桂北石灰巖區域桉樹人工林土壤肥力評價

關鍵詞：桉樹人工林；土壤肥力；森林培育；養分管理；有機質

中圖分類號：S714.8 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2025）7-116-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.07.024

0引言

桉樹（EucalyptusrobustaSm.）以其生長速度快、材質優良、用途廣泛等優點[]，在廣西壯族自治區（以下簡稱廣西）得到了廣泛種植。近年來，廣西按樹人工林種植面積持續擴大，促使廣西成為全國人工林面積最大的省份之一[2]。同時，廣西桉樹人工林的產量也持續增長，為全國木材供應做出了重要貢獻[3]。隨著桉樹人工林種植面積的擴大，土壤肥力下降問題日益凸顯。現有文獻指出，按樹生長速度快，對養分需求量大，長期連作會導致土壤養分過度消耗[4]、土壤肥力下降等問題[5]。此外，不合理的種植管理措施，如過度施肥、濫用除草劑等，也會加劇土壤肥力的下降[6。這些問題不僅影響了桉樹的生長和產量，也對當地生態環境產生了不良影響。桂北石灰巖區域作為中國南方典型的喀斯特地貌區，其生態環境較為脆弱，保持土壤肥力對區域生態安全和可持續發展具有重要意義[7-8]。對桂北石灰巖區域桉樹人工林土壤肥力進行科學評價，不僅有助于了解其當前土壤肥力狀況，還可以為制定科學合理的經營管理措施提供科學依據，對于促進區域生態可持續發展具有重要意義。

土壤肥力，作為衡量土壤對植物養分供給能力的重要指標，受土壤物理、化學及生物學特性的影響[9。為深入了解土壤肥力狀況，并為制定精準的土壤管理策略提供堅實的科學基礎，開展土壤肥力評估工作顯得至關重要。然而，由于土壤肥力評價的目的和對象各異，目前國內外尚未形成統一的土壤肥力評價標準體系。在土壤肥力評價實踐中，當面臨指標繁多或工作量龐大的情況時，建立最小數據集（MDS）1成為一種有效的解決方案。研究者通過精選少量具有代表性的指標來替代全部指標進行評價，這種方法不僅簡化了評價過程，還能夠在篩選指標的同時獲取其權重，為后續的土壤肥力評價奠定堅實基礎，并有效減少人為主觀因素的干擾[1l-12]。主成分分析法（PCA）作為定量評價方法中的佼佼者，憑借其客觀、準確的指標篩選優勢，在土壤肥力評價領域得到了廣泛應用。利用主成分分析法建立最小數據集的方法，已經成功應用于評估不同地域或林分類型的土壤肥力，展現了其強大的實用性和適用性[13]。在具體研究實例中，梁惠子等[14]采用3種綜合評價方法來分析不同按樹人工混交林的土壤質量，發現土壤肥力指數和土壤肥力綜合評價指數隨土層加深而遞減。黃媛鳳[15]選擇代表土壤肥力狀況的8個指標，并采用主成分分析、因子分析等方法，對其肥力狀況進行了評價。韋向向等[以桂南紅壤區不同代次桉樹人工林土壤為研究對象，采用模糊數學法、內梅羅指數法和灰色關聯度分析法進行土壤肥力質量評價。大量研究表明[17-19]，桉樹人工林土壤普遍呈酸性，養分含量較低，特別是磷、鉀等關鍵營養元素缺乏嚴重。同時，不同立地條件、樹種配置、管理措施等因素對按樹人工林土壤肥力具有顯著影響。此外，采取制定合理的輪伐期、實施科學施肥方案和應用土壤改良技術等措施可以有效提高桉樹人工林土壤肥力。然而，針對桂北石灰巖區域桉樹人工林土壤肥力的研究相對較少，有必要對該區域桉樹人工林土壤肥力進行系統評價，以填補研究空白，為區域生態可持續發展提供科學依據。

筆者以廣西壯族自治區國有維都林場（以下簡稱維都林場）為例，對桂北石灰巖區域桉樹人工林土壤肥力進行評價。通過采集不同土層深度的土壤樣品，測定土壤pH值、有機質質量分數、全氮質量分數、全磷質量分數、全鉀質量分數、速效養分質量分數及中微量金屬元素質量分數等化學性質指標，采用主成分分析法篩選影響土壤肥力的關鍵指標，構建最小數據集，并開展不同土層的土壤肥力評價，揭示不同土層深度土壤肥力質量的變化規律及其影響因素，更加科學、客觀地評估土壤肥力，為林地的合理管理和有效利用提供有力的科學支撐。

