王珮璇，何 春，吳秦展，陳 虎，陳利軍，祝玲月，劉 森，楊章旗，唐 健，吳立潮

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) a.水土保持與荒漠化防治湖南省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.國(guó)有七坡林場(chǎng)，廣西 南寧 530000；3.國(guó)有大桂山林場(chǎng)，廣西 賀州 542899；4.廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530000；5.中國(guó)科學(xué)院 南京土壤研究所，江蘇 南京 210018）

桉樹(shù)（Eucalyptus）是桃金娘科桉屬等3 個(gè)屬樹(shù)木的總稱，是在熱帶和南亞熱帶被廣泛種植的常綠喬木桉樹(shù)[1-2]，以其速生、木材質(zhì)密堅(jiān)硬抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于建筑、家具和造紙等領(lǐng)域，被認(rèn)為是一類重要的用材林樹(shù)種[3-4]。廣西作為中國(guó)桉樹(shù)木材主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)域內(nèi)桉樹(shù)人工林的面積每年以30 萬(wàn)hm2的速度快速擴(kuò)張[5]，在填補(bǔ)中國(guó)木材需求缺口的同時(shí)，部分農(nóng)戶盲目無(wú)序種植也造成了土地資源利用不合理的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致地力下降、水土流失、生產(chǎn)力下降等一系列問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)桉樹(shù)人工林的種植進(jìn)行了大量的研究。梁關(guān)鋒等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，桉樹(shù)人工林的材積量與土壤質(zhì)量密切相關(guān)，土壤的理化性質(zhì)及微生物特性被用于土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)。此外，有研究表明土壤的容重、孔隙度、氮、磷、鉀等理化性質(zhì)指標(biāo)均與桉樹(shù)人工林的長(zhǎng)勢(shì)具有顯著相關(guān)性[7]。Mayer 的研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤的物理性質(zhì)、養(yǎng)分元素以及微生物生物量和酶活性的下降，桉樹(shù)人工林的土壤肥力質(zhì)量及材積量也隨之降低[8-9]。有學(xué)者對(duì)桉樹(shù)人工林的土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行了調(diào)查評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)其土壤質(zhì)量普遍偏低，并認(rèn)為造成這一結(jié)果的原因可能是水土流失以及化學(xué)養(yǎng)分元素的缺失[10]。還有學(xué)者基于不同的整地措施對(duì)桉樹(shù)人工林進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)將桉樹(shù)人工林的采伐剩余物采取火燒的處理方式，雖能在短時(shí)間內(nèi)提高土壤養(yǎng)分含量，但長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)并不能有效提高土壤質(zhì)量和林木材積[11]。前人研究主要圍繞桉樹(shù)人工林土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)養(yǎng)分性質(zhì)和微生物特性開(kāi)展工作，鮮有對(duì)立地因子影響桉樹(shù)人工林土壤質(zhì)量和材積方面的研究。

立地因子對(duì)SQI 和林木生長(zhǎng)同樣具有顯著影響。例如，海拔是一個(gè)制約林木生長(zhǎng)的重要立地因子。隨著海拔的升高溫度逐漸降低，而溫度會(huì)影響林木的生長(zhǎng)周期[12]，以及影響地下的微生物群落和土壤酶活性等從而對(duì)土壤質(zhì)量以及林木的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[13]。其次，坡向也是影響土壤質(zhì)量和林木生長(zhǎng)的重要因素。有研究表明位于不同坡向的林木，無(wú)論是長(zhǎng)勢(shì)還是土壤質(zhì)量都具有顯著差異，其中位于向陽(yáng)坡向的林木長(zhǎng)勢(shì)最佳[14]。此外，在álvarez 等[15-16]的研究中提到坡度的增大會(huì)提升林地水土流失的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致SQI 下降，對(duì)林木生長(zhǎng)造成負(fù)面影響。很多研究表明桉樹(shù)的生長(zhǎng)需要充足的水分[17]但是長(zhǎng)時(shí)間的降水可能會(huì)造成水土流失,甚至?xí)?duì)土壤中微生物群落產(chǎn)生影響改變土壤的性質(zhì)等[18-19]。以上研究均表明，立地因子的確對(duì)林地的SQI和材積量具有顯著影響，但目前罕有研究探究其影響桉樹(shù)人工林土壤質(zhì)量和材積量的機(jī)制。

