尾巨桉與灰木蓮、香梓楠混交對土壤養分及酶活性的影響

劉 軍，毛 純，韓小美，楊 梅

（1.廣西國有七坡林場，廣西 南寧 530004；2.廣西大學林學院，廣西 南寧 530004）

【研究意義】土壤養分狀況能綜合反映林木生長狀況及林地生產力［1］。研究表明，尾巨桉與其他樹種混交造林能夠顯著增加林木種類組成與林地凋落物，有效改善土壤環境［2］，同時，合理的混交模式有利于改善林分的光環境，使林分能在時間、空間上最大限度利用光能，提高地上部分光合速率，形成混交樹種之間正向互饋效應［3］。【前人研究進展】楊瑞等［4］研究了秦嶺山脈典型林分土壤養分，結果表明不同林分土壤養分變化差異較大，土壤性質受到林分種類及海拔等生態環境條件的影響強烈。黃笑等［5］研究了不同類型閩楠人工林土壤養分，結果表明混交林可以改善由于單一樹種連栽造成的地力衰退。研究發現，將珍貴樹種與桉樹混交造林，能夠使林地土壤微生物活動旺盛，微生物群落結構和功能顯著改善，進而提高土壤有機質含量和土壤酶活性［6］。同時，混交造林能夠提高林分冠層結構的空間異質性，直接改善林內光環境，進而間接影響林下植被類型，提高土壤養分及酶活性［7］。【本研究切入點】不同樹種混交造林是能夠在時間、空間上最大化利用資源的一種高效種植方式，營造科學合理的混合栽培能夠使林分充分利用環境資源，改善林分光環境及通風條件，提高生物多樣性，促進混交樹種協調發展，有利于提高林地生產力和森林資源價值［8］。尾巨桉為桃金娘科樹種，生長迅速、抗逆性強、投資收益大，是我國南方地區重要的速豐樹種。然而人們長期以來過于看重尾巨桉的經濟效益，忽視了純林連栽及不合理使用化學肥料導致土壤酸化、肥力下降［9］。大量研究發現，營林經營中將尾巨桉與多樹種搭配、多模式復合種植，能夠顯著提高尾巨桉的綜合效益，改善土壤地力［10-11］。但目前關于尾巨桉與廣西的引種栽培的木蘭科珍貴樹種混交后土壤質量的研究卻鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以尾巨桉、灰木蓮、香梓楠純林及灰木蓮×尾巨桉、香梓楠×尾巨桉混交林為研究對象，比較不同栽培模式下林地土壤養分和土壤酶活性的差異，為營造既能提高林地經濟又能提升生態價值的尾巨桉與珍貴樹種混交模式提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于廣西南寧市國有七坡林場七坡分場場直1 林班8、9 小班（107°45′～108°51′E，22°13～23°32′N），屬亞熱帶季風氣候，溫和濕潤，雨季集中在5—9 月份，年均降雨量1 304.2 mm，年平均氣溫在21.6 ℃左右，平均相對濕度為79.0%，地貌類型以丘陵為主，土壤為典型的赤紅壤，土層厚度為70～120 cm。

1.2 試驗方法

2014 年6 月，對尾巨桉DH32-29 第一代純林，株行距為3 m×2 m 按地塊進行林分清理和整地，定植坑為40 cm×40 cm×40 cm，每坑施桉樹專用肥0.5 kg。2014 年12 月在清理和整地后的林地上設置4 種造林模式，即：種植灰木蓮和香梓楠，形成灰木蓮、香梓楠純林；按垂直等高線伐除5列尾巨桉保留10 列萌芽的方式，伐除帶上種植灰木蓮、香梓楠，與尾巨桉形成帶狀混交林，株行距均為3 m×2 m（表1）。灰木蓮及香梓楠均使用1 年生實生苗造林，伐除帶上的尾巨桉根部采用除草劑處理并套袋，使其伐根不產生萌芽；保留帶上的尾巨桉則保留1 根萌芽條。定植后，于每年4 月施肥（N∶P∶K=15∶9∶11）1 次，施肥量每株0.5 kg，每年6—7 月除草1 次。于2017年8 月進行試驗林調查和土壤樣品采集。