1材料與方法

1.1 研究區概況

維都林場位于來賓市，是廣西壯族自治區林業廳直屬的國有大型林場。該林場始建于1959年，占地面積廣闊，包括6個營林分場、6個場外造林部，擁有豐富的森林資源和優越的地理位置。該林場處于亞熱帶季風氣候區，受季風環流影響，夏季盛行溫暖濕潤的海洋氣團，冬季多寒冷干燥的大陸氣團，故夏長冬短、雨熱同季，太陽年總輻射為 3 7 6 . 6 ～ ，多年平均降水量為 1 5 0 0 m m ，土壤類型主要為石灰巖、砂頁巖發育而成的磚紅性紅壤，以砂質酸性土壤為主，肥力中等，土壤厚度約為 8 0 c m 。此外，該林場所在的桂中地區多山地，土壤類別包括紅壤土、黃壤土、石灰（巖）土等。

1.2土壤樣品采集與測定

研究者采用S形取樣法采集不同土層（ 0～2 0 c m 和 2 0～4 0 c m ）的土壤，采集時剔除侵入物，將土壤樣品混合后，用四分法收集 1 k g 土壤，樣品自然風干，做好標記后裝入自封袋；在實驗室磨碎、過篩，測定土壤pH值、有機質質量分數、全氮質量分數、速效鉀質量分數、速效磷質量分數。土壤pH值采用電位法測定，有機質質量分數采用重鉻酸鉀外加熱法測定，全氮質量分數采用半微量凱氏定氮法測定，速效磷質量分數采用M3溶液浸提后用全自動間斷化學分析儀進行測定，速效鉀質量分數用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定，中微量元素、金屬元素質量分數采用元素分析儀測定。

1.3土壤肥力評價

內梅羅指數法（NemerowIndexMethod）是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環境質量指數方法，廣泛應用于土壤肥力評價中。該方法首先要求確定用于評價土壤肥力的各項指標。由于各肥力指標的量綱和數值范圍存在差異，為了進行比較和計算，需要對數據進行標準化處理。對于每個采樣點，根據公式（1）計算其各項肥力指標的單項肥力指數。

式（1）中，P為土壤綜合肥力評價的指數;Pimean為各土壤養分指標肥力系數的平均值； 為各土壤養分指標肥力系數的最小值； n 為所選的參與土壤肥力的養分指標的個數。

土壤肥力綜合指數 （ I F I ） 由公式（2）計算。

式（2）中， L F I 為土壤肥力綜合指數， 為第 i 個指標的權重， 為第 i 個指標的標準化值。

2結果與分析

2.1不同土層土壤肥力指標描述性統計

對維都林場桉樹人工林 土層土壤的15項肥力指標進行了描述性統計分析，計算了各指標的均值、標準差、方差、偏度、峰度、最小值、中位數、最大值和變異系數，結果如表1、表2所示，旨在全面了解該區域不同土層土壤的肥力狀況。在 0～2 0 c m 土層中，土壤pH值的均值為4.42，呈酸性；標準差為0.25，變異系數為 5 . 6 1 % ，表明土壤pH值在樣地內相對均勻；偏度為0.79，峰度為-0.57，說明土壤pH值分布略呈左偏態，且峰度較尖銳。土壤有機質質量分數的均值為 2 5 . 8 1 g / k g ，屬于中等水平；標準差為10.12，變異系數為 3 9 . 2 2 % ，表明有機質質量分數在樣地內存在較大變異。全氮、全磷、全鉀質量分數的均值分別為 1 . 0 9 g/ k g， 0 . 2 0 g/ k g 和 7 . 1 7 g / k g 。全氮和全磷質量分數的標準差較小，但全鉀質量分數的標準差較大（4.14）。在變異系數方面，全磷和全鉀質量分數的變異系數較大，分別為 6 1 . 5 6 % 和 5 7 . 6 7 % ，說明二者在樣地內的含量差異較大。偏度和峰度分析顯示，全氮和全磷質量分數的分布略呈右偏態，而全鉀質量分數的分布接近正態分布。速效養分質量分數的標準差和變異系數均較大，尤其是速效磷和速效鉀，變異系數分別達到 2 3 0 . 1 7 % 和 6 4 . 7 6 % ，說明速效養分的質量分數在樣地內差異顯著。微量元素的質量分數在樣地內存在較大變異，尤其是有效鋅和有效鐵，變異系數分別達到 1 3 5 . 8 3 % 和 6 0 . 9 7 % 。有效鈣、有效鎂質量分數變異系數分別為 6 2 . 9 8 % 6 3 . 7 1 % ，說明其在樣地分布存在較大的變異。

