臺灣牛樟人工林對引種區表層土壤化學性質的影響

邢文婷，陳 培，許 奕，陳顯臻，董曉娜

（1.海南省林業科學研究所，海南 海口 571100；2.中國熱帶農業科學院海口實驗站，海南 海口 570102；3.海南省香蕉遺傳改良重點實驗室，海南 海口 570102）

土壤是植物生長的載體，土壤肥力是土壤的本質特征，直接影響植物的生長狀況［1-2］。在自然環境中，土壤肥力具有供應和協調植物生長繁殖的能力。然而，不科學的引種人工林會造成引種地土壤肥力衰退、土壤生產力下降、病蟲害等問題。有研究表明，大面積的桉樹種植會產生不同程度的土壤生產力下降以及諸多環境問題［3］。在桂西北樂的尾巨桉引種區林地土壤容重較大，土壤主要養分含量缺乏，林木生長量較低［4］。福建北部引種的鄧恩桉人工林改善了林地土壤的物理性質，提高了土壤全氮、全磷、全鉀的含量，增強了土壤肥力［5］。因此，在推廣種植外域樹種前研究其對引種區土壤養分的影響具有重要意義。

牛樟（Cinnamomum kanehirae Hayata）是臺灣特有的大喬木樹種，屬臺灣保育類樹種，分布于臺灣北部海拔500～1 800 m和中南部海拔700～2 100 m的原生闊葉林中［6-8］。臺灣牛樟常被誤認為另一珍稀樹種——沉水樟，陳體強等［9］認為可以從氣味、果形、木材成分辨別二者的差異。臺灣牛樟樹冠壯碩，初生葉顏色多變，可作為優美的遠景樹種，其木材可供制家具、雕刻、提取精油［10-11］。臺灣牛樟是臺灣牛樟芝（Antrodia camphorata） 唯一的天然宿主［12-13］。現存的臺灣牛樟野生資源稀有而珍貴，被掠奪或大量砍伐，自然生態被嚴重破壞［9］。

目前國內對臺灣牛樟研究報道以無性繁殖、精油提取及化學成分等居多，少數為臺灣牛樟引種適應性研究，而關于臺灣牛樟人工林對引種區土壤化學性質變化的相關研究尚未有報道。本研究在成功引種臺灣牛樟的基礎上，對其適宜的生態環境土壤化學性質指標進行測定，探明臺灣牛樟人工林對引種林地土壤化學性質的影響。

1 材料與方法

1.1 引種區概況

引種區位于海南島北部，海南省海口市海南林業科學研究所云龍基地（110°10′～110°41′E，19°32′～20°05′N），地勢平緩，最高海拔為222.2 m，年平均氣溫24.2℃，年平均降水量1 664 mm，平均相對濕度85%；土壤為磚紅壤，偏酸性。引種林為2年生臺灣牛樟人工林，種苗母本原產地為臺灣。

1.2 試驗設計與取樣

試驗在初步成功引種臺灣牛樟的基礎上，分別在臺灣牛樟人工林和木棉-臺灣牛樟混交林試驗地中設置3塊15 m×5 m的標準樣地并編號。試驗區土質為磚紅壤。

在設置好的樣地內選取有代表性的3株樹，每株樹下距離樹根約30 cm處，取對稱的兩個土壤剖面進行分層取樣，分別取0～20、20～40 cm土樣，去除須根后分別裝入標記好的自封袋帶回實驗室，自然陰干后將同一樣地同一土層的土樣混合均勻后用于土壤化學指標的測定［14］。

1.3 土壤樣品測定方法

采用電位法測定臺灣牛樟林下土壤的pH值，采用鉻酸氧還滴定法測定土壤有機質含量，采用半微量開氏法測定土壤全氮量，采用酸溶-鉬銻抗比色法測定全磷P2O5，采用堿溶-火焰光度法測定全鉀K2O，采用BrayⅠ提取-鉬銻抗吸光光度法測定有效磷，采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀，1 mol/L KCl浸提-流動分析儀測定硝態氮和銨態氮。

