林之盼，薛楊，王小燕，宿少鋒，林日武

（海南省林業(yè)科學研究所，海南海口 571100）

木麻黃(Casuarina equisetifolia) 是文昌市沿海防護林主要樹種，自20 世紀50 年代該樹種引入該市沿海地區(qū)以來, 在防風固沙和改善海岸帶生態(tài)環(huán)境方面具有突出的作用[1]，近年來，由于長期的純林經(jīng)營，存在著生產(chǎn)力低下、病蟲害嚴重、生態(tài)系統(tǒng)脆弱等問題，出現(xiàn)低效木麻黃林分。其中地力衰退是普遍存在的問題，特別是樹種連栽后，會引起讓土壤生物和理化性質(zhì)的發(fā)展不平衡，嚴重時會導(dǎo)致森林土壤退化[2]。如何采取有效措施，保持良好的生態(tài)環(huán)境和較高的土壤肥力，是林業(yè)生產(chǎn)亟待解決的重要問題。

近自然森林經(jīng)營是以鄉(xiāng)土樹種為主，不同樹齡、多個層次、多個樹種、多樣品種組成的近自然化多功能森林為目標[3]，通過結(jié)合人工經(jīng)營處理措施與自然結(jié)構(gòu)和生長優(yōu)勢的積極作用，實現(xiàn)具有生物多樣性、穩(wěn)定性、多功能性的綜合高效近自然森林生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營模式[4]，在中歐國家有著百年成功經(jīng)驗的經(jīng)營模式。寧金魁等[5]介紹北京51 年生的油松人工林出現(xiàn)了物種多樣性降低、生長量降低、肥力下降等問題，在近自然森林經(jīng)營理念和技術(shù)指導(dǎo)下，進行人工更新種植大葉白蠟、栓皮棟、構(gòu)樹及欒樹等天然鄉(xiāng)土樹種的近自然改造措施，結(jié)果表明相比于人工純林，改造過的油松生長量提高，能有效改良土壤，提高肥力，增加多樣性。

根據(jù)前人研究成功經(jīng)驗，該項目組前期開展文昌市低效木麻黃林近自然化多樹種混交套種試驗，取得了初步研究成果，在此基礎(chǔ)上研究木麻黃近自然化改造初期對土壤理化性質(zhì)的影響，分析各模式土壤理化性質(zhì)動態(tài)及模式間差異變化，為低效林近自然改造提供土壤方面的科學依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地位于文昌市島東林場東風作業(yè)區(qū)，地處110°36′～110°01′E，19°40′～20°06′N，屬于沿海平原地帶，土壤類型為濱海沉積物沙壤土。熱帶海洋性季風氣候，日照充足，氣候溫和，太陽總輻射強，年均氣溫22.5～23.8℃，年均降雨量1808mm，相對濕度70%。

1.1 試驗設(shè)計

島東林場東風作業(yè)區(qū)低效木麻黃純林于2017年3 月開展套種多樹種的近自然化改造試驗，設(shè)計了3 種多樹種混交套種模式：①木麻黃+非洲楝+花梨+檀香紫檀（T1）；②木麻黃+大葉相思+黃槿+瓊崖海棠+伊朗紫硬膠(T2)；③木麻黃+麻楝+母生+山竹(T3)。該試驗以3 種木麻黃混交模式林地為研究對象，并設(shè)置原低效木麻黃純林地為對照模式（CK），采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，在每一個模式中建立20m×30m 標準地，每種模式3 次重復(fù)。

1.2 土壤采樣及測定方法

分別在2017 年11 月和2018 年8 月進行不同模式林地土壤取樣。在每個樣地內(nèi)，在樣地對角線上選擇3 個具有代表性的土壤剖面，按0～20cm 和20～40cm 兩個土層取環(huán)刀樣品3 個，用于測定土壤物理性質(zhì)。同時采集各層土壤裝進自封袋中,帶回室內(nèi)進行養(yǎng)分測定。

土壤理化性質(zhì)采用《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準》[6]中的方法。用環(huán)刀法測定土壤容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量、孔隙度。

土壤養(yǎng)分指標按《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》執(zhí)行，其中土壤pH 采用電位法測定；土壤有機質(zhì)采用絡(luò)酸氧還滴定法測定；土壤全氮采用半微量凱氏法測定；土壤全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀采用堿溶-火焰光度法測定；土壤有效磷采用Bray I 提取—鉬銻抗吸光光度法測定；土壤速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用excel 對數(shù)據(jù)進行整理及制圖,采用SPSS對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同模式初期對土壤物理性質(zhì)變化的影響

根系可以改善土壤結(jié)構(gòu)、孔隙度和通透性等物理形狀，有助于土壤形成團粒結(jié)構(gòu)[7]。從表1 可以看出，0～20cm 土層，各套種模式的土壤容重均隨時間推移呈減小趨勢，且在不同時期各模式間土壤容重大小均表現(xiàn)為CK＞T1＞T3＞T2，其中第二年T2 模式變化明顯，比對照模式CK 降低了0.14g/cm3。各套種模式的最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度、土壤總孔隙度均隨時間推移呈增加趨勢，且在第二年均高于對照模式，表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，其中模式T2 的最大持水率、總孔隙度變化最為明顯，分別比對照模式CK 提高了8.08%，8.21%?？梢姡唐趦?nèi)套種模式能降低土壤表層容重，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤持水能力。20～40cm 土層土壤物理性質(zhì)各指標無明顯變化，說明套種模式初期對該土層影響較弱。

