李敏 趙熙州 丁波 丁貴杰 王好運

(貴州大學,貴陽,550025) (貴州師范學院) (貴州大學)

土壤碳氮是土壤肥力的核心部分。土壤酶及微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分,在森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)、有機質(zhì)分解等諸多生態(tài)過程中起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用,影響植被的發(fā)育和演替[1-2]。同時,土壤酶及微生物對環(huán)境變化極為敏感,在土壤碳氮循環(huán)及其對自然和人為干擾響應中具有非常重要的表征功能[3-4]。相關(guān)研究表明,各類森林經(jīng)營措施通過改變森林植被組成、林分結(jié)構(gòu)、密度等方式,對林內(nèi)溫濕條件、凋落物、根系系統(tǒng)、植物分泌物等產(chǎn)生影響,進而調(diào)控土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)、微生物及酶活變化[5-6]。土壤養(yǎng)分、酶活、微生物可作為反映管理措施引起的土壤肥力變化的有效指標[7-8]。

間伐是森林生態(tài)系統(tǒng)管理的重要措施之一,在世界各地的人工林中普遍使用。合理的間伐強度能夠提高森林生產(chǎn)力、促進養(yǎng)分循環(huán)、維持森林生態(tài)系統(tǒng)功能[9]。由于不同間伐處理對林內(nèi)生境條件、凋落物、植被多樣性等影響不同,導致森林土壤微生物活性、酶活、養(yǎng)分條件在間伐后呈現(xiàn)不同的變化。部分學者研究發(fā)現(xiàn),間伐能提高林地土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)、土壤酶及微生物活性[10-12];也有研究表明,間伐可能會降低森林土壤的養(yǎng)分歸還及碳儲量,進而降低土壤營養(yǎng)元素和酶活性[13-14];還有部分研究表明,無論間伐強度如何,其均對土壤酶或微生物無影響[15]。間伐對土壤養(yǎng)分、酶活、微生物數(shù)量的影響因季節(jié)而異[16-17]。而當前圍繞間伐對土壤質(zhì)量影響的研究多只在單一季節(jié)進行,關(guān)于季節(jié)動態(tài)的研究較少[18-19]。因此,為準確選擇對森林土壤質(zhì)量具有持續(xù)且穩(wěn)定促進作用的林分間伐強度,需要了解不同間伐處理下土壤因子的季節(jié)變化動態(tài)。

作為中國南方重要的鄉(xiāng)土用材樹種,馬尾松 (Pinusmassoniana) 具有分布廣、適應能力強、綜合利用程度高等特點[20]。但在其經(jīng)營過程中,由于樹種結(jié)構(gòu)單一,長期重造輕管導致林分過密,不利于林木生長、地力的維持及提高,因此,在對馬尾松人工林的管理實踐中間伐被廣泛應用。本研究選取不同間伐強度處理4 a后的馬尾松人工林,研究其土壤碳氮、微生物、酶活的季節(jié)動態(tài)變化,以了解林地土壤特性對不同間伐處理的季節(jié)動態(tài)響應,探索間伐作業(yè)在提高林地土壤質(zhì)量中的作用,為科學確定林分間伐強度和指導林地養(yǎng)分管理等提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省臺江縣臺盤鄉(xiāng)平水村 (26°42′ N,103°10′ E),屬亞熱帶季風濕潤氣候,年均溫度15.7 ℃,年降水量1 050～1 400 mm,海拔最高為814 m、最低為731 m。土壤主要為紅壤和黃棕壤,樣地土壤0～15 cm土層土壤理化性質(zhì)的平均值為:pH=4.58,有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)33.06 g·kg-1,全磷、全氮、全鉀質(zhì)量分數(shù)分別為0.44、1.19、15.15 g·kg-1,有效氮、磷、鉀質(zhì)量分數(shù)分別為90.51、2.65、51.95 mg·kg-1。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

選擇1998年種植的具有相同初始密度的馬尾松人工林作為試驗樣地,于2010年在研究區(qū)沿等高線隨機區(qū)組開展密度調(diào)控試驗,設(shè)置未間伐(T0,2 016株·hm-2)、輕度間伐(T1,1 800株·hm-2)、中度間伐(T2,1 575株·hm-2)、重度間伐(T3,1 350株·hm-2) 4個處理,試驗設(shè)3次重復,每個小區(qū)面積為600 m2(30 m×20 m)。間伐4 a后,于2014年3月(春季)、6月(夏季)、9月(秋季)、12月(冬季)進行土壤采樣,樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本概況