表1 5 種類型林分的樣地概況Table 1 Profile of five types of stands

1.3 土壤樣品采集及分析

在標準地內采用對角線法布點，挖掘土壤剖面，分別采集0～20、20～40 cm 土壤樣品1 kg，裝入自封袋，帶回實驗室自然風干，用于土壤養分及土壤酶活性測定。全氮含量采用濃H2SO4-HClO4消化法-自動凱式定氮儀（KDY-9380，KETUO）測定，全磷含量采用NaOH 堿熔-鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用NaOH 堿熔-火焰光度法測定，速效氮含量采用NaCl 浸提蒸餾法測定，速效磷含量采用HCl-H2SO4溶液浸提法測定，速效鉀含量采用CH3COONH4浸提-火焰光度法測定；土壤過氧化氫酶活性采用容量法（高錳酸鉀滴定法）測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶活性采用靛酚比色法測定，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定［12］。

采用Excel 2010 對各林分土壤養分及酶活性進行數據處理，用SPSS20.0 對進行單因素方差分析，Duncan 檢驗進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同混交模式對林地土壤養分的影響

2.1.1 對土壤全氮、速效氮的影響 如圖1 所示，不同混交模式表層土壤的全氮、速效氮含量均高于深層土壤。表層土壤中全氮含量表現為A4＞A5＞A2＞A1＞A3，A4 的土壤全氮含量最高為0.50 g/kg，顯著高于其他處理，A3 最低為0.35 g/kg；速效氮含量表現為A5＞A4＞A2＞A3＞A1，A5 的土壤速效氮含量最高為62.97 mg/kg，A1 最低為36.8 mg/kg。深層土壤中全氮含量表現為A5＞A4＞A1＞A2＞A3，A5 的土壤全氮含量最高為0.44 g/kg，分別較A4、A1、A2、A3 高1.13、1.34、1.39、1.51 倍，A3 的土壤全氮含量最低；速效氮含量表現為A4＞A2＞A5＞A3＞A1，A4 的土壤速效氮含量最高為36.86 mg/kg，顯著高于其他模式，A3 與A5 差異不顯著。香梓楠×尾巨桉混交林（A5）不同土層的全氮、速效氮含量均高于香梓楠（A3）、尾巨桉（A1）純林，灰木蓮×尾巨桉混交林（A4）不同土層的全氮、速效氮含量亦均高于灰木蓮（A2）、尾巨桉（A1）純林，且差異均顯著，說明尾巨桉混交林具有更高的生物歸還量，進而提高土壤氮素的含量。

圖1 不同造林模式對土壤全氮、速效氮的影響Fig.1 Effects of different afforestation models on soil total nitrogen and available nitrogen

2.1.2 對土壤全磷、速效磷的影響 如圖2 所示，不同造林模式表層土壤的全磷、速效磷含量均高于深層土壤。表層土壤中全磷含量大小順序為A5＞A4＞A2＞A3＞A1，A5 的土壤全磷含量最高為3.79 g/kg，顯著高于其他處理，A4 和A2 差異不顯著，A3 和A1 差異也不顯著；速效磷含量大小順序為A4＞A5＞A1＞A3＞A2，A4 的土壤速效磷含量最高為4.99 mg/kg，A2 最低為1.29 mg/kg，5 種造林模式的土壤速效磷含量差異顯著。深層土壤中全磷含量大小順序為A4＞A5＞A2＞A1＞A3，5 種模式差異顯著，A4 的土壤全磷含量最高為1.94 g/kg，分別較A5、A2、A1、A3高9.8%、18.6%、46.9%、51.5%，A3 的土壤全磷含量最低；速效磷含量大小順序為A5＞A4＞A3＞A1＞A2，A5 的土壤速效磷含量最高為3.17 mg/kg，顯著高于其他模式，A2 模式最低為0.63 mg/kg，A1 和A3 差異不顯著。香梓楠×尾巨桉混交林（A5）不同土層的全磷、速效磷含量均高于香梓楠（A3）、尾巨桉（A1）純林，灰木蓮×尾巨桉混交林（A4）不同土層的全磷、速效磷含量亦均高于灰木蓮（A2）、尾巨桉（A1）純林。

圖2 不同造林模式對土壤全磷、速效磷的影響Fig.2 Effects of different afforestation models on soil total phosphorus and available phosphorus

