我國不同林齡桉樹對土壤理化性質影響研究進展

趙巧巧，趙筱青，黃佩，王茜，普軍偉

我國不同林齡桉樹對土壤理化性質影響研究進展

趙巧巧，趙筱青，黃佩，王茜，普軍偉

(1. 云南大學，國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650500；2. 云南大學，地球科學學院，云南 昆明 650500)

通過精確匹配檢索CNKI數據庫，搜索近10年來我國不同林齡桉樹土壤理化性質研究的相關文獻，依據其研究結果，綜述表明：中齡林對土壤容重、含水量和土壤孔隙度影響較大；近成熟林對土壤容重無顯著影響，但土壤含水量升高，土壤孔隙度增加；成熟林對土壤物理性質無明顯影響；過熟林土壤容重無顯著變化，而土壤孔隙度和含水量分別呈現出增大和減小趨勢；土壤有機碳除成熟期呈現小幅度降低趨勢外，整個桉樹生長期呈現穩定增加趨勢；土壤pH值不斷升高，但總體仍呈弱酸性；土壤氮、磷、鉀等含量變化在各個生長期區域差異性較強。推進過熟林土壤理化性質監測研究和不同立地類型下桉樹土壤理化性質空間差異研究是今后研究的重點方向。

桉樹人工林；不同林齡；土壤理化性質

引種外來樹種不僅在荒山造林和水土保持等方面發揮了重要作用，也在生態、經濟和社會方面發揮著積極作用。土壤是林業生產與發展的基礎，其質量好壞直接影響著林業的可持續發展。隨著外來樹種引種規模的擴大，部分生態和環境問題逐漸暴露，以土壤退化較為突出。林齡是劃分森林結構的特征之一，影響林分的生長和產量，是影響森林凈初級生產力、碳儲量和碳固定的重要因素。

桉樹()作為我國三大速生樹種之一，具有種類多、生長快、耐貧瘠、抗逆性強、適應性廣的特點。20世紀80年代以來，桉樹人工林在我國南方得到大規模發展，提供了國內25%的林材產出。目前，我國桉樹種植面積已達546.74萬hm，年木材產量超過5 000萬m，占全球桉樹生產的16.7%，是我國南方重要戰略樹種之一。隨著桉樹種植面積不斷擴大，林齡不斷增長，它對我國的生態環境和景觀重建所發揮的作用越來越凸顯。相關學者主要從經濟價值、對生物多樣性的影響、對土壤質量的影響、種植管理技術與方法等方面對桉樹開展了研究。目前，我國桉樹種植地主要集中于廣東、廣西、福建、云南、海南等地，對土壤質量的影響主要表現在土壤養分、水分、有機碳、腐殖質、酶活性和微生物等方面。國內學者對是否應該大力發展桉樹人工林的爭論越來越激烈，爭議的焦點是桉樹人工林生態環境問題，桉樹對土壤質量的影響和消耗成為熱點話題。對桉樹人工林的爭議說明了土壤質量可能受到多種因素影響，如林齡等。經研究表明，處于不同生長時期的桉樹對土壤質量產生的影響程度不同。目前，我國已有大量針對不同林齡桉樹對土壤質量的影響研究，研究多以區域尺度為主，無法體現我國不同林齡桉樹對土壤質量影響的綜合性和系統性。

土壤物理性質與植物的生長緊密相關，土壤容重是土壤緊實度的敏感性指標，土壤孔隙狀況直接影響著土壤的通氣透水性。土壤化學性質是表征土壤肥力狀況的重要指標。因此，本文通過總結近年來我國桉樹種植區桉樹人工林的不同林齡數據，主要包括幼齡林(1 年生)、中齡林(2 年生)、近成熟林(3 年生)、成熟林(4 ～ 5 年生)以及過成熟林(≥6年生)，以幼齡林作為參照，探討不同林齡對土壤理化性質的影響及其作用機理，以期為我國桉樹種植區后續深入研究工作提供參考。

1 中齡林對土壤理化性質影響

1.1 對土壤物理性質的影響

中齡期桉樹的土壤容重在部分區域呈現微弱下降趨勢，部分區域基本保持不變，桉樹對土壤容重的影響不大。例如，在海南省儋州市、福建省漳州市的2 年生桉樹土壤容重都減小，而在廣東省湛江市的2年生桉樹土壤容重基本保持不變；對于土壤含水量而言，無論是總持水量還是飽和持水量等，各個地方都呈現下降趨勢；土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度變化基本一致，大致呈現出總孔隙度和非毛管孔隙度上升，而毛管孔隙度下降的趨勢。上述研究表明，中齡期桉樹已經開始大量消耗土壤水分，所以增加灌溉次數，及時補充土壤水分是非常必要的。

