廣西不同區域臺灣榿木人工林土壤理化特征*

彭玉華，譚長強，鄭威，黃小榮，申文輝，何峰，陳始貴

(廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西 南寧 530002)

土壤是森林生態系統的重要組成部分，是森林生態系統中物質和能量交換的重要參與者和載體，為植物生長發育提供所需物質基礎，在維護森林健康、促進森林更新中發揮著重要作用[1-2]。森林通過枯枝落葉改善土壤物理性狀，同時土壤中儲存著大量的營養物質決定著植物的生長發育和生態系統的結構、功能、生產力水平[3]。因此，深入研究土壤理化性質，對于保護和提高土壤肥力以及合理調控機制，促進林業的可持續發展具有重要意義。

臺灣榿木(Alnusformosana)在我國臺灣被列為二級木材樹種，為該省的特有種，其適應性強，喜光，喜濕且耐濕，耐瘠薄，并具一定的耐干旱能力。臺灣榿木為非豆科根瘤固氮植物，具有培肥土壤、保持地力的作用，是我國南方改善林木樹種結構、建設生態林業的一個優良速生闊葉樹種[4-8]。為了改變廣西現有人工林樹種、材種單一，生態功能薄弱，三大經濟效益無法有效統一的不利局面，廣西在21世紀初從四川相繼引進臺灣榿木優質種源種子及幼苗，進行了臺灣榿木區域試驗[9]、容器育苗[10-11]、光合生理特性[12]、生長節律[5]及臺灣榿木混交林土壤理化性質[2,13]的初步探索，臺灣榿木適應廣西的氣候，生長快速，可以作為與短周期桉樹工業原料林、松、杉人工林輪作或混交造林以改善地力和防止地力衰退的主要樹種。劉秀等[9]報道過不同區域臺灣榿木純林土壤理化特性，但其人工林種植年限較短，僅為2～3 a。為了進一步研究臺灣榿木在廣西境內引種后對林地土壤理化性質的影響，本研究選取桂東、桂南、桂西、桂中4個區域臺灣榿木6 a生人工林進行土壤理化性質測定分析，以了解廣西不同區域臺灣榿木人工林土壤理化性質特征，為臺灣榿木在廣西的引種和可持續發展提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗設置在4個試驗點，分別位于桂東的玉林市林科所(YLS)、桂南的高峰林場(GF)、桂中的三門江林場(SMJ)和桂西的派陽山林場(PYS)。各試驗地自然概況及立地條件見表1～表2。

表1 各試驗地自然概況

表2 各試驗地立地條件

各試驗點均是2013年3—4月造林，造林技術措施基本一致。造林前進行穴狀整地，穴規格為50 cm×50 cm×40 cm。在填土回穴前每穴放入復合肥(N︰P︰K=15︰15︰15)150 g，與底土充分拌勻后繼續回滿土備栽，雨后穴內土壤濕潤時定植。造林用種來源于四川省，造林苗木為廣西林業科學院培育的容器苗，苗高40 cm以上、地徑0.35 mm以上，造林密度1 650株/hm2。造林后每年的6—7月除草、擴坎、施肥(復合肥250～800 g/株)1次，連續3 a。

1.2 樣品采集與處理

2019年3月份，在每個試驗點根據地形分別設置6塊典型且具有代表性的20 m×20 m樣地，采用環刀取樣分析法，在每個樣地中間挖取1個土壤剖面，按0～20、20～40、40～60 cm分層采樣。每層在每個剖面分左、中、右采集環刀、鋁盒土樣，供實驗室測定土壤水分、物理性質使用；按0～20、20～40、40～60 cm分層采集混合均勻的1 kg左右土樣，風干后過篩，用于土壤化學性質測定。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤持水性狀、物理性狀測定

土壤含水量測定用烘干法 土壤容重測定采用環刀法；毛管孔隙、非毛管孔隙采用環刀浸水法。根據測定結果計算土壤容重(g/cm3)、土壤含水率(%)、最大持水量(g/kg)、毛管持水量(g/kg)、毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)、總孔隙度(%)。具體測定及計算方法參照林業行業標準《LY/T 1215—1999 森林土壤水分-物理性質的測定》[14]。

1.3.2 土壤化學性質測定

土壤化學指標委托廣西大學測定。土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，土壤pH值采用電位法測定，土壤全氮采用凱氏定氮法測定，水解氮采用堿解-擴散法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提法測定，全鉀采用酸溶-火焰光度法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定。

