杉木多代连栽后土壤肥力变化

文章编号1008-181X200101-0033-06

杉木多代连栽后土壤肥力变化杨玉盛

摘要

通过选择邻近分布

母岩一致

何宗明陈光水谢锦升俞新妥

二代

三代杉木林标准地

研究杂木

福建农林大学福建 南平353001

树龄相近且为近成熟林等可比性较强的一代

林及不同栽杉代数杉木林土壤水分物理性质不同林分类型土壤肥力进行排序结果显示杉木林的则最差关键词

土壤养分和腐殖质及土壤生化活性的差异并采用主成分分析PCA法对

表层土壤0~20 cm肥力以杂木林最高其次为一代杉木林的二代和三代

二代和三代杉木林的均较差建议降低人为干扰频率和

从而实现杉木林的可持续经营

底层土壤(20~40 cm)肥力以杂木林最高一代

强度及改善林分群落结构来提高杉木人工林土壤肥力

杉木连栽土壤肥力主成分分析

中图分类号S714 文献标识码APCA of soil fertility under different gaps of continuously planting Chinese firYANG Yu-shengHE ZhongmingCHEN Guang-shuiXIE Jing-shengYU Xin-tuo

Fujian Forestry College, Nanping 353001, China

Abstract: Through selecting strong comparative plots with close location, same native rock and similar tree age in Chinese firplantation of the first, the second and the third planting, the soil hydrophysical properties, nutrition, humus and biochemical activitieswere further studied, and soil fertility was classified by PCA method under broadleaved forest and Chinese fir plantation of differentcontinuously planting. The results indicated that, among the soil fertility at topsoil in different stands, broadleaved forest occupiedfirst place, the first planting Chinese fir come second, and the second and third planting Chinese fir were relatively poor; that amongsoil fertility at subsoil, broadleaved forest was quite well, and Chinese fir plantation of the first, the second, the third planting wererelatively poor; and that the key to improve soil fertility in man-made forest and attain sustainable management of forest land is todecrease the frequency and intensity of artificial disturbance , and to ameliorate the community structure of Chinese fir plantation.Key word: Chinese fir; continuously planting; soil fertility; PCA 目前在杉木Cunninghamia lanceolata多代连栽的研究中对连栽林地土壤理化性质土壤微生物酶活性等的研究较多[1~7]但已报道的研究资料在以下两方面不同程度存在一些缺陷(1)树龄较短杉木收获期较长(30 a左右)而已报道的杉木树龄则大多在20 a以下(2)不同栽杉代数间标准地间距离较远树龄相差较大使研究结果有一定局限性通过大量外业调查和访问选择具有下列特征标准地对杉木多代连栽进行较为深入的研究(1)位于杉木中心产区南平王台溪后村同一流域内海拔高度均在200 m左右林相均整齐邻近地段分布的一代二代和三代杉木林(2)这些标准地的前身是常绿阔叶林立地条件基本一致标准地母岩均为燕山晚期的白云母化中细粒花岗岩土层厚度在100 cm以上土壤一些相对稳定的指标如全Ca全Mg全Fe基金项目福建省自然科学基金项目D001014作者简介杨玉盛1964男博士教授收稿日期2000-11-10

全Cu含量相近(3)树龄相近(28~30 a生)毗邻分布从而排除气候条件变化对杉木生长影响等作者已相继报道不同栽杉代数杉木生长特点生产力营养元素生物循环根际土壤微生物与生化活性土壤腐殖质结合形态等[8~13]本文为该系列研究的一部分

1 试验地自然概况

试验地位于福建省南平市王台镇溪后村同一小流域内的安曹下(东经117°57′北纬26°28′)和邓窠本区属中亚热带季风气候平均气温19.3 年均降雨量1969 mm降雨多集中在3~8月年均蒸发量114 mm年均相对湿度为83% 杂木林主要是以栲树(Castanopsis fargesii)木荷(Schima superma)马尾松(Pinus massoniana)等为主的天然针阔混交林沿山脊分布于安曹下杉木丰产林上部其宽度约10~15 m林下植被主要