2.1.3 對土壤全鉀、速效鉀的影響 如圖3 所示，不同造林模式表層土壤的全鉀、速效鉀含量均高于深層土壤。表層土壤中全鉀含量大小順序為A4＞A5＞A2＞A3＞A1，A4 的土壤全鉀含量最高為0.41 g/kg，A1 最低為0.18 g/kg，5 種模式差異顯著；速效鉀含量大小順序為A5＞A4＞A1＞A2＞A3，A5 和A4 的土壤速效鉀含量分別為42.88、40.99 mg/kg，二者差異不顯著但顯著高于其他模式，A2 和A3 模式土壤速效磷含量較低，二者差異不顯著。深層土壤中全鉀含量大小順序為A4＞A2＞A5＞A3＞A1，A4 的土壤全鉀含量最高為0.29 g/kg，顯著高于其他模式，A1 最低為0.16 g/kg，A2、A5 和A3 差異不顯著；速效鉀含量大小順序A5＞A2＞A4＞A3＞A1，A5 最高為23.35 mg/kg。除深層土壤的A4 速效鉀含量小于A2 外，其他均表現為香梓楠×尾巨桉混交林（A5）不同土層的全鉀、速效鉀含量均高于香梓楠（A3）、尾巨桉（A1）純林，灰木蓮×尾巨桉混交林（A4）不同土層的全鉀、速效鉀含量均高于灰木蓮（A2）、尾巨桉（A1）純林。

圖3 不同造林模式對土壤全鉀、速效鉀的影響Fig.3 Effects of different afforestation models on soil total potassium and available potassium

2.2 不同造林模式對林地土壤酶活性的影響

如表2 所示，同一造林模式，4 種土壤酶活性均表現為表層（0～20 cm）高于深層（20～40 cm）土壤。表層土壤過氧化氫酶活性以A4 最高、為0.82 U/g·24h，其次為A2、0.76 U/g·24h，二者差異不顯著，A3 最低為0.56 U/g·24h；土壤蔗糖酶活性以A5 最高、為60.14 U/g·24h，A2最低為21.06 U/g·24h，5 種造林模式差異顯著；土壤脲酶活性以A4 最高、為3.5 U/g·24h，顯著高于其他造林模式，A2 最低為1.36 U/g·24h，5 種造林模式差異顯著；土壤酸性磷酸酶活性以A5 最高、為1.50 U/g·24h，5 種造林模式差異顯著。深層土壤過氧化氫酶活性以A4 最高、為0.74U/g·24h，A1 和A5 差異不顯著，A2 和A3 差異亦不顯著；蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均以A5 最高，分別為38.02、2.05、0.95U/g·24h。香梓楠×尾巨桉混交林（A5）不同土層的4 種土壤酶活性均高于香梓楠純林（A3）和尾巨桉純林（A1），灰木蓮×尾巨桉混交林（A4）4 種土壤酶活性均高于灰木蓮純林（A2）和尾巨桉純林（A1），總體來看，混交林模式比純林經營有利于改善土壤酶活性。