1.2 對土壤化學性質的影響

大量中齡期桉樹土壤含碳量研究表明，土壤有機碳含量在桉樹中齡期基本都處于增加或保持不變的狀態。有關研究結果表明，桂東南2年生桉樹固碳能力最強，桂北和桂東南地區土壤有機碳都呈顯著增加的趨勢；在福建省漳州市研究區，王紀杰等也同樣得出了中齡期桉樹土壤有機碳較幼齡期桉樹顯著增加的結論。而竹萬寬等發現，在廣東省湛江市2年生桉樹的土壤有機碳含量沒有顯著的變化。土壤pH值在廣西地區沒有顯著的變化，而在福建地區呈現升高的趨勢。國內學者還對桉樹林下土壤氮、磷、鉀等元素進行了詳細的研究，研究結果具有空間差異性。福建省漳州市中齡期巨尾桉土壤全氮和水解氮含量都呈現降低的趨勢，且與幼齡林含量差異顯著。與之相反的是，時偉偉等于廣西東南部研究區卻發現中齡期尾巨桉土壤全氮和水解氮含量呈現顯著增加的趨勢。土壤全鉀和速效鉀含量變化規律與氮含量保持一致。土壤全磷含量在廣西東南部呈現略微的增加趨勢，而在福建省漳州市卻顯著減小，有效磷含量在廣西東南部呈現顯著減少的趨勢，而在福建省卻與幼齡林無顯著差異。造成上述差異的原因可能在于種植年限短，整地前的人工擾動不同，所以土壤養分呈現出區域差異性特點。少部分學者還從其他方面闡述中齡林對土壤的影響，例如土壤非活性有機碳、易氧化態有機碳、脲酶活性、有效硼、陽離子交換量等。

綜上所述，桉樹從幼齡期向中齡期過渡期間，桉樹對土壤容重影響小，土壤的緊實度變化不顯著，但土壤需水量較大。在這期間，土壤總孔隙度和毛管孔隙度升高，說明在種植前期，桉樹會改善土壤通透性，有利于雨水迅速下滲，減少地表徑流的沖刷；但毛管孔隙度下降，這說明土壤有效水的貯存量減少，這并不利于林下植被的生長。中齡期桉樹的土壤含碳量增加，而其他土壤化學性質則表現出明顯的區域差異性，土壤需求主要以氮、磷、鉀元素為主，對其他養分需求較低。因此，在桉樹中齡期管護中，需要及時灌溉、施肥來維持土壤環境。

2 近成熟林對土壤理化性質影響

2.1 對土壤物理性質的影響

較中齡林相比，桉樹生長到近成熟林土壤容重上升，并且在3年生時達到最大；對土壤水分需求減少，土壤含水量呈上升趨勢，表明桉樹可以涵養一定量的降水；土壤總孔隙度和毛管孔隙度呈增加趨勢，表明土壤的吸水、持水能力增強，而土壤非毛管孔隙度呈現出區域差異特點，表現為在云南省普洱市和福建省漳州市增加，在廣東省湛江市降低。

2.2 對土壤化學性質的影響

近成熟林桉樹林下土壤有機碳含量處于快速增加階段。有學者分別研究桂北、桂東南和廣東湛江市的近成熟林發現，土壤有機碳含量增幅顯著，隨著土層的加深而顯著降低。一方面，3年生的桉樹固碳能力較強，土壤有機碳含量增幅大；另一方面，由于枯落物累積和分解速率增加，表層土壤含碳量增加，呈現顯著的層間差異性。近成熟林桉樹林下土壤pH值增加，無論是在福建省漳州市還是廣西東南部地區，土壤的pH值都逐漸升高，大約為4.2左右，土壤酸性逐漸降低，說明在短的輪伐期內種植桉樹可以改善土壤酸化；近成熟林桉樹林下土壤全氮、全磷以及全鉀含量都逐漸減少，而速效鉀減少極顯著。其中，全氮和全磷含量隨著土層的加深而降低，全鉀含量卻呈相反的趨勢，這主要受土壤母質的影響。但是，土壤有機質和有效磷含量具有空間差異性，在福建省漳州市顯著減少而廣西省東南部地區顯著升高趨勢，這可能與林場種植前的人工處理、枯枝落葉量以及分解速率方法有關。