34 土壤与环境 Vol.10 No.1

有栲树绒楠(Machilus vilutina)芒萁Dicranopterisdichot等

一代杉木林当地称为杉木青年林与安曹下杉木丰产林毗邻1966年在杂木林采伐迹地上用一年生实生杉木苗营造调查时林龄为30 a林相整齐郁闭度0.85保留密度为1845株/hm2林分平均树高为22.1 m平均胸径20.2 cm林分蓄积量为648.79 m3/hm2林下植被总盖度15%左右

二代杉木林与一代杉木林毗邻于1967年在一代杉木林35 a生采伐迹地上用实生杉木苗营造同时不规则保留某些生长健壮的一代树桩萌芽条组成实生和萌芽共有的林分调查时林龄为29 a林相较为整齐郁闭度0.85保留密度为2005株/hm2林分平均树高17.5 m平均胸

3

径18.2 cm林分蓄积量为500.67 m/hm2林下植被覆盖度为20%左右

三代杉木林位于溪后邓窠距一代和二代林约800 m左右于1968年在二代杉木林33 a生采伐迹地上用实生苗造林同时在幼林抚育时保留一些生长健壮萌芽条组成实生和萌芽共有的林分调查时林龄为29 a林相较为破碎郁闭度0.65杉木保留密度2048株/hm2林分平均树高16.4 m平均胸径17.8 cm林分蓄积量为346.62m3/hm2林下植被盖度90%左右

标准地分别在每个标准地内按S形布点一年四季分别分层0~20 cm20~40 cm取土样多点混合进行以下项目分析文中数据均为多点2年共8次取样分析结果的平均值

土壤水分物理性质测定[14]土壤机械组成微团聚体组成用吸管法土壤水分物理性质用环刀法土壤水稳性团聚体用机械筛分法

土壤养分和腐殖质土壤有机质全N水解性N速效P速效K交换性盐基离子组成CECpH值壤腐殖质组成土壤腐殖质结合形态测定方法按常规方法进行[14, 15]

土壤生化活性测定[1617]土壤细菌真菌放线菌氨化细菌用平板法转化酶活性用G.Hoffmann与A. Seegrer法脲酶用改进扩散法酸性磷酸酶活性用G. Hoffmann法过氧化物酶用А.Шгаисгя.法土壤氨化作用强度固N作用强度用土壤培养法纤维素分解作用强度用埋布片法土壤呼吸作用强度用Warburg呼吸法2.2 土壤肥力PCA排序

采用郎奎健唐守正编制的计算机程序对不同栽杉代数土壤肥力进行主成分分析PCA[18]3 结果与分析

3.1 杉木多代连栽后土壤水分物理性质变化

杉木林一代取代杂木林及随杉木连栽代数增加表层0~20 cm土壤粘粒<0.001 mm含量及团聚度呈减少趋势而>0.01 mm物理性砂粒和结构体破坏率则有明显增加趋势表1底层20~40 cm土壤上述各项指标较为稳定,变幅亦较小表1说明随林地干扰频率和强度增加表层土壤颗粒组成亦发生一定程度变化,土壤颗粒

2 研究方法

2.1 土壤肥力测定方法

考虑到试验地坡长较短分别在一代二代三代杉木林内中坡地段设置20 m20 m标准地各5块同时在杂木林内亦相应设置5块10 m10 m表1 杉木多代连栽后土壤水分物理性质