在 2 0～4 0 c m 土層中， p H 值均值為4.41，標準差為0.33，變異系數為 7 . 5 8 % ，說明樣地內土壤pH值相對均勻；偏度為3.01，峰度為10.67，表明土壤pH值分布呈明顯的右偏態，且峰度較尖銳。有機質質量分數為 ，中等且存在較大變異（變異系數為6 9 . 0 4 % ，這可能與土壤管理措施、植被類型和分解速率等因素有關。全氮質量分數均值為 0 . 8 6 g / k g ，全磷質量分數均值為 0 . 1 4 g / k g ，全鉀質量分數均值為7 . 1 8 g / k g ，全氮、全磷質量分數的標準差較小，全鉀質量分數的標準差較大（4.25），在變異系數方面，全磷質量分數變異系數較小 （ 3 2 . 8 5 % ），全氮和全鉀質量分數變異系數較大（分別為 4 7 . 9 9 % 和 5 9 . 2 4 % ），說明全氮和全鉀質量分數在樣地內的差異較大。速效養分的標準差和變異系數均較大，尤其是速效磷，變異系數達到 2 4 1 . 9 4 % 。偏度和峰度分析顯示，各微量元素的分布形態各異，其中硼和有效銅質量分數的分布接近正態分布，而有效鋅、有效鐵和有效錳的質量分數則呈明顯的右偏態。有效鈣質量分數均值為 6 3 7 . 3 4 m g / k g ，有效鎂質量分數均值為9 . 3 4 m g / k g ，有效鈣、有效鎂質量分數在樣地內均存在較大變異，變異系數分別為 4 5 . 6 4 % . 7 8 . 5 5 %

2.2土壤肥力指標主成分分析

通過主成分分析（見表3），共提取了4個主成分，其特征值分別為4.748、2.535、2.114和1.401。這

4個主成分的累積貢獻率達到了 7 1 . 9 9 % ，能夠較好地反映原始指標的大部分信息。第一主成分中 ：有機質、全氮質量分數的載荷較高，分別為0.792和0.712，說明第一主成分主要反映了土壤中的有機物質和氮素質量分數。第二主成分 ：全鉀、有效鈣、有效鎂質量分數的載荷較高，分別為0.403、0.418和0.484，但沒有高于0.700的，說明第二主成分指標對土壤肥力沒有較大影響。第三主成分 值的載荷絕對值（0.708）較大，反映了土壤酸堿度（ 值）對于肥力的影響較大。第四主成分 ：有效錳質量分數的載荷最高，為0.746，說明第四主成分反映了有效錳的供應情況。根據載荷值篩選了pH值和有機質、全氮、速效磷、有效錳分數作為最小數據集進行土壤肥力評價，同時根據各指標在主成分上的載荷及其貢獻率，計算了各指標的評價權重。其中，有機質、速效磷質量分數的評價權重較高，分別為0.209和0.216，表明其在土壤肥力評價中占據重要地位。

2.3 土壤肥力評價

研究選取了 0～2 0 c m 和 2 0～4 0 c m 土層深度進行分析，并開展土壤肥力評價，結果如表4所示。該研究結果表明，不同土層深度的土壤肥力存在顯著差異；其中， 0～2 0 c m 土層土壤肥力指數（IFI）為0.761，肥力等級評價為“較好”，該土層有機質含量豐富，氮、磷、鉀等營養元素含量適中，有利于桉樹的生長和發育； 0～4 0 c m 王層土壤肥力指數（IFI）為0.415，肥力等級評價為“中等”，相比 0～2 0 c m 土層，該土層土壤肥力較低，應針對不同土層的肥力狀況采取相應的改良措施。