試驗數據利用Excel軟件進行處理，采用田間試驗對比法統計分析各處理的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 臺灣牛樟造林前后土壤化學性質變化

由表1可知，造林前土壤pH平均值為4.46，造林后土壤pH值較造林前下降0.3個單位，土壤有機質、全磷含量分別增加1.02%、0.024%，土壤全氮、全鉀含量分別下降1.33%、0.01%，差異不顯著；土壤速效鉀含量增加22.53%，有效磷、硝態氮含量分別為造林前的3倍和10倍，銨態氮含量較造林前增加52.46%，差異顯著。說明營造臺灣牛樟人工林從整體上增加了表層土壤主要營養成分含量，提高了引種區土壤肥力。

表1 臺灣牛樟人工林造林前后土壤化學性質比較

2.2 不同林分土壤化學成分對比

2.2.1 不同林分土壤pH值及有機質含量對比 由圖1可知，臺灣牛樟人工林和木棉-臺灣牛樟混交林0～20 cm土壤pH值分別為4.17、4.57，有機質含量分別為28.35、15.79 g/kg，前者土壤pH值較后者低8.75 %，但其土壤有機質含量是后者的1.8倍；20～40 cm土壤pH值分別為4.14、4.60，土壤有機質含量分別為19.26、13.76 g/kg，前者土壤pH值較后者低7.17 %，而其土壤有機質含量也較后者提高39.97 %，差異顯著；土壤有機質含量隨著土層深度的增加而減少。

圖1 不同林分土壤有機質含量

圖2 不同林分土壤全氮含量比較

2.2.2 不同林分土壤中氮含量分析 如圖2所示，臺灣牛樟人工林和木棉-臺灣牛樟混交林0～20 cm土壤全氮含量分別為1.52、1.15 g/kg，前者較后者高32.17 %；20～40 cm土壤全氮含量分別為1.44、1.12 g/kg，前者較后者高28.57%；而同一林分內不同土層之間差異不顯著。由圖3可知，不同林分之間同一土層的土壤硝態氮和銨態氮含量差異顯著，臺灣牛樟人工林土壤銨態氮、硝態氮含量較木棉-臺灣牛樟混交林分別低15.84%、45.00%。

圖3 不同林分土壤硝態氮和銨態氮含量分析

2.2.3 不同林分土壤中磷含量分析 如圖4所示，臺灣牛樟人工林和木棉-臺灣牛樟混交林在0～20 cm土壤全磷含量分別為0.149%、0.136%，前者顯著高于后者；20～40 cm土壤全磷含量分別為0.139%、0.134%，無顯著差異。與木棉-臺灣牛樟混交林相比，臺灣牛樟人工林0～20 cm土壤有效磷含量高122.43%，20～40 cm土壤有效磷含量降低25.64%。圖5顯示，臺灣牛樟人工林土壤有效磷含量隨土層深度的增加而下降，而木棉-臺灣牛樟混交林土壤有效磷含量則增加。

圖4 不同林分土壤全磷含量比較

2.2.4 土壤中鉀含量分析 由圖6可知，臺灣牛樟人工林和木棉-臺灣牛樟混交林0～20 cm土壤全鉀含量分別為0.189%、0.238%，20～40 cm土壤全鉀含量分別為0.192%、0.158%，差異不顯著；由圖7可知，木棉-臺灣牛樟混交林0～20 cm土壤速效鉀含量較臺灣牛樟人工林高45.10%，這兩種林分20～40 cm土壤速效鉀含量無明顯差異；土壤全鉀、速效鉀含量隨土層深度的增加而下降。