<0.001 mm

林分类型

土层厚度

粘粒<0.001 mm

/cm

杂木林

020

一代

020

二代

020

三代

020

2040204020402040

38.240.1736.0840.6634.4841.4233.2640.84

21.3932.0836.3734.3041.7435.1145.4634.48

70.0547.3846.3142.3640.0742.8235.1540.25

5.3014.119.3231.1423.1528.9420.0435.13

>0.01 mm物理性粘粒>0.01 mm

团聚度1

结构体破坏率2

总孔隙度非毛管孔隙度通气孔隙度田间持水量有效含水量

/%52.8652.9648.6749.0048.1046.3044.5044.03

11.529.9910.016.588.356.247.104.61

26.7223.825.3321.3822.2419.1820.2618.28

36.3229.6224.3025.5122.4021.6020.8819.48

23.7918.5220.0717.6018.6017.9617.9417.26

说明1团聚度=团聚状况(>0.05 mm微团聚体) 2结构破坏率=[(0.25 mm干筛

湿筛)(>0.25 mm干筛)]100

Vol.10 No.1 杨玉盛等杉木多代连栽后土壤肥力变化 35

表2 杉木多代连栽后土壤养分与腐殖质

土层厚度

林分类型

cm杂木林

0-2020-40

一 代

0-2020-40

二 代

0-2020-40

三 代

0-2020-40

pH值5.665.015.024.864.934.664.904.64

有机质/(g⋅kg-1)38.2513.1430.5914.4628.8112.4025.8411.30

水解N/(mg⋅kg-1)125.954.6115.169.9111.454.494.250.4

速效P/(mg⋅kg-1)4.02.63.02.52.82.62.41.8

速效K/(mg⋅kg-1)131.086.0100.084.098.086.098.082.0

HA含C量/(g⋅kg-1)3.010.641.740.541.380.451.220.41

HA/FA0.440.200.300.180.240.170.230.17

HA光密度值E40.690.290.410.260.360.240.350.24

E4/E65.755.806.056.206.106.256.126.25

表3 杉木多代连栽后土壤生化活性

土层厚度

林分类型

/cm杂木林

0-2020-40

一 代

0-2020-40

二 代

0-2020-40

三 代

0-2020-40

/(103个 g-1干土)15248.8279.16820.45944.03892.05086.03683.04936.03028.0

186.7185.8153.4164.6138.6160.8129.4

18.211.2121.580.5120.482.5122.686.4

细菌

真菌

放线菌

1

转化酶(0.05 mol L- Na2SO3)/ml6.635.301.660.721.240.661.200.68

脲酶(NH3)/(mg⋅g-1)酸性磷酸酶(C6H5OH)/(mg⋅100g-1)过氧化物酶[C6H3(OH)3]/(mg⋅100g-1)氨化作用/(g⋅kg-1)固N作用/(g⋅kg-1)纤维素分解呼吸作用强作用/(g⋅kg-1)度CO2/(µl 4g-1⋅h-1)5.6272.6423.8282.5353.4122.1223.2622.120

1.6250.9801.1850.7351.0240.6740.9860.567

35.38128.30529.43816.34027.16815.43826.38416.401

0.6120.2720.3840.1600.3320.1440.2980.140

0.4980.1620.2670.0980.2240.0680.2060.069

10.7825.6306.8355.6006.0635.0045.9684.832

4.69381.42353.84160.80183.26640.66323.01140.6028

结构稳定性能有所下降,而底层土壤则相对较为稳定

从表1可见三代杉木林表层土壤总孔隙度分别比杂木林一代和二代杉木林下降了8.4%4.5%和3.6%非毛管孔隙主及通气度亦有不同程度的下降说明随栽杉代数增加土壤变得较为紧实通气和容蓄能力下降从表1还可看出三代杉木林表层土壤田间持水量分别比杂木林一代和二代杉木林下降了15.44%3.42%和1.52%土壤有效含水量亦有此趋势说明随栽杉代数增加土壤供水能力明显下降

3.2 杉木多代连栽后土壤养分与腐殖质变化

三代杉木林表层土壤有机质含量分别比杂木林一代和二代杉木林的下降48.03%18.38%和11.49%HA的含量则分别下降146.7%42.6%和13.1%HA/FA和E4/E6值亦有不同程度下降而胡敏酸E4/E6值则有所增加土壤NP和K供应能力有所下降表2说明从杉木林一代取代杂木林起及随着连栽代数增加土壤有机质和

胡敏酸含量急剧减少腐殖质品质有明显的下降土壤供肥能力降低从而直接影响杉木生长而土壤pH值随栽杉代数增加而降低表2与干扰频率增加导致盐基离子流失及杉木根系分泌物和枯枝落物性质等因素有关[121923]3.3 杉木多代连栽后土壤生化活性变化

从杉木林一代取代杂木林起及随杉木连栽代数增加表层土壤除放线菌数量增加外土壤细菌和真菌数量及微生物总数有明显下降表3这与微生物作用基质枯枝落叶和土壤有机质数量和质量变化有关参与土壤中各类物质转化作用的土壤转化酶脲酶酸性磷酸酶和过氧化物酶活性有明显下降表3土壤中氨化作用固N作用和纤维素分解作用强度亦有不同程度降低表3表征土壤微生物学总活性的呼吸作用强度三代林表层土壤的分别比杂木林一代和二代杉木林的下降了55.87%27.57%和8.47%除