1.3.3 土壤養分含量分級

參照全國第二次土壤普查[15]、金為民[16]、廣西土壤肥料工作站[17]以及羅建謀等[18]的有關標準，進行土壤pH值、土壤容重及土壤養分分級(分級標準見表3和表4)，據此對廣西不同區域臺灣榿木人工林的土壤pH值、土壤容重性質狀況及土壤養分豐缺狀況進行分析。

表4 土壤養分分級標準

1.4 數據分析

數據運用Excel 2010及SPSS 19.0軟件進行處理與分析。利用單因素方差分析和最小顯著差法(α= 0.05)進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同區域臺灣榿木人工林土壤物理性質

從圖1可見，不同區域間臺灣榿木人工林土壤容重差異顯著，派陽山林場土壤容重顯著大于其它區域，由高到低依次為派陽山林場、高峰林場、玉林市林科所、三門江林場；不同區域同一土層土壤容重差異顯著；同一區域不同土層土壤容重差異不顯著，均隨著土層加深呈遞增趨勢。由表 5可知，不同區域間臺灣榿木人工林土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差異顯著，派陽山林場土壤總孔隙度顯著低于其他區域，高峰林場、玉林市林科所土壤毛管孔隙度顯著高于派陽山林場和三門江林場，三門江林場土壤非毛管孔隙度顯著高于其他區域。不同區域間土壤總孔隙度在0～20 cm土層和20～40 cm土層差異不顯著，在40～60 cm土層差異顯著；不同區域間土壤毛管孔隙度在0～20 cm土層和40～60 cm土層差異顯著,在20～40 cm土層差異不顯著；不同區域同一土層的土壤非毛管孔隙度差異顯著；同一區域不同土層間土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度差異不顯著，其變化沒有規律。

表5 不同區域臺灣榿木人工林土壤孔隙度

圖1 不同區域臺灣榿木人工林土壤容重、持水性能

不同區域間臺灣榿木人工林土壤質量含水率、最大持水量和毛管持水量均差異顯著，其變化規律基本一致，由大到小依次為三門江林場、玉林市林科所、高峰林場、派陽山林場；多重比較表明，三門江林場3個土層的土壤質量含水率顯著高于高峰林場和派陽山林場，土壤最大持水量顯著高于其他區域，土壤毛管持水量顯著高于派陽山林場；同一區域不同土層的土壤質量含水率變化不一致，高峰林場、派陽山林場、三門江林場均是20～40 cm土層最高，玉林市林科所是0～20 cm土層最高；同一區域不同土層的土壤最大持水量和毛管持水量變化基本一致，除了三門江林場土壤毛管持水量外其他的均是隨著土層加深而減少。

2.2 不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性質

土壤化學性質分析結果(表6)表明：土壤pH在不同區域間差異顯著，派陽山林場顯著高于其它區域；不同區域土層間，20～40 cm土層和40～60 cm土層土壤pH差異顯著，0～20 cm土層差異不顯著；同一區域不同土層的土壤pH變化不一致，高峰林場和三門江林場隨著土層的加深而降低，玉林市林科所和派陽山林場隨著土層的加深而增加。不同區域間臺灣榿木人工林的土壤有機質除0～20 cm土層外，其他土層和平均值均差異不顯著，由高到低依次為高峰林場、三門江林場、玉林市林科所、派陽山林場；同一區域不同土層的土壤有機質變化規律均隨著土層加深而降低。

表6 不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性質

不同區域間臺灣榿木人工林土壤全氮、全磷、全鉀，除40～60 cm土層的土壤全氮達不到顯著差異外，其他的均差異顯著；不同區域不同土層中，0～20 cm土層土壤全氮玉林市林科所最大、20～40 cm土層和40～60 cm土層土壤全氮三門江林場最大，土壤全磷是三門江林場顯著大于其他區域，土壤全鉀是玉林市林科所顯著大于其他區域；同一區域不同土層間隨著土層深度增加，土壤全氮隨之降低，而土壤全鉀隨之增加，土壤全磷變化規律不一致。