2.2 土樣采集

分別于2014年3、6、9、12月上旬采集12個樣地內(nèi)0～15 cm土層土樣,每個樣地隨機采集5個點,去除枯枝落葉、昆蟲、石塊等,過2 mm篩后按四分法進行混合,每個樣地獲得1份約1 kg的混合土樣。取一部分土樣于冰箱4 ℃保存用于測定土壤酶活和微生物數(shù)量,其余部分風干后用于土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)測定。

土壤酶活和微生物數(shù)量測定方法參考李振高等[21]方法,碳氮測定參考相關(guān)標準[22-24]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用office 2019和SPSS18.0進行數(shù)據(jù)整理和分析;以季節(jié)作為方差分析的內(nèi)部因子,使用重復測量方差分析對不同季節(jié)中不同間伐程度下土壤酶活、微生物數(shù)量、碳氮質(zhì)量分數(shù)進行分析;采用LSD法進行多重比較;使用簡單相關(guān)性分析檢驗不同土壤指標間相關(guān)性;采用主成分分析評價各間伐程度下林地土壤質(zhì)量。

采用隸屬函數(shù)法對數(shù)據(jù)進行標準化,用于主成分分析。分析過程中,按照特征值大于1的原則提取主成分用于后續(xù)分析。根據(jù)主成分得分系數(shù)計算各主成分的得分(Fjn),對所得主成分的得分進行加權(quán)求和,以主成分對應的的方差貢獻率為權(quán)重,得到各林分土壤綜合分值(Dn),公式如下:

Ui=(Ii-Imin)/(Imax-Imin);

(1)

(2)

式中:Ui指第n個樣品第i個土壤參數(shù)原始數(shù)據(jù)標準化后的數(shù)值;Ii為第n個樣品第i個品質(zhì)指標的原始測定值;Imin和Imax分別指所有樣品中第i個土壤參數(shù)原始數(shù)據(jù)的最小值和最大值;Dn為各間伐處理林分土壤綜合得分;Fjn為第n個樣品第j個主成分得分值;Ej為第j個主成分的方差貢獻率;m為所提取的主成分個數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)變化

由表2、表3可知,季節(jié)變化對馬尾松林地土壤全氮、堿解氮質(zhì)量分數(shù)具有顯著影響;間伐對馬尾松林地土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)的影響存在季節(jié)性差異,且不同間伐強度的影響有異同。相對于T0處理,T2處理在3月、6月、9月、12月均穩(wěn)定提高了土壤碳氮質(zhì)量分數(shù),且在12月時對有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、3月時對全氮質(zhì)量分數(shù)的促進作用達顯著水平(P<0.05),分別提高了13.58%、18.65%。對于T1處理,12月時堿解氮質(zhì)量分數(shù)略有下降,3月、6月、9月該處理對土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)均具有穩(wěn)定促進作用;3月、6月、9月、12月該處理對土壤有機質(zhì)、全氮質(zhì)量分數(shù)有穩(wěn)定促進作用,且在12月時對有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、3月時對全氮質(zhì)量分數(shù)的促進作用達顯著水平(P<0.05),分別提高了9.46%、16.69%。對于T3處理,9月時該處理下有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)略有下降,3月、6月、12月該處理對土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)以及3月、6月、9月、12月對土壤全氮和堿解氮質(zhì)量分數(shù)均具有穩(wěn)定的促進作用,且在12月時對有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)促進作用達顯著水平(P<0.05)。4個間伐處理中,3月、6月、9月、12月時均以T2處理的土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)最高。此外,4個間伐處理的土壤全氮質(zhì)量分數(shù)(1.13～1.62 g·kg-1)和堿解氮質(zhì)量分數(shù)(70.89～137.47 mg·kg-1)均以3月、9月高于6月、12月,有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(33.23～46.44 g·kg-1)在3月達峰值。

表2 不同季節(jié)中不同間伐強度下馬尾松人工林土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)

月份全氮質(zhì)量分數(shù)/g·kg-1T0T1T2T33(1.36±0.03)Ab(1.59±0.08)Aa(1.62±0.05)Aa(1.41±0.05)Ab6(1.22±0.03)Aa(1.28±0.11)Aa(1.31±0.09)Aa(1.24±0.09)Aa9(1.33±0.11)Aa(1.42±0.12)Aa(1.45±0.10)Aa(1.34±0.09)Aa12(1.13±0.09)Aa(1.24±0.09)Aa(1.38±0.11)Aa(1.16±0.07)Aa