36 土壤与环境 Vol.10 No.1

表4 杉木多代连栽后土壤肥力主成分分析

主 成 分

指 标

特征向量

1jy1

因子负荷量

y1, xj-0.3609-0.5557-0.88960.83680.9521-0.90210.7610-0.94400.68970.90720.91110.82780.96340.97600.87950.88250.82010.93960.94790.96110.94330.9732-0.37760.78710.97640.99380.91280.98920.98720.96020.89070.91040.96370.97460.9706-0.8268

28.120578.1120

%78.1120

特征向量

2jy2

因子负荷量

y2, xj0.8675-0.74890.42910.4759-0.26790.02160.2783-0.16870.55560.10990.11260.53380.12430.1512-0.4640-0.3960-0.53670.0877-0.1225-0.21470.25640.2104-0.89250.5137-0.1424-0.0782-0.1547-0.1135-0.09720.0760-0.4498-0.4089-0.1897-0.0664-0.0440-0.3572

5.076214.100592.2125

特征向量

3jy3

因子负荷量

y3, xj-0.22200.29660.0362-0.24790.1017-0.32330.23490.23100.40530.38720.31820.0655-0.1985-0.0429-0.08600.1739-0.0324-0.0648-0.27380.1102-0.1605-0.0476-0.04780.1561-0.14900.05420.2865-0.0334-0.1052-0.25480.0303-0.0513-0.1857-0.1953-0.2316-0.3369

1.49674.157596.3700

x1<0.001 mm粘粒x2>0.01 mm物理性粘砂x3分散率x4团聚度x5

>0.25 mm水稳性团聚体

-0.0681-0.1048-0.16780.15780.1795-0.17010.1435-0.17800.13010.17110.17180.15610.18170.18400.16590.16640.15460.17720.17880.18120.17790.1835-0.07120.14840.18410.18740.17210.18650.18620.18110.16800.17170.18170.18380.1830-0.1559

0.3850-0.33240.19050.2112-0.11890.00960.1235-0.07490.24660.04880.05000.23690.05520.0671-0.2059-0.1758-0.23820.0389-0.0544-0.09530.11380.0934-0.39610.2280-0.0632-0.0347-0.0686-0.0504-0.04310.0337-0.1996-0.1815-0.0842-0.0295-0.0195-0.1586

-0.18150.24240.0296-0.20260.0831-0.26430.19200.18880.33130.31650.26010.0536-0.1623-0.0351-0.07030.1422-0.0265-0.0530-0.22380.0901-0.1312-0.0389-0.03910.1276-0.12180.04430.2342-0.0273-0.0860-0.20820.0248-0.0419-0.1518-0.1596-0.1893-0.2754

x6结构体破坏率x7

>1 mm水稳性团聚体

x8容重x9总孔隙度x10

非毛管孔隙

x11通气孔隙x12x13x14x15x16x17x18x19

最小持水量有效含水量pH值有机质全N水解N速效P速效Kx20CECx21x22x23x24x25x26x27x28x29x30x31x32x33x34x35x36

细菌真菌放线菌转化酶脲酶磷酸酶过氧化物酶氨化作用固N作用纤维素分解作用呼吸作用强度CO2腐殖质酸CHA含C量HA/FAE4E4/E6

特征根贡献率%累计贡献率

杂木林底层土壤外一代二代和三代杉木林底层土壤变化幅度较小表3说明随栽杉代数增加表层土壤生化活性有明显下降

3.4 杉木多代连栽后土壤肥力主成分分析

Vol.10 No.1 杨玉盛等杉木多代连栽后土壤肥力变化 37

选择<0.001 mm粘粒>0.01 mm物理性砂粒团聚度结构体破坏率等36个指标见表4对杂木林一代二代三代杉木林的0~20 cm及20~40cm层次的土壤进行主成分分析结果显示表4前二个主成分y1y2的累计贡献率已达92.21%说明这些指标基本上能反映连栽林地土壤肥力状况