土壤水解氮在不同區域間均差異不顯著，由高到低依次為高峰林場、三門江林場、玉林市林科所、派陽山林場；土壤有效磷在不同區域間除0～20 cm土層差異不顯著外，在其他的土層中均差異顯著，三門江林場土壤有效磷含量顯著大于其他區域；不同區域間土壤速效鉀除40～60 cm土層差異不顯著外，其他的均差異顯著，三門江林場顯著高于其他區域；同一區域不同土層間，各區域土壤水解氮、土壤有效磷均隨著土層深度增加而降低，派陽山林場、玉林市林科所、三門江林場土壤速效鉀隨著土層的加深而增加，而高峰林場的變化不規則。

2.3 不同區域臺灣榿木人工林理化性質變異狀況

變異系數是衡量一組數據中各個檢驗值相對離散程度的一種特征數。一般情況下，變異系數大于100%，變量的變異程度較強烈；變異系數小于10%，變量的變異程度較弱；變異系數在10%～100%，變量具有中等的變異程度[19]。由表7可知，不同區域的土壤物理性質的變異系數變化范圍為12.66%～90.43%，沒有較強烈變異性和較弱變異性的物理性質，但非毛管孔隙度的變異系數為90.43%，接近較強烈變異程度，反映了不同區域臺灣榿木人工林的非毛管孔隙度具有較大的差異性，可能與不同區域土壤結構差異有關；土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度的變異系數變化范圍為12.66%～18.49%，接近較弱變異程度，說明不同區域臺灣榿木人工林的土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度差異性不大；土壤持水性質的變異系數變化范圍為20.17%～26.56%，在中等變異性偏向較弱變異性，表明不同區域臺灣榿木人工林的土壤持水性質有一定的差異性，但差異不大。不同區域的土壤化學性質的變異系數變化范圍較大，從3.73%至80.99%，相差77.26%，土壤pH值的變異系數最小，只有3.73%，屬于較弱變異程度，反映了不同區域臺灣榿木人工林土壤pH值基本一致，表明臺灣榿木在廣西不同區域種植對土壤pH值影響不大；不同區域臺灣榿木人工林土壤養分變異系數在31.47%～80.99%，屬于中等變異程度，其中土壤全磷含量和速效磷含量變異強度相對較大，三門江林場全磷含量是派陽山林場的5.47倍、有效磷含量是高峰林場的2.48倍，可能與廣西土壤磷的含量地域間差異較大有關[20]，反映了不同區域臺灣榿木人工林土壤養分含量變化較大。

表7 不同區域臺灣榿木人工林土壤理化性質變異狀況

2.4 不同區域臺灣榿木人工林土壤理化性質狀況

參照全國第二次土壤普查及有關資料作出的土壤分級標準(表3、表4)，對廣西引種臺灣榿木6 a生人工林土壤養分豐缺程度做出對比：不同區域間土壤容重級別差異較大，其中土壤處于過松至適宜級別的為三門江林場，處于過緊級別的為派陽山林場，處于偏緊級別的為玉林市林科所，處于偏緊至堅實級別的為高峰林場。不同區域間土壤pH值級別沒有差異，全部處于強酸級別。不同區域間土壤有機質、水解氮、有效磷和速效鉀含量差異不大，均處于缺乏水平以下；不同區域間土壤全氮、全磷、全鉀含量差異較大，玉林市林科所和三門江林場的土壤全氮含量處于中等水平、高峰林場處于缺乏水平、派陽山林場處于很缺乏水平，三門江林場的土壤全磷處于豐富水平而全鉀處于很缺乏水平，玉林市林科所的土壤全鉀處于很豐富水平而全磷處于極缺乏水平，高峰林場和派陽山林場的土壤全鉀處于豐富水平而全磷處于很缺乏水平以下。