注:T0為未間伐;T1為輕度間伐;T2為中度間伐;T3為重度間伐;表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差;同列不同大寫字母表示同一梯度不同月份間差異顯著(P<0.05);同行不同小寫字母表示同一月份不同梯度間差異顯著(P<0.05)。

3.2 土壤酶活性變化

由表3、表4可知,季節(jié)變化對4種酶活性均具有顯著影響,間伐對脲酶和蔗糖酶活性具有顯著影響,二者交互作用僅對蔗糖酶活性有顯著影響(P<0.05)。不同間伐強度對4種土壤酶活性的影響不同,且存在一定的季節(jié)性差異。相較于T0處理,T1、T2處理在3月、6月、9月、12月內(nèi)均能提高4種土壤酶活性,其中,T2處理在6月、12月顯著提高脲酶活性;T1、T2處理在6月、9月、12月對蔗糖酶活性促進作用達顯著水平(P<0.05)。與T0處理相比,T3處理在3月、6月、9月、12月中持續(xù)抑制過氧化氫酶活性(P>0.05),對其他3種酶活性的影響則因季節(jié)而異。T3處理除6月時對磷酸酶活性具有抑制作用外,在其余月份均對磷酸酶活性均有促進作用(P>0.05);該處理在3月、12月時抑制脲酶活性,在6月、9月則對脲酶活性有促進作用,并在6月達顯著水平(P<0.05);6月、9月時,T3處理顯著提高蔗糖酶活性,但在3月則無顯著促進作用,12月則對蔗糖酶活性具有抑制作用。3月、6月、9月、12月,4種酶活性均在T2處理時達到峰值。所有間伐處理的過氧化氫酶活性由大到小依次為:9月、12月、3月、6月。磷酸酶活性在3月、9月較高。不同間伐程度下的蔗糖酶和脲酶活性季節(jié)變化趨勢不同。

表3 重復測量方差分析結(jié)果

3.3 不同間伐程度下土壤微生物數(shù)量時間動態(tài)變化

由表3、表5可知,間伐、季節(jié)分別對除氨化細菌、硝化細菌外的其余微生物數(shù)量存在顯著影響,二者交互效應對除真菌和氨化細菌外的微生物數(shù)量具有顯著影響(P<0.05)。相對T0處理,T1、T2處理在3月、6月、9月、12月中穩(wěn)定增加細菌和放線菌數(shù)量,其中,T1、T2處理對細菌數(shù)量的促進作用在4個月份均達顯著水平,在3月、9月對放線菌數(shù)量促進作用也達顯著水平(P<0.05)。T3處理在除6月外的其余月份對細菌和放線菌數(shù)量也具有促進作用。間伐在3月、6月、9月、12月中對真菌數(shù)量起穩(wěn)定促進作用,但不同季節(jié)的促進效應不同。除T2、T3處理在6月對氨化細菌數(shù)量具有不顯著抑制作用外,T1處理在3月、6月、9月、12月以及T2、T3處理在3月、9月、12月對氨化細菌的數(shù)量均起促進作用,且T2處理在3月時對氨化細菌的促進作用達顯著水平(P<0.05)。不同間伐程度對硝化細菌數(shù)量影響不同,且季節(jié)性差異明顯,其中,T3處理在6月對硝化細菌數(shù)量具有顯著的促進作用,但在3月、9月、12月均呈抑制作用;T2處理在6月、9月、12月對硝化細菌數(shù)量起促進作用;T1處理在3月、6月對硝化細菌數(shù)量起抑制作用,但在9月、12月起促進作用。細菌、放線菌、真菌數(shù)量均以3月、9月高于6月、12月,不同間伐處理的氨化細菌和硝化細菌數(shù)量季節(jié)變化無明顯規(guī)律。

表4 不同季節(jié)中不同間伐強度下馬尾松人工林土壤酶活性

表5 不同季節(jié)中不同間伐強度下馬尾松人工林土壤微生物數(shù)量

月份放線菌數(shù)量/105cfu·g-1T0T1T2T33(17.55±1.64)Bd(31.44±2.53)Bb(40.11±1.39)Ba(23.47±1.70)Bc6(21.23±1.65)Ba(26.81±2.00)Ba(35.73±1.38)Ba(20.79±1.62)Ba9(60.92±4.54)Ad(78.30±6.51)Ac(112.87±6.64)Aa(98.37±6.34)Ab12(10.85±3.78)Bc(13.59±1.50)Cbc(19.61±1.65)Ca(17.72±1.02)Bab