从表4可见第一主成分y1对各因子的因子负荷量绝对值由大到小依次为x26x28x29x25x14x34x22x35x33x13前10个指标第二主成分y2对各因子的因子负荷量由大到小依次为x23x1x2x9x17x12x24x4x15x31前10个指标由此可见土壤酶活性土壤生化作用强度土壤微生物数量土壤腐殖质组成及特性土壤水分性质土壤结构性质土壤营养元素供应等总体上反映了土壤肥力状况从图1横轴从右至左方向可以看出土壤肥力排序为三代二代和一代杉木林20~40 cm土壤864三代二代杉木林0~20 cm土壤及杂木林底层20~40cm土壤725一代杉木林表层土壤(3)杂木林表层土壤(1)再从图1纵轴方向看归为同一组的二代三代杉木林0~20 cm土壤及杂木林底层20~40 cm土壤可进一步分为二代三代杉木林0~20 cm土壤57及杂木林底层土壤2这与前面分析结果是一致的杂木林少受人为干扰组成群落中树种较多结构合理自我培肥地力能力较高特别是其中栲树木荷等枯枝落叶量较大对良好土壤结构维持改善土壤供水性能营养元素供应容量和强度的增强促进土壤微生物繁殖和生化活性增强改善土壤腐殖质组成和特性等均有积极作用[19~22]杉木林一代取代杂木林后经皆伐火烧整地等一系列强度较大的人为干扰后特别是全面火烧清理采伐剩余物炼山使森林生态系统积累几十年的采伐剩余物瞬间遭受彻底分解一方面营养元素大量挥发另一方面亦直接对表层土壤灼烧加速土壤有机质的矿质化速度随后整地至幼林郁闭前这段时间内残留在地表的灰分随裸露幼林地严重水土流失而损失同时土壤结构亦受到不同程度的破坏林地土壤肥力有一定程度的下降[1923]但仍维持较高土壤肥力因此在中亚热带杂木林采伐迹地是营造杉木林较为理想迹地而选择立地条件较好的杂木林采伐迹地是培育杉木大径材重要措施之一在一代杉木林采伐迹地又经一次较大干扰及杉木生长后土壤肥力下降幅度较大这在林木生长上得到明显表现与一

420-10-5051015-2-4 图1 杉木多代连栽后土壤肥力主成分析

注图中点1~8分别表示杂木林表层和底层一代林表层和底层二代林表层和底层三代林表层和底层土壤

代的相比二代杉木林29 a生林分蓄积量下降22.83%28~29 a间树干年净生长量下降35.12%[910]表明中亚热带花岗岩发育的山地红壤在多次干扰下其生态系统潜在脆弱性逐渐显示出来[23]因此在一代杉木林采伐迹地上不宜进行大面积炼山而采用小块状炼山后保留适当数量生长健壮杉木萌芽条采用穴植套栽火力楠杜英木莲深山含笑等阔叶树种一方面降低对林地干扰强度另一方面形成杉阔混交林利叶树枯枝落叶数量大品质好的优点对林地土壤起到良好的改良作用同时促进二代杉木生长减缓由于连作导致杉木林生产力下降[1925]而三代杉木林土壤肥力与二代的相近即无大幅度下降可能与一方面三代林地供应杉木生长所需养分和水分能力急剧下降限制杉木快速生长如与一代的相比29 a生三代杉木林林分蓄积量下降46.58%28~29 a间树干年净生长量下降53.33%[910]表明三代杉木林生长量急剧下降另一方面三代杉木林生长后期林分郁闭度下降导致林下植被大量生长如三代杉木林林下植被层的总生物量高于一二代的林下植被层营养元素生物循环速率高于一代的[8]从而有利于三代的土壤肥力的改善从三代杉木林生产力组成中乔木层仅占60.16%一代杉木林则高达93.18%[10]及土壤肥力变化状况来看杉木林不宜进行多代三代以上连栽而应在二代杉木林采伐迹地上采用轮栽建柏马尾松或其它阔叶树种或加大混交林中其它树

38 土壤与环境 Vol.10 No.1

种特别是阔叶树种比例方法改善林地地力提高林地利用率以实现林地可持续经营参考文献

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杉木多代连栽后土壤肥力变化作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

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引用本文格式：杨玉盛.何宗明.陈光水.谢锦升.俞新妥.YANG Yu-Sheng.He Zhongming.CHEN Guang-shui.XIE Jing-sheng.YU Xin-Tuo 杉木多代连栽后土壤肥力变化[期刊论文]-土壤与环境 2001(1)