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 不同區域臺灣榿木人工林土壤物理性狀

土壤物理性質是林地質量的一個重要衡量指標，對土壤的保水保肥能力以及林木養分吸收和利用有重要影響[21-22]。一般來說，土壤總孔隙度在50%左右，且毛管、非毛管孔隙同時存在，非毛管孔隙占20%～40%，容重在1.0～1.3 g/cm3時，表明毛管孔隙和非毛管孔隙搭配合理、土壤容重適當，這時的土壤透水性、通氣性和持水能力比較協調，可以滿足植物對空氣和水分條件的需要[23]。通過對不同區域臺灣榿木人工林土壤物理性狀分析研究，發現不同區域臺灣榿木人工林土壤容重在0.96～1.50之間，總孔隙度在46.44%～52.58%之間，雖然非毛管孔隙度沒有達到20%，但從整體上看，不同區域臺灣榿木人工林土壤的通氣透水性能還比較協調。進一步分析發現不同區域臺灣榿木人工林土壤物理性狀有顯著的差異，變異系數在12.66%～90.43%之間，均處于中等變異性，且非毛管孔隙度接近較強烈變異性，其他的均偏向于較弱變異性，表明臺灣榿木在這幾個區域引種沒有造成土壤物理性狀很強列的變異性，進一步印證了臺灣榿木在廣西有很強的適應性[5]，可能是廣西與臺灣榿木原產地的氣候(均處于北回歸線附近)較為相似有關。

3.1.2 不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性狀

通過對不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性狀分析研究，發現不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性狀差異明顯，土壤pH值變異系數為3.73%，變異程度較弱，其他的化學性質變異系數為31.47%～80.99%之間，處于中等變異程度，其中以全磷和有效磷的變異程度較高，偏向于較強變異程度，其最大值與最小值之間相差數倍，這是否與各生長區域之間土壤磷含量差異大和臺灣榿木生長前期需磷較少有關，有待進一步研究。

以土壤養分測定結果與土壤養分分級標準進行對比，確定不同區域臺灣榿木人工林土壤養分豐缺狀況，結果為：不同區域間土壤有機質、水解氮、有效磷和速效鉀含量水平差異不大，均處于缺乏以下，這與很多速生樹種人工林土壤營養狀況基本一致[24]，可能與土壤養分性質和林木生長速度有關。水解氮、有效磷和速效鉀可以被植物直接迅速利用，臺灣榿木前期生長迅速，所需養分較多，只在種植前3 a追施肥料，而生長至6 a生時其枯落物等回歸的養分遠遠滿足不了其生長所需的養分，植物只能從土壤中吸收大量的養分來滿足其生長所需，造成此時土壤中有效養分十分缺乏。隨著臺灣榿木的生長其回歸養分能力提高，土壤中有效養分是否會逐步增加，或者是生產上連續施肥至5～6 a以避免其速生而過量直接從土壤中吸收養分造成土壤有效養分缺乏，這有待進一步研究。

3.2 結論

(1)不同區域臺灣榿木人工林土壤物理性狀差異顯著，派陽山林場土壤容重顯著大于其他區域、土壤總孔隙度顯著低于其他區域，高峰林場、玉林市林科所土壤毛管孔隙度顯著高于派陽山林場和三門江林場，三門江林場土壤非毛管孔隙度顯著高于其他區域；不同區域臺灣榿木人工林持水性狀表現出差異顯著，三門江林場的持水能力最大，派陽山林場最小。雖然不同區域間臺灣榿木人工林土壤物理性狀有差異，但均處于中等變異程度，且大部分還偏向于較弱變異性，整體上臺灣榿木人工林土壤透水性、通氣性和持水能力比較協調。

(2)不同區域臺灣榿木人工林除了土壤有機質、水解氮差異不顯著外，其他指標均差異顯著；派陽山林場土壤pH值最高，高峰林場土壤有機質、水解氮最大，玉林市林科所土壤全氮、全鉀最大，三門江林場土壤全磷、有效磷、速效鉀最大；土壤有機質、全氮、水解氮、有效磷含量均隨著土壤深度的增加呈下降趨勢，土壤表層富集明顯；土壤全鉀、速效鉀含量隨著土壤深度增加呈上升趨勢；土壤全磷和pH值變化規律不一。不同區域臺灣榿木人工林土壤化學性狀均處于中等變異程度以下。

(3)種植臺灣榿木6 a后，不同區域臺灣榿木人工林的土壤全氮、全磷和全鉀含量存在缺乏或過量現象，而能被當季作物直接吸收利用的土壤水解氮、有效磷和速效鉀含量均處于缺乏水平狀態。

通過對不同區域臺灣榿木人工林土壤理化性狀的研究，發現廣西引種臺灣榿木沒有引起土壤理化性狀較強烈的變異，結果可為廣西引種臺灣榿木提供技術依據。鑒于人工林不同發育階段對土壤理化性狀的影響具有很大的差異性[25]，下一步宜開展臺灣榿木人工林不同發育階段土壤理化特性研究，為廣西臺灣榿木引種提供更加豐富的理論依據。