更新造林措施對桉樹采伐跡地土壤有機碳氮活性組分的影響

詹志麗

(莆田市涵江區自然資源局，福建 莆田 351111)

森林土壤碳氮循環是重要的生物地球化學循環過程之一[1]。不同的土壤碳氮組分對土壤碳氮循環和轉化過程有不同的調節作用。大多數學者普遍認為，土壤碳氮組分依據分解難易程度和對植物有效性大小，分為活性碳氮、穩態碳氮和難分解碳氮。活性碳氮組分包括可溶性有機碳氮、微生物量碳氮、輕組有機碳氮等。該組分周轉周期短，對植物的生長和群落生產力的影響最直接，同時也可以作為反映土壤質量和環境變化的重要指標[2]。

桉樹是桃金娘科桉屬樹種的統稱，被譽為世界四大速生樹種之一。作為速生纖維、實木加工短周期工業原料林，桉樹人工林建設在水熱條件較好的福建南部地區發展迅速，但也引起了一些環境問題。2011年10月7日，福建省政府辦公廳發布《關于限制桉樹人工林發展的通知》(閩政辦〔2010〕152號)，明令限制在水源地等重要生態區域種植桉樹，此后幾年又陸續出臺各種政策支持利用闊葉樹種改造桉樹林。目前，有關研究主要集中在林下植被物種多樣性[3]、生物量和生產力[4]和土壤理化性質[5]等方面，而關于土壤有機碳氮活性組分的研究鮮見報道。為此，本研究以莆田市涵江區桉樹林分改造地塊為研究對象，分析了主要更替樹種的生長情況、土壤理化性質及土壤可溶性有機碳氮、微生物量碳氮、銨態氮、硝態氮等特征，以期分析不同改造樹種的適應情況及土壤碳氮循環的響應，為樹種篩選及改造技術模式的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于莆田市涵江區梧塘鎮松東村，地理位置119°02′43″ E，25°34′05″ N。項目區屬南亞熱帶海洋性季風氣候，暖熱濕潤，多年平均氣溫20.3 ℃，1月最冷，平均氣溫11.3℃，7月最熱，平均氣溫28.6 ℃，年日照1 977 h，多年平均降雨量1 500 mm，4—9月為雨季，約占全年降雨量的80%。海拔高度150～200 m，坡度15～18°，土壤類型為紅壤，立地質量Ⅲ級。林下常見植物包括鹽膚木(Rhuschinensis)、梅葉冬青(Ilexasprella)、山烏桕(Sapiumdiscolor)、懸鉤子(Rubuscorchorifolius)、千金藤(Stephaniajaponica)、火炭母(Polygonumchinense)、菝葜(Smilaxchina)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、雀稗(Paspalumorbiculare)等。

1.2 研究方法

研究選擇的巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林為2005年造林，保留密度1 200株hm-2，將林木皆伐后重新造林。采伐作業于2015年12月底前全部完成。新造林設計了3種模式，選用杜英(Elaeocarpusdecipiens)、楓香(Liquidambarformosana)、天竺桂(Micheliamacclurei)與馬占相思(Acaciamangium)1∶株間混交(分別記為模式一、模式二、模式三)，每畝80株。天竺桂、楓香、杜英均選用多年生袋苗，采用胸徑≥3 cm、苗高≥2.0 m、冠幅≥50 cm、三級分叉、枝干健壯、形態優美的全冠容器大苗；馬占相思采用2年生袋苗，地徑≥1.2 cm，苗高≥100 cm。造林前，沿等高線帶狀整地，包括清除種植穴(帶)周圍的塊石、碎石及非培育目的植物，挖凈茅草頭，將剩余物整齊堆放在種植穴下方；劈除桉樹萌芽條，并將伐樁剝皮后用黑色聚乙烯薄膜袋套住，并覆土壓實。造林后連續撫育3年，包括補植、伐除桉樹萌芽條等。劈雜產生的廢棄物平鋪在種植穴下方。造林施工于2016年5月前完成，12月底前對當年成活率進行調查。

2019年9月，在每種改造模式林分內隨機設置3個20 m×20 m的樣地，調查每個造林樹種的樹高、胸徑、冠幅等；沿對角線等距布設6～8個取樣點，利用土鉆獲取0～20 cm土壤并混合均勻，按四分法取樣，一份放入置有生物冰袋的便攜式保溫箱，用于土壤可溶性有機碳氮(DOC、DON)、土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)的測定，另一份風干后測定土壤基本理化性質。對照組(模式四)選擇臨近小班，同為2005年造林，未改造，坡度、坡向、海拔高度等均相近。

1.3 樣品分析方法

土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法處理，MBC利用TOC-VCPH/CPN 分析儀(Shimadzu，Japan)測定，MBN采用SmartChem200全自動分析儀(Alliance，France)測定，轉換系數MBC=EC/0.45，MBN=EN/0.54。可溶性有機碳、氮(DOC、DON)采用2 molL-1氯化鉀浸提法處理，DOC采用TOC-VCPH/CPN 分析儀(Shimadzu，Japan)測定，DON、NO3—-N、NH4+-N利用SmartChem 200全自動分析儀(Alliance，France)測定。土壤有機碳、氮(STC、STN)利用碳氮元素分析儀(Vario EL Ⅲ，ElementarAnalysensysteme GmbH，Hanau，Germany)測定，土壤全磷、全鉀(STP、STK)利用HNO3在GHZ-8/10/12/16型高通量智能微波消解儀(國產)酸解后，用SmartChem200全自動分析儀(Alliance，France)測定全磷(STP)，用火焰光度計測全鉀(STK)，土壤速效磷(SAP)和速效鉀(SAK)的測定方法參照中國林業行業標準(LY/T 1228～1237)。

