杉木采伐跡地禿杉人工林和連栽杉木林對土壤肥力的影響

戴 軍，周 剛，林佳貝，黎偉東，何 斌，黃振格，謝敏洋

（1.廣西壯族自治區國有維都林場，廣西來賓 546000；2.廣西大學林學院，廣西南寧 530004）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方重要的商品用材林樹種之一，具有適應性廣、生長快、材質優良和經濟價值高等特點[1]。廣西是我國杉木主產區之一,杉木蓄積量在全區人工林中位列第一，在廣西林業生產和木材戰略儲備基地建設中具有重要地位[2]。杉木連栽導致地力嚴重衰退和生態功能下降等問題日趨嚴重[3-6]，尋求維持其林地生產力的方法，成為當前杉木栽培區亟需解決的問題。

禿杉（Taiwania flousiana）為杉科（Taxodiaceae）臺灣杉屬珍稀樹種，具有適應性強、速生、生物生產力及出材率高和材質優良等優點，已成為南方中、低山區杉木采伐跡地更新的優良替代樹種[7-8]。目前，有關禿杉林土壤肥力的研究已有一些報道[9-13]，其中張伯聰[9]和黃承標等[11]先后對10年生和8 ～14年生的禿杉林和連栽杉木林的土壤理化性質進行了比較分析，但受試驗條件的限制，其所研究的禿杉林和連栽杉木林林齡均較小（僅相當于杉木林的幼、中齡期），而且兩種林分的立地條件（海拔、坡向、坡度和微地形等）存在較大差異，因此研究結果存在一定的局限性。本研究以廣西南丹縣山口林場23年生禿杉人工林和連栽杉木林（2代杉木林）為研究對象，對杉木林采伐后兩種更新方式的土壤理化性質和酶活性進行對比分析，探討兩種林分土壤肥力的差異，為杉木采伐跡地更新和可持續經營提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西南丹縣山口林場（107°54'E，24°98'N）。南丹縣位于廣西西北部，與天峨縣、東蘭縣、環江縣和河池市金城江區相鄰，具有高原山區的氣候特點和變化規律，年均氣溫16.9 ℃，年均降水量1 498.2 mm。海拔600 ～1 100 m。調查樣地設在山坡中部，海拔960 ～975 m,坡度27°～34°，東北坡向，土壤成土母質（母巖），土壤類型為山地黃壤，土層平均厚度在80 cm以上。

禿杉人工林和連栽杉木林前茬林分均為1代杉木林，于1992年年底砍伐后，經煉山和整地（穴規格0.4 m×0.4 m×0.3 m）后，次年3月分別用1年生禿杉實生苗營造禿杉林，用1年生杉木實生苗營造杉木林，株行距均為2 m×2 m（2 500株/hm2）。造林后，前3年的春季和秋季均進行1次鏟草撫育，生長期間沒有進行人工施肥；第9和第14年進行間伐。2016年5月調查禿杉人工林和連栽杉木林林分特征（表1）。

表1 禿杉人工林和連栽杉木林林分特征Tab.1 Stand features of T.flousiana plantation and successive rotation of C.lanceolata plantation

1.2 標準地設置與土壤樣品采集

在對現有禿杉人工林和連栽杉木林全面踏查的基礎上，于2016年5月分別在兩種林分中選擇鄰近分布、海拔、坡向、坡位和坡度等基本一致的地段，分別設置面積為400 m2（20 m ×20 m）的樣地各3塊，在每塊樣地內按“S”形設置土壤采樣點各5個，分別采集表層（0 ～20 cm）土壤和下層（20 ～40 cm）土壤樣品，裝入塑料自封袋后帶回實驗室，于室內晾干后粉碎，過篩后裝入塑料自封袋保存，用于測定土壤化學性質和酶活性。同時用100 cm3環刀采集各樣地表層和下層原狀土，帶回實驗室后測定土壤物理性質和持水性能。

1.3 土壤樣品分析與測定

土壤物理性質和持水性能采用環刀法[14]測定。

土壤pH值、有機質、全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）、水解氮、速效磷和速效鉀含量按文獻[14]方法測定。

土壤過氧化氫酶、蛋白酶、脲酶和酸性磷酸酶活性按文獻[15]方法測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2013 軟件進行處理，用SPSS 22.0 軟件對土壤理化性質和酶活性參數進行差異性分析。

2 結果與分析

2.1 禿杉人工林與連栽杉木林土壤密度和孔隙狀況

禿杉人工林和連栽杉木林土壤容重均為下層土壤＞表層土壤，非毛管孔隙度和毛管孔隙度則表現為表層土壤＞下層土壤；在表層土壤中，禿杉人工林的土壤容重低于連栽杉木林，非毛管孔隙度和總孔隙度均高于連栽杉木林，其中非毛管孔隙度差異顯著（P＜0.05）；在下層土壤中，禿杉人工林的土壤容重低于連栽杉木林，非毛管孔隙度和總孔隙度則略高，差異均不顯著（表2）。

