潘會(huì)彪，鄧明軍，黃慶一，石媛媛，李典云，蔣琳

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)煙草公司，廣西 南寧 530022；3.廣西國(guó)有黃冕林場(chǎng)，廣西 鹿寨 545600)

土壤肥力是土壤基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，是土壤作為自然資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的物質(zhì)資源，也是土壤為植物生長(zhǎng)提供、協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力，直接影響著林木的分布和生長(zhǎng)[1]。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是維持林木健康生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，其肥力特征影響并控制著林木的健康狀況[2-5]。因此，只有正確認(rèn)識(shí)和合理評(píng)價(jià)林木土壤肥力，才能科學(xué)、有效地管理林木，從而提高林木的品質(zhì)，促進(jìn)林木產(chǎn)業(yè)的效益提升。

近年來(lái)，由于過(guò)分注重產(chǎn)出，重用輕養(yǎng)，林地質(zhì)量監(jiān)管不利等造成林地土壤肥力呈下降趨勢(shì)，突出表現(xiàn)為土壤退化、養(yǎng)分不平衡、表層變淺等問(wèn)題[6-9]。不合理經(jīng)營(yíng)所造成林地生產(chǎn)力的嚴(yán)重退化，森林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中土壤狀況的動(dòng)態(tài)變化越來(lái)越為國(guó)內(nèi)外林學(xué)專(zhuān)家和森林經(jīng)營(yíng)者所重視[10-11]，短輪伐期經(jīng)營(yíng)，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的量和質(zhì)發(fā)生下降，土壤性質(zhì)惡化，林地養(yǎng)分輸出大于輸入，養(yǎng)分循環(huán)發(fā)生障礙，土壤質(zhì)量下降尤為明顯，直接導(dǎo)致中國(guó)人工林生長(zhǎng)量逐代大幅度下降。土壤質(zhì)量下降，土壤性質(zhì)惡化，已嚴(yán)重威脅著中國(guó)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)[12]。開(kāi)展人工林土壤肥力性質(zhì)變化的研究，對(duì)揭示人工林土壤肥力演變規(guī)律與趨勢(shì)，維護(hù)、保持以至提高人工林土壤肥力，促進(jìn)人工林的可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義。

有關(guān)人工林土壤肥力的研究很多。有學(xué)者認(rèn)為，隨著林齡、種植代數(shù)增加，人工林土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)趨于下降[13-14]，連栽和短輪伐期經(jīng)營(yíng)制度是導(dǎo)致林地養(yǎng)分衰竭和綜合肥力下降的主要原因[15-16]。還有學(xué)者研究不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)人工林土壤肥力的影響，結(jié)果表明混交林地比純林地更利于改善土壤肥力，灌木林的土壤物理化學(xué)性質(zhì)總體要優(yōu)于喬木林和流沙地[17-18]。有關(guān)桉樹(shù)人工林土壤肥力的研究有很多，普遍認(rèn)為桉樹(shù)林地土壤肥力總體水平較低，隨著經(jīng)營(yíng)代數(shù)的增加，桉樹(shù)人工林土壤養(yǎng)分入不敷出的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，氮、磷、鉀缺乏且有效性較差，微量元素銅、鋅、硼等也都普遍處在缺乏或極缺乏水平，以硼的缺乏最為突出[19-20]。本文利用空間分析方法，從區(qū)域化的角度分析人工林地土壤養(yǎng)分分布現(xiàn)狀，并結(jié)合森林資源規(guī)劃數(shù)據(jù)，確定區(qū)域性養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)和權(quán)重，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為研究區(qū)人工林的森林經(jīng)營(yíng)提供土壤改良措施及建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西國(guó)營(yíng)黃冕林場(chǎng)，109°43′46″-109°58′18″E，24°37′25″-24°52′11″N，屬丘陵低山地貌。試驗(yàn)地光照充足，水熱同季，土壤主要以砂頁(yè)發(fā)育而成的山地黃紅壤為主，適宜桉樹(shù)人工林生長(zhǎng)。廣西黃冕林場(chǎng)桉樹(shù)人工林場(chǎng)內(nèi)造林面積達(dá)8 666.67hm2，占全場(chǎng)用材林樹(shù)種面積的80%。