綜上所述，近成熟期作為桉樹生長的高峰期，對土壤容重影響變大，土壤更加緊實，通透性變差，但是土壤水分增多，土壤孔隙增大，給予了林下植被和自身更多的水分。但近成熟期桉樹所需土壤養分多，除了土壤有機碳以外，桉樹對土壤其他養分的消耗和影響是整個生長期中最多的，土壤化學性質變化劇烈，土壤養分基本都呈減少趨勢。因此，在近成熟期，要及時補充土壤肥料，保持土壤養分的穩定狀態，并適當松土改善土壤緊實度。

3 成熟林對土壤理化性質影響

大多數短輪伐期的桉樹林都會在桉樹成熟林期間進行砍伐，相較近成熟林階段，桉樹生長速度比上一時期緩慢，對土壤理化性質的影響較小，土壤容重、總孔隙度和含水量無顯著變化。

成熟期桉樹林下土壤有機碳與前兩個階段不同，具有區域性差異性特征。桂東南地區呈現出極顯著降低的趨勢，而海南省儋州市降幅較小。這是由于桉樹和林下植被生物量逐漸增大，需大量有機質供養，致使凋落物歸還土壤量逐步減少，最終導致此階段土壤碳儲量降低。關于桉樹林下土壤全氮、全磷、全鉀、速效鉀和有機質的研究，不同區域研究結果有差異。相關研究發現，四川威遠縣、海南儋州市和廣西部分地區的土壤全氮、全磷、速效鉀和有機質呈增加趨勢，而全鉀含量呈減少趨勢。這是由于地表凋落物和植物殘體增多，極大補充了桉樹生長對土壤養分的消耗，使得土壤肥力得以改善。但王紀杰等在福建省漳州市桉樹種植區發現土壤全氮含量呈現降低的趨勢，而全磷、有效磷含量無顯著變化，速效鉀含量隨著林齡和土層深度增大而降低。不同地區各土壤化學指標變化受多重因素的綜合影響，表現出的差異性也不同，這可能是導致最終結果不一致的主要原因。

綜上所述，成熟期的桉樹已經步入生長緩慢期，對土壤物理性質影響極小。成熟期的土壤化學性質除了土壤碳含量減少以外，其他指標表現出顯著的區域差異性。由于長期的種植以及各地區土壤環境不同，在種植過程中會采用不同的處理技術，最終土壤各指標也表現出不同的變化趨勢。較近成熟林相比，成熟林更需要注重桉樹砍伐后對土壤地力的休整和維護，避免土壤復墾。

4 過熟林對土壤理化性質影響

4.1 對土壤物理性質的影響

桉樹過熟林土壤物理性質變化比成熟林顯著，已有的少數研究表明，土壤容重、總孔隙度和含水量呈波動性變化，表現為先降低后升高的趨勢，這說明過熟林在吸取土壤水分的同時，也在不斷改善土壤的結構。雨水的淋溶作用導致原本疏松的表土沉降，隨著造林時間的增長，植物的根系活動使土壤狀況得到進一步改善。

4.2 對土壤化學性質的影響

過熟林的土壤pH值仍呈現增加的趨勢。研究發現，在桂北、海南儋州市和廣東湛江市的過熟桉樹林土壤含碳量隨著枯枝落葉聚集增加，呈現出表聚性，土壤有機碳密度和有機碳儲量也隨著林齡的增加相對升高。而在福建省漳州市和廣西東南部的土壤含碳量呈顯著減少趨勢，這是由于桉樹對養分的消耗量較大而導致；相比成熟林，6年生桉樹林土壤全氮含量呈現增加趨勢，在6 ～ 9年之間表現為先減少后增加的趨勢，并在第7年出現拐點。而王紀杰等和時偉偉等在福建省漳州市和桂東南地區發現，6年生桉樹土壤全氮含量呈減少趨勢。土壤全磷含量在各個地區表現的差異較大，這與土壤有效磷轉化和pH值有關。因土壤化學性質易受到各種因素的影響，其他土壤化學性質呈現形式不盡相同，表現出區域差異性。

綜上所述，過熟林土壤物理性質變化不顯著。相比于前幾個時期，土壤酸性進一步降低，其他土壤化學性質變化也較小，這與生長期長，林下植物生物量大有關，加之人力維護因素在一定程度上補償了桉樹的土壤養分消耗。由于過熟林的種植年限久，消耗土壤時間長，因此，輪伐后避免高密度種植，增強林分穩定性是首要考慮的問題。制定科學種植計劃，避免“重造輕管”，維護桉樹種植環境。

