常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的演變與評價

呂玉龍，周秀峰，何 瑩

（1.浙江省安吉縣林業(yè)局,浙江 安吉 313300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室,浙江 臨安311300）

常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的演變與評價

呂玉龍1，周秀峰2，何 瑩1

（1.浙江省安吉縣林業(yè)局,浙江 安吉 313300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室,浙江 臨安311300）

旨在探討常綠闊葉林改為毛竹Phyllostachys edulis林和白茶Camellia sinensis園后土壤肥力質(zhì)量的演變趨勢，評價毛竹林和白茶園土壤肥力質(zhì)量。在浙江省安吉縣分別采集并分析了10年生和40年生的毛竹林和白茶園土壤，并與40年生常綠闊葉林進(jìn)行比較。結(jié)果表明：4個土壤剖面的土壤有機(jī)碳、堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨土層深度的增加而顯著下降（P＜0.05）。常綠闊葉林改為白茶園和毛竹林10 a后，各個土層的土壤pH值均有不同程度升高；白茶園和毛竹林的0～10 cm和10～30 cm土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有不同程度的降低；40年生白茶園0～10 cm和10～30 cm土層堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了26.1 mg·kg－1和11.9 mg·kg－1，白茶園和毛竹林0～10 cm和10～30 cm土層的有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，呈現(xiàn)隨種植年限增加先增后減的趨勢。土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而與土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著相關(guān)性。根據(jù)林地和園地土壤肥力的分級標(biāo)準(zhǔn)，毛竹林和白茶園土壤有機(jī)碳、堿解氮和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬于缺乏水平，而速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬于極度缺乏水平。從土壤肥力質(zhì)量的演變趨勢看來，在毛竹林和白茶園的施肥管理中應(yīng)適當(dāng)增加有機(jī)肥和化肥的用量，以確保土壤肥力質(zhì)量的提高。圖6表2參19

土壤學(xué)；常綠闊葉林；毛竹林；白茶園;肥力質(zhì)量；土地利用方式

土壤肥力是土壤質(zhì)量的主要構(gòu)成部分，包括土壤肥力各因子的數(shù)量、在特定的環(huán)境條件下與諸因子協(xié)同作用下的養(yǎng)分有效性以及特定植物的養(yǎng)分需求和產(chǎn)出［1］。土壤肥力高低不僅受土壤養(yǎng)分、植物的吸收能力和植物生長的環(huán)境條件各因子的單獨影響，也取決于各因子的協(xié)調(diào)程度。土壤肥力質(zhì)量研究必須同時兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和環(huán)境保護(hù)2個方面。浙江省安吉縣位于浙江省西北部，土地總面積為1 887 km2，是中國著名的竹子和白茶Camellia sinensis之鄉(xiāng)。毛竹Phyllostachys edulis和白茶是安吉縣農(nóng)林業(yè)的兩大支柱產(chǎn)業(yè)。擁有規(guī)模生產(chǎn)茶園面積1.13×104hm2，產(chǎn)量1 800 t·a-1，產(chǎn)值20億元·a-1，占全縣農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值1/4［2］。安吉縣竹林面積居全國前列，浙江首位，竹業(yè)總產(chǎn)值居全國之首，其中毛竹林面積為5.53×104hm2，覆蓋率達(dá)29.3%，面積占全縣森林面積的41.2%［3］。土壤肥力質(zhì)量的高低與土地利用方式的改變也密切相關(guān)。由于栽培毛竹和白茶的經(jīng)濟(jì)效益高，尤其白茶利潤豐厚，致使安吉縣毛竹和白茶的栽培面積逐年擴(kuò)大［4］，其中大部分是由常綠闊葉林改變而來，導(dǎo)致森林資源破壞，水土流失嚴(yán)重［2］。黃錦法等［5］報道了稻麥輪作田改為保護(hù)地菜田土壤肥力質(zhì)量的演變，但常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的演變并未有人涉及。本研究根據(jù)安吉縣森林資源經(jīng)營檔案，在全面踏查的基礎(chǔ)上，在該縣梅溪鎮(zhèn)錢坑橋村的3個小流域，進(jìn)行了常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的演變研究，以期為毛竹林、白茶園土壤肥力質(zhì)量的提高和森林可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安吉縣東端的梅溪鎮(zhèn)（30°28′N,119°24′E），處于天目山脈在安吉境內(nèi)的東支末梢，北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.1℃，年降水量為1 286.0mm，無霜期228.0 d。該區(qū)的原生植被為天然闊葉林，絕大部分分布于低山丘陵地帶。天然植被有青岡Cyclobalanopsis glauca-苦櫧Castanopsis sclerophylla常綠闊葉林、馬尾松Pinusmassoniana林、針闊混交林、竹林以及灌叢植被。人工植被有杉木Cunninghamia lanceolata林，濕地松Pinus elliottii林及經(jīng)濟(jì)林。土壤主要是發(fā)育于酸性巖漿巖和沉積巖的紅壤土類。梅溪鎮(zhèn)是安吉縣主要毛竹產(chǎn)區(qū)，毛竹林面積為2 700 hm2；白茶栽培面積為1 300 hm2，占安吉縣白茶產(chǎn)量的1/5。毛竹林通常每年5月上、中旬施肥1次，肥料用量控制在100～150 kg·hm－2。白茶施肥2次·a-1，修剪后施1次追肥，10月后施1次基肥。肥料以有機(jī)肥為主（30～35 t·hm－2），適量使用復(fù)合肥（300～450 kg·hm－2）。

