的重要组成部分。土壤理化性质和植物的生长、发育及产量水平密切相关。土壤酶类能够促进或直接参与土壤中一系列生化反应，其活性大小是评价土壤肥力高低、健康程度和质量优劣的生物活性指标。土壤理化性质与酶活性结合可以较准确地反映土壤质量的变化[3-4]。

四明山区域是宁波的水源发源地，是宁波的绿色屏障与“绿肺”[5]。20世纪90年代后期，四明山区开始发展苗木产业，因利润较高，林农将毛竹林、杉木林等砍伐改种为樱花、红枫等苗木，种植面积最大时达0.76万hm2，年产值7.4 亿元，成了该区域的主导产业[6]。但过度的花木种植造成了四明山区较严重的水土流失，严重影响着余姚乃至宁波的饮用水安全。2013年开始，四明山区域针对苗木的过度发展，已开始了“退苗还林”“自然封育”等生态修复工程，如种植香榧等。

本文通过相邻样地比较法，采样分析了毛竹林、杉木林、樱花-红枫林和香榧生态修复林的枯落物储量、持水性能、土壤水文性质、化学性质及部分生物学性质，可为四明山区不同森林土壤质量管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于浙江省余姚市四明山镇境内，地理坐标120°55′～122°16′E，28°51′～30°33′N，平均海拔700 m。属于典型的中亚热带季风气候，四季分明，光照充足，雨量充沛。区域内大部分母岩为砂砾岩，土壤以黄壤为主。

1.2 样地划分

2021年6月28日，在全面踏查的基础上，选取毛竹林、杉木林、樱花-红枫林和香榧生态林4种林分，每种林分重复3次。不同林分均生长于同一坡向、相同海拔，即本底条件基本一致。不同样地基本特征如表1所示。

表1 不同样地类型的基本特征

1.3 样品采集与分析

在样地的4个角和中心位置共布设5块1 m×1 m小样方，收集样方内全部枯落物，准确称重后，分取部分样品，带回实验室在85 ℃烘箱中烘干至恒重，计算自然含水率、枯落物储量。采用室内浸泡法测定枯落物持水性能。

在样地内的中心位置，挖取1个土壤剖面，按照0～20 cm土壤深度用200 cm3环刀取样，在实验室测定土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量[7]。在样地内采取“S”布点，采集耕层(0～20 cm)土壤样品。样品采集后拣出杂草和碎石，混匀，按照“四分法”约取1 kg装入采样袋，带回实验室阴干。土样风干研磨后过筛用以分析土壤化学性质和酶活性。

采用电位法测定pH值，环刀法测定土壤容重、总孔隙，烘干法测定田间持水量；重铬酸钾容量法测定有机质，EDTA-铵盐滴定法测定阳离子交换量，凯氏法测定全氮，扩散法测定碱解氮，碳酸氢钠熔融-钼锑抗比色法测定全磷，盐酸-氟化铵浸提钼锑抗比色法测定有效磷，氢氧化钠熔融-原子吸收分光光度法测定全钾，乙酸铵-火焰光度计法测定速效钾[7]。

磷酸苯二钠比色法测定磷酸酯酶，改良茚三酮比色法测定蛋白酶，氯化三苯基四氮唑比色法测定脱氢酶，硫代硫酸钠滴定法测定蔗糖酶，高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶，靛酚蓝比色法测定脲酶[8]。

1.4 数据处理

采用Excel 2010软件对基础数据进行统计整理分析，采用SPSS19.0软件进行数据显著性分析和主成分分析，采用灰色关联度法对土壤质量进行综合评价[9]。

2 结果与分析

2.1 枯落物储量及持水性能

2.1.1 枯落物储量

不同样地类型枯落物储量1.96～12.26 t·hm-2，大小排序为杉木林(12.26 t·hm-2)>毛竹林(7.65 t·hm-2)>香榧生态林(3.28 t·hm-2)>樱花-红枫林(1.96 t·hm-2)，不同样地类型间差异显著(P<0.05)(图1)。