月份真菌數(shù)量/105cfu·g-1T0T1T2T33(9.76±0.94)Ab(11.86±0.53)Aab(15.59±0.61)Aa(12.64±0.59)Aab6(0.74±0.16)Bc(1.50±0.47)Ba(1.27±0.25)Cab(0.97±0.07)Bbc9(1.77±0.10)Ba(1.86±0.36)Ba(2.23±0.26)Ba(1.84±0.12)Ba12(0.47±0.05)Ba(0.61±0.04)Ba(0.71±0.18)Ca(0.57±0.04)Ba

月份氨化細菌數(shù)量/105cfu·g-1T0T1T2T33(10.57±0.65)Ab(10.79±0.99)ABb(15.06±1.11)Aa(13.00±1.02)Aab6(11.44±1.04)Aa(12.43±1.00)ABa(8.93±0.53)Ba(8.41±0.50)Ba9(8.54±0.45)Aa(9.79±1.46)Ba(10.30±0.83)Ba(9.23±0.85)Ba12(12.28±0.73)Aa(14.27±1.04)Aa(15.32±1.50)Aa(14.20±0.93)Aa

注:T0為未間伐;T1為輕度間伐;T2為中度間伐;T3為重度間伐;表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差;同列不同大寫字母表示同一梯度不同月份間差異顯著(P<0.05);同行不同小寫字母表示同一月份不同梯度間差異顯著(P<0.05)。

3.4 土壤養(yǎng)分、土壤酶和微生物數(shù)量的相關(guān)性

相關(guān)分析表明,除氨化細菌外,其余指標間均存在顯著相關(guān)性。其中,土壤有機質(zhì)與硝化細菌存在顯著相關(guān)性(P<0.05),與真菌、磷酸酶、脲酶存在極顯著相關(guān)性(P<0.01);堿解氮、全氮與真菌、細菌、蔗糖酶、磷酸酶存在顯著相關(guān)性(表6)。

3.5 不同間伐程度下土壤質(zhì)量評價

采用主成分分析方法評價不同間伐強度下的林地質(zhì)量。依據(jù)特征值大于1的原則抽取了前2個主成分,累計方差貢獻率達95.199%(表7),表明2個公因子能準確體現(xiàn)土壤指標的綜合信息。其中,主成分1主要包含除硝化細菌外的其余指標,而硝化細菌則在主成分2中發(fā)揮重要作用(表8)。根據(jù)得分系數(shù)矩陣(表9),并將各指標標準化后代入,可得2個主成分的得分(F1、F2),分別為:

F1=0.101×X2+0.101×X7+0.074×X11+0.119×X10+0.108×X1+0.0.112×X4+0.107×X3+0.074×X8+0.077×X9+0.082×X6+0.093×X5+0.066×X12;

F2=-0.014×X2-0.062×X7+0.139×X11-0.268×X10-0.092×X1-0.146×X4-0.089×X3+0.202×X8+0.172×X9+0.142×X6+0.034×X5-0.726×X12。

其中,X1～X12分別代表磷酸酶、有機質(zhì)、蔗糖酶、脲酶、氨化細菌、真菌、全氮、細菌、放線菌、過氧化氫酶、堿解氮、硝化細菌。以各主成分的方差貢獻率為權(quán)重計算4個間伐程度林下土壤質(zhì)量綜合得分(表10),各處理得分由高到低依次為T2、T1、T3、T0,表明中度間伐最有利于提高森林土壤質(zhì)量。

表6 土壤碳氮與土壤酶、微生物數(shù)量的相關(guān)系數(shù)