1.2 土壤采樣與分析方法

2015年7月，在梅溪鎮(zhèn)錢坑橋村的3個小流域（區(qū)組），分別選擇有代表性的10年生和40年生毛竹林和白茶園各3塊（20 m×20 m），并在樣地周圍選擇40年生常綠闊葉林作為對照，挖土壤剖面3個·區(qū)組－1，分別采集0～10，10～30，30～60和＞60 cm等4個土層樣品，剔除粗大根系和礫石，同時用容重圈采集土壤。將3個剖面的土樣按相同土層深度分別混勻，以四分法取500 g樣品帶回實驗室。采回的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，去除根系后，用木棍碾碎，過2 mm孔徑篩子，供化學(xué)分析用。分析方法如下：土壤pH值［m（土）∶m（水）=1∶5］用酸度計測定，有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用鹽酸-氟化銨（HCl-NH4F）浸提鉬銻抗比色法，速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法，土壤容重用環(huán)刀法測定［6］。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用利用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、相關(guān)性分析和作圖，用SPSS 18.0系統(tǒng)進(jìn)行方差分析，并采用Duncan’s新復(fù)極差法（LSR）在0.05水平下進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式下土壤肥力隨土層深度的變化

常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園并集約經(jīng)營10 a和40 a后的土壤pH值（圖1）和有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的結(jié)果（圖2）顯示，不同林地土壤pH值不同土層之間沒有顯著性差異，但土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)則隨土層深度的增加而顯著下降。不同林地土壤堿解氮、有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的增加而顯著下降（圖3~5）。耕作層（0～30 cm）土壤容重低于心土層（30～60 cm），但差異沒有達(dá)到5%顯著水平（表1）。

2.2 不同利用方式下土壤肥力的比較

常綠闊葉林改為白茶園和毛竹林10年生后各個土層的土壤pH值均有不同程度升高，40年生白茶園各個土層的土壤pH值與10年生白茶園各個土層的土壤pH值之間沒有顯著差異，但40年生毛竹林各個土層的土壤pH值比10年生毛竹林各個土層的土壤pH值提高了0.27～0.63（圖1）。

與常綠闊葉林比較，10年生白茶園的0～10 cm土層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有降低，但其他各土層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯增加。隨著種植年限的增加，40年生白茶園的0～30 cm土層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)又有了明顯的降低，但30 cm以下土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)并未降低；10年生毛竹林的0～10 cm土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了8.97 g·kg－1，但其他各土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本沒有下降，40年生毛竹林的各土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持10年生毛竹林土壤有機(jī)碳水平（圖2）。