基于以上研究背景，本研究對(duì)廣西3 個(gè)主要桉樹(shù)人工林種植區(qū)域中的108 塊樣地進(jìn)行了立地調(diào)查和土壤樣品采集。調(diào)查并記錄降水量、海拔、坡向和坡度4 項(xiàng)立地因子指標(biāo)，同時(shí)測(cè)定土壤的6項(xiàng)物理性質(zhì)、17 項(xiàng)化學(xué)性質(zhì)、4 項(xiàng)酶活性及3 項(xiàng)微生物生物量指標(biāo)，并提出以下假設(shè)：（1）海拔、坡向、坡度和降水量4 個(gè)立地因子均對(duì)桉樹(shù)人工林的SQI 和材積量有顯著影響；（2）立地因子通過(guò)影響土壤理化生的指標(biāo)對(duì)SQI 和材積量會(huì)產(chǎn)生顯著的間接影響，擬為桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)，3 個(gè)種植區(qū)域跨度幾乎覆蓋整個(gè)廣西壯族自治區(qū)（表1），它們分別位于廣西的南部（Region 1）的廣西國(guó)有派陽(yáng)山林場(chǎng)、東部（Region 2）的廣西國(guó)有大桂山林場(chǎng)和中部的廣西國(guó)有七坡林場(chǎng)（Region 3），主要?dú)夂蝾愋蜑閬啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，光照充足，雨熱同期。

表1 研究區(qū)采樣點(diǎn)及概況Table 1 Sampling points and overview of the study area

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

在每個(gè)種植區(qū)域平均選取36 個(gè)連續(xù)經(jīng)營(yíng)20年的第4 代桉樹(shù)人工林樣地，共選取108 塊樣地。使用手持GPS 儀記錄每個(gè)采樣點(diǎn)的位置，同時(shí)記錄該樣點(diǎn)的海拔、坡向、坡度。種植區(qū)的年均降水量信息由林場(chǎng)檢測(cè)站提供。

每塊樣地大小均為20 m×30 m，對(duì)每塊樣地內(nèi)的苗木進(jìn)行每木檢尺，記錄胸徑、樹(shù)高和株數(shù)，用以計(jì)算林木的材積量。在每個(gè)樣地內(nèi)使用“S”形取樣法采取5 個(gè)重復(fù)，采樣時(shí)去除土壤表層0～5 cm 的腐殖質(zhì)層，采樣深度為0～20 cm，將5個(gè)土樣充分混合均勻，之后再使用四分法篩取1 kg土壤裝入布袋用于理化性質(zhì)和酶活性的測(cè)定，取500 g 土壤樣品放入自封袋，保存于冰盒中，用于測(cè)定土壤樣品的微生物性質(zhì)。同時(shí)在每個(gè)樣地內(nèi)相對(duì)平坦的地方使用體積為200 cm3的環(huán)刀取3個(gè)樣品，用以測(cè)定土壤的物理性質(zhì)。返回實(shí)驗(yàn)室后將布袋內(nèi)的土壤樣品放入干盤(pán)內(nèi)置于通風(fēng)處室溫下風(fēng)干，待完全風(fēng)干后分成4 份分別充分研磨過(guò)2、1、0.25 和0.149 mm 的尼龍篩，用以測(cè)定土壤的化學(xué)性質(zhì)和酶活性。

2.2 土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)測(cè)定

對(duì)于土壤的物理性質(zhì)，容重使用環(huán)刀法計(jì)算[20]；毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙以及持水量使用稱重法進(jìn)行測(cè)定計(jì)算[21]。