圖5 不同林分土壤有效磷含量比較

圖6 不同林分土壤全鉀含量比較

圖7 不同林分土壤速效鉀含量比較

2.3 椰糠改良基質土壤化學性質的變化

如表2所示，與磚紅壤基質栽培的臺灣牛樟人工林（磚紅壤林）相比，椰糠+磚紅壤混合基質栽培2年生臺灣牛樟人工林（椰糠+紅壤林）土壤pH值降低5.0%，土壤有機質含量降低5.5%，全磷含量減少7.6%，有效磷含量降低40.1%，全鉀含量下降6.3%，而其土壤速效鉀含量提高36.2%，且土壤養分隨土層深度的增加而下降；而土壤銨態氮含量較磚紅壤林提高40.3%，硝態氮含量是磚紅壤林的5倍多，差異極顯著。表明椰糠+磚紅壤營造的臺灣牛樟人工林土壤主要養分含量總體上低于磚紅壤營造的臺灣牛樟人工林，說明臺灣牛樟人工林能適應海南北部土質環境，并促進了引種區土壤肥力的提高。

表2 椰糠+磚紅壤改良基質營造臺灣牛樟人工林土壤化學性質比較

3 結論與討論

土壤pH值指示土壤中活性酸的大小，活性酸直接影響林木的生長和養分的有效性，其對土壤肥力高低、微生物的活動、土壤有機質及營養物質的合成與分解都有重要影響［15-16］。本試驗結果表明，臺灣牛樟人工林土壤的pH值較造林前下降0.30個單位，木棉-臺灣牛樟混交林土壤的pH值較造林前無顯著差異，各處理土層之間土壤pH值無明顯差異。說明營造臺灣牛樟人工林可增加土壤酸性，而與之混交的木棉樹種及其他殘體分泌物在一定程度上可減緩土壤酸化。

土壤有機質是土壤固相的重要組成部分，主要來源于動植物殘體、土壤微生物及其分泌物以及人為施入的各種有機肥料，是衡量土壤肥力的重要指標之一［17-18］。在臺灣牛樟人工林中，土壤有機質含量與造林前差異不顯著，但顯著高于木棉-臺灣牛樟混交林，并隨土層深度的增加而降低，這與華北落葉松人工林［19］和紅松林［20］的研究結論相似。其原因可能是土壤養分的表驟性使植物吸收養分的區域以及土壤動物、微生物分解有機質活動主要集中于表層土壤［21］。

土壤有機質含量積累越高土壤氮元素含量增加越高［22］。土壤自身的N、P、K主要來源于土壤有機質的礦化［23］。以椰糠+磚紅壤基質營造臺灣牛樟人工林，除了土壤銨態氮、硝態氮含量較高于紅壤林，其他土壤主要養分含量低于磚紅壤林、木棉-臺灣牛樟混交林，這可能是由于有機物中有機氮素分解固定成硝態氮、銨態氮等無機氮，通過增加土壤中的可吸收氮，提高土壤肥力［24］。此外，臺灣牛樟人工林土壤主要營養成分全氮、全磷、全鉀含量與造林前差異不明顯，其他主要養分含量顯著高于造林前。在木棉-臺灣牛樟混交林中土壤硝態氮、銨態氮、速效鉀比臺灣牛樟人工林高，而其土壤全氮含量較后者低，其他營養成分含量差異不明顯。綜上所述，臺灣牛樟人工林不會使引種區土壤肥力降低，反而在整體上其土壤肥力高于造林前或與其它樹種混交的林地。這為后續研究其林下經濟作物的生長狀況和土壤肥力提供理論和實踐基礎。

［1］Ilany T，Ashton M S，Montagnini F，et al. Using agro forestry to improve soil fertility：Effects of intercropping on Ilex paraguariensis（yerbamate）plantations with Araucaria angustifolia［J］. Agro Gorestry Systems，2010，80（3）：399-409.

［2］馬云波. 冀北山區華北落葉松人工林土壤酸堿度與養分含量的變化［D］. 保定：河北農業大學，2015.