與常綠闊葉林相比，10年生白茶園0～10 cm和10～30 cm土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有降低，40年生白茶園堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步降低，分別降低了26.1mg·kg－1和11.9mg·kg－1，30 cm以下土層的堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)先增后減的趨勢（圖3）。白茶園和毛竹林0～10 cm和10～30 cm土層的有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，呈現(xiàn)隨栽培年限增加先增后減的趨勢。30 cm以下土層有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨有效磷和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)無規(guī)律的變化（圖4~5）。

圖1 土壤pH值隨土層深度的變化Figure 1 Changes of soil pH with soil depths

圖2 土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的變化Figure 2 Changes of organic carbon contents in the soils

表1 不同利用方式下土壤容重Table 1 Bulk densities in the soils under different utilization ways

常綠闊葉林改為白茶園后，10年生白茶園和毛竹林的土壤容重顯著降低了，但40年生白茶園和40年生毛竹林的土壤容重就不再降低了。

圖3 土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的變化Figure 3 Changes of available N contents in soils

圖4 土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的變化Figure 4 Changes of available P contents in soils

2.3 土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)分析

不同林地土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤速效養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)分析結(jié)果顯示：土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖6A），速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖6B）之間的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），而與土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)（圖6C）的相關(guān)性未達(dá)5%顯著水平。

圖5 土壤速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的變化Figure 5 Changes of available K contents in soils

2.4 常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的評價

參照林地土壤和園地土壤肥力的分級指標(biāo)（表2）［7－8］，安吉縣不同種植年限的白茶園和毛竹林土層的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35.03～42.16 g·kg－1和18.24～35.03 g·kg－1，換算為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 60.39～72.68 g·kg－1和 31.45～60.39 g·kg－1，屬于4級水平；堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.4～71.3mg·kg－1和28.5～42.8mg·kg－1，屬于4級水平；有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.79～1.91 mg·kg－1和0.57～0.75mg·kg－1，屬于5級水平；速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為43.5～82.5mg·kg－1和22.1～46.5mg·kg－1，屬于4級水平。

3 討論與結(jié)論

圖6 土壤有機(jī)碳與土壤速效養(yǎng)分之間的關(guān)系Figure 6 Relationships between organic carbon contents and available nutrient contents in the soils

隨著農(nóng)林產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整，浙江省以果、蔬、茶、竹為主的經(jīng)濟(jì)作物面積不斷擴(kuò)大，如由杭嘉湖平原稻麥輪作田改為蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物連作的旱地和半永久性的保護(hù)地［5］，浙北稻田或林地改為毛竹［9－10］、雷竹Phyllostachys violascens［11－12］和白茶等經(jīng)濟(jì)作物。由于改制前后的土壤類型、作物及施肥管理模式的不同，導(dǎo)致改制后土壤肥力質(zhì)量的演變趨勢產(chǎn)生巨大差異。例如，稻麥輪作田改為保護(hù)地菜田后，pH值大幅下降，導(dǎo)致土壤酸化［5］，稻田改為毛竹和雷竹同樣導(dǎo)致了土壤酸化［10－12］。但本研究常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后并未引起土壤酸化，甚至土壤pH值略有升高。究其原因，一是稻田改為雷竹林后的施肥量，特別是化肥用量大大高于本研究的樣地，二是稻田土壤pH值高于林地［10］。基于同樣的理由，稻田改為雷竹林后土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀等均有大幅增加，尤其是速效磷超負(fù)荷累積［12－15］，但本研究毛竹林和茶園的土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀增加幅度很小，其土壤肥力指標(biāo)仍屬缺乏范圍。

