闽南山地杉木人工林土壤质量提升研究

闽南山地杉木人工林土壤质量提升研究

树木的生长发育需要根系持续不断地吸收土壤中的养分，土壤中可利用的养分养分逐渐减少。在自然条件下,这些减少的量可以由植物的枯枝落叶和死微生物解聚加以补偿,另外土壤中某些微生物以及植物根系分泌物可对风化后的岩粒进行分解、矿化,补充一些元素,固氮微生物也可将空气中的氮气转化为能供植物吸收利用的氨态氮,构成植物—枯枝落叶—微生物—土壤养分的动态界面,维护土壤中营养元素的相对平衡。而在人工栽培林中,由于不合理砍伐和施肥,导致土壤中营养元素的成分、含量发生变化,也使得土壤内的微生物群落与活性有所改变,造成生态恶化。林业生产中,往往出现长期种植某类速生丰产林后地力下降,林分生产力低下,影响经济效益。鉴于不同的植物对各类元素的吸收、富集能力不同,需要对土壤的物理、化学、生物性状进行栽培前与栽培后的对比,从中寻找规律,可为林区的规划与土壤质量控制提供重要的参考依据。柚木(TectonagrandisL.f.)作为一种名贵的建筑与工艺用材,近年来市场需求量不断增长,林业生产部门既想推广种植,但又担心会影响土壤质量。因此,迫切需要对种植柚木展开可行性评估。刘济明等对贵州种植柚木林8年的地表进行研究后发现,柚木能有效改善喀斯特地貌,通过柚木造林可进行生态恢复,说明柚木具有改善土壤、保持水土的作用。但另一方面,据报道在印度已经有柚木人工林出现地力衰退的现象。目前,在柚木地下部分与地上部分的相关性以及土壤养分、微生物和酶活性状况等诸多方面研究甚少,为探讨在闽南山地偏酸性土壤上种植柚木的可行性,笔者从土壤的物理、化学、生物3个方面研究种植柚木是否会引起土壤性质发生显著变化,为合理利用土壤、科学造林提供依据。1材料和方法1.1南沿边地区2试验点设于福建省漳州市龙海程溪林业站辖区内的鸡场山,地处东经117°35′10″、北纬24°25′20″,气候属南亚热带季风气候,几近无冬,年均降雨量1371mm,年均气温21℃,极端最高气温40.5℃,极端最低气温-2℃。林地属低山丘陵,海拔235m,西南坡坡度21°。土壤为花岗岩发育的红壤,土层厚度80～100cm,腐殖质层较薄(3～5cm),土壤呈酸性反应,立地质量等级为Ⅲ类。1.2土样采集及测定试验林地为马尾松采伐迹地,2000年采伐后改为种植柚木至今,当时为试验对照之用,辟有部分林地未进行栽种,现为一小块杂灌地。2000年4月,以缅甸北部的柚木一年生小棒槌苗定植,植穴规格80cm×80cm×50cm;株行距2.5m×3.0m;基肥每株施钙镁磷0.5kg,追肥采用复合肥(15-15-15),每年1次,用量为每株0.25kg,连续施用3年;对高大禾本科草类(如五节芒等)采用劈、灭(喷草甘膦)结合,对攀爬、缠绕柚木的藤本采用割除,每年不少于2次。作为对照,杂灌地不进行施肥。2008年5月于柚木林区内不同坡位取土,在上坡、中坡、下坡各设置3块临时样地(20m×20m),每样地按“S”形路线多点(5～6点)采集0～40cm土层的混合土样作养分化学、生物分析,并用“环刀法”采集0～20cm的原状土作水分物理性状测定;杂灌地段内与之对应的部位取相应土样作相同的物理、化学、生物性状指标测定。土壤水分物理性质按常规方法测定,化学性状指标按森林土壤国家标准分析方法(GB-87)测定,土壤微生物计数采用固体平板培养法(牛肉膏蛋白胨、高氏一号、马铃薯蔗糖培养基分别培养细菌、放线菌、真菌),纤维素酶活性采用滤纸酶活法(FPA),脲酶采用扩散法,过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法。2结果与分析2.1土壤理化性质的变化由表1可以看出,种植柚木后的土壤与灌木地的土壤相比,全磷、速效磷以及有机质略有下降,而N、K、Ca、Mg等养分以及孔隙度等理化性状均有不同程度的提高。容重下降2.8%,总孔隙提高8.0%,说明种植柚木后土壤变得更为疏松,这主要是整地效应以及柚木根系在土壤中穿插、挤压土壤所致;在化学性质方面,Ca和pH值基本没变化;全氮含量增加13.18%,水解氮提高6.99%,这主要与施肥以及枯枝落叶分解转化有关,另一方面,有可能为柚木的根际微生物较活跃以及死微生物分解而补充土壤氮素有关。交换性Mg提高110.15%;全磷、速效磷分别下降8.82%和6.49%,这可能与柚木吸收的磷元素较多,而施肥时磷肥施用不足有关。有机质也下降2.97%,虽然柚木地林下枯枝落叶比杂灌地多,但采样时间为春夏之交的季节,此时微生物活动最为旺盛,分解速率高,造成有机质出现季节性降低。2.2不同立地条件对土壤酶活性的影响从表2可以看出,与灌木地相比,种植柚木的林地土壤微生物数量方面,细菌、放线菌、真菌的数量均有不同程度的增加,分别提高5.48%、8.96%和27.91%。细菌可以促进一些易分解物质如纤维素等有机物质的分解,而放线菌、真菌是一类较难分解的木质素、半纤维素等有机物质。细菌、放线菌、真菌数量的增加,有利于枯枝落叶的分解以及有机质的分解、聚合与转化,有利于整个生态系统的物质循环。在土壤酶活性方面,脲酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性分别比杂灌地提高4.25%、8.20%和85.29%。脲酶、过氧化氢酶与氮素转化合成有关,他们的活性增强对提高氮素营养有利。而纤维素酶活性的大幅度提高,能加速柚木林内落叶的分解,有利于物质循环。总体上看,柚木林地土壤的微生物结构比较合理,土壤酶活性也较强。说明在施肥的情况下,柚木林地土壤的生物肥力较高,从另一方面也验证了种植柚木并不会破坏土壤质量。3土壤理化性质的变化(1)经营人工林过程中,可以通过整地松土、抚育施肥等措施来改善立地条件。科学的管理方式能在提高林木生长量的同时,减缓地力衰退甚至改善立地。试验结果表明,闽南山地种植柚木,在有施肥的情况下,不但土壤质量不会恶化,相反土壤肥力有所改善。(2)在施肥和枯枝落叶较多的情况下,种植柚木地的土壤磷素含量仍稍有下降,可初步推断柚木对磷素吸收量大。有机质含量减少可能与夏季微生物活动旺盛、分解速率高而出现季节性降低有关,有待进一步研究。(3)钙元素与pH值基本保持持平,在施肥时没有结合使用石灰,柚木生长通常在土壤pH值大于5.5的环境下生长才较为正常,所以生产上往往在施肥时添加部分生石灰,以提高土壤pH值。研究为了尽量减少人为因素对试验造成的影响,没有使用生石灰,以尽可能接近自然条件,导致此片柚木林长势不够良好。镁元素在土壤中含量有所增加也与此相关,因土壤偏酸,柚木根部对镁元素的吸收受到影响,且叶片枯黄脱落较多,落叶内的镁元素可能大量回归土壤,导致镁元素较多的残留于土