薛 立，馮慧芳，潘 瀾，梁麗麗，2，劉 斌，傅靜丹，趙鴻杰

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，廣東廣州 510642;2 廣州市科美都市景觀規(guī)劃有限公司，廣東廣州 510635;3 佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東佛山 528222）

土壤為森林的生長(zhǎng)發(fā)育提供了必要的環(huán)境條件，而森林也影響著土壤發(fā)育，森林的形成與生長(zhǎng)過(guò)程，就是森林與土壤相互影響和相互作用的過(guò)程［1］.由于土壤是森林發(fā)展的基礎(chǔ)，研究人工林的土壤質(zhì)量演變規(guī)律成為近年來(lái)土壤學(xué)研究的熱點(diǎn).濕地松Pinus elliottii原產(chǎn)于美國(guó)東南部暖熱潮濕的低海拔地區(qū)，由于適應(yīng)性強(qiáng)、速生和材質(zhì)好，被世界亞熱帶及部分熱帶地區(qū)廣泛引種栽培.我國(guó)自20世紀(jì)30年代引種以來(lái)，種植面積已達(dá)200萬(wàn)hm2以上［2］.加勒比松Pinus caribaea自然分布于中美洲及加勒比海諸島，具有生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)和耐瘠薄的特點(diǎn)，是世界熱帶地區(qū)栽植面積最廣的針葉樹(shù)種［3］.我國(guó)于1961年從古巴引進(jìn)加勒比松古巴變種以來(lái)，栽植面積已超過(guò)10萬(wàn)hm－2［4］.國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)濕地松的土壤進(jìn)行過(guò)一定的研究，李貽銓等［5］報(bào)道施肥使?jié)竦厮捎琢滞寥浪傩含量提高，有機(jī)質(zhì)等其他土壤肥力指標(biāo)下降;譚芳林等［6］的研究表明，濕地松可能導(dǎo)致沿海沙地土壤的酸化，26年生的濕地松林分造成土壤養(yǎng)分含量的下降;與黎蒴栲Castanopsis fissa×濕地松、紅荷Schima wallichii×濕地松針闊混交林、杉木Cunninghamia lanceolata和馬占相思Acacia mangium相比，濕地松純林的有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量較低［7-8］;濕地松純林的氮轉(zhuǎn)化率小于闊葉林［9］.關(guān)于加勒比松土壤的報(bào)道有馬尾松林皆伐地上生長(zhǎng)的黎蒴栲×加勒比松混交林顯著提高了土壤養(yǎng)分［10］，去除地表枯落物惡化了加勒比松混交林的土壤理化性質(zhì)［11］等.以往對(duì)這2種樹(shù)種研究的地點(diǎn)不同，林齡和立地條件差異較大，對(duì)其土壤狀況進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)難以排除這些因子的影響.本研究對(duì)相似立地條件的濕地松林和加勒比松的土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、微生物數(shù)量及酶活性進(jìn)行對(duì)比分析，以期揭示其對(duì)土壤影響的機(jī)理，為合理利用土壤提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗(yàn)地位于廣東省佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，東經(jīng) 113°00'、北緯 23°06'，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候.年平均溫度22℃，年降水量2383 mm，集中在4—8月.試驗(yàn)林位于5°的東坡上.土壤為赤紅壤，土層深厚，呈強(qiáng)酸性.試驗(yàn)林為18年生濕地松和加勒比松人工林，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，林冠稀疏，密度為204株·hm－2.濕地松和加勒比松的平均胸徑分別為28.8和36.3 cm，平均樹(shù)高分別為12.2和16.1 m.濕地松和加勒比松每公頃的枯落物干質(zhì)量分別為12.02和10.92 t.林下層植物以海金莎Lygodium japonicum、扇葉鐵線蕨Adiantum flabellulatum和金銀花Lonicera japonica為主.

1.2 試驗(yàn)方法

在2種林分中部各設(shè)置一個(gè)30 m×30 m的樣地，3個(gè)重復(fù).2008年4月在樣地中，測(cè)定每木的胸徑和高度.用容積為100 cm3的環(huán)刀在20 cm深土層采取自然狀態(tài)土樣，同一剖面取3個(gè)環(huán)刀，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)土壤容重，并按文獻(xiàn)［12］方法進(jìn)行其他土壤物理性質(zhì)的分析.