表7 土壤質(zhì)量分數(shù)的主成分分析結(jié)果

4 結(jié)論與討論

碳、氮作為植物生長所需的大量元素,在森林生態(tài)系統(tǒng)中的作用具有不可替代性。植被凋落物、根系、根系分泌物是土壤碳氮的主要來源[25],因此,森林經(jīng)營措施對林分密度結(jié)構(gòu)和植被組成的影響會改變林地土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)。本研究中,輕度、中度、重度間伐總體對林地土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)具有不同程度的促進作用,且以中度間伐的促進效果最為明顯及穩(wěn)定。盛煒彤等[26]研究表明,間伐主要通過促進林下植被生長、因林冠疏開導致的水土流失、間伐木移走損失的養(yǎng)分等方式影響土壤肥力。本研究中,間伐后林地碳氮質(zhì)量分數(shù)的增加可能是由于間伐改善了林分中溫度、光照及濕度[27],提升了作為土壤養(yǎng)分重要來源的凋落物層的分解速率,同時促進了林下植被生長,進而增加易降解凋落物、土壤養(yǎng)分、根系分泌物的輸入[28]。間伐后林地中相對較高的堿解氮質(zhì)量分數(shù)及全氮質(zhì)量分數(shù)也能反映林分有較高的凋落物分解能力和較好的土壤環(huán)境[29]。葛曉改等[30]對馬尾松人工林的研究發(fā)現(xiàn),相較于凋落物產(chǎn)量,凋落物的周轉(zhuǎn)率才是決定土壤養(yǎng)分的關(guān)鍵,這解釋了本研究中未間伐林地雖然沒有因間伐木移走而丟失養(yǎng)分,仍保持較多的凋落物產(chǎn)量,但土壤養(yǎng)分含量仍較低的現(xiàn)象。此外,馬尾松人工林細根分布表層化,主要分布在0～20cm的土層中[31],間伐導致大量細根和根系死亡分解,有效增加土壤碳庫及N的輸入,這也是間伐林地土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)更高的原因之一。Liu et al.[32]發(fā)現(xiàn),不同間伐強度能提高土壤全氮,同時也能改變有效磷、氮、鉀質(zhì)量分數(shù)。張文雯等[35]研究也發(fā)現(xiàn),間伐能提高土壤碳氮質(zhì)量分數(shù),且中度間伐處理的養(yǎng)分含量最高。但與本研究結(jié)果不同,Settineri et al.[33]發(fā)現(xiàn),高強度間伐最適于提高土壤碳儲量;趙朝輝等[34]研究發(fā)現(xiàn),隨間伐程度的增大,土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)持續(xù)增加;Wang et al.[35]研究發(fā)現(xiàn),間伐降低了土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。這表明,適當?shù)拈g伐強度有利于提高馬尾松林地土壤碳氮養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù),但由于林分類型、間伐后恢復時間、間伐強度、立地條件不同,不同林分適宜的間伐強度也不同。

表8 主成分與土壤各因子負荷矩陣

表9 土壤各指標的第1主成分、第2主成分得分系數(shù)矩陣

表10 4種間伐強度時土壤質(zhì)量綜合評價結(jié)果

作為土壤質(zhì)量的敏感指標,土壤微生物和酶活性易受各種生物和非生物因素的影響。本研究中,間伐顯著改變了土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性,且輕度及中度間伐處理穩(wěn)定增加了真菌、放線菌、細菌數(shù)量及4種土壤酶活性。過氧化氫酶和蔗糖酶能夠反映土壤腐質(zhì)化強度及有機碳的分解、周轉(zhuǎn)速度。2種酶活性的增加,進一步表明輕度和中度間伐能促進林地土壤中凋落物的分解轉(zhuǎn)化,從而提高土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)。脲酶和磷酸酶作為養(yǎng)分循環(huán)中的重要水解酶,其活性高低與土壤中養(yǎng)分供應狀況密切相關(guān)。本研究中,輕度和中度間伐持續(xù)增加了土壤有機質(zhì)及全氮質(zhì)量分數(shù),為微生物生長提供了穩(wěn)定的能量和養(yǎng)分供給[36-37],促進了微生物活性及數(shù)量增加。充足的養(yǎng)分及豐富的微生物為土壤酶合成提供了保障[38],促使林地土壤酶活性增加。土壤碳氮、微生物與各類酶活間的顯著正相關(guān)性進一步證明三者間的密切聯(lián)系。Rousk et al.[39]研究發(fā)現(xiàn),微生物與土壤肥力間存在密切相關(guān)性;Kim et al.[15]發(fā)現(xiàn),不同間伐強度對土壤性質(zhì)的影響改變了櫟樹和落葉松林中土壤微生物生物量;Kivlin et al.[40]研究也表明,土壤理化性質(zhì)通過養(yǎng)分的有效性來調(diào)節(jié)土壤酶活性。反之,間伐后土壤微生物數(shù)量和酶活性提高,也在一定程度上促進林地土壤養(yǎng)分循環(huán),增加土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)。