改制后土壤肥力質(zhì)量隨種植時間增加的演變趨勢因不同改制模式也有巨大差異。強度集約經(jīng)營導(dǎo)致雷竹林土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速效氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間推移而大幅提高［12－15］。姜培坤等［11］報道，2007年土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比1999年增加了1.00倍，平均增加3.34 g·kg－1·a－1，土壤全氮和速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增長2.47倍和2.05倍，土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長10.10倍，土壤速效鉀提高44.0%。本研究的種植10年生和40年生的毛竹林和白茶園0～10 cm土壤的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)反而略有降低，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的增加幅度也很小。與改制后強度集約經(jīng)營雷竹林土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速效氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間變化趨勢相反，集約經(jīng)營導(dǎo)致毛竹林土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在前20 a隨時間推移而快速下降，此后趨向平衡［10,16－17］，其原因是雷竹集約經(jīng)營的強度比毛竹高，而且雷竹經(jīng)營過程中還采取了覆蓋措施。另外相關(guān)研究表明，適量的施肥有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累［18］，一般經(jīng)營毛竹林土壤有機(jī)質(zhì)含量大于集約經(jīng)營［19］。本研究的結(jié)果顯示：常綠闊葉林改為毛竹林和白茶園后土壤肥力質(zhì)量的演變趨勢是土壤pH值略有升高，土壤有機(jī)碳、堿解氮和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬于缺乏水平，而速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)屬于極度缺乏水平，因此，從土壤肥力質(zhì)量演變趨勢看來，應(yīng)適當(dāng)增加有機(jī)肥和化肥的用量，以確保土壤肥力質(zhì)量的提高。

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表2 林地土壤和園地土壤肥力的分級指標(biāo)Table 2 Fertility grading indicators of the soils under orchards and forest stands

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Soil fertility after change from an evergreen broadleaf forest tomao bamboo stands and white tea plantations

LüYulong1,ZHOU Xiufeng2,HE Ying1
（1.Forest Enterprise of Anji County,Anji 313300,Zhejiang,China;2.Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration of Zhejiang Province,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang, China）

Evaluation of soil fertility caused by a change in land use pattern can provide a theoretical basis for soil improvement.The purpose of this study was to explore and to evaluate the evolutionary development of soil fertility after land use change from an evergreen broadleaf forest to Mao bamboo （Phyllostachys edulis）stands and white tea（Camellia sinensis）plantations.Soil sampleswere taken from 4 soil profiles including the 0－10, 10－30,30-60 and＞60 cm soil depths,analyzed with a correlation analysis,and evaluated according to soil fertility grading standards for white tea plantation and Mao bamboo.Results showed that organic carbon and available N,P,and K in the 4 soil profiles greatly decreased with soil depth.Soil pH values in each soil layer of the 10-year-old Mao bamboo stands and a 10-year-old white tea plantation increased slightly;whereas,organic carbon in the 0－10 and 10－30 cm soil depths in these bamboo and tea plantations decreased slightly. Compared to the evergreen broadleaf forest,available N in a 40-year-old white tea plantation was 26.1 mg·kg－1lower in the 0－10 cm soil layer and 11.9mg·kg－1lower in the 10－30 cm layer.Available P and K in the 0－10 and 10－30 cm soil depths of white tea plantations increased and then decreased with plantation years.Soil organic carbon contentwas positively correlated with soil available N（R2=0.767 0）and K（R2=0.731 8）（P＜0.01）,but notwith soil available P.According to soil fertility standards,organic carbon and available N and K in the soils under Mao bamboo standswith white tea plantationswere deficientwith available P extremely deficient.In light of the evolutionary changes,farmers should increase the rates of organic manure and chemical fertilizer so as to ensure improvement in soil fertility.［Ch,6 fig.2 tab.19 ref.］

soil science;evergreen broadleaf forest;Mao bamboo （Phyllostachys edulis）;white tea（Camellia sinensis）plantation;soil fertility quality;land use pattern

S714.8

A

2095-0756（2017）04-0656-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.011

2016-09-12；

2016-10-17

浙江省科學(xué)技術(shù)公益技術(shù)應(yīng)用項目（2014C33282）

呂玉龍，高級工程師，從事林業(yè)技術(shù)研究與推廣工作。E-mail:lvyulong@126.com