用五點(diǎn)混合采樣法在樣地取0～40 cm深的土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后進(jìn)行分析.土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀的測(cè)定見(jiàn)文獻(xiàn)［13］.土壤微生物計(jì)數(shù)用稀釋平板法［14］.脲酶采用比色法測(cè)定，酶活性以37℃下培養(yǎng)24 h后1 kg土釋放的NH3-N的質(zhì)量(mg)表示;酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，酶活性以37℃下培養(yǎng)24 h后1 kg土消耗P2O5的質(zhì)量(mg)表示;過(guò)氧化氫酶活性采用0.1 mol/L高錳酸鉀滴定法測(cè)定.酶活性以常溫條件培養(yǎng)1 h后1 g土消耗0.1 mol/L KMnO4的體積(mL)表示［15］.

每個(gè)樣品分成3份測(cè)定，結(jié)果取平均值.對(duì)2種林分的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均數(shù)差異假設(shè)檢驗(yàn)(t檢驗(yàn)).

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)

濕地松土壤容重略大于加勒比松的土壤容重，二者無(wú)顯著差異(表1)，說(shuō)明濕地松和加勒比松對(duì)土壤容重的影響相近.濕地松林地土壤毛管孔隙度比加勒比松減少了14%，非毛管孔隙度增加了9%，總孔隙度減少了3%，但是二者的這3個(gè)指標(biāo)無(wú)顯著差異.由于濕地松林地土壤毛管孔隙度小于加勒比松，所以其毛管持水量比后者小16%，但是未達(dá)到顯著水平.濕地松土壤中＜0.01 mm粘粒的比例比加勒比松大6%.

表1 土壤物理性質(zhì)1)Tab.1 Physical properties of soil

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

濕地松和加勒比松的土壤pH相近(表2)，土壤有機(jī)質(zhì)、全N和全P含量分別為后者的270%、190%和171%，差異極顯著(P＜0.01)，土壤全K含量比加勒比松減少了30%，極顯著小于后者(P＜0.01).

濕地松和加勒比松對(duì)土壤速效養(yǎng)分影響各異.濕地松林地土壤堿解N含量比加勒比松增加了27%，差異達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，速效P含量與后者相近，而速效K含量顯著小于后者(14%，P＜0.05).

表2 土壤化學(xué)性質(zhì)1)Tab.2 Chemical properties of soil

2.3 土壤微生物和酶活性

濕地松土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別為加勒比松的2.2、4.8 和4.8 倍(表3)，極顯著大于后者(P＜0.01).濕地松林土壤的脲酶活性比加勒比松大43%(P＜0.01)，而土壤磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性分別比加勒比松小15%(P＜0.01)和8%.

表3 土壤微生物和酶活性1)Tab.3 Soil microorganism and enzyme activity

3 討論

本研究表明，濕地松和加勒比松在長(zhǎng)期的生長(zhǎng)過(guò)程中，由于對(duì)土壤養(yǎng)分的需求有差異，凋落物數(shù)量、性質(zhì)和分解速度及根系的生長(zhǎng)和穿插能力有差異，造成其土壤的理化性質(zhì)的差異.

土壤容重的大小反映土壤透水性、透氣性和根系的生長(zhǎng)阻力狀況.與廣東的其他森林土壤［16-18］相比，濕地松和加勒比松土壤容重大，土壤總孔隙和毛管孔隙過(guò)少，不易保水，而非毛管孔隙較多，通氣性好.濕地松和加勒比松土壤中的孔隙粗大，但數(shù)目較少，總的孔隙容積較小，故容重較大.2種松林土壤的這些特點(diǎn)與其生物學(xué)特性有關(guān)，與其他森林在林齡和立地條件的差異也會(huì)對(duì)2種松林的土壤特性產(chǎn)生影響.松樹(shù)生長(zhǎng)速度快，有機(jī)質(zhì)缺乏，可能會(huì)導(dǎo)致土壤容重偏大，林下植被根系伸展困難，而林下植被稀少反過(guò)來(lái)影響土壤孔隙度和增加了土壤容重［19］.濕地松土壤非毛管孔隙度比加勒比松土壤大可能與其＜0.01 mm 的粘粒和有機(jī)質(zhì)含量高有關(guān)［20］.有機(jī)質(zhì)含量高，構(gòu)成團(tuán)聚體的能力增加，有效膠結(jié)土壤顆粒，土壤疏松多孔，非毛管孔隙增加［11］.