表2 禿杉人工林和連栽杉木林土壤容重和孔隙狀況Tab.2 Soil bulk density and porosity conditions of T.flousiana plantation and successive rotation of C.lanceolata plantation

2.2 禿杉人工林與連栽杉木林土壤水分狀況

土壤持水特性是土壤結構和孔隙狀況的綜合反映。禿杉人工林表層土壤的毛管持水量、非毛管持水量和田間持水量分別比連栽杉木林高6.38%、36.61%和6.27%，非毛管持水量差異顯著（P＜0.05)；下層土壤有相同的表現，各指標間差異均不顯著（表3）。禿杉林取代杉木林在一定程度上有利于改善土壤結構和孔隙狀況，提高土壤的透水、蓄水和供水能力。

表3 禿杉人工林和連栽杉木林土壤水分含量狀況Tab.3 Soil moisture condition of T.f lousiana plantation and successive rotation of C.lanceolata plantation

2.3 禿杉人工林與連栽杉木林土壤化學性質

林地土壤因林分類型的不同，其林分結構、植被類型、蓋度、枯落物數量與性質等也有所不同，使得土壤化學性質尤其是土壤養分狀況存在差異，從而直接影響林木的生長和發育。禿杉人工林和連栽杉木林土壤pH 值在垂直分布上均表現為隨深度增加而升高，不同林分相同土層間的pH 值差異不顯著，可能是土壤表面凋落物分解影響所致。在表層土壤中，禿杉人工林土壤有機質、全P、水解N、速效P 和速效K 含量均比連載杉木林有不同程度提高，兩種林分土壤水解N 和速效P 含量差異顯著（P＜0.05）；下層土壤除速效K 外，其他養分含量與表層有相同的表現，差異均不顯著（表4）。

表4 禿杉人工林和連栽杉木林土壤化學性質Tab.4 Soil chemical properties of T.flousiana plantation and successive rotation of C.lanceolata plantation

2.4 禿杉人工林與連栽杉木林土壤酶活性

土壤酶是土壤的重要組成部分，對土壤環境質量的變化反應迅速，反映土壤中養分轉化的過程及其動態情況，是評價土壤肥力的重要指標之一[16-17]。禿杉人工林和連栽杉木林土壤過氧化氫酶、蛋白酶、脲酶和酸性磷酸酶酶活性在土壤剖面分布上均與土壤主要養分含量有相同的表現，即表層土壤高于下層土壤；表層土壤中，禿杉人工林土壤的4種酶活性均高于連栽杉木林，過氧化氫酶和蛋白酶活性差異顯著（P＜0.05）；下層土壤中，除過氧化氫酶外，禿杉人工林其他3 種土壤酶活性均高于連栽杉木林，差異均不顯著（表5）。與連栽杉木林相比，禿杉人工林更有利于土壤酶活性的生物積累。

表5 禿杉人工林和連栽杉木林土壤酶活性Tab.5 Soil enzyme activities of T.flousiana plantation and successive rotation of C.lanceolata plantation

3 結論與討論

前人研究表明，杉木連栽會造成林地土壤孔隙狀況和持水性能變差，土壤主要養分含量和酶活性降低，林地地力下降，導致林分生物量和生產力呈逐代遞減的變化趨勢[2-6]。本研究中，與連栽杉木林相比，在杉木1 代林采伐跡地營造禿杉林23年后，林地表層土壤和下層土壤孔隙度和持水性能均提高，土壤主要養分含量和酶活性也普遍較高，表明杉木采伐跡地營建禿杉林比連栽杉木林更有利于土壤結構和孔隙狀況的改善，可提高土壤對降雨的截持和貯存能力，促進土壤主要養分和酶活性的生物積累。

土壤肥力因素是森林與土壤間相互作用和相影響的綜合反映。研究表明，受樹種生物學特性的影響，連栽杉木林枯枝落葉較少，又存在嚴重的凋落物宿存（即枯枝和部分針葉寄宿）現象[18-19]，而且因其含碳率較高，分解和腐殖化速率緩慢，不利于土壤有機質和主要養分的生物積累，因而不利于林地土壤肥力的恢復和維持[19-20]。禿杉人工林枯枝落葉較豐富，凋落物中以養分含量豐富、含碳率較低且比較容易分解的樹葉及柔軟小枝為主[9]，凋落物宿存現象較弱，分解和腐殖化速率較快，有利于提高林地中碳、氮和磷等營養物質的生物化學循環強度，促進土壤有機質和主要養分的生物積累及轉化；禿杉作為疏散型半深根樹種，根系發達，不同根系間連生且短根常與土壤中的真菌共生形成菌根，龐大的根系群體結構和菌根具有較強的吸收營養和水分的能力[18]，為林地土壤形成由大量腐根所產生的各種孔隙并改善土壤結構等物理性狀提供了基礎條件。

與連栽杉木林相比，禿杉人工林不但具有較高的生物生產力水平[8]，其土壤結構和孔隙狀況也有所改善，主要養分含量和土壤酶活性也有不同程度的提高，有利于林地地力維持和恢復。