連栽對桉樹人工林土壤養(yǎng)分含量的影響

1、文章編號:1006-1126-2009(1 -0026-05連栽對桉樹人工林土壤養(yǎng)分含量的影響基金項目:國家教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金(19972832 、廣西林業(yè)局和南京環(huán)境科學(xué)研究所資助項目。( , 男, , , 明安剛1, 2, 溫遠(yuǎn)光2, 朱宏光2, 王 磊2(1 中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心, 廣西憑祥 532600; 2 廣西大學(xué)林學(xué)院, 南寧 530004摘 要:采用時空序列和定位監(jiān)測相結(jié)合的方法, 對廣西東門林場連栽桉樹人工林土壤養(yǎng)分的變化情況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明連栽導(dǎo)致桉樹人工林多數(shù)土壤養(yǎng)分含量不同程度的下降:(1 土壤的pH 值、土壤交換性Ca 和速效K 在020

2、cm 和2040cm 土層都有不同程度的降低, 但不顯著; 土壤有機(jī)質(zhì)、水解N 和全K 在020cm 土層顯著下降, 在2040cm 土層, 變化不顯著; (2 全N 在2040cm 土層, 顯著下降, 在020cm 土層變化不顯著; 有效P 在020cm 和2040cm 土層無顯著變化, 全P 在2040cm 土層顯著上升; 交換性M g 在020cm 和2040cm 土層都顯著下降; (3 在040cm 土層, 全N 、水解N 、交換性M g 顯著下降, 土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、全K 、速效K 及交換性Ca 有不同程度的下降, 但不顯著。關(guān)鍵詞:桉樹; 人工林; 連栽; 土壤養(yǎng)分中圖分類號:

3、S718 5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A桉樹(Eucalyp tus spp 人工林已成為我國熱帶和亞熱帶地區(qū)主要的工業(yè)用材林之一, 截止2006年, 全國桉樹人工林面積已突破200萬hm 2, 預(yù)計到2010年, 廣西的桉樹人工林將突破100萬hm 21。桉樹人工林的迅速發(fā)展, 對快速增加我國森林資源總量, 緩解木材和林產(chǎn)品供需矛盾發(fā)揮了巨大的作用。然而, 桉樹人工林的快速發(fā)展在給人們帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益的同時, 也引起了許多爭論2-6, 其中地力衰退問題是爭論的焦點之一, 尤其是連栽引起的地力衰退問題更是近年來學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點。目前對連栽人工林地力的研究多見于杉木人工林7-8, 桉樹、楊樹等人工林

4、也有研究, 但主要是集中在物種多樣性、生物量和生產(chǎn)力等問題上9-11, 而對連栽的地力變化研究報道較少。土壤地力的可持續(xù)性是人工林生產(chǎn)力可持續(xù)性的重要基礎(chǔ), 開展連栽土壤養(yǎng)分變化研究, 可為桉樹人工林地力評價和可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。1 試驗區(qū)概況研究地區(qū)設(shè)在廣西東門林場, 該場位于廣西扶綏縣東門鎮(zhèn), 位于107 14! 108 00! E, 22 17! 22 30! N, 低丘臺地交錯分布, 地勢低平, 一般海拔在200m 以下。平均氣溫21 222 3, 全年#10的活動積溫71907762; 年降雨量11001300mm, 分配不均, 蒸發(fā)量1600mm, 年日照時數(shù)16341719h

5、, 太陽輻射量439 63452 195kJ/(cm 2a , 是廣西太陽輻射的高值區(qū)之一。土壤以赤紅壤為主, 質(zhì)地黏重, 土壤肥力較差, pH 值4 55 0。地帶性植被為常綠季雨林, 目前已被大面積桉樹人工林和甘蔗所取代。2 研究方法2 1 試驗樣地的設(shè)置及概況選擇地形、海拔、母巖、土壤類型等相同或相近的林分, 1997年11月對林分采伐后, 煉山, 機(jī)耕全耕整地; 1998年4月2日, 采用尾巨桉(E ur op hy lla %E grandis 無性系造林, 株行距1 7m %3 4m 。第1代林地造林前為1974年營造的杉木(Cunninghamia lanceolata 人工林(