表2 不同造林模式土壤酶活性狀況Table 2 Soil enzyme activities in different afforestation models

3 討論

土壤是林木生態過程的載體，是林木生存的物質基礎。土壤養分狀況直接影響林木的生長代謝［13-14］。不同樹種混交必然會導致該林分生態系統發生變化，直接影響林地土壤的養分流動和物質循環，土壤養分含量也必然發生改變［15-16］。本研究中，不同混交模式表層土壤的養分含量均高于深層土壤，林木的凋落物主要分布在土壤表層，0～20 cm 土壤的腐殖質含量必然大于20～40 cm 土壤，導致土壤表層微生物比深層微生物活動更旺盛［17］。尾巨桉是陽性樹種且具有速生性，灰木蓮和香梓楠在生長初期偏陰性，使得尾巨桉與3 年半生灰木蓮和香梓楠混交時長期處于林冠層上方，同時造林密度明顯下降，林木間競爭受到抑制，能夠充分利用側方光能和地力，有利于資源獲取，因而比純林長勢好；灰木蓮×尾巨桉、香梓楠×尾巨桉混交林的土壤養分及土壤酶活性均高于尾巨桉、灰木蓮、香梓楠純林，混交林半分解層凋落物存量均大于未分解層，而純林相反，說明混交模式有利于林地凋落物積累并能提高其分解速率，增加養分的歸還量，提高養分有效性，加快土壤養分礦化，純林因其化感作用會抑制土壤微生物的分解活動［18］。尾巨桉純林單一經營模式容易產生次生代謝產物酚酸類物質，進而造成土壤酸化及土壤微生物活動減弱，與其他樹種混交有利于抑制土壤酸化［19］。Forrester 等［20］研究發現，混交林分土壤凋落物中氮素含量、氮素同化量及其轉化效率均高于純林，進而導致混交林分土壤中速效氮、磷含量多于純林。一般認為枯落物分解是林地養分回歸的最主要途徑，混交林相比純林，凋落物種類及營養物質更為豐富，在淋溶作用下養分分解釋放更快［21］。高空間異質性使灰木蓮、香梓楠與尾巨桉混交林的凋落物空間分布更為合理，所營造的土壤微環境更有利于微生物代謝活動，碳源底物能夠被分解者更加高效利用［22］。土壤全磷含量在0.8～1.0 g/kg 及以下時，通常被認為林地磷素供應不足。我國南方土壤的磷元素極易被吸附固定成難溶的磷酸鹽，表現總體供磷不足［23-24］。大量研究發現，林木混交能夠增加根際周圍的土壤有效養分含量，混交樹種間相互作用在一定程度上能夠促進根系分泌物將土壤鉀元素和難溶性的磷酸鹽活化成易被林木同化吸收的速效鉀、速效磷［25］。營造混交林有較少林木和土壤水分的淋洗，有利于土壤速效養分富集表層土壤［26］。

土壤酶活性和土壤微生物是土壤生物化學過程的主要參與者，是土壤生物催化劑［27-28］。本研究中，不同混交模式表層土壤的4 種土壤酶活性均高于深層土壤，主要是因為混交林土壤表層凋落物、微生物較多，土壤微生物和多種酶生理生化反應劇烈，而深層土壤凋落物、微生物較少，生理生化反應相對穩定［29］。香梓楠×尾巨桉混交林4 種土壤酶活性均高于香梓楠、尾巨桉純林，灰木蓮×尾巨桉混交林4 種土壤酶活性均高于灰木蓮、尾巨桉純林，其原因是灰木蓮和香梓楠的葉片較大，凋落物所含有機質含量豐富，土壤微生物數量顯著增多，混交樹種地下部分的互作作用能夠促進根系分泌物的分泌，為土壤微生物提供充足的營養，促進微生物的代謝活動，同時根系代謝活動能夠釋放大量酶類物質，這些酶類物質提高了土壤酶活性［4］?；夷旧?、香梓楠與尾巨桉混交改變了林分的生態系統，有效調整了土壤微生物群落結構和功能，在林木-土壤-微生物3 者共同作用下顯著提高土壤有機碳含量和土壤酶活性［30］。酸性磷酸酶的主要作用是將有機磷化合物轉化為無機磷，其活性高低直接影響林木和土壤中磷素的儲量［31］。本研究中，混交林和尾巨桉純林的速效磷含量相差不大，可能是因為混交林凋落物和微生物數量較多，提高了磷酸酶的活性，促進林分土壤中難溶性磷分解，有利于林木對速效磷的吸收利用，進而導致混交林速效磷含量偏低［32］。

4 結論

本研究結果表明，不同種植模式對林分土壤養分及土壤酶活性影響顯著，表層土壤（0～20 cm）的養分含量及土壤酶活性均高于深層土壤（20～40cm），混交林分的土壤養分、土壤酶活性與純林差異顯著，總體表現為：香梓楠×尾巨桉混交林不同土層的養分含量及酶活性均高于香梓楠、尾巨桉純林，灰木蓮×尾巨桉混交林不同土層的養分含量及酶活性均高于灰木蓮、尾巨桉純林?；旖涣钟欣诟纳屏值匦夂颍纳屏帜旧L環境，增加營養物質儲備及提高養分循環速度，使林地土壤地力得到維持和改良。從維持林分生產力和木材產量效益考慮，營造香梓楠×尾巨桉、灰木蓮×尾巨桉混交林在改善林地的立地條件、提高林地生產力等方面具有較大潛力。南方的木蘭科用材樹種多生長較快，木材用途廣，可進一步擴大樹種篩選，作為桉樹人工木林分結構調整的混交樹種，促進桉樹人工林的可持續發展。