覃祚玉，石媛媛，趙雋宇，唐 健，鄧小軍，宋賢沖，黎 巍

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院 廣西林用新型肥料研發(fā)中心 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)國有東門林場，廣西扶綏 532108）

合理的培肥能有效提高土壤肥力質量，確保土壤資源的可持續(xù)經營與保護，對提升林地生產力和維護土壤生態(tài)安全有重要作用。全國第九次森林資源清查數據顯示，我國桉樹（Eucalyptusspp.）人工林面積546 萬hm2，占全國人工林面積的6.8%，在一定程度上緩解了我國的木材緊缺狀況；廣西桉樹人工林面積256 萬hm2，占全國桉樹人工林面積的46.9%，居全國第一。目前，桉樹人工林以純林、多代連栽和短輪伐期經營為主，出現地力衰退、森林質量下降和生態(tài)功能退化等問題，嚴重制約了桉樹人工林生產力水平的提高[1-3]。從發(fā)展角度來看，桉樹種植產生的土壤生態(tài)問題可通過有效的土壤培肥措施得到改善。

國內外研究表明，合理的土壤培肥是提高土壤質量和林地生產力最有效的途徑之一，測土配方施肥、剩余物還林、添加有機物料或有機肥和林下套種等培肥措施受到廣泛關注[4-11]。許彩洪等[12]研究表明，施用總養(yǎng)分≥30%（15-6-9）桉樹專用配方肥，可促進桉樹生長和改善土壤狀況。翁怡琳[13]研究表明，采伐剩余物平鋪處理能提高林地有效養(yǎng)分含量，其微生物生物量氮、微生物生物量碳和蔗糖酶顯著高于帶狀堆放和剩余物移除處理，平鋪處理下1年生桉樹幼林的平均地徑、胸徑和樹高比移除處理分別高出3.63%、6.44%和12.16%。施用有機肥可提高桉樹林地土壤養(yǎng)分與有機質含量，施用有機肥5年后的土壤容重比施用無機肥降低0.01%～0.22%，土壤總孔隙度提高0.1%～7.1%，可有效改良磚紅壤的物理特性，產生培肥效應[14]。高文杰等[15]研究發(fā)現，桉樹套種烏綠豆（Phaseolusspp.）× 印度豇豆（Vigna sesquipedalis）能提高土壤有機質含量，緩解土壤酸化。桉樹人工林間種山毛豆（Tephrosia candida）可提供林木生長所需的養(yǎng)分和有機質，促林木生長[16-17]。本研究以廣西桂南地區(qū)桉樹種植面積最大、連栽代次高的廣西壯族自治區(qū)國有東門林場桉樹人工林為研究對象，進行土壤培肥模式的篩選與評價，土壤培肥處理包括林下套種綠肥、剩余物還林、施用有機肥和測土配方施肥，以期為桂南地區(qū)及廣西桉樹人工林林地生產力的提升、土壤提質增效及生態(tài)環(huán)境的保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區(qū)國有東門林場雷卡分場9 林班（110°30'E，22°23'N），屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫21.8 ℃，年均降水量1 100～1 300 mm，年均蒸發(fā)量1 600 mm，年均相對濕度74%～83%；年均日照時長1 634～1 719 h，年均無霜期342 天；海拔150 m，低丘臺地交錯分布，地勢低平，坡度5°。土壤為磚紅壤，成土母巖為第四紀砂巖母質。試驗地前茬為桉樹，林地產量約為67.5 m3/hm2（5年生），產量較低。2017年2月，通過機耕新造林，主栽樹種為尾巨桉（E.urophylla×E.grandis），種植密度為1 245 株/hm2（4 m × 2 m），保存率為97%。試驗前，分別于2017年4月、2017年9月和2018年4月施復合肥（N∶P∶K = 6∶12∶7），每次施用量為622.5 kg/hm2。林下植被主要有藿香薊（Ageratum conyzoides）、飛機草（Chromolaena odorata）、山菅（Di?anella ensifolia）和木姜子（Litsea pungens）等。