對(duì)于土壤的化學(xué)性質(zhì)，pH 使用電位法[22]進(jìn)行測(cè)定；有機(jī)碳使用濃硫酸-重鉻酸鉀氧化外熱法進(jìn)行測(cè)定[23]；全氮使用凱氏定氮法[24]，使用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200 WestCo Scientific instruments,Brookfield,CT,USA）測(cè)定；全磷、全鉀使用氫氧化鈉熔融法[25]，全磷使用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200）進(jìn)行測(cè)定，全鉀使用火焰光度計(jì)測(cè)定[26]；硝態(tài)氮使用酚二磺酸比色法[27]，氨氮使用水楊酸－次氯酸鹽比色法[28]，在全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200）中進(jìn)行測(cè)定；有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅和有效鋅使用Mehlich 3 浸提法進(jìn)行前處理[29]，有效磷使用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200）測(cè)定，速效鉀使用火焰光度計(jì)測(cè)定，有效鈣、有效鎂、有效鐵、有效錳、有效銅和有效鋅在原子吸收分光光度計(jì)下測(cè)定[30-31]；有效硫、有效硼使用水浴加熱法[32-33]，在全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200）中測(cè)定。

2.3 土壤酶活性及微生物生物量測(cè)定

過(guò)氧化氫酶活性（CAT）依據(jù)高錳酸鉀滴定法[34]，使用電位滴定儀進(jìn)行測(cè)定；脲酶活性（URE）依據(jù)苯酚鈉-次氯酸鈉比色法[35]，使用分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定；酸性磷酸酶（ACP）依據(jù)磷酸苯二鈉比色法[36]，使用分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定；蔗糖酶（INV）依據(jù)3,5－二硝基水楊酸比色法[37]，使用分光光度計(jì)測(cè)定。

微生物生物量碳、氮、磷（MBC、MBN、MBP）均使用氯仿-熏蒸浸提法[38]，每個(gè)樣品均設(shè)置無(wú)機(jī)質(zhì)對(duì)照試驗(yàn)，微生物生物量磷另外設(shè)置回收率對(duì)照組；其中微生物生物量碳使用分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，微生物生物量氮、磷使用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（Smartchem 200）進(jìn)行測(cè)定。

2.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重通過(guò)SPSS 方差分析結(jié)果的公因子方差值確定。指標(biāo)的隸屬度值通過(guò)隸屬度分析計(jì)算[39]，使用隸屬度函數(shù)（公式1-3）將指標(biāo)歸一化為0.1～1 之間的數(shù)值，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與土壤質(zhì)量變異的正負(fù)相關(guān)性來(lái)確定函數(shù)類型。函數(shù)分為3 種類型：戒上型函數(shù)（含量越多越好）、戒下型函數(shù)（含量越少越好）和梯形函數(shù)（含量在適當(dāng)范圍內(nèi)最好）。在對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分和加權(quán)后，使用Arun Jyoti等[40]的土壤肥力質(zhì)量方程（公式4）計(jì)算SQI。

戒上型函數(shù)：

戒下型函數(shù)：

梯形函數(shù)：

式中：i為評(píng)價(jià)指標(biāo)，Wi為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，Si為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的隸屬度值。

2.5 林木材積量

通過(guò)對(duì)林木胸徑樹(shù)高的測(cè)量[41]，用林木的材積來(lái)代表材積量指標(biāo)。計(jì)算比較3 處種植區(qū)內(nèi)108個(gè)樣地的林木年均材積量（公式5）。

2.6 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)整理使用Excel (version 2019,Microsoft Inc.2019)軟件，主成分分析、方差分析、皮爾遜相關(guān)性分析和回歸分析使用SPSS（version 22.0，SPSS Inc.2018）軟件，使用冗余分析Redundancy Analysis（RDA）軟件來(lái)分析立地因子對(duì)物理、化學(xué)、生物和全指標(biāo)的影響[42]。隨機(jī)森林模型用于篩選影響SQI 和材積量的顯著性指標(biāo)。冗余分析和隨機(jī)森林模型分別使用R 語(yǔ)言（version 4.0）中的“vegan”，和“random Forest”包進(jìn)行分析。利用AMOS 軟件（version 4.0）構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型來(lái)評(píng)估立地因子對(duì)SQI 和桉樹(shù)人工林材積的直接和間接影響。做圖使用Origin 8.9.0（version 2021 edu，Origin Inc.2021）軟件。當(dāng)方差分析結(jié)果顯著時(shí)，使用LSD 檢驗(yàn)來(lái)確定差異的顯著性；試驗(yàn)在顯著性水平為0.05 或0.01 進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同區(qū)域的土壤理化生性質(zhì)