1.2 土壤樣品采集及分析

結(jié)合黃冕林場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)造林部分林地面積及林木分布特征，按照平均網(wǎng)格法，設(shè)置135個(gè)土壤取樣控制點(diǎn)，以控制點(diǎn)坐落的小班作為1個(gè)樣地，每個(gè)采樣地采取 S 型分布采樣點(diǎn)的方式設(shè)置5個(gè)剖面，每個(gè)土壤剖面0-40cm混合取樣，每個(gè)樣地取等量混合成1個(gè)土樣并對(duì)土壤樣點(diǎn)進(jìn)行養(yǎng)分分析(圖1)。測(cè)定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷、交換性鈣、交換性鎂、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鐵含量。

1.3 森林資源規(guī)劃數(shù)據(jù)

收集近期森林資源規(guī)劃數(shù)據(jù)，包括研究區(qū)行政邊界、優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、林齡、森林蓄積等。并對(duì)研究區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等前處理。

結(jié)合土壤取樣點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將森林規(guī)劃數(shù)據(jù)和取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換一致，選取研究區(qū)內(nèi)速生桉種植小班作為研究對(duì)象，根據(jù)森林規(guī)劃數(shù)據(jù)里的“優(yōu)勢(shì)樹(shù)種”字段提取該研究區(qū)速生桉小班分布。

1.4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

土壤養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)，指示該區(qū)域土壤養(yǎng)分的豐缺，是評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分水平的重要依據(jù)，本文根據(jù)近似相對(duì)生長(zhǎng)量法計(jì)算區(qū)域土壤養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)[21]。

1.5 插值方法

利用數(shù)據(jù)的正態(tài)分布用Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)法(KS法)檢驗(yàn)，半方差分析采用軟件GS+9.0，SPSS 19.0 進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析，利用軟件Minitab 16進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，利用普通克立格差值方法進(jìn)行空間預(yù)測(cè)，最后通過(guò)ArcGIS輸出制圖。

1.6 評(píng)價(jià)方法

利用主成分分析法計(jì)算不同土壤養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重，采用指數(shù)和法[22-23]對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)分析，指數(shù)和法的運(yùn)算公式為，P=a1x1+a2x2+……+anxn，式中P為指數(shù)和；a1,a2,……,an為各評(píng)價(jià)因素權(quán)重；x1,x2,…,xn為各評(píng)價(jià)指標(biāo)質(zhì)量等級(jí)分值。文中，a1、a2、a3、a4分別代表土壤堿解氮、速效鉀、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量，x1、x2、x3、x4分別為其對(duì)應(yīng)分值。

圖1 研究區(qū)取樣點(diǎn)位置

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)分空間分布的插值結(jié)果

為更直觀(guān)地了解研究區(qū)土壤養(yǎng)分整體分布情況，對(duì)場(chǎng)內(nèi)部分土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量進(jìn)行空間分析，結(jié)果見(jiàn)圖2a-圖2e。

