邱建華

(福建省長汀樓子壩國有林場，福建 龍巖 366300)

1 引言

速生豐產(chǎn)林具有生長快、輪伐期短、成材早、林質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高等特點[1]。杉木是我國特有的一類速生商品林樹種，有很好的經(jīng)濟效益和生態(tài)價值，一直在我國人工林中占據(jù)重要地位。但是隨著杉木經(jīng)營的不斷發(fā)展，杉木栽培中肥力逐漸下降的現(xiàn)象日漸突出，特別是速生豐產(chǎn)林，多代連續(xù)栽培導(dǎo)致杉木林地肥力降低[2，3]，杉木林間的生物多樣性嚴(yán)重下降，影響了杉木人工林的持續(xù)高產(chǎn)和持續(xù)經(jīng)營[4，5]。

以杉木輪作馬尾松之后的土壤作為參照，通過對比兩種不同土地利用方式(杉木連栽、杉木-馬尾松-杉木輪作)對土壤質(zhì)量的影響，通過土壤理化性質(zhì)的分析，來探討杉木輪作對杉木人工林地土壤肥力的影響。同時綜合評價兩種土地利用方式下土壤的質(zhì)量。本研究可以補充和豐富前人對于杉木林短期輪作的研究，對該區(qū)域杉木人工林的栽培制度也有一定的借鑒作用，同時為改善土壤退化和土壤肥力衰退的研究提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

試驗區(qū)選在福建省長汀樓子壩國有林場，林場位于武夷山南段的低山丘陵地帶，海拔450～700 m，年均氣溫15～19 ℃，無霜期年均為260 d，年均降水量為1737 mm，年均蒸發(fā)量為1444 mm。土壤類型較多，包括紅壤、黃壤、紫色土、草甸土、水稻土等，其中紅壤面積最廣，其次是水稻土和黃壤。林場創(chuàng)建于1958年，總面積7165 hm2。原生植被為亞熱帶常綠闊葉樹，現(xiàn)有森林植被大部分為人工林和次生林，常見的有馬尾松、杉木、毛竹、樟樹、柳杉等，灌木有杜鵑、油茶、黃瑞木等，草本有蕨類、五節(jié)芒、芒萁骨等。

3 材料與方法

3.1 現(xiàn)場調(diào)查與樣品采集

以福建省長汀樓子壩國有林場為研究區(qū)域，選取生態(tài)環(huán)境相近、樹種栽培方式不同(對照組CK：杉木-13年馬尾松；實驗組M1：杉木-3年杉木；實驗組M2：杉木-10年馬尾松-3年杉木)的林地作為試驗地，林木行間距為1.8 m×2 m，初始密度為2250株/hm2。據(jù)后期實地調(diào)查，栽培密度為1775株/hm2。

在不同試驗地設(shè)置多個采樣點，每個采樣點均采集表層土樣(0～20 cm)，5 ℃保存帶回實驗室。樣品分為兩部分，一部分用于土壤含水量和pH值的測定，另一部分自然風(fēng)干，剔除土壤樣品中的植物根系、石礫，研磨過篩，備測。此外，采用環(huán)刀法采集土壤，以便測定土壤容重。

3.2 樣品分析

①土壤容重—環(huán)刀法;②碳、氮—元素分析儀;③有效磷—鹽酸-硫酸浸提法;④速效鉀—火焰光度法;⑤pH值—pH計。

3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理軟件進行相關(guān)統(tǒng)計分析，采用OriginPro 8軟件作圖。

4 結(jié)果分析

4.1 對土壤理化性質(zhì)的影響

土壤容重是土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，土壤的通氣性、透水性，植物根系伸展的阻力狀況均可以通過土壤容重的大小來反映[6]。如果土壤容重值偏高，則表明土壤存在退化問題[7]。同時，土壤容重也可以用來衡量土壤緊實度和土壤疏松程度。圖1A及方差分析結(jié)果顯示，不同栽培方式林地中土壤容重存在顯著差異(p<0.05)，實驗組M1高于對照組CK，而實驗組M2低于對照組CK。