分析結(jié)果表明，3 個(gè)種植區(qū)之間的大部分土壤理化生性質(zhì)有顯著差異（表2）。除容重外的物理性質(zhì)在3 個(gè)區(qū)域中均具有顯著差異，Region 2 的飽和持水量（SWH）顯著高于其余兩個(gè)區(qū)域（P＜0.05）。黏粒（Clay）和粉粒（Silt）含量在3 個(gè)區(qū)域中具有極顯著差異（P＜0.01），Clay在Region 1 中最高，而Silt 在Region 2 中最高；沙粒含量（Sand）在Region 3 中最高，顯著高于其余兩個(gè)區(qū)域（P＜0.05）。在化學(xué)性質(zhì)中，除pH 值、全磷和有效硼外，各項(xiàng)指標(biāo)在3 個(gè)區(qū)域中均具有顯著差異。Region 1 和Region 3 的有機(jī)碳顯著高于Region 2（P＜0.05），而Region 2 的全氮、全鉀、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀都顯著高于其余兩個(gè)區(qū)域（P＜0.05）。Region 3 中的氨氮和有效鈣含量顯著高于Region 1 和Region 2（P＜0.05）。有效鎂、有效鐵和有效錳含量在3 個(gè)區(qū)域中具有極顯著差異（P＜0.01），且都為Region 1 最高；其中Region 2 的有效鎂、有效鐵高于Region 3（P＜0.05），而Region 3 的有效錳高于Region 2（P＜0.05）。有效鋅在Region 1 中最高，在Region 2 中最低（P＜0.05）。Region 2 和Region 3 的有效硫顯著高于Region 1（P＜0.05）。

表2 方差分析Table 2 Analysis of variance

在微生物生物量和酶活性指標(biāo)中，微生物生物量碳和微生物生物量磷在3 個(gè)區(qū)域之間具有極顯著差異（P＜0.01），微生物生物量碳在Region 3最高，Region 1 最低，微生物生物量磷在Region 2中最高，Region 3 中最低。微生物生物量氮、過(guò)氧化氫酶活性、酸性磷酸酶活性、蔗糖酶活性在3 個(gè)區(qū)域之間具有顯著差異（P＜0.05）。Region 2 的過(guò)氧化氫酶活性顯著高于其余兩個(gè)區(qū)域；Region 3的酸性磷酸酶和蔗糖酶活性顯著高于其余兩個(gè)區(qū)域（P＜0.05），而Region 1 的微生物生物量氮最高（27.76 mg·kg-1）。

3.2 立地因子對(duì)土壤特性的影響

冗余分析分析結(jié)果表明，在4 個(gè)立地因子指標(biāo)中，海拔和坡度無(wú)論是對(duì)物理性質(zhì)（圖1a），化學(xué)性質(zhì)（圖1b），生物性質(zhì)（圖1c）還是總體因子（圖1d），它們始終是顯著影響桉樹(shù)人工林土壤特性的立地因子（P＜0.01，圖1）。其中在物理性質(zhì)中，RDA1 和RDA2 分別解釋了總體變異的11.19%和0.3%，海拔、坡度和降水量在軸1上對(duì)總體的物理因子有顯著影響（圖1a）。在化學(xué)性質(zhì)中，RDA1 和RDA2 分別解釋了整體變異的19.84%和1.07%，海拔和坡度仍然是顯著影響化學(xué)性質(zhì)的重要立地因子（p＜0.05），此時(shí)降水量和坡度對(duì)其的影響并不顯著（圖1b）。對(duì)生物因子而言，軸1 和軸2 的解釋率分別為17.5%和2.7%，海拔和坡度仍然是主要的影響因子（圖1c）?？傮w而言，RDA1 和RDA2 的解釋率分別為25.39%和1.79%，而坡度和海拔對(duì)總體土壤特性的影響遠(yuǎn)高于降水量和坡向（圖1d）。