土壤pH的插值結(jié)果見(jiàn)圖2a，土壤pH整體差異不大，呈酸性，集中在4.39-4.64之間，盤(pán)龍分場(chǎng)和沙塘分場(chǎng)值相對(duì)其他幾個(gè)分場(chǎng)值稍高。土壤有機(jī)質(zhì)的插值結(jié)果見(jiàn)圖2b，土壤有機(jī)質(zhì)含量在21.97-39.46g/kg之間，沙塘分場(chǎng)土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)稍低，其他幾個(gè)分場(chǎng)相對(duì)較高。土壤堿解氮含量的插值結(jié)果見(jiàn)圖2c，土壤堿解氮含量在97.18-171.84mg/kg之間，盤(pán)龍分場(chǎng)、沙塘分場(chǎng)和板勒分場(chǎng)的部分區(qū)域土壤堿解氮含量相對(duì)較低，其他區(qū)域相對(duì)較高。土壤速效鉀含量的插值結(jié)果見(jiàn)圖2d，場(chǎng)內(nèi)土壤速效鉀含量分布差異性較大，整體含量在26.29-184.98mg/kg之間，其中洛清江分場(chǎng)和板勒分場(chǎng)的部分區(qū)域土壤速效鉀含量相對(duì)較高，其他區(qū)域相對(duì)較低。土壤有效磷含量的插值結(jié)果見(jiàn)圖2e，場(chǎng)內(nèi)土壤有效磷含量分布在1.32-3.09mg/kg之間，其中洛清江、板勒分場(chǎng)、波寨分場(chǎng)的部分區(qū)域土壤有效磷含量相對(duì)較高，其他區(qū)域相對(duì)較低。

2.2 區(qū)域性林地土壤養(yǎng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

以桉樹(shù)為目標(biāo)樹(shù)種，進(jìn)行林地土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)，速生樹(shù)種生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)養(yǎng)分的需求主要依賴(lài)土壤中可利用的氮、磷、鉀，因此，在確定該區(qū)域林地土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，使用研究區(qū)桉樹(shù)小班蓄積量數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)小班土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量平均數(shù)據(jù)計(jì)算研究區(qū)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)計(jì)算出的區(qū)域性養(yǎng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大量養(yǎng)分中的土壤堿解氮、速效鉀和有效磷進(jìn)行等級(jí)劃分，同時(shí)，利用主成分分析法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1的區(qū)域化養(yǎng)分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)比圖2的分析結(jié)果，黃冕林場(chǎng)的土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量在中低水平，速效鉀含量空間差異比較大，從低到高均有分布，土壤有效磷含量水平較低。

圖2 土壤養(yǎng)分空間分析

圖3 黃冕林場(chǎng)林地肥力等級(jí)劃分

2.3 區(qū)域土壤肥力等級(jí)劃分

根據(jù)上文研究結(jié)果中的養(yǎng)分等級(jí)劃分指標(biāo)，將研究區(qū)土壤堿解氮、速效鉀、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行等級(jí)劃分，從“很低”到“很高”依次賦值1、2、3、4、5(表1)。利用指數(shù)和法，結(jié)合各養(yǎng)分指標(biāo)對(duì)桉樹(shù)生長(zhǎng)的權(quán)重，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)桉樹(shù)種植土壤肥力等級(jí)劃分研究，結(jié)果見(jiàn)圖3。將黃冕林場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)部分劃分為“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”3個(gè)等級(jí)，分別代表土壤肥力的“低、中、高”。沙塘分場(chǎng)和盤(pán)龍分場(chǎng)的大部分區(qū)域肥力等級(jí)為低，只有洛清江分場(chǎng)和板勒分場(chǎng)的小部分區(qū)域肥力等級(jí)為高，其他區(qū)域肥力等級(jí)中等。生產(chǎn)中，可以根據(jù)該肥力等級(jí)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性的施肥以改善桉樹(shù)種植區(qū)養(yǎng)分狀況。

2.4 土壤微量元素含量情況

為更全面地了解黃冕林場(chǎng)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)各分場(chǎng)及環(huán)江造林區(qū)域土壤樣點(diǎn)的微量元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由于此次重點(diǎn)了解桉樹(shù)種植區(qū)的肥力情況，選擇有效銅、有效鋅、有效硼3個(gè)與桉樹(shù)生長(zhǎng)相關(guān)較為密切的微量元素進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)，根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，各分場(chǎng)有效銅和有效硼含量處于貧或極貧的水平，洛清江分場(chǎng)的土壤有效鋅含量中等，其他幾個(gè)分場(chǎng)土壤有效鋅含量貧或極貧。總體來(lái)說(shuō)，各分場(chǎng)土壤有效銅、有效鋅、有效硼較為缺乏，在施肥推薦方案中可適量添加銅、鋅和硼等微量元素。

