套种珍贵树种对杉木林地土壤养分及酶活性的影响_禤俊卿.pdf

第 卷 第 期北华大学学报（自然科学版）年 月 （）文章编号：（）：套种珍贵树种对杉木林地土壤养分及酶活性的影响禤俊卿，韦 双，陈 亮，管凯华，杨 梅，莫雅芳（广西国有高峰林场，广西 南宁；广西大学林学院，广西 南宁）摘要：以 种不同林型的杉木人工林（杉木纯林、杉木小叶桢楠、杉木闽楠、杉木缅茄）为研究对象，探讨纯林及其混交林不同土层（、）的土壤养分和酶活性变化规律；采用主成分分析法对不同林型的土壤肥力进行综合评价，为杉阔混交林营造以及持续健康经营提供科学依据结果表明：）种杉木人工林表层土壤（）的养分含量及酶活性均明显高于下层土壤（），呈现明显的表聚现象；）在同一土层，杉木闽楠混交林的土壤、铵态氮含量最高，杉木缅茄混交林土壤有机质、全氮、硝态氮、有效磷及速效钾含量最高，杉木小叶桢楠混交林土壤的全磷、全钾含量最高，脲酶、酸性磷酸酶活性最高；）相关性分析表明，各土壤肥力因子之间存在较为显著（）的相关关系，种土壤酶活性间呈现显著或极显著（）正相关关系；）主成分分析结果显示，土壤肥力综合评价排序为杉木小叶桢楠杉木缅茄杉木纯林杉木闽楠总体上看，杉木小叶桢楠与杉木缅茄混交林对林地土壤养分及酶活性的改善作用显著，有利于提高林地生产力，可为杉木纯林改造提供参考关键词：杉木；混交林；土壤养分；土壤酶活性中图分类号：文献标志码：收稿日期：基金项目：广西自筹经费林业科技项目（桂林科研第 号）作者简介：禤俊卿（），男，高级工程师，主要从事森林培育、森林资源调查研究，：；通信作者：莫雅芳（），女，高级工程师，主要从事林木遗传育种、森林培育研究，：，（，；，）：，（，）（），：（）（）（），（），；，（）（），（）（），：；在森林生态系统中，土壤在凋落物分解、物质循环及水分平衡等生态过程中具有重要作用土壤养分（如有机质、氮、磷、钾等）是林木生长过程中的重要营养物质，直接影响林木的生长和材质，是维持林木健康生长和林分结构稳定的关键因素土壤酶是存在于土壤中的一种蛋白质，具有较强的生物活性，植物根系分泌、土壤微生物活动及动植物残体腐解等过程均可产生土壤酶作为森林土壤的重要组成部分，土壤酶可促进土壤中物质和能量的转化与转移，与土壤养分关系密切，能在一定程度上反映土壤养分转化的动态情况作为我国南方重要的造林树种，杉木（）具有生长速度快、产量高、材质优良及抗腐等特点，种植面积占全国人工林总面积的 以上，是我国森林资源的重要组成部分但由于长期大面积营造杉木纯林，并采用短期轮伐、皆伐等不科学的采伐方式，杉木林生产力和立地质量逐代下降同时，林分抗逆性较差、生物多样性降低、土壤性质恶化等问题日益凸显研究表明，营造混交林能更好地利用空间结构，有效改善杉木人工林的土壤肥力，提高林分结构稳定性及生物类群多样性，从而提高林木生产力在营造混交林时，树种选择及其配置模式是决定群落演替方向的关键因素王奕茹等研究指出，相比杉木纯林，杉木与闽楠（）混交后显著提高了林下植被多样性；孙思怡等发现，在杉木林下套种阔叶树后，杉阔混交林的土壤养分、微生物量及生态酶活性较杉木纯林均有不同程度提高，土壤改良作用明显由此可见，营造杉木混交林是改善杉木人工纯林土壤生态环境的有效途径小叶桢楠（）、闽楠（）和缅茄（）均为南亚热带地区珍贵阔叶树种，早期耐荫性较强、凋落物量大，是较好的混交树种因此，为缓解杉木纯林经营过程中出现的土壤肥力下降问题，提高林分质量和林地生产力，本研究以杉木人工纯林及其间伐改造后营建的杉木小叶桢楠、杉木闽楠、杉木缅茄 种异龄复层针阔混交林为研究对象，分析不同针阔混交模式下土壤养分及酶活性的差异，并对不同林分的土壤肥力进行综合评价，探讨杉木与珍贵阔叶树种混交的地力维持能力，以期为杉木低效林改造及混交林经营提供实践参考 材料与方法 研究地概况研究地位于广西南宁市国有高峰林场（，），平均海拔 境内地貌主要以丘陵和山地为主，土壤类型主要为赤红壤，坡度在 该地属南亚热带季风气候，夏长冬短，雨量充沛，年平均气温 ，年降雨量 ，年蒸发量 ，年日照时间 ，年均相对湿度达 以上试验林地位于高峰林场界牌分场 林班，目标样地伐前为杉木马尾松（）采伐迹地，年营造杉木人工纯林，造林后连续抚育施肥 ，年、年、年各进行 次间伐，保留株数为 株 年，以带状方式在杉木林下补植小叶桢楠、缅茄、闽楠 种珍贵树种，补植密度为 株 全林分每年割灌除草抚育 次，扩坎施肥 次林下植物种类较丰富，林下灌木主要有白背桐（）、杜茎山（）、黄毛榕（）等；林下草本主要有狗尾草（）、五节芒（）、铁线蕨（）等各林分类型基本情况见表 第 期禤俊卿，等：套种珍贵树种对杉木林地土壤养分及酶活性的影响表 样地基本情况 林型林分起源土壤类型海拔 坡向坡位坡度（）杉木平均胸径 杉木平均树高 杉木纯林（）植苗赤红壤西南中坡杉木小叶桢楠（）植苗赤红壤西中、下坡杉木闽楠（）植苗赤红壤西中、下坡杉木缅茄（）植苗赤红壤西中坡 研究方法 样地设置与土壤采集 年 月，在杉木纯林、杉木小叶桢楠、杉木闽楠、杉木缅茄 种林分中按上、中、下坡位分别设置 个 的标准样地在每个标准样地中沿“”形采集 个点，每个点采集、土层土壤样品采用四分法取土装袋，并将同一标准样地同一土层不同采样点土壤混合均匀，贴好标签后装袋样品带回实验室风干过筛，进行土壤养分和酶活性测定 土壤养分与酶活性测定方法土壤养分测定方法参考土壤农化分析和土壤理化分析，土壤酶活性测定方法参考土壤酶及其研究法 数据处理采用 软件统计原始数据，使用 软件对不同林分的土壤养分及酶活性进行单因素方差分析、相关性分析及主成分分析所有数据均为“平均值标准差”，采用 制图 结果与分析 不同林分类型土壤养分不同混交树种对杉木土壤养分的影响见表 由表 可知：随着土层深度的增加，种林分类型的土壤 及土壤养分含量均呈下降趋势，具有明显的表聚性杉木闽楠的土壤 在 个土层中均显著高于其他林分；杉木小叶桢楠混交林的 在 个土层中较杉木纯林均有所提高，但未达到显著水平 种林分不同土层的有机质含量在 ，杉木缅茄林地 个土层土壤有机质含量均显著高于其他林分类型，在 和 土层较纯林分别提高 和 表 不同林分的土壤养分含量 土层林型（有机质）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）注：同列数值后不同小写字母表示 土层不同林分间差异显著（），不同大写字母表示 土层不同林分间差异显著（）；全氮，全磷，全钾，硝态氮，铵态氮，有效磷，速效钾在全量养分上，杉木缅茄林地 个土层土壤的全氮含量均显著高于其他林分，在 和 土层分别达 和 ，各层土壤在不同林型中全氮含量从高到低均表现为杉木缅茄杉木小叶桢楠杉木纯林杉木闽楠；杉木小叶桢楠林地在 个土层土壤的全磷、全钾含量最高，与纯林相比，北华大学学报（自然科学版）第 卷全磷、全钾在 分别增加 和，在 分别增加 和 在速效养分上，个土层的土壤硝态氮、有效磷及速效钾均在杉木缅茄混交林中含量最高，杉木纯林 个土层有效磷含量均显著低于混交林分在 土层中，杉木缅茄混交林的硝态氮和有效磷、速效钾分别是纯林的 倍、倍和 倍，硝态氮和有效磷含量在不同林型从高到低均表现为杉木缅茄杉木闽楠杉木小叶桢楠杉木纯林；在 土层中，杉木缅茄混交林的硝态氮和有效磷、速效钾分别是纯林的 倍、倍和 倍杉木闽楠混交林在 和 土层较纯林分别提高 和，显著高于其他林分，而杉木缅茄混交林铵态氮含量较纯林低 不同林分类型土壤酶活性 土壤脲酶由图 可知：不同林型 个土层土壤脲酶活性间存在显著差异与表层土壤相比，各林型 土层土壤脲酶活性均明显降低在 土层，杉木小叶桢楠林地的脲酶活性最高，杉木缅茄次之，与杉木纯林差异显著，分别为 （）和 （），较杉木纯林分别高出和；杉木闽楠混交林脲酶含量最低，较杉木纯林显著低 在 土层，各林型脲酶活性由高到低表现为杉木小叶桢楠杉木缅茄杉木纯林杉木闽楠 土壤酸性磷酸酶由图 可知：不同林型 个土层间土壤酸性磷酸酶活性也存在显著差异，种林型的酸性磷酸酶均呈现随着土层深度增加而降低的趋势在 