1.4 數據處理方法

利用SPSS 17.0對數據進行鄧肯多重比較，利用Origin 9.5作圖，利用Excel 2010整理數據。

2 結果與分析

2.1 不同更新樹種的生長量調查

樹高、胸(地)徑、冠幅生長量是衡量造林樹種適應性、抗逆性的主要指標。

表1 不同改造樹種林分特征調查表

注：“±”表示標準差。

從調查結果(表1)上看，4個造林樹種當年造林成活率均達到90%以上，其中天竺桂、馬占相思達到95%；3年后保存率均達到95%以上，說明所選的4個樹種均能較好的適應涵江區氣候、土壤等立地條件。從地徑生長量上看，天竺桂生長最快，年均生長量達到1.3 cma-1，其次為杜英，達到0.83 cma-1；從樹高生長量上看，天竺桂最快，達到1.0 ma-1，其次為杜英，達到0.67 ma-1；冠幅生長量也有相似規律。馬占相思生長量也較明顯，地徑增長了2.3 cm，平均達到了0.77 cma-1，樹高年均生長量0.77 ma-1。

2.2 不同更新造林模式土壤理化性質的差異

表2 不同更新造林模式表層(0～20 cm)土壤理化性質

注：“±”表示標準差。

選擇了土壤含水量、容重、pH、土壤有機質含量、土壤全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀等指標分析，詳見表2。從結果上看，采伐跡地造林一定程度上改變了土壤的基本理化性質。其中，土壤含水量差異不大；從土壤容重上看來，3種模式的土壤容重均有所下降；從土壤的有效養分上看，三種造林模式土壤的有機質含量、全效及速效養分含量均有一定程度的提高。

2.3 不同更新造林模式土壤活性碳氮組分含量

選擇了土壤可溶性有機碳、氮、土壤微生物量碳、氮、微生物量碳氮比、土壤硝態氮、土壤銨態氮、土壤碳氮比8個因子進行分析。由圖3可知，模式三(天竺桂×馬占相思)的土壤可溶性有機碳、氮含量和氨態氮含量顯著高于其他各模式，模式一和模式二差異不顯著；各模式土壤微生物量碳、氮含量及碳氮比總體差異不明顯；對照組的土壤硝態氮則顯著高于其他造林模式，銨態氮含量顯著低于各改造模式，說明林分改造可能有助于提高土壤銨態氮含量，降低硝態氮含量，提高土壤氮素的有效性。

圖2不同更新造林模式土壤活性碳氮組分含量

3 討論

適應性評價是衡量造林成效的主要手段，也是篩選適宜造林樹種的主要方式之一，有助于在當前技術和經濟條件下發揮森林植被的生態服務價值。試驗篩選的4個造林樹種均為莆田地區常見種，生長速度較快，適應性較強。從造林3年的調查結果上來看，天竺桂、馬占相思的樹高、地徑、冠幅生長速率均較快，成活率和保存率均較高，還將深入持續研究各樹種的后期生長狀況，并進行綜合評價。

研究地塊原為桉樹林分，防止桉樹伐根萌芽快速生長對新植苗木的生長至關重要。造林時采用伐樁剝皮、黑色薄膜覆蓋并覆土壓實的方法，一定程度上抑制了桉樹的萌芽，但在撫育過程中仍需對個別萌芽條進行伐除。撫育產物平鋪在種植穴下方，以起到固土、蓄水保肥的作用。不同森林類型由于地上凋落物的生物量及分解速率、細根分布及周轉等存在差異，養分的重吸收也不同，會對土壤理化性質產生不同影響，進而影響土壤肥力及其生產力[6]。其中，森林凋落物分解是森林植被養分輸入的主要途徑，占森林營養物質需求的80%。從土壤物理性質上看，改造地塊土壤含水量并未較對照明顯下降，土壤容重也有所改善，可能與撫育產物條平鋪在造林地塊，增加了凋落物歸還量，涵養水源能力顯著提高有關。新造樹種凋落物增加了凋落物的種類，也一定程度上提高了凋落物的分解速率。但由于時間較短，造林樹種尚處在快速生長期，后期將進一步對凋落物的分解特征、生物量等進行深入研究。另外，林分改造必然引起林下生物多樣性的改變，后期也將進行深入研究[3]。

4 小結

4.1 在桉樹林分改造過程中選擇的天竺桂、楓香、杜英、馬占相思均能較好適應當地條件，可進一步推廣應用。改造過程中應重視桉樹萌芽條處理，劈雜產生的廢棄物平鋪在種植穴下方可起到固土、保肥的作用，有助于土壤理化性質的持續改善。