浙江四明山區花木種植對林地土壤質量的影響

羅國安，鄭友法，劉貽，吳家森，葉子豪*

(1.余姚市林業服務中心，浙江 余姚 315400；2.浙江農林大學，浙江 杭州 311300)

土壤質量是土壤在生態系統的范圍內，維持生物的生產力、保護環境質量以及促進動植物健康的能力[1]。不同土地利用類型會對土壤質量產生很大的影響，研究彼此之間的復雜關系，是了解生態系統結構功能及生態過程、評價土地利用變化對生態因子的影響、實現土壤資源持續利用和防止土壤質量退化的關鍵[2]。土壤理化性質和土壤酶是土壤生態系統的重要組成部分。土壤理化性質和植物的生長、發育及產量水平密切相關。土壤酶類能夠促進或直接參與土壤中一系列生化反應，其活性大小是評價土壤肥力高低、健康程度和質量優劣的生物活性指標。土壤理化性質與酶活性結合可以較準確地反映土壤質量的變化[3-4]。

四明山區域是寧波的水源發源地，是寧波的綠色屏障與“綠肺”[5]。20世紀90年代后期，四明山區開始發展苗木產業，因利潤較高，林農將毛竹林、杉木林等砍伐改種為櫻花、紅楓等苗木，種植面積最大時達0.76萬hm2，年產值7.4 億元，成了該區域的主導產業[6]。但過度的花木種植造成了四明山區較嚴重的水土流失，嚴重影響著余姚乃至寧波的飲用水安全。2013年開始，四明山區域針對苗木的過度發展，已開始了“退苗還林”“自然封育”等生態修復工程，如種植香榧等。

本文通過相鄰樣地比較法，采樣分析了毛竹林、杉木林、櫻花-紅楓林和香榧生態修復林的枯落物儲量、持水性能、土壤水文性質、化學性質及部分生物學性質，可為四明山區不同森林土壤質量管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于浙江省余姚市四明山鎮境內，地理坐標120°55′～122°16′E，28°51′～30°33′N，平均海拔700 m。屬于典型的中亞熱帶季風氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛。區域內大部分母巖為砂礫巖，土壤以黃壤為主。

1.2 樣地劃分

2021年6月28日，在全面踏查的基礎上，選取毛竹林、杉木林、櫻花-紅楓林和香榧生態林4種林分，每種林分重復3次。不同林分均生長于同一坡向、相同海拔，即本底條件基本一致。不同樣地基本特征如表1所示。

表1 不同樣地類型的基本特征

1.3 樣品采集與分析

在樣地的4個角和中心位置共布設5塊1 m×1 m小樣方，收集樣方內全部枯落物，準確稱重后，分取部分樣品，帶回實驗室在85 ℃烘箱中烘干至恒重，計算自然含水率、枯落物儲量。采用室內浸泡法測定枯落物持水性能。

在樣地內的中心位置，挖取1個土壤剖面，按照0～20 cm土壤深度用200 cm3環刀取樣，在實驗室測定土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量[7]。在樣地內采取“S”布點，采集耕層(0～20 cm)土壤樣品。樣品采集后揀出雜草和碎石，混勻，按照“四分法”約取1 kg裝入采樣袋，帶回實驗室陰干。土樣風干研磨后過篩用以分析土壤化學性質和酶活性。

采用電位法測定pH值，環刀法測定土壤容重、總孔隙，烘干法測定田間持水量；重鉻酸鉀容量法測定有機質，EDTA-銨鹽滴定法測定陽離子交換量，凱氏法測定全氮，擴散法測定堿解氮，碳酸氫鈉熔融-鉬銻抗比色法測定全磷，鹽酸-氟化銨浸提鉬銻抗比色法測定有效磷，氫氧化鈉熔融-原子吸收分光光度法測定全鉀，乙酸銨-火焰光度計法測定速效鉀[7]。

磷酸苯二鈉比色法測定磷酸酯酶，改良茚三酮比色法測定蛋白酶，氯化三苯基四氮唑比色法測定脫氫酶，硫代硫酸鈉滴定法測定蔗糖酶，高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶，靛酚藍比色法測定脲酶[8]。

1.4 數據處理

采用Excel 2010軟件對基礎數據進行統計整理分析，采用SPSS19.0軟件進行數據顯著性分析和主成分分析，采用灰色關聯度法對土壤質量進行綜合評價[9]。

2 結果與分析

2.1 枯落物儲量及持水性能

2.1.1 枯落物儲量

不同樣地類型枯落物儲量1.96～12.26 t·hm-2，大小排序為杉木林(12.26 t·hm-2)>毛竹林(7.65 t·hm-2)>香榧生態林(3.28 t·hm-2)>櫻花-紅楓林(1.96 t·hm-2)，不同樣地類型間差異顯著(P<0.05)(圖1)。