土层，与纯林相比，酸性磷酸酶在杉木小叶桢楠与杉木缅茄混交林分别提高了 和；杉木闽楠林地酸性磷酸酶活性最低，且与杉木纯林间无显著差异在 土层，各林型酸性磷酸酶活性变化区间在 （），杉木小叶桢楠林地酸性磷酸酶活性显著高于其他林型；杉木缅茄混交林酸性磷酸酶活性较杉木纯林有所提高，但未达显著水平各林型脲酶活性由高到低表现为杉木小叶桢楠杉木缅茄杉木纯林杉木闽楠不同小写字母表示不同林分间 土层土壤脲酶活性差异显著（），不同大写字母表示不同林分间 土层土壤脲酶活性差异显著（）图 不同林分土壤脲酶活性 不同小写字母表示不同林分间 土层土壤酸性磷酸酶活性差异显著（），不同大写字母表示不同林分间 土层土壤酸性磷酸酶活性差异显著（）图 不同林分土壤酸性磷酸酶活性 土壤过氧化氢酶由图 可知：不同林型土壤过氧化氢酶活性在垂直分布上都表现为 土层大于 土层在 土层，土壤过氧化氢酶的变化幅度在 （），杉木缅茄与杉木小叶桢楠混交林的过氧化氢酶活性间差异不显著，两者较杉木纯林分别显著提高了 和 在 土层，土壤过氧化氢酶的变化区间在 （），杉木缅茄林地的过氧化氢酶活性最高，杉木小叶桢楠与杉木闽楠混交林间无显著差异各林型过氧化氢酶活性由高到低为杉木缅茄杉木小叶桢楠杉木闽楠杉木纯林 土壤蔗糖酶由图 可知：不同林型 个土层土壤蔗糖酶活性间差异达显著水平在 土层，混交林分的蔗糖酶活性显著高于杉木纯林其中，杉木缅茄林地的蔗糖酶活性最高，达 （），是杉木纯林的 倍杉木小叶桢楠与杉木闽楠混交林的蔗糖酶活性均达到了 （）以上，分别为 第 期禤俊卿，等：套种珍贵树种对杉木林地土壤养分及酶活性的影响（）和 （），分别是杉木纯林的 倍和 倍在 土层，各林分蔗糖酶活性较 土层均有所降低，变化区间在 （），杉木纯林蔗糖酶活性显著低于混交林分，杉木闽楠与杉木缅茄林地的蔗糖酶活性差异不显著各林型蔗糖酶活性由高到低为杉木小叶桢楠杉木缅茄杉木闽楠杉木纯林 不同小写字母表示不同林分间 土层土壤过氧化氢酶活性差异显著（），不同大写字母表示不同林分间 土层土壤过氧化氢酶活性差异显著（）图 不同林分土壤过氧化氢酶活性 不同小写字母表示不同林分间 土层土壤蔗糖酶活性差异显著（），不同大写字母表示不同林分间 土层土壤蔗糖酶活性差异显著（）图 不同林分蔗糖酶活性 土壤肥力因子相关性土壤肥力因子间的相关性见表 由表 可知：土壤 与全磷、全钾呈极显著正相关关系（，下同），相关系数分别为、和 土壤有机质与有效磷呈显著正相关关系，与全量养分、硝态氮、速效钾、过氧化氢酶、脲酶及酸性磷酸酶在系数 呈极显著正相关关系（，下同）；全氮与全磷、全钾、速效钾、硝态氮、脲酶、酸性磷酸酶及过氧化氢酶在系数 呈极显著正相关关系，与蔗糖酶在系数为 呈显著正相关关系；全磷与蔗糖酶呈显著正相关关系，与全钾、速效钾、酸性磷酸酶及过氧化氢酶呈极显著正相关关系；全钾与铵态氮、蔗糖酶在系数分别为、呈显著正相关关系，与酸性磷酸酶、过氧化氢酶及速效钾在系数 呈极显著正相关关系；有效磷与速效钾、硝态氮、过氧化氢酶及蔗糖酶呈极显著正相关关系；速效钾与 种酶活性及硝态氮在系数 呈极显著正相关关系；硝态氮与酸性磷酸酶在系数为 呈显著正相关关系，与过氧化氢酶在系数 呈极显著正相关关系；种酶活性之间在系数 呈极显著正相关关系表 土壤肥力因子相关性分析 注：在 水平（双侧）显著相关；在 水平（双侧）显著相关 土壤肥力因子主成分分析运用主成分分析法，对 种不同林型的土壤酶与土壤养分 个指标进行综合分析，结果见表由表 可北华大学学报（自然科学版）第 卷知：第 主成分贡献率为，第 主成分贡献率为，第 主成分贡献率为，个主成分累积贡献率达，涵盖了土壤各指标的大部分信息，基本解释了数据的全部变异第 主成分主要由有机质、全氮、酸性磷酸酶等组成，第 主成分主要由、全钾及铵态氮组成，第 主成分主要包括速效磷和硝态氮由表 可知：不同林型综合得分由高到低为杉木小叶桢楠杉木缅茄杉木纯林杉木闽楠，说明小叶桢楠与缅茄较适合与杉木混交表 主成分分析总方差 主成分初始特征值方差贡献率 累积方差贡献率 表 不