表2 微量元素狀況及評(píng)價(jià)

3 結(jié)論與討論

本次調(diào)查黃冕林場(chǎng)土壤養(yǎng)分狀況，主要從空間的角度對(duì)黃冕林場(chǎng)進(jìn)行整體的養(yǎng)分含量分布情況進(jìn)行分析，并結(jié)合桉樹(shù)生長(zhǎng)量數(shù)據(jù)和二調(diào)數(shù)據(jù)對(duì)黃冕林場(chǎng)的土壤肥力進(jìn)行區(qū)域化評(píng)價(jià)，將黃冕林場(chǎng)土壤分為高、中、低3個(gè)肥力水平區(qū)，同時(shí)對(duì)微量元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，為研究區(qū)土壤養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。從黃冕林場(chǎng)林地土壤養(yǎng)分狀況的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤pH整體差異不大，呈酸性，集中在4.39-4.64之間，土壤有機(jī)質(zhì)含量在21.97-39.46g/kg之間，土壤堿解氮含量在97.18-171.84mg/kg之間，土壤速效鉀含量分布差異性較大，整體含量為26.29-184.98mg/kg，土壤有效磷含量分布在1.32-3.09mg/kg之間。根據(jù)區(qū)域養(yǎng)分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量的范圍均在中等以上水平，而土壤有效磷含量水平為極低。

廖善剛等[24]研究表明，隨著桉樹(shù)林齡的增加，對(duì)磷的需要量增加，隨林齡的增加，磷的吸收量大于歸還量，如果沒(méi)有有效補(bǔ)給，桉樹(shù)連栽會(huì)導(dǎo)致土壤有效磷含量降低。另有研究表明[25]，廣西林地土壤有效磷含量普遍偏低，缺磷導(dǎo)致樹(shù)體對(duì)氮的吸收受阻，因此，土壤有效磷缺乏很可能限制桉樹(shù)生長(zhǎng)，是研究區(qū)桉樹(shù)生長(zhǎng)的主要限制因子。有效磷含量過(guò)低有可能是因?yàn)橥寥乐辛缀康?，或者是土壤中被固定的有效態(tài)磷過(guò)多，針對(duì)該問(wèn)題，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，應(yīng)采取措施釋放土壤中被固定的磷素而不是單單靠施磷肥來(lái)解決，可以引入生物菌肥，將土壤中固定態(tài)的磷分解轉(zhuǎn)化成速效磷，促進(jìn)桉樹(shù)對(duì)磷的吸收。

各分場(chǎng)有效銅和有效硼含量處于貧或極貧的水平，洛清江分場(chǎng)的土壤有效鋅含量中等，其他幾個(gè)分場(chǎng)土壤有效鋅含量貧或極貧。黃金義等[26]研究表明，桉樹(shù)幼林的梢枯病就是由于缺乏微量元素硼而引起的一種生理性病害。缺硼造成桉樹(shù)枝梢頂端枯死，影響植株的生長(zhǎng)。研究區(qū)林地中，有效硼極度缺乏，需要重點(diǎn)補(bǔ)充?？傮w來(lái)說(shuō)，各分場(chǎng)土壤有效銅、有效鋅、有效硼較為缺乏，養(yǎng)分管理中應(yīng)適量添加。

區(qū)域性林地土壤肥力等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，沙塘分場(chǎng)和盤(pán)龍分場(chǎng)的大部分區(qū)域肥力等級(jí)為低，只有洛清江分場(chǎng)和板勒分場(chǎng)的小部分區(qū)域肥力等級(jí)為高，其他區(qū)域肥力等級(jí)中等。經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)中，建議根據(jù)肥力等級(jí)結(jié)果對(duì)不同肥力等級(jí)區(qū)制定適宜的施肥配方，增施有機(jī)肥，有針對(duì)性地改善桉樹(shù)種植區(qū)土壤養(yǎng)分狀況。

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