1.2 試驗設計

2019年6月—2020年6月，進行田間試驗。設6個處理（T1～T5 和CK），樣地面積為0.4 hm2（20 m×20 m），3 個重復。T1～T4 處理均為等養(yǎng)分肥料投入，化肥投入量（折純量）均為225.0 kg/hm2，T5 處理的化肥投入量為187.5 kg/hm2（化肥減量16%）。

T1 和T2 處理分別為林下套種山毛豆（Tephro?sia candida）和林下套種田菁（Sesbania cannabina）處理，播種前將有機肥（4 500 kg/hm2）散鋪于犁耕過的2 m 寬行距林地內，條播綠肥種子，種子用量為30 kg/hm2，播種前進行種子催芽處理。T3 處理為剩余物還林處理，添加枯枝落葉、鋸末等剩余物和常規(guī)肥料（東林摻混肥：總養(yǎng)分30%，N∶P2O5∶K2O=15∶6∶9），施肥量約750 kg/hm2，剩余物添加量為葉紹明等[18]1～3 代6年生尾巨桉林分平均生物量（約81 t/hm2）的1/3，為27 t/hm2。T4 處理為施用有機肥處理，施入有機肥的總養(yǎng)分約為5%，施入量為4 500 kg/hm2。T5處理為測土配方施肥處理，配方肥總養(yǎng)分為25%（N∶P2O∶K2O = 12∶5∶8，有機質含量≥20%），施肥量為750 kg/hm2。CK 處理為常規(guī)施肥（東林摻混肥）處理，施肥量為750 kg/hm2。

1.3 指標調查

1.3.1 林木生長量及產量測定

對各處理試驗前后的樣地進行每木檢尺，測量桉樹的樹高和胸徑。采用單株材積計算不同處理的平均蓄積量，采用廣西林業(yè)勘查設計院制定的速生桉單株材積（V，m3）計算公式[19]：

式中，D為胸徑（cm）；H為樹高（m）；c0、c1、c2、c3和c4均為常數，c0= 1.091 541 50 × 10-4；c1= 1.878 923 70；c2= 5.691 855 03 × 10-3；c3= 0.652 598 05；c4=7.847 535 07×10-3。

1.3.2 土壤化學性質測定

在樣地內以“S”型挖掘3個標準剖面，按0～10、10～20、20～30和30～40 cm分層采集土壤鮮樣，采集量約為1 kg，風干后進行指標測定。土壤pH 值和有機質含量（OMC）、全氮含量（TNC）、全磷含量（TPC）、全鉀含量（TKC）、堿解氮含量（AHNC）、有效磷含量（APC）、速效鉀含量（AKC）、交換性鈣含量（E-Ca）、交換性鎂含量（E-Mg）、有效銅含量（ACu）、有效鋅含量（A-Zn）、有效鐵含量（A-Fe）、有效錳含量（A-Mn）和有效硼含量（A-B）等養(yǎng)分指標參照LY/T 1210～1275-1999[20]相關行業(yè)標準進行。各層土壤的平均值為0～40 cm土壤養(yǎng)分的測定值。

1.4 土壤肥力計算

選取1.3.2 中的15 項指標作為土壤肥力質量的評價因子。建立各評價指標的隸屬函數，對各項指標值進行數值化量綱處理。常用的隸屬函數分為拋物線型（公式1）和S 型（公式2）。根據前人研究結果[21-23]，pH 值屬于拋物線型隸屬函數，其他14 項指標均屬于S 型隸屬函數。參考前人研究成果[24-26]并結合研究區(qū)土壤性質，確定隸屬函數轉折點（表1）。采用主成分分析法確定各指標的權重，再通過加權求和法計算出土壤肥力質量綜合指標值（IFI）（公式3）。

表1 隸屬函數曲線中評價指標的轉折點Tab.1 Turning points of evaluating indicators in membership functions