6、試驗前未種過桉樹 , 第2代林地, 造林前為1990年營造的桉樹人工林(尾葉桉E urop hylla , 在營造桉林之前, 其林地也是杉木人工林。兩代林地均位于11林班, 相距不到50m 。造林時施基肥0 5kg /株, 每年追肥2次, 總施N 200, P 150, K 100kg /hm 2, 連續(xù)追肥2年; 造林當(dāng)年進(jìn)行擴(kuò)坎撫育, 約30cm 。2007年8月, 分別在第1代和第2第38卷 第1期2009年3月 廣西林業(yè)科學(xué)Guang xi Forestry ScienceV ol 38 No 1M ar 2009代林地, 各隨機(jī)設(shè)3個面積為600m 2的調(diào)查樣地9。2 2 土壤取樣及

7、養(yǎng)分分析2007年8月, 在上述設(shè)計的樣地內(nèi), 在每個樣地按品字形選取3點挖土壤剖面, 每個土壤剖面按020cm, 2040cm 2個土壤層次用四分法混合取土樣, 帶回室內(nèi)進(jìn)行處理和分析, 重復(fù)3次, 分析項目包括有機(jī)質(zhì)、全N 、全P 、全K 、有效N 、有效P 、有效K 、交換性Ca 、交換性Mg 和pH 值等。有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定; 全N 用濃H 2SO 4-HCIO 4消化法消化, 氨氣敏電極法測定; 水解氮用堿解擴(kuò)散法測定; 全P 用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測定; 有效磷用HCl-H 2SO 4浸提, 鉬銻抗比色法測定; 全K 用氫氧化鈉堿熔-火焰光度計法測定; 速效K

8、 用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定; 交換性Ca 、M g 用乙酸銨浸提, 原子吸收光譜法測定; pH 值采用電位法測定12-13。2 3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析不同林分間數(shù)據(jù)差異性分析采用SPSS (SPSS Inc 11 1版 統(tǒng)計軟件One-w ay ANOVA 程序進(jìn)行差異性比較。3 結(jié)果與分析3 1 不同連栽代數(shù)土壤酸度的比較測定結(jié)果顯示(圖1 , 在020cm 和2040cm 土層中, 第1代林土壤的pH 平均為4 80&0 15和4 84&0 13, 第2代林相應(yīng)為4 57&0 09和4 57&0 13, 第2代林分別比第1代林下降4 79%和5 59%,

9、經(jīng)差異顯著性檢驗, 差異不顯著(P=0 59和P=0 98 。表明連栽具有加劇土壤酸化的趨勢。這與余雪標(biāo)等人的研究結(jié)果一致14 。圖1 不同連栽代數(shù)土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)含量的比較3 2 不同連栽代數(shù)土壤有機(jī)質(zhì)含量的比較不同代次桉樹人工林土壤有機(jī)質(zhì)含量, 在020cm 土層中, 第1代林為(16 81&6 22 g/kg , 第2代林為(11 57&2 53 g/kg, 第2代林比第1代林下降31 17%, 差異顯著性檢驗結(jié)果表明, 差異顯著(P=0 032 。在2040cm 土層中, 第2代林與第1代林相比, 也有所下降, 但只下降3 06%, 差異不顯著(P=0 907 。從

10、040cm 土層看, 第2代林低于第1代林21 25%, 方差分析結(jié)果, 差異不顯著(P=0 148 (圖1 。表明連栽引起土壤有機(jī)質(zhì)含量減少, 且主要表現(xiàn)為表土層。3 3 3 1 土壤N 素表1是第1代和第2代桉樹人工林土壤N 、P 、K 含量的比較。從整體上看, 040cm 土層P 素含量下降明顯, 第2代林比第1代林全N 和水解N 含量分別下降29 97%和20 20%, 差異均達(dá)顯著水平(N=0 028和N=0 047 。按照不同層次分析, 在020cm 和2040cm 土層中, 第2代林的土壤全N 含量比第1代林分別下降了10 24%和51 60%, 方差分析結(jié)果, 后者達(dá)極顯著水平

11、(P 值分別為0 600和0 003 。表明連栽導(dǎo)致2040cm 土層中全N 含量的顯著下降。27第1期 明安剛, 溫遠(yuǎn)光, 朱宏光, 等:連栽對桉樹人工林土壤養(yǎng)分含量的影響表1 第1代和第2代桉樹人工林土壤N 、P 、K 含量的比較土層/cm 代次全N /(g/kg 水解N /(mg/kg 全P /(g/kg 有效P /(mg /kg 全K /(g/kg 速效K /(mg/kg 020第1代平均值3 7180 150 591 2242 8829 03標(biāo)準(zhǔn)差1 6414 830 110 4115 876 94第2代平均值3 3362 180 651 2329 5124 78標(biāo)準(zhǔn)差1 2922