2種松林土壤中的有機(jī)質(zhì)、全N、全P和全K含量通常小于其他森林土壤［10，17，21］.森林生態(tài)系統(tǒng)中，凋落物對(duì)于提高土壤肥力有重要作用，是森林土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷的主要補(bǔ)給者［21］.林地土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于凋落物的分解，并受其分解速率的控制.針葉樹(shù)種凋落物數(shù)量少，養(yǎng)分含量低，其針葉含有單寧、蠟質(zhì)和樹(shù)脂等難分解的有機(jī)物，分解速度慢，造成其土壤養(yǎng)分含量低.土壤有機(jī)質(zhì)能改善土壤的吸附能力，而土壤粘粒包含較多養(yǎng)分［11］.濕地松的枯落物現(xiàn)存量為12.02 t·hm－1，加勒比松為 10.9 t·hm－1，兩者差異較大，可能是造成有機(jī)質(zhì)差異的重要原因之一.濕地松土壤的有機(jī)質(zhì)極顯著大于加勒比松，＜0.01 mm粘粒的比例也大于后者，有利于全N和堿解N的積累.土壤中全P一部分來(lái)源于凋落物，另一部分來(lái)源于成土母質(zhì).濕地松土壤中的全P含量大于加勒比松土壤，是受其凋落物數(shù)量和分解轉(zhuǎn)化速度影響的結(jié)果.濕地松土壤的速效K含量極顯著小于后者，可能是前者在生長(zhǎng)過(guò)程中消耗較多的鉀，引起土壤的鉀含量下降所致.

森林植物物種組成是影響土壤微生物數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)及活性的重要因素.森林植被能影響林地微環(huán)境，通過(guò)根系分泌物、凋落物及樹(shù)冠攔截和淋洗等作用改變土壤微生物生長(zhǎng)所需能量物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量.土壤有機(jī)質(zhì)含量和組成是影響微生物的關(guān)鍵因素.濕地松土壤的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量極顯著大于加勒比松，與其非毛管孔隙度大和有機(jī)質(zhì)含量高有關(guān).土壤團(tuán)粒間的非毛管孔隙主要起到透氣作用，有利于好氧性微生物的活動(dòng)，而有機(jī)質(zhì)含有豐富的養(yǎng)分，促進(jìn)了微生物的發(fā)育.濕地松土壤的脲酶活性高，這主要是由于土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量高，有充分的營(yíng)養(yǎng)源促進(jìn)微生物的生長(zhǎng).脲酶活性高有利于有機(jī)分子中肽鍵的水解，使有機(jī)氮的分解迅速，有利于土壤速效氮的形成.加勒比松土壤的磷酸酶活性高，能加速有機(jī)磷的循環(huán)，提高磷的有效性，對(duì)于生長(zhǎng)在嚴(yán)重缺磷的赤紅壤上的加勒比松極為有利.