表1 不同模式木麻黃林不同土層土壤物理性質(zhì)Table 1 The physical properties of soil in different soil layers in different model casuarina forests

2.2 不同模式初期對土壤化學性質(zhì)變化的影響

2.2.1 土壤pH 值和有機質(zhì)含量的變化

土壤pH 值的變化直接影響著土壤中離子的狀態(tài)、交換、運動、遷移和轉(zhuǎn)化，且還能影響土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化、微生物活動、養(yǎng)分元素有效性及土壤性狀，從而在土壤肥力形成和土壤質(zhì)量演變過程中起著重要作用[8]。從圖1 可知，不同模式pH 值在各土層隨著時間推移呈下降的趨勢。其中0～20cm，第一年表現(xiàn)為CK＞T2＞T1＞T3，第二年T2 模式下降較快，下降幅度為22.8%，表現(xiàn)為：CK＞T3＞T1＞T2；20～40cm，第一年表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞CK，T2 模式在第二年下降最快，下降幅度為8.3%，表現(xiàn)為T1＞CK＞T3＞T2。各模式土壤pH 值在6.99～9.17 之間，均屬于堿性土壤（pH＞5）。

圖1 不同模式土壤pH 含量Figure 1 pH content of soil in different models

土壤有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源，是微生物生命活動的重要能源，土壤有機質(zhì)含量的高低是直接關(guān)系到植物生長發(fā)育的土體環(huán)境好壞和生物量，是土壤肥力的一項重要的標志[9]。從圖2 可知，各模式各土層土壤的有機質(zhì)含量隨時間推移呈增加趨勢，其中套種模式提高幅度56%～83%之間。0～20cm，第一年表現(xiàn)為T2＞T3＞CK＞T4，第二年表現(xiàn)為T2＞T1＞CK＞T3；20～40cm，第一年時對照模式土壤有機質(zhì)含量明顯高于各套種模式，表現(xiàn)為：CK＞T3＞T1＞T2；但在第二年T3 土壤有機質(zhì)含量大幅度提升，超過對照模式，表現(xiàn)為：T3＞CK＞T2＞T1。不同時期各套種模式與對照模式差異不明顯，可見各套種模式短期內(nèi)對土壤有機質(zhì)影響較弱。

圖2 不同模式土壤有機質(zhì)含量Figure 2 Soil organic matter contents in different models

2.2.2 土壤全量養(yǎng)分含量的變化

土壤全N、全P、全K 的含量是反映土壤長期肥力水平的重要指標[10]。從圖3 可知，0～20cm，T2、T3 模式土壤全N 含量隨著時間的推移有略微下降趨勢，T1、CK 模式呈上升趨勢，第一年表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，第二年表現(xiàn)為T1＞CK＞T3＞T2；20～40cm，T1、T2、T3 套種模式含量隨著時間的推移呈上升趨勢，CK 對照模式呈下降趨勢，第一年表現(xiàn)為CK＞T1＞T3＞T2，第二年表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞CK；從圖4 可知，0～20cm，除T2 模式土壤全P 含量隨著時間的推移呈下降趨勢，其它模式都有上升趨勢，第一年和第二年均表現(xiàn)為T2 ＞CK ＞T1 ＞T3；20 ～40cm，T1、T2、T3 套種模式含量隨著時間的推移呈上升趨勢，CK 對照模式呈下降趨勢，第一年表現(xiàn)為CK＞T2＞T3＞T1，第二年為CK＞T3＞T2＞T1；從圖5可知，除T2 模式(0～20cm)土壤全K 含量隨著時間推移呈下降，各模式其余土層的土壤的全K 含量均比第一年有上升的趨勢。0～20cm，第一年表現(xiàn)為T2＞CK＞T1＞T3，第二年為CK＞T1＞T3＞T2；20～40cm，第一年表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞CK，第二年為CK＞T2＞T1＞T3。綜合以上對比分析，各套種模式土壤全量養(yǎng)分含量變化趨勢不同，多數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，且與對照模式土壤全量養(yǎng)分含量差異不大，說明套種模式對土壤全量養(yǎng)分含量影響較弱。0～20cm，模式T2 土壤全量養(yǎng)分含量整體效果最好；20～40cm，土壤全量養(yǎng)分含量大小在不同模式表現(xiàn)不同。