圖1 冗余分析揭示立地因子對(duì)物理（a）、化學(xué)（b）、生物（c）和總體因子（d）的影響Fig.1 Redundancy analysis revealed the effects of site factors on physical (a),chemical (b),biological (c) and all (d) factors

3.3 桉樹(shù)人工林土壤肥力質(zhì)量及材積

因子分子結(jié)果顯示SQI 和桉樹(shù)林木材積在3個(gè)區(qū)域中均呈現(xiàn)出顯著差異（圖2a—b）。對(duì)30個(gè)土壤指標(biāo)進(jìn)行因子分析，得出各指標(biāo)的公因子方差及隸屬度權(quán)重（表3），用以計(jì)算SQI。其中，SQI 平均值由高到低的排序?yàn)镽egion 1（0.499）＞Region 2（0.387）＞Region 3（0.350）（圖2a）。此外，桉樹(shù)人工林的材積也表現(xiàn)為，Region 1（2.428）顯著高于Region 2（2.337）和Region 3（2.045）（圖2b）。對(duì)SQI 和材積量進(jìn)行線性擬合分析，發(fā)現(xiàn)在3 個(gè)不同的區(qū)域以及總體樣點(diǎn)中兩者均具有極顯著相關(guān)關(guān)系（R2=0.624～0.801，P＜0.001，圖2c）。這表明材積量受SQI 影響顯著，提高SQI 可有效提高桉樹(shù)人工林的材積量（圖2）。

表3 指標(biāo)權(quán)重表Table 3 The weighting table of indicators

圖2 3 個(gè)種植區(qū)的SQI（a）和林木材積（b）以及他們之間的相關(guān)性（c）Fig.2 SQI and volume of trees in the three planting regions and their correlation

3.4 立地因子對(duì)桉樹(shù)人工林土壤質(zhì)量和材積量的影響

在對(duì)立地因子與SQI（圖3a）和材積量（圖3b）的相關(guān)性分析中，發(fā)現(xiàn)4 個(gè)立地因子與SQI均呈顯著負(fù)向相關(guān)，但對(duì)材積量影響顯著的只有海拔、坡度和坡向，降水量因子影響不顯著（圖3）。在立地因子與SQI 的相關(guān)性分析中，海拔和坡度與總SQI 呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）總體的R2分別為0.898 和0.971。降水量與SQI 的關(guān)系表現(xiàn)出顯著相關(guān)（R2=0.2，P＜0.05）（圖3a）。此外，種植于南坡的桉樹(shù)人工林的土壤質(zhì)量均顯著高于東、西和北坡（P＜0.05）。就立地因子與材積量的相關(guān)性分析而言（圖3b），材積量與海拔和坡度因子呈極顯著負(fù)向相關(guān)性（P＜0.01），與總體材積的R2分別為0.652 和0.679。值得注意的是降水量因子與材積量的相關(guān)性并不顯著R2僅有0.021。此外，與SQI 的結(jié)果相同，南坡的桉樹(shù)人工林的材積量顯著高于其他坡向（P＜0.05）。

圖3 立地因子指標(biāo)對(duì)桉樹(shù)人工林SQI (a)和材積(b)的影響Fig.3 Effects of site factors on SQI (a) and volume (b) of Eucalyptus Plantations

續(xù)圖3Continuation of Fig.3

總體而言海拔和坡度和坡向是共同影響SQI和材積的立地因子。在不同種植區(qū)域內(nèi)比較各立地因子與SQI 和材積量相關(guān)性發(fā)現(xiàn)海拔因子對(duì)Region 1 的SQI 影響最為顯著（R2=0.856），其次分別是Region 2（R2=0.840）、Region 3（R2=0.828），但對(duì)材積量的影響顯著性為Region 3＞Region 2＞Region 1。坡度對(duì)SQI 影響顯著性由大到小為Region 3＞Region 1＞Region 2，對(duì)材積量為Region 3＞Region 2＞Region 1。