［3］溫遠光. 桉樹生態、社會問題與科學發展［M］.北京：中國林業出版社，2008：1-130.

［4］黃承標，農錦德，楊鈣仁，等. 尾巨桉引種新區連續年齡序列生長量及土壤理化特性［J］. 林業資源管理，2012（1）：70-74.

［5］龔輝，劉劍斌，陳建忠，等. 福建北部引種鄧恩桉對土壤性質的影響［J］. 北華大學學報，2015，16（2）：249-255.

［6］徐泰浩，林芳儀. 臺灣地區樟芝研究概況與發展趨勢［J］. 食藥用菌，2011，19（6）：24-29.

［7］Wu C C，Ho C K，Chang S H. The complete chloroplast genome of Cinnamomum kanehirae Hayata（Lauraceae）［J］. Mitochondrial DNA A DNA Mapp seq，Anal，2016，27（4）：2681-2682.

［8］Liu Y G，Chen K H，Leu Y L，et al. Ethanol extracts of Cinnamomum Kanehirai Hayata leaves induce apoptosis in human hepatoma cell through caspase-3 cascade［J］. Onco Targets and Therapy，2015，8 ：99-109.

［9］陳體強，方忠玉. 臺灣珍稀藥用菌樟芝及其寄（腐）腐生樹種牛樟［J］. 福建農業科技，2003（1）：41-42.

［10］蔡為明，金力群，蔡青松，等. 牛樟芝人工培養基活性成分與藥理作用的研究進展［J］. 食用菌，2015（1）：17-23.

［11］曾群生. 牛樟扦插育苗技術研究［J］. 福建熱作科技，2011，36（2）：21-23.

［12］孟紅巖，郭鶯，林文珍，等. 臺灣牛樟總RNA提取方法的建立［J］. 亞熱帶植物科學，2016，45（1）：53-56.

［13］張知曉，季梅，澤桑梓. 牛樟芝培養技術的研究進展［J］. 熱帶農業科學，2015，35（3）：94-99.

［14］毛昌華. 福建北部引種鄧恩桉對土壤綜合肥力的影響［J］. 桉樹科技，2016，33（3）：24-29.

［15］董銳. 不同樹林的落葉松對林下土壤化學性質的影響［J］. 防護林科技，2016（6）：16-17.

［16］陳愛玲，游水生，林德喜. 闊葉林地在不同更新方式下土壤理化性質的變化［J］. 浙江林學院學報，2001，18（2）：127-130.

［17］胡克林，余艷，張鳳榮，等. 北京郊區土壤有機質含量的時空變異及其影響因素［J］. 中國農業科學，2006，39（4）：764-771.

［18］劉建新. 覆草對果園土壤肥力及蘋果產量與品質的影響［J］. 干旱地區農業研究，2004，22（1）：102-105.

［19］馬云波，許中旗，張巖，等. 冀北山區華北落葉松人工林對土壤化學性質的影響［J］水土保持學報，2015，29（4）：165-170.

［20］吳瑤，李鳳日，秦凱倫，等. 近自然經營技術對紅松林土壤土壤化學性質的影響［J］. 東北林業大學學報，2014，42（1）：76-79.

［21］薛立，鄺立剛，陳紅躍，等. 不同林分土壤養分、微生物與酶活性的研究［J］. 土壤學報，2003，40（2）：280-285.

［22］葉激華，吳初平，張駿，等. 黑松闊葉林內不同樹種樹干徑流對表層土壤化學性質的影響［J］. 浙江林業科技，2015，35（6）：23-27.

［23］萬盼，劉蕓，黃小輝，等. 農藥和菌渣對三峽庫區油桐生長及土壤化學性質的影響［J］. 重慶師范大學學報（自然科學版），2015，32（2）：44-49.

［24］劉恩璽，高橋輝昌，劉彩霞. 樹木剪枝堆肥與傳統堆肥對土壤化學性質的影響［J］. 林業與環境科學，2016，32（2）：68-72.