由上可見(jiàn)，在華南貧瘠的赤紅壤上，濕地松和加勒比松均能迅速生長(zhǎng)，但是針葉凋落物分解緩慢，在人工林生長(zhǎng)過(guò)程中土壤有機(jī)質(zhì)迅速下降，土壤物理性狀惡化［20］是造成土壤的全量養(yǎng)分含量低的重要原因.由于加勒比松的生長(zhǎng)顯著大于濕地松，吸收的氮和磷較多，使林地有機(jī)質(zhì)降低，導(dǎo)致土壤氮和磷含量及微生物數(shù)量的減少，而濕地松土壤的速效鉀含量低可能與其消耗較多的鉀有關(guān).闊葉樹(shù)枯枝落葉量大且易分解，有利于生物循環(huán)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量.建議在松林下套種闊葉樹(shù)，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的松林改造成為針闊混交林，對(duì)林分適時(shí)施肥，特別是對(duì)濕地松林施鉀肥，對(duì)加勒比松施氮肥和磷肥，使養(yǎng)分損耗與補(bǔ)充保持平衡，有利于提高松林的土壤質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定.今后，在華南貧瘠土壤上開(kāi)展松樹(shù)人工林土壤生態(tài)和功能的長(zhǎng)期研究，將有助于了解松樹(shù)人工林土壤質(zhì)量的變化機(jī)理，實(shí)現(xiàn)松樹(shù)人工林的可持續(xù)發(fā)展.

［1］何斌，溫遠(yuǎn)光，袁霞，等.廣西英羅港不同紅樹(shù)植物群落土壤理化性質(zhì)與酶活性的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2002，38(2):21-26.

［2］黃以駿，李 江，曾廣騰，等.濕地松產(chǎn)脂量預(yù)測(cè)模型初探［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23(1):110-112.

［3］NIKES D G.Genetic improvement of low land tropical conifers［C］.Rome:FAO.1979.

［4］ZHENG Yong-qi，WANG Huo-ran.Genetic resources and breeding of Pinus caribaea in China［C］∥International U-nion of Forest Research Organizations.Forests and Society:the Role of Research，Abstracts of group discussions vol.2，XXI IUFRO World Congress 2000.Kuala Lumpur，Malaysia:IUFRO，2000:46.

［5］李貽銓，陳宏峻，陳道東，等.火炬松和濕地松幼林施肥對(duì)土壤性質(zhì)和葉片養(yǎng)分影響［J］.林業(yè)科學(xué)，1999，35(1):95-100.

［6］譚芳林，林捷，張水松，等.沿海沙地濕地松林地土壤養(yǎng)分含量及酶活性研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2003，39(1):169-173.

［7］薛立，陳紅躍，鄺立剛.濕地松混交林地土壤養(yǎng)分、微生物和酶的研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14(1):157-159.

［8］薛立，吳敏，徐燕，等.幾個(gè)典型華南人工林土壤的養(yǎng)分狀況和微生物特性研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2005，42(6):1017-1023.

［9］王海英，宮淵波，陳林武.陵江上游不同植被恢復(fù)模式土壤微生物及土壤酶活性的研究［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2008，22(3):173-177.

［10］薛立，鄺立剛，陳紅躍，等.不同林分土壤養(yǎng)分、微生物與酶活性的研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2003，40(2):280-285.

［11］陸耀東，薛立，曹鶴，等.去除地面枯落物對(duì)加勒比松林土壤特性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(7):3205-3211.

［12］曹鶴，薛立，謝騰芳，等.華南8種人工林的土壤物理性質(zhì)研究［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2009，28(4):620-625.

［13］中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978.

［14］中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法［M］.北京:科學(xué)出版社，1985.

［15］關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法［M］.北京:農(nóng)業(yè)出版社，1986.

［16］薛立，陳紅躍，徐英寶，等.混交林的土壤物理性質(zhì)與微生物數(shù)量及酶活性的研究［J］.土壤通報(bào)，2004，34(2):154-158.

［17］薛立，李燕，屈明，等.火力楠、荷木和黎蒴林的土壤特性及水源涵養(yǎng)的研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(9):1623-1627.

［18］薛立，梁麗麗，任向榮，等.華南典型人工林的土壤物理性質(zhì)及其水源涵養(yǎng)功能［J］.土壤通報(bào)，2008，39(5):986-989.

［19］何藝玲，傅懋毅.人工林林下植被的研究現(xiàn)狀［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2002，15(6):727-733.

［20］龐學(xué)勇，劉世全，劉慶，等.川西亞高山針葉林植物群落演替對(duì)土壤性質(zhì)的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，17(43):42-45，50.

［21］薛立，賴日石，陳紅躍，等.不同闊葉樹(shù)種的生長(zhǎng)及其對(duì)赤紅壤肥力的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2003，40(5):795-799.