式中，U(x)為評價指標隸屬度；x為評價指標實測值；a為隸屬函數下限值；b、c為隸屬函數最優(yōu)值；d為隸屬函數上限值。Wi和μi分別表示第i項指標的隸屬度和權重。

1.5 數據處理

采用SPSS 19.0軟件進行描述統(tǒng)計分析、因子分析和聚類分析。因子分析確定權重，聚類分析劃分綜合肥力指標等級。采用Origin 19.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對桉樹生長的影響

T1～T4 處理的平均樹高增量均大于CK 處理，表現為T2>T1>T4>T3>CK>T5，T2、T1、T4和T3處理與CK 處理差異顯著（P<0.05）；T1～T5處理的平均胸徑增量均顯著大于CK 處理（P<0.05），表現為T1>T5>T2>T4>T3>CK；T1～T5 處理的平均蓄積增量均大于CK 處理，表現為T1 > T5 > T2 >T4 > T3 > CK，其中T1、T5、T2 和T4 處理與CK 處理差異顯著（P<0.05）（表2）。

表2 不同處理對桉樹生長的影響Tab.2 Effects of different treatments on eucalypt growth

2.2 不同處理對土壤有機質的影響

有機質含量增量表現為T2 > T4 > T1 > T5 >T3 > CK（圖1）。T2、T4 和T1 處理試驗后的有機質含量分別比試驗前高出22.62%、17.87%和14.22%，差異顯著（P< 0.01）。T2、T4、T1 和T5 處理的有機質含量增量顯著高于T3和CK 處理（P<0.01），分別比CK 處理高出378.67%、250.67%、205.33% 和50.67%，說明這4 種處理均能有效提高林地土壤有機質含量。

圖1 不同處理對土壤有機質含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on contents of soil organic matter

2.3 不同處理桉樹人工林土壤肥力綜合評價

特征值大于1 的主成分有5 個，累計貢獻率為80.727%，說明這5個成分為試驗地桉樹人工林土壤肥力質量的主要影響因素（表3）。第1 主成分包括有機質、全N、有效P、速效K 和有效Fe 含量，貢獻率為24.016%；第2 主成分包括堿解N、有效Cu、有效B和有效Mn 含量，兩個主成分的累計貢獻率為45.116%。

表3 土壤各屬性主成分因子載荷矩陣和權重Tab.3 Load matrix and weight of principal component factors of soil properties

為避免人為干擾及等距劃分等級帶來的誤差，采用歐氏距離聚類方法[27]將土壤肥力綜合指數劃分為5 個等級：Ⅰ級為優(yōu)（IFI> 0.600），Ⅱ級為良（0.450

表4 不同處理土壤肥力狀況及評價結果Tab.4 Soil fertility status and evaluation results of different treatments

3 討論與結論

3.1 土壤肥力評價指標與評價方法

客觀評價土壤肥力質量是準確了解土壤屬性和充分利用土壤資源的保障[28-30]。影響土壤肥力質量的評價指標很多，按土壤性質和功能可分為化學指標、物理指標和生物學指標[31]。Schoenholtz 等[32]認為土壤化學指標包括營養(yǎng)指標和土壤有機碳（有機質）兩類，營養(yǎng)指標包括pH 值和全N、全P、全K、堿解N、有效P 和速效K 含量等指標[33]。劉世梁等[28]認為pH 值、土壤有機質、全N、全P、有效P、全K、速效K含量和耕層厚度等指標能穩(wěn)定地評價耕作土壤肥力。近年來，在土壤肥力定量評價中應用最廣泛的方法有聚類分析和主成分分析方法[34-35]。本研究采取主成分、模糊數學和聚類分析相結合的方法，綜合評價不同培肥處理下的土壤化學性質及肥力質量，評價結果與產量規(guī)律吻合，說明該方法適用于桂南區(qū)土壤肥力的綜合評價。