柱間無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 枯落物持水過程

從圖2可知，隨著浸水時間的延長，森林枯落物持水量增加均表現為快、緩慢、穩定的規律。浸泡0.50 h后，杉木林和毛竹林的枯落物持水量顯著高于櫻花-紅楓林和香榧生態林。由圖3可知，樣地枯落物持水速率0.25 h內最大，0.25～2.00 h的吸水速率急劇下降，2.00 h后吸水速率基本穩定，在浸水4.00 h后枯落物吸水速率曲線基本重疊，達飽和狀態。

圖2 不同樣地類型枯落物持水量的變化

圖3 不同樣地類型枯落物吸水速率的變化

從表2可知，4種樣地類型枯落物持水量(y)與浸水時間(t)之間可用y=alnt+b的對數函數表示，相關性達顯著水平；枯落物持水速率(y)與浸水時間(t)之間則可用y=ae-bt的指數函數表示，它們之間具有顯著性相關。

表2 不同樣地類型枯落物持水量、吸水速率與浸泡時間的函數

2.1.3 枯落物持水能力

從表3可知，杉木林、毛竹林枯落物最大持水率為256.3%和211.4%，顯著高于櫻花-紅楓林?？萋湮镒畲蟪炙亢陀行r蓄量均表現為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，不同樣地類型間的差異均達顯著性水平。

表3 不同樣地類型枯落物的持水能力

2.2 土壤物理性質及土壤持水性能

2.2.1 土壤物理性質

從表4可知，不同樣地類型土壤容重0.8～1.0 g·cm-3，土壤總孔隙度、毛管孔隙度分別為59.9%～62.1%和43.7%～49.9%，不同樣地類型間沒有顯著性差異(P>0.05)。土壤非毛管孔隙度大小表現為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林顯著高于櫻花-紅楓林和香榧生態林。

表4 不同樣地類型土壤的物理性質與持水量

2.2.2 土壤持水性能

從表4可知，不同樣地類型土壤最大持水量、毛管持水量分別為1 198.1～1 242.2和874.4～998.4 t·hm-2，不同樣地類型間沒有顯著性差異；杉木林土壤非毛管持水量為334.0 t·hm-2，顯著高于香榧生態林和櫻花-紅楓林。

2.3 土壤化學性質

不同樣地類型土壤均為酸性，pH為4.90～5.18。土壤全氮在2.14～2.78 g·kg-1，不同樣地類型間沒有顯著性差異。土壤速效鉀含量為135.08～158.43 mg·kg-1。不同樣地類型間pH和全氮、全鉀含量沒有顯著性差異。土壤有機質含量高低順序為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林(表5)。土壤堿解氮含量高低順序為櫻花-紅楓林>香榧生態林>毛竹林>杉木林，其中，杉木林和毛竹林顯著低于香榧生態林、櫻花-紅楓林。土壤有效磷含量高低順序也表現為櫻花-紅楓林>香榧生態林>杉木林>毛竹林，其中，杉木林和毛竹林顯著低于香榧生態林、櫻花-紅楓林(表5)。

表5 不同樣地類型土壤的化學性質

2.4 土壤酶活性

表6所示，土壤磷酸酯酶活性大小表現為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林。土壤蛋白酶活性大小表現為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林。土壤脫氫酶活性大小表現為毛竹林>杉木林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于櫻花-紅楓林。土壤蔗糖酶活性大小表現為毛竹林>杉木林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林。土壤過氧化氫酶活性大小表現為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林。脲酶活性大小表現為杉木林>毛竹林>櫻花-紅楓林>香榧生態林，其中杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態林、櫻花-紅楓林。

表6 不同樣地類型土壤的酶活性

2.5 土壤質量

不同樣地類型土壤質量優劣大小為杉木林>毛竹林>香榧生態林>櫻花-紅楓林(表7)，說明花木種植過程中的人為耕作及化肥施用導致了土壤質量的下降。采用生態修復的香榧林土壤質量有回升的趨勢，但效果不明顯。

表7 不同樣地類型土壤質量指標的關聯度

3 小結

櫻花-紅楓苗木的生產明顯降低了枯落物的持水能力和表層土壤的持水效能，其水源涵養功能顯著下降。櫻花-紅楓苗木的種植顯著降低了土壤有機質含量和土壤酶活性；而增加了土壤有效磷和堿解氮含量，存在著氮、磷流失的風險。