3.5 隨機(jī)森林和結(jié)構(gòu)方程模型

通過(guò)隨機(jī)森林分析，篩選出顯著共同影響SQI和材積的土壤理化生指標(biāo)分別為4 項(xiàng)物理指標(biāo)（土壤容重，總孔隙度，粉粒含量和飽和持水量），7 項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)（全氮、全磷、有效磷、有效鐵、有效銅、有機(jī)碳和速效鉀）和兩項(xiàng)生物指標(biāo)（微生物生物量磷和氮）（圖4）。根據(jù)以上結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)無(wú)論是對(duì)土壤特性還是SQI 和材積，海拔和坡度均是影響他們的主要立地因子，故選擇海拔和坡度以及根據(jù)隨機(jī)森林篩選出影響SQI 和材積的共同土壤特性構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型以揭示海拔和坡度影響SQI 和材積的機(jī)制。在結(jié)構(gòu)方程模型中（圖5），線條越粗表示影響程度越大，紅色表示負(fù)影響，黑色表示正影響，虛線表示影響不顯著。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海拔主要是通過(guò)對(duì)物理性質(zhì)的正向影響（路徑系數(shù)=0.453）和對(duì)化學(xué)（路徑系數(shù)=-0.665）和生物因子（路徑系數(shù)=-0.618）的直接負(fù)向影響間接對(duì)SQI 和材積產(chǎn)生顯著的負(fù)向效應(yīng)。坡度主要通過(guò)對(duì)物理性質(zhì)（路徑系數(shù)=-0.708）和化學(xué)性質(zhì)（路徑系數(shù)=-0.181）的負(fù)向影響，特別是物理性質(zhì)從而間接地負(fù)向影響SQI 和材積。其中物理、化學(xué)和生物因子中受海拔和坡度影響最大的分別是飽和持水量（載荷值=0.880）、全磷（載荷值=0.789）和微生物生物量磷（載荷值=0.850）。此外可以看到，土壤物理化學(xué)和生物因子均表現(xiàn)出與SQI 和材積的正向關(guān)系（除了容重）路徑系數(shù)的范圍在0.102～0.753 之間。值得注意的是化學(xué)性質(zhì)對(duì)SQI 和材積的影響最大。

圖4 隨機(jī)森林模型揭示物理、化學(xué)和生物指標(biāo)對(duì)桉樹(shù)人工林土壤質(zhì)量（a）和材積（b）的影響Fig.4 Random forest model revealed the effects of physical,chemical and biological indicators on soil quality (a) and volume (b) of Eucalyptus Plantations