3.2 不同處理促進林分增產的潛力

除T5 處理的平均樹高增量外，T1～T5 處理桉樹的平均樹高、胸徑和蓄積增量較CK 處理均有一定程度的提升。林下套種山毛豆（T1）處理的增產效果最好，其平均蓄積增量比CK 處理高出26.78%，可能是因為山毛豆生物量大，土壤覆蓋度高，地表蒸發(fā)減少，同時以耕代撫，疏松了土壤，減少了雜草競爭，植物根系和凋落物有效地改良了土壤的化學性狀，促進桉樹胸徑、樹高和蓄積量的增長。T1 和T2 處理均為林下套種綠肥處理，其平均胸徑、樹高和蓄積增量均表現較好，說明林下套種綠肥有利于促進桉樹胸徑、樹高和蓄積量增長；T1、T2 和T4 處理的肥料輸入均為有機肥，其平均蓄積增量比CK處理高出19%以上，說明有機肥對桉樹蓄積量的促進作用明顯。測土配方施肥（T5）處理的平均胸徑和蓄積量增量均顯著大于CK 處理，但平均樹高增量僅為CK 處理的96.12%，說明目前的配方肥雖能促進胸徑和蓄積量生長，卻不利于樹高生長，需進一步調整配方，實現樹高、胸徑和蓄積量同步增加。

3.3 不同處理土壤改培效果

不同處理下，桉樹林地土壤肥力發(fā)生了明顯變化，主要體現在土壤有機質和綜合肥力上。林下套種綠肥（T1和T2）、施用有機肥（T4）和測土配方施肥（T5）處理下的林地土壤全N、堿解N、全K、速效K、全P、速效P 和有效B 含量均提升明顯；通過肥力指標隸屬函數公式計算各指標的隸屬度，隸屬度均值越大表示該項指標的肥力水平越高，試驗后的各項土壤指標隸屬度較試驗前更趨近1.0，土壤養(yǎng)分供給相對均衡，更有利于養(yǎng)分的協調吸收，促進林木生長。土壤有機質含量是反映土壤肥力的一個重要指標[36]。T1、T2和T4處理通過綠肥還林和添加有機肥，使林地土壤有機質含量明顯提升；T3 處理通過田間試驗模擬剩余物還林，與常規(guī)施肥對比，林地有機質增量僅提升了0.81%，這與投入林地的剩余物成分組成及其分解速率有關，本試驗所采用的采伐剩余物多為樹干鋸末，樹葉和樹皮占比較低，剩余物的碳氮比較高，表層木屑成塊板結，不利于剩余物還林分解，投入的木屑有機碳無法在短周期內完全轉化為土壤有機質。T4 處理提升土壤有機質含量的效果優(yōu)于T1處理，可能是由于山毛豆生長快速且旺盛，產生了較大的生物量，在未割刈犁翻還林的情況下，會出現綠肥與人工林林木“搶肥”的現象，降低了土壤有機質含量。

3.4 不同處理提質增效綜合評價

本研究未開展各處理營林經濟成本核算，未能從經濟效益和土壤改良效果等多方面綜合評價各處理。從各處理的土壤改良和豐產增效效果來看，林下套種山毛豆、林下套種田菁、剩余物還林、施用有機肥和測土配方施肥這5種處理均可在一定程度上促進林木生長和產量提升，對桉樹人工林土壤養(yǎng)分狀況也有較好的改善作用，可有效緩解土壤酸化（除T5處理），促進林地土壤肥力恢復。從可操作性和適應性來看，林下套種綠肥處理對地勢和林地小氣候要求較嚴苛，僅適用于行間距大、地勢平緩、可機械作業(yè)和夏季降雨充沛的林地；剩余物還林處理以鋸末散鋪于林地來模擬剩余物還林，未考慮實際操作中采伐剩余物還林可能會造成的施工不便及病蟲害滋生等問題，需進一步開展剩余物還林過程中的防蟲促腐研究。目前，施用有機肥和測土配方施肥技術的成熟度較高，可操作性強，可作為廣西林地可持續(xù)經營的關鍵沃土技術進行推廣。