3討論

該研究通過對廣西壯族自治區國有維都林場桉樹人工林不同土層（ 0～2 0 c m 和 2 0～4 0 c m 的土壤肥力進行系統評價，揭示了不同土層深度土壤肥力變化規律及其關鍵因素。結果表明，不同土層深度的土壤肥力存在顯著差異， 0～2 0 c m 土層土壤肥力較高，有機質含量豐富，氮、磷、鉀等營養元素含量適中，有利于桉樹的生長和發育；相比之下， 2 0～4 0 c m 土層的王壤肥力較低，這可能與該土層土壤養分含量相對較低及根系分布較少有關。主成分分析結果表明，有機質和全氮質量分數是影響土壤肥力的關鍵因素，這與按樹對養分需求量大，特別是對氮素的需求較高的特性相符。此外，速效磷和有效錳也在土壤肥力評價中占據重要地位，這提示相關人員在土壤管理中應重視這些元素的補充和調節。值得注意的是， p H 值雖然在該研究中不是主成分分析中的主導因素，但其對土壤肥力和植物生長的影響不容忽視。特別是在石灰巖區域，土壤pH值的調節對于改善土壤結構和提高養分有效性具有重要意義。

現有文獻指出，按樹生長速度快，對養分需求量大，長期連作會導致土壤養分過度消耗，土壤肥力下降。該研究結果也支持了這一觀點，尤其是2 0～4 0 c m 土層的土壤肥力相對較低，可能與該區域長期種植按樹導致的養分虧缺有關。此外，不合理的種植管理措施，如過度施肥、濫用除草劑等，也可能加劇土壤肥力的下降。因此，在未來的土壤管理中，應更加注重科學施肥和合理輪作，以減少對土壤的負面影響。桂北石灰巖區域作為中國南方典型的喀斯特地貌區，其生態環境脆弱，土壤肥力狀況對區域生態安全和可持續發展具有重要意義。該研究對該區域桉樹人工林土壤肥力進行評價，為制定科學合理的經營管理措施提供科學依據。針對 2 0～4 0 c m 土層土壤肥力較低的問題，建議采取增施有機肥、合理施用化肥、改良土壤結構等措施，以提高土壤肥力，促進按樹的健康生長和區域生態的可持續發展。

4結束語

該研究通過對廣西壯族自治區國有維都林場按樹人工林不同土層土壤肥力的系統評價，為桉樹人工林的土壤管理和肥力提升提供了科學依據，對于指導實際生產具有重要意義。未來，筆者將繼續深人研究不同土層深度下的土壤肥力變化規律及其影響因素，為按樹人工林的可持續發展提供更全面的支持。

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Evaluation of Soil Fertility Quality in Eucalyptus Plantations in the Limestone Region of Northern Guangxi

—ACaseStudyofWeiduForestFarm ZHAN Nianyong12HUANG Bin2HUANGYanlonghang2JIANGHaitao2TANG Jian' YANG Ruiqing3 1.Guangxi AcademyofForestry/GuangxiLaboratoryofForestry，Nanning 53O2，China;2.State-OwnedWeiduForestFarm，Laibin 546199，China; 3.Guangxi Huawo te Group Co.，Ltd.，Nanning 530034，China

Abstract： This study systematically evaluated the soil fertility quality of Eucalyptus plantations in the limestone region of northern Guangxi，taking Weidu Forest Farm as an example.Soil samples were collected from different soil layers （O～20 cm and 20～40 cm），and chemical properties such as soil pH，organic matter content，total nitrogen，total phosphorus，total potassium，available nutrients， and trace metal elements were determined.Principal component analysis （PCA） was used to select key indicators influencing soil fertility，and a minimum dataset（MDS）was constructed.The soil fertility quality of diferent soil layers was evaluated using the Nemerow index method.The results showed that there were significant differences in soil fertility quality between different soil layers.The O～20 cm soil layer exhibited higher soil fertility quality，with abundant organic mater content and moderate levels of nitrogen，phosphorus，and potassium nutrients，and was evaluated as having \"good\" fertility. In contrast，the 2O～40 cm soil layer had relatively lower soil fertility quality，and was evaluated as having \"moderate\" fertility.Inresponse to the issue of declining soilfertilityin Eucalyptus plantations in the limestone region of northern Guangxi，this study proposed corresponding improvement measures aimed at providing a scientific basis for regional sustainable ecological development.

Key words： Eucalyptus plantations；soil fertility; forest cultivation; nutrient management; organic matter