圖3 不同模式土壤全氮含量Figure 3 Soil total nitrogen content in different models

圖4 不同模式土壤全磷含量Figure 4. Soil total phosphorus content in different models

圖5 不同模式土壤全鉀含量Figure 5 Total potassium content in different soil models

2.2.3 土壤速效養(yǎng)分含量

從圖6 可知，0～20cm，除T2 模式土壤有效磷含量隨時間推移呈增加趨勢，其它模式呈下降的趨勢，其中CK 對照模式下降較快，下降幅度為84.7%，第一年表現(xiàn)為：T2＞T1＞T3＞CK，第二年表現(xiàn)為：T2＞T3＞T1＞CK。20～40cm，T2、T3 模式有效磷含量隨時間推移呈增加趨勢，T1、CK 模式呈下降趨勢，其中CK模式下降明顯，下降幅度為98.28%，第一年表現(xiàn)為：CK＞T3＞T1＞T2，第二年表現(xiàn)為：T3＞T1＞T2＞CK。從圖7 可知，0～20cm，除T1 模式土壤速效鉀含量隨時間推移呈增加趨勢，其它模式呈下降趨勢，第一年表現(xiàn)為：T3＞T1＞CK＞T2，第二年表現(xiàn)為：T1＞T3＞CK＞T2；20～40cm，T1、T2 模式土壤速效鉀含量隨時間推移呈增加趨勢，T3、CK 模式呈下降趨勢，第一年表現(xiàn)為CK＞T3＞T1＞T2，第二年表現(xiàn)為T1＞CK＞T3＞T2；綜合以上對比分析，對照模式CK 在土壤速效養(yǎng)分含量第二年比第一年不同程度的降低，說明對照模式CK 第二年對林木生長消耗速效養(yǎng)分的能力強于第一年，而各套種模式中短期內(nèi)對林木生長消耗的速效養(yǎng)分能力無明顯規(guī)律。

圖6 不同模式土壤有效磷含量Figure6 Soil available p content in different models

圖7 不同模式土壤速效磷含量Figure 7. Contents of available potassium in different soil types

2.2.4 土壤養(yǎng)分指標間的相關(guān)性分析

為研究pH、有機質(zhì)、全量以及速效養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系，對不同模式林下0～40cm 的土壤pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷和速效鉀進行了相關(guān)性分析。由表2 可以看出，土壤有機質(zhì)與全鉀均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.531；而與土壤pH 呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.545（P＜0.05）；土壤全磷與土壤全氮呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5（P＜0.05）；土壤全鉀與有效磷呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為-0.623，土壤速效鉀與其它指標均無顯著關(guān)系。

表2 不同模式林下土壤各指標的相關(guān)系數(shù)矩陣

3 結(jié)果與討論

（1）土壤物理性質(zhì)結(jié)果表明，0～20cm，各套種模式均比對照模式土壤容重降低，土壤持水量上升，土壤保水能力增強，孔隙度增多，土壤滲透性和透氣性得到改善；20～40cm，各模式土壤物理性質(zhì)各指標無明顯差異變化，說明在短期內(nèi)套種對土壤（0～20cm）物理性質(zhì)影響效果較好。主要因為短期內(nèi)套種樹種根系主要集中在0～20cm 土層中，根系的穿插作用下,使表層土壤變得疏松多孔,土壤的結(jié)構(gòu)性得到改善，改造后的土壤更有利于植被生長，進而提高林地的涵養(yǎng)水源功能。因此近自然改造改變了植物群落結(jié)構(gòu)，從而進一步影響森林土壤的物理性質(zhì)。尤其模式T2 土壤物理性質(zhì)表現(xiàn)最好。

（2）土壤化學性質(zhì)結(jié)果表明，各套種模式土壤pH 值呈堿性，土壤有機質(zhì)、土壤全量養(yǎng)分含量在短期不同土層變化趨勢不同，多數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，與對照模式差異不明顯以及對林木生長土壤速效養(yǎng)分能力在不同土層均比對照模式差，說明短期內(nèi)套種對土壤化學性質(zhì)的影響較弱。這可能套種模式樹種還處在幼林時期，根系活動能力不強，產(chǎn)生分泌物不多，以及凋落物也相對較少，分解時間長，其養(yǎng)分歸還速率慢和歸還量也較少，土壤養(yǎng)分短期內(nèi)顯示不出來。參照全國第二次土壤普查分級標準對土壤養(yǎng)分狀況進行分級評價［11］，改造后林地土壤有機質(zhì)、全氮含量、全磷含量、全鉀含量、有效磷含量、速效鉀含量還處在較低和極低水平，制約了林木的生長，應(yīng)在后期的森林撫育加強施肥管理提高土壤養(yǎng)分水平。

（3）綜合上述可知，木麻黃低效林近自然化植被恢復(fù)過程中，隨著時間的推移，套種模式對土壤物理和化學性質(zhì)基本上是向良性方向發(fā)展, 且在測定時期各套種模式對土壤(0～20cm)土壤物理性質(zhì)影響較大，而對化學性質(zhì)影響較弱。這研究結(jié)果與顏耀[12]對土壤侵蝕區(qū)馬尾松林下套種闊葉樹種對土壤土壤理化性質(zhì)的影響類似。這可能是套種時間較短，林地植被尚未恢復(fù)到常態(tài)，對土壤改良效果則需要較長的時間才能體現(xiàn)。因此建議繼續(xù)對土壤理化性質(zhì)的跟蹤調(diào)查，間隔兩年調(diào)查一次，會更加有效地為文昌市低效木麻黃經(jīng)營措施的選擇與研究提供參考。