柱间无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)。

2.1.2 枯落物持水过程

从图2可知，随着浸水时间的延长，森林枯落物持水量增加均表现为快、缓慢、稳定的规律。浸泡0.50 h后，杉木林和毛竹林的枯落物持水量显著高于樱花-红枫林和香榧生态林。由图3可知，样地枯落物持水速率0.25 h内最大，0.25～2.00 h的吸水速率急剧下降，2.00 h后吸水速率基本稳定，在浸水4.00 h后枯落物吸水速率曲线基本重叠，达饱和状态。

图2 不同样地类型枯落物持水量的变化

图3 不同样地类型枯落物吸水速率的变化

从表2可知，4种样地类型枯落物持水量(y)与浸水时间(t)之间可用y=alnt+b的对数函数表示，相关性达显著水平；枯落物持水速率(y)与浸水时间(t)之间则可用y=ae-bt的指数函数表示，它们之间具有显著性相关。

表2 不同样地类型枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间的函数

2.1.3 枯落物持水能力

从表3可知，杉木林、毛竹林枯落物最大持水率为256.3%和211.4%，显著高于樱花-红枫林。枯落物最大持水量和有效拦蓄量均表现为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，不同样地类型间的差异均达显著性水平。

表3 不同样地类型枯落物的持水能力

2.2 土壤物理性质及土壤持水性能

2.2.1 土壤物理性质

从表4可知，不同样地类型土壤容重0.8～1.0 g·cm-3，土壤总孔隙度、毛管孔隙度分别为59.9%～62.1%和43.7%～49.9%，不同样地类型间没有显著性差异(P>0.05)。土壤非毛管孔隙度大小表现为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林显著高于樱花-红枫林和香榧生态林。

表4 不同样地类型土壤的物理性质与持水量

2.2.2 土壤持水性能

从表4可知，不同样地类型土壤最大持水量、毛管持水量分别为1 198.1～1 242.2和874.4～998.4 t·hm-2，不同样地类型间没有显著性差异；杉木林土壤非毛管持水量为334.0 t·hm-2，显著高于香榧生态林和樱花-红枫林。

2.3 土壤化学性质

不同样地类型土壤均为酸性，pH为4.90～5.18。土壤全氮在2.14～2.78 g·kg-1，不同样地类型间没有显著性差异。土壤速效钾含量为135.08～158.43 mg·kg-1。不同样地类型间pH和全氮、全钾含量没有显著性差异。土壤有机质含量高低顺序为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林和毛竹林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林(表5)。土壤碱解氮含量高低顺序为樱花-红枫林>香榧生态林>毛竹林>杉木林，其中，杉木林和毛竹林显著低于香榧生态林、樱花-红枫林。土壤有效磷含量高低顺序也表现为樱花-红枫林>香榧生态林>杉木林>毛竹林，其中，杉木林和毛竹林显著低于香榧生态林、樱花-红枫林(表5)。

表5 不同样地类型土壤的化学性质

2.4 土壤酶活性

表6所示，土壤磷酸酯酶活性大小表现为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林和毛竹林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林。土壤蛋白酶活性大小表现为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林。土壤脱氢酶活性大小表现为毛竹林>杉木林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林和毛竹林显著高于樱花-红枫林。土壤蔗糖酶活性大小表现为毛竹林>杉木林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林和毛竹林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林。土壤过氧化氢酶活性大小表现为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林，其中，杉木林和毛竹林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林。脲酶活性大小表现为杉木林>毛竹林>樱花-红枫林>香榧生态林，其中杉木林和毛竹林显著高于香榧生态林、樱花-红枫林。

表6 不同样地类型土壤的酶活性

2.5 土壤质量

不同样地类型土壤质量优劣大小为杉木林>毛竹林>香榧生态林>樱花-红枫林(表7)，说明花木种植过程中的人为耕作及化肥施用导致了土壤质量的下降。采用生态修复的香榧林土壤质量有回升的趋势，但效果不明显。

表7 不同样地类型土壤质量指标的关联度

3 小结

樱花-红枫苗木的生产明显降低了枯落物的持水能力和表层土壤的持水效能，其水源涵养功能显著下降。樱花-红枫苗木的种植显著降低了土壤有机质含量和土壤酶活性；而增加了土壤有效磷和碱解氮含量，存在着氮、磷流失的风险。