12、830 080 346 453 672040第1代平均值3 4350 850 490 6023 3718 16標(biāo)準(zhǔn)差1 3419 150 030 1716 505 67第2代平均值1 6649 350 650 6922 6416 32標(biāo)準(zhǔn)差0 7414 140 040 317 913 79040第1代平均值3 5765 500 540 9133 1323 60標(biāo)準(zhǔn)差1 4916 990 070 2916 196 31第2代平均值2 5052 270 650 9626 0820 55標(biāo)準(zhǔn)差0 9118 490 060 337 183 73土壤水解N 含量在不同土層中的變化有所差異, 在020cm

13、 土層, 第2代林比第1代林下降22 42%, 差異達(dá)極顯著水平(P=0 002 ; 在2040cm 土層, 兩代林的土壤水解N 含量僅相差2 95%, 差異不顯著(P=0 91 。表明連栽引起土壤水解N 含量的顯著降低, 主要表現(xiàn)在020cm 上, 而在2040cm 的土層的影響較小。3 3 2 土壤P 素連栽桉樹人工林土壤P 素的變化與N 的變化不同, 第2代林全P 和有效P 的含量比1代林均有所上升。在020cm 和2040cm 土層中, 第2代林土壤全P 含量比第1代林分別上升了16 87%和40 82%, 有效P 的含量也分別上升了0 82%和15 0%。方差分析結(jié)果表明, 全P 含

14、量在2040cm 土層中差異達(dá)極顯著水平(P=0 000 , 而其余的3項指標(biāo)的差異均不顯著(P 值分別0 159、0 927和0 124 。在040cm 土層中, P 素含量呈現(xiàn)上升的趨勢, 第2代林比第1代林全P 和速效P 含量分別上升了32 65%和15 00%, 但差異均未達(dá)顯著水平(P=0 158和P=0 914 ?？梢? P 素含量的變化主要表現(xiàn)在全P 含量且在2040cm 土層的變化上。3 3 3 土壤K 素測定結(jié)果表明, 連栽桉樹人工林土壤K 素含量也有不同程度的下降, 在020cm 和2040cm 土層中, 第2代林的土壤全K 含量比第1代林3, 前者達(dá)極顯著水平, 后者差異

15、不顯著(P 值分別為0 000和0 863 。說明連栽引起土壤全K 含量在淺土層的急劇下降。土壤速效K 含量也顯示出下降的態(tài)勢, 在020cm 和2040cm 土層中, 第2代林比第1代林分別下降14 64%和10 13%, 差異不顯著(P=0 125, P=0 431 。3 4 不同連栽代數(shù)土壤交換性Ca 、Mg 含量的比較3 4 1 交換性Ca 含量的變化土壤中鈣存在礦物態(tài)Ca 、交換態(tài)Ca 和溶液Ca3種形式。本研究選擇交換性鈣作為評價土壤Ca 供給能力的指標(biāo)。從表2可以看出, 在020cm 和2040cm 土層中, 第2代林的交換性Ca 的含量比第1代林分別下降10 14%和22 47

16、%。在040cm 土層交換性Ca 含量也表現(xiàn)為下降, 第2代林比第1代林下降9 65%, 說明連栽對土壤Ca 含量也存在負(fù)面影響。3 4 2 交換性Mg 含量的變化選擇交換態(tài)Mg 作為評價土壤供Mg 能力的指標(biāo)。測定結(jié)果顯示(表2 , 在020cm 土層中, 土壤交換性Mg 的含量從第1代的(4 01&1 58 mg/kg 下降到第2代的(2 80&0 94 mg/kg, 下降30 17%, 差異顯著(P=0 046 ; 在2040cm 土層中, 由第1代的(3 00&1 36 mg /kg 下降到第2代的(1 32&0 38 mg/kg, 下降了56 00%,

17、 28廣西林業(yè)科學(xué) 第38卷性鎂含量進(jìn)行了分析, 第2代林比第1代林下降41 14%, 差異達(dá)極顯著水平(P=0 002 。表明桉樹連栽導(dǎo)致040cm 土層交換性鎂含量的顯著降低。表2 1代和第2代桉樹人工林土壤交換性鈣鎂含量的比較土層/cm 代 次交換性鈣/(mg/kg 交換性鎂/(mg/kg 0-20第1代平均值9 074 01標(biāo)準(zhǔn)差3 431 58第2代平均值8 152 80標(biāo)準(zhǔn)差3 360 9420-40第1代平均值5 923 00標(biāo)準(zhǔn)差1 951 36第2代平均值4 591 32標(biāo)準(zhǔn)差1 030 380-40第1代平均值7 053 50標(biāo)準(zhǔn)差2 691 47第2代平均值6 372 0