季節(jié)變化會引起植物生長、土壤水分、溫度和地上植被等發(fā)生變化[41],影響各類養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)、酶活、微生物生長及活性,導致其呈現(xiàn)不同的季節(jié)變化。本研究中,3月、9月的林下土壤碳氮質(zhì)量分數(shù)、磷酸酶活性、細菌數(shù)量、放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量較高,而6月或12月時較低,出現(xiàn)這種現(xiàn)象與植物生長發(fā)育階段和環(huán)境條件變化等因素有關(guān)。各季節(jié)中,植物對林地養(yǎng)分需求不同,林地溫度及濕度、根系分泌物、凋落物輸入量及分解速率也會發(fā)生變化[42-43],從而導致林地土壤特性呈現(xiàn)較為規(guī)律的季節(jié)性變化。Kaiser et al.[44]也發(fā)現(xiàn),根系分泌物或新鮮凋落物的輸入是秋季或春季時土壤酶活性最高的主要原因。但由于各種酶和微生物對環(huán)境適應能力不同,導致蔗糖酶、脲酶、氨化細菌、硝化細菌呈現(xiàn)不同的季節(jié)性變化。

不同間伐處理對部分土壤特性的影響同樣受季節(jié)變化調(diào)控。本研究中,相對未間伐處理,輕度間伐對堿解氮質(zhì)量分數(shù)、硝化細菌數(shù)量,中度間伐對氨化細菌、硝化細菌數(shù)量的影響均受季節(jié)變化調(diào)控。這2種間伐處理在各季節(jié)中對其余土壤特性均表現(xiàn)出穩(wěn)定的促進作用,但促進效應無明顯季節(jié)規(guī)律。重度間伐僅對全氮質(zhì)量分數(shù)、放線菌數(shù)量、真菌數(shù)量具有穩(wěn)定的促進作用,其持續(xù)不顯著抑制過氧化氫酶活性,對其余指標的影響均明顯受季節(jié)變化調(diào)控。由此說明,輕度及中度間伐處理能有效改善林分環(huán)境,對林地質(zhì)量具有較為穩(wěn)定的促進作用,而重度間伐對大部分土壤指標的不穩(wěn)定作用可能是由于擾動強度大,影響持續(xù)時間長,林分密度過度降低,從而減少了凋落物輸入,導致土壤暴露,地面保溫性較差,最終引起林下土壤pH值、密度、養(yǎng)分、溫度發(fā)生劇烈變化[45]。因此,在評估間伐對林地土壤特性影響時,應結(jié)合各個季節(jié)進行綜合研究。本研究僅發(fā)現(xiàn)不同間伐程度對林地土壤特性影響存在季節(jié)性差異,但未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律和機制,需要進一步結(jié)合林內(nèi)環(huán)境條件、凋落物養(yǎng)分歸還、植物生長、根系分泌物、細根的發(fā)生和死亡分解的季節(jié)變化動態(tài)進行深入研究,探明導致間伐影響季節(jié)性差異的具體原因。

土壤酶活性、微生物數(shù)量、養(yǎng)分的變化一定程度上代表了土壤肥力和健康水平[46]。主成分分析結(jié)果表明,間伐能有效提高馬尾松林地土壤質(zhì)量,其中以中度間伐的促進效應最明顯,這與該間伐處理下碳氮質(zhì)量分數(shù)、土壤酶活性和微生物數(shù)量最高的結(jié)果相呼應。Qiu et al.[9]對不同間伐強度后華北落葉松林土壤特性變化的研究也發(fā)現(xiàn),間伐能有效提高林地土壤養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)、促進養(yǎng)分循環(huán)、提高土壤質(zhì)量,且以中度間伐的促進效果最佳。

綜上,輕度和中度間伐對土壤特性具有穩(wěn)定促進作用,其間伐影響的季節(jié)性差異小。重度間伐對土壤特性的影響存在明顯季節(jié)性差異,但無明顯規(guī)律。間伐能有效提高土壤質(zhì)量,且以中度間伐的促進效果最佳及穩(wěn)定。生產(chǎn)實踐中,可對馬尾松人工林進行適度間伐作業(yè),以穩(wěn)定提高林地土壤質(zhì)量和維持長期生產(chǎn)力。此外,本研究表明,為準確評價各種經(jīng)營管理措施對土壤質(zhì)量的影響,應該結(jié)合各類指標及其季節(jié)動態(tài)表現(xiàn)進行綜合評價。季節(jié)動態(tài)研究能夠較為準確地指出森林經(jīng)營管理活動中土壤肥力的缺失或改善之處,為后期林地施肥等經(jīng)營措施提供參考。