一般來說，土壤養(yǎng)分(氮、磷、鉀等)能直接供應(yīng)植物的生長發(fā)育。杉木、馬尾松人工林在林木生長期間需要大量的養(yǎng)分，但是在人工林經(jīng)營期間一些林地經(jīng)營措施的實施會對土壤產(chǎn)生一定的干擾，顯著響土壤養(yǎng)分的儲存和供應(yīng)。土地管理、土地利用方式、植被特點等均顯著影響土壤中有機質(zhì)的輸入和輸出[8]。圖1B及方差分析結(jié)果顯示，不同栽培方式林地中有機質(zhì)含量存在顯著差異(p<0.05)，實驗組M1高于對照組CK，而實驗組M2低于對照組CK。氮素是植物生長、發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一，土壤是植物氮素吸收的主要來源之一[9]，而土壤氮素的總體供應(yīng)水平一般用全氮含量來表征。不同栽培方式林地中總氮含量的對比顯示，實驗組M1、M2總氮含量均低于對照組CK，但是實驗組之間總氮含量沒有明顯差異(圖1C)。磷是植物生長所必需的大量營養(yǎng)元素之一，有效磷則是土壤磷供應(yīng)水平的指標(biāo)，在反映土壤肥力方面有一定的影響[10]。圖1D及方差分析結(jié)果顯示，不同栽培方式林地中有效磷含量存在顯著差異(p<0.05)，實驗組M1、M2均低于對照組，分別低了0.6 mg/kg、0.5 mg/kg。鉀是植物必需的營養(yǎng)元素，土壤是植物鉀素的主要來源之一，土壤對鉀素的潛在供應(yīng)能力一般用全鉀含量來表征，而土壤鉀素的現(xiàn)實供應(yīng)指標(biāo)則是速效鉀[11]。土壤速效鉀可以反映土壤供鉀能力和供應(yīng)程度，同時在一定程度上也是土壤質(zhì)量綜合評價的重要指標(biāo)之一[12]。圖1E及方差分析結(jié)果顯示，不同栽培方式林地中土壤速效鉀含量差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)，實驗組M1顯著高于對照組CK，實驗組M2略低于對照組。

圖1 土壤理化性質(zhì)比較

土壤pH是反映土壤化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，土壤pH值高低直接影響著植物的生長發(fā)育，同時對土壤中有機質(zhì)的分解、土壤微生物的活動等也有顯著影響。圖1F及方差分析結(jié)果顯示，不同栽培方式林地中土壤pH值沒有顯著差異(p>0.05)，實驗組M1、M2均高于對照組CK，但是兩個實驗組之間pH值差異不顯著。

4.2 土壤質(zhì)量綜合評價

土壤質(zhì)量是各土壤因素共同作用的結(jié)果，綜合評價兩種不同栽培方式下(杉木-杉木連栽以及杉木-馬尾松-杉木輪作)表層土壤的土壤質(zhì)量。第一步通過主成分分析，得到主成分的綜合模型；第二步，運用模型算出一系列的綜合主成分值，進而進行排序，即可對兩種不同栽培方式下的土壤質(zhì)量進行綜合評價。

利用主成分分析對本文理化性質(zhì)指標(biāo)進行分析，提取出3個主成分，來反映全部指標(biāo)的信息。根據(jù)分析結(jié)果，計算出主成分的綜合模型，根據(jù)此模型計算出主成分值，并且進行排序。結(jié)果如表1所示。

表1 綜合成分值

由表1可以看出，實驗組M2的土壤質(zhì)量綜合主成分得分高于實驗組M1。通過主成分值的高低，可以大致了解土壤理化性質(zhì)指標(biāo)對土壤質(zhì)量狀況的影響程度。通常主成分值越高，表明土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的含量越高，代表土壤質(zhì)量越好。因此，杉木-馬尾松-杉木輪作的土壤質(zhì)量相對較好，輪作對土壤質(zhì)量有一定的改善作用，是一種比較可靠的栽培方式。

然而，本文主要分析的是馬尾松的短期輪作，可以對土壤質(zhì)量進行比較有效的改善。此外，馬尾松不同于杉木的特性，一代馬尾松林不如二代馬尾松生長好，對土壤的影響會議差異等。對土壤質(zhì)量進行綜合評價時，采用主成分分析法，僅分析了部分理化性質(zhì)指標(biāo)，對土壤微量元素和生物學(xué)性質(zhì)沒有進行分析。因此，本文研究在栽培方式、試驗地、分析指標(biāo)、分析方法的選擇等方法還可以進一步深入探究，為治理杉木連栽導(dǎo)致的土壤退化而制定和實施一系列措施提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐，進而更好地改善杉木人工林的土壤質(zhì)量。

5 結(jié)論

(1)不同栽培方式林地土壤中，除土壤pH值，其他理化性質(zhì)均存在顯著差異。

(2)運用主成分分析法對土壤質(zhì)量的評價結(jié)果顯示，杉木-馬尾松-杉木輪作的土壤質(zhì)量相對較好，采取輪作可以相對有效地改善土壤質(zhì)量。