18、6標(biāo)準(zhǔn)差2 200 664 討論與結(jié)論在以往的研究中, 通常認(rèn)為桉樹連栽使全土層、所有測定養(yǎng)分(N 、P 、K 、Ca 、Mg 的全面下降14-15。本研究表明, 不同的養(yǎng)分元素變化規(guī)律不同, 同一元素在不同的土壤層次中也有不同的變化。以040cm 土層分析, 第2代林除P 素有上升的趨勢外, 土壤PH 值及其它養(yǎng)分均呈現(xiàn)下降的趨勢, 其中全N 、水解N 、交換性M g 下降最為顯著(P <0 05 , 分別下降29 97%、20 20%和41 14%; 其次為有機(jī)質(zhì)、全K 、速效K 及交換性Ca, 分別下降21 25%、21 28%、12 92%和9 65%。按不同層次分析, 情況更為

19、復(fù)雜, 第2代林與第1代林相比, 在020cm 土層, 全P 上升了16 87%, 有效P 無明顯變化, 僅相差0 82%, 而其它養(yǎng)分均有不同程度的下降, 差異達(dá)顯著水平的有土壤有機(jī)質(zhì)、水解N 、全K 和交換性M g, 分別下降31 17%、22 42%、31 18%和30 17%; 土壤pH 值、全N 、速效K 和交換性Ca 均呈現(xiàn)下降的趨勢, 但差異不顯著; 而在2040cm 土層, 全P 顯著上升, 達(dá)40 82%, 有效P 上升了15 0%; 和56 00%, 且差異達(dá)極顯著水平; 交換性Ca 、速效K 及土壤pH 值分別下降22 47%、10 13%和5 59%, 而有機(jī)質(zhì)、水解N

20、 和全K 在該土層中無明顯變化, 分別相差3 06%、2 95%和3 12%。由此可見, 桉樹連栽導(dǎo)致大多數(shù)土壤養(yǎng)分下降, 有少部分養(yǎng)分出現(xiàn)增加趨勢。這可能是第2代桉樹林在第1代林經(jīng)營時, 采取機(jī)耕翻犁(深度達(dá)35cm , 表土在下, 心土在上, 使表土層的肥力顯著下降以及林下套種木薯等措施加劇了土壤肥力的下降; 人為大量施用磷肥以及桉樹林木對養(yǎng)分的選擇性吸收引起土壤磷素的異常變化; 第1代林林下植被茂盛, 對土壤養(yǎng)分也可能產(chǎn)生消耗。因此, 人工林連作土壤肥力的變化十分復(fù)雜, 仍需深入研究。參考文獻(xiàn)1溫遠(yuǎn)光 連栽桉樹人工林植物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的長期實驗研究D 成都:四川大學(xué), 2006

21、2Pamela J T he role of tr ees for sustainable managementless favoredlands:T he case of Eucalyptus in Ethiopia J For PoliEcono m 2003(5 :83-953Shiva V Social economic and eco logical impact of scialforestry in K ilar Indian Institute of M anagement P /O http:/w ww odi org uk/ccef/RESOU RCES/greyliter

22、a pdf29第1期 明安剛, 溫遠(yuǎn)光, 朱宏光, 等:連栽對桉樹人工林土壤養(yǎng)分含量的影響4T urnbull J W Eucalyptus in AsiaC/Proceedings of anter national conference:ACIAR Proceedings N o 111 Zhan jiang, Guang dong , China 7-11Apr 20035白嘉雨, 甘四明 桉樹人工林的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題J 世界林業(yè)研究, 1996(2 :63-676溫遠(yuǎn)光, 劉世榮, 陳放 桉樹工業(yè)人工林的生態(tài)問題與可持續(xù)經(jīng)營J 廣西科學(xué)院學(xué)報, 2005, 21(1 :13-18

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25、fects of Continuous Cropping on Content of Soil Nutrition in Eucalyptus PlantationsM ING An gang 1, 2, WEN Yuan guang 2, Zhu Hong guang 2, WANG Lei 2(1 Ex perimental Center of T ropical Fo restry, CAF , Pingx iang 532600, Guangx i, China;2 Forestry Colleg e, Guangx i U niv ersity, Nanning 530004, Ch

26、inaAbstract:By the methods of time space series analysis and field monitoring, this paper studied the change ofsoil nutrient content in Dongmen Eucalyp tus plantations of Guangx i The results show ed that continuous crop ping of Eucalyp tus plantations resulted in a decrease of the most so il nutrient to different ex tent compared w ith the first generation:(1 At 020cm and 2040cm