5 結論與展望

5.1 結論

縱觀桉樹的整個生長過程，土壤物理性質主要通過土壤含水量、土壤容重和土壤孔隙度來表征，化學性質主要是有機碳、氮、磷、鉀等指標。

(1)從土壤物理性質來看，中齡林對土壤容重、含水量和土壤孔隙度影響較大，近成熟林對土壤容重沒有顯著的影響，但土壤含水量升高，使得土壤孔隙度增加；生長到成熟林時期，桉樹對土壤物理性質也無明顯的影響，土壤容重基本都在4 年左右達到最大；到過熟林之時，土壤容重無顯著變化，而土壤孔隙度和含水量分別呈現出了增大和減小的趨勢(表1)。說明在桉樹生長的過程中，對土壤物理性質尤其是土壤容重的影響是較小的。

(2)從土壤化學性質來看，除了成熟林時期出現土壤有機碳小幅度降低的情況，整個桉樹生長期內土壤有機碳呈現穩定增加趨勢，而且隨著林齡增長、枯枝落葉積累和微生物群落的增長達到峰值。土壤pH值不斷升高，但仍呈弱酸性，這與當地的土壤條件和桉樹根系分泌有機酸有一定關系。土壤氮、磷、鉀等含量變化，在各生長期區域差異性較強(表1)，與各地區的立地條件、人工處理和施肥狀況有很大關系，但總體上對氮元素需求較大。

表1 不同林齡對土壤理化性質影響總結

5.2 展望

我國現有生態問題突出，森林資源匱乏，發展人工林是改善全球氣候和生態治理的普遍共識和共同行動。桉樹是極具經濟價值的樹種，用僅占我國森林2%的面積，生產了占全國總產量25%的木材，極大地緩解了國內木材生產壓力，保障國家木材戰略儲備安全。大規模種植桉樹雖可獲得巨大的經濟效益，但不合理的經營與利用也帶來一定的生態問題，導致后期土壤缺乏養分無法恢復正常狀態，降低了土壤肥力，最終破壞當地的土壤環境。

在我國桉樹種植對土壤理化性質影響的研究中，數據時效性較差。推進長時間序列林齡研究工作，特別是過熟林土壤理化性質的監測研究，以及不同立地類型下桉樹土壤理化性質的空間差異研究，是今后桉樹種植研究的重點方向。

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Review of Variation of Soil Physical and Chemical Properties AmongPlantations of Different Ages in China

ZHAO Qiaoqiao, ZHAO Xiaoqing, HUANG Pei, WANG Qian, PU Junwei

(1.;2)

A review was conducted on the physical and chemical soil properties ofplantations of different ages in China based on both papers retrieved from searches of the CNKI database by matching keywords, and publications found by searches of relevant literature covering the past 10 years. This review of publications indicated that: middle-aged plantations have a greater impact on soil bulk density, soil water content and soil porosity; near-mature plantations have no significant impact on soil bulk density, but soil water content increases and soil porosity increases; mature plantations have no significant impact on soil physical properties; soil bulk density of over-mature plantations did not change significantly. However, overall the studies indicated that soil porosity tended to increase, and water content tended to decrease with increasing plantation age. Except for a small decrease in soil organic carbon during mature phases, this soil property tended to increase steadily for the entiregrowth period. Similarly, soil pH kept increasing with plantation age, but overall soils generally remained weakly acidic. Meanwhile, changes in soil nitrogen, phosphorus, and potassium contents varied during each growth period. Monitoring and research of soil physical properties and research on spatial differences ofsoil physical and chemical properties under different site types needs to be a focus area for future research.

plantation; different forest ages; soil physical and chemical properties

10.13987/j.cnki.askj.2021.04.008

S714.2

A

國家自然科學基金項目“云南桉樹引種區生態系統服務供需演變、耦合機制與平衡調控”(42061052)；國家自然科學基金項目“云南大規模桉樹引種區土地生態安全時空分異及其優化配置研究”(41361020)；國家自然科學基金項目“云南尾葉桉類引種的環境影響與生態安全格局研究”(40961931)；云南大學專業學位研究生實踐創新基金項目“桉樹大規模引種區土壤持水能立對不同林地類型的響應”(2021Y029)

趙巧巧(1998— )，女，碩士研究生，主要從事桉樹種植土壤影響研究，E-mail:zhao1998q@163.com

趙筱青(1969— )，女，教授，博導，主要從事土地利用與土地覆被變化及國土空間優化研究，E-mail:xqzhao@ynu.edu.cn