圖5 結(jié)構(gòu)方程模型Fig.5 Structural equation model

4 討 論

4.1 立地因子與土壤特性以及SQI 和材積量的關(guān)系

位于不同種植區(qū)域的桉樹(shù)人工林大部分物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)具有顯著差異，暗示了立地因子的不同將會(huì)造成土壤特性的極大差異從而影響土壤質(zhì)量和林木的生長(zhǎng)[43]。發(fā)現(xiàn)立地因子中的海拔和坡度無(wú)論對(duì)土壤的物理、化學(xué)還是生物性質(zhì)都有顯著的影響，這與先前的很多研究結(jié)果一致[44-45]。此外，通過(guò)對(duì)4 個(gè)立地因子與SQI 的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨著海拔和坡度的增大SQI 和材積量都顯著減小。還發(fā)現(xiàn)平均海拔和平均坡度最小的Region 1 SQI 和材積顯著高于其他兩個(gè)區(qū)域。這些研究結(jié)果均表明，海拔和坡度的增加均會(huì)導(dǎo)致桉樹(shù)人工林SQI 的下降和材積量的減少。造成此結(jié)果的原因可能是桉樹(shù)喜熱不耐寒，海拔升高增加了桉樹(shù)遭受凍害的可能性，不僅抑制了桉樹(shù)的生長(zhǎng)[46-47]，更降低了存活率。另一方面，桉樹(shù)屬深根性樹(shù)種[48]，坡度的增大加劇了水土流失，雨水沖刷在降低土壤養(yǎng)分含量的同時(shí)降低土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)桉樹(shù)的生長(zhǎng)十分不利。王浮霞等[49]的研究也發(fā)現(xiàn)在低海拔地區(qū)落葉松的生長(zhǎng)量顯著高于中、高海拔地區(qū)，但是王勇等[50]的研究卻得出相反的結(jié)果，這可能是因?yàn)樗麄冞€同時(shí)分析了密度因子的變化，本研究沒(méi)有考慮密度因子。此外，與筆者的假設(shè)略有不同的是發(fā)現(xiàn)桉樹(shù)人工林的SQI 和降水量有顯著的負(fù)相關(guān)性，但是與材積的相關(guān)性不顯著。降水量的增大會(huì)加劇水土流失從而帶走土壤大量的養(yǎng)分，降低土壤質(zhì)量[51]。而對(duì)材積的影響不顯著，很有可能是因?yàn)槠渌牧⒌匾蜃訉?duì)材積的顯著影響掩蓋了降水量的影響。比如在每個(gè)區(qū)域中都調(diào)查了4 個(gè)不同坡向的土壤，發(fā)現(xiàn)坡向?qū)ν寥蕾|(zhì)量和材積都是具有顯著影響的。作為喜光的強(qiáng)陽(yáng)性樹(shù)種，南坡的SQI 和材積均顯著大于其他坡向，而北坡的SQI 和材積均是最低，北坡的光照強(qiáng)度和時(shí)長(zhǎng)都顯著低于其余坡向，光照不足的同時(shí)導(dǎo)致了熱量虧缺，抑制了桉樹(shù)人工林的生長(zhǎng)[52]。

4.2 立地因子影響土壤質(zhì)量和材積量的機(jī)制

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海拔主要是通過(guò)對(duì)化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)的顯著負(fù)向影響從而對(duì)SQI 和材積量造成顯著間接負(fù)向影響的，造成這一現(xiàn)象的原因可能是溫度隨海拔升高而降低[53]，抑制了微生物活動(dòng)和酶活性[54]，微生物活動(dòng)減少進(jìn)而導(dǎo)致土壤化學(xué)性質(zhì)中養(yǎng)分元素的轉(zhuǎn)化過(guò)程受限，致使SQI下降制約林木的生長(zhǎng)，導(dǎo)致材積量的降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)坡度主要是對(duì)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著的負(fù)向影響，如對(duì)土壤的總孔隙度、飽和持水量、有效態(tài)養(yǎng)分元素含量有顯著負(fù)向影響，這可能是由于坡度增大加劇了水土流失[55]，雨水沖刷改變了土壤的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也加大了地表徑流，土壤中的有效態(tài)養(yǎng)分元素隨水流被帶走，導(dǎo)致了SQI 的下降。此外還發(fā)現(xiàn)，化學(xué)性質(zhì)中的全磷以及生物因子中的微生物生物量磷是受到海拔和坡度影響最大的因子，符合廣西大部分地區(qū)的土壤基本都表現(xiàn)出缺磷的情況[56]，所以磷元素很有可能是制約桉樹(shù)人工林生長(zhǎng)的主要因子之一，且受海拔和坡度的影響極大。海拔和坡度因子可以對(duì)SQI 和材積量造成直接的負(fù)向影響也可以通過(guò)土壤的理化生性質(zhì)對(duì)SQI 和材積造成間接的負(fù)向影響，這表明立地因子對(duì)桉樹(shù)人工林材積量的影響機(jī)制是復(fù)雜的，在后續(xù)的研究和種植經(jīng)營(yíng)中需要綜合考慮立地因子的直接和間接影響。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)3 個(gè)種植區(qū)域內(nèi)立地因子、土壤理化生性質(zhì)、SQI 和材積量的分析，在海拔、坡度、坡向、降水量4 個(gè)立地因子中，對(duì)桉樹(shù)人工林土壤理化生性質(zhì)、SQI 和材積量同時(shí)具有顯著影響的立地因子是海拔和坡度。其中，海拔通過(guò)影響土壤的化學(xué)、生物性質(zhì)影響SQI，坡度則是主要通過(guò)影響土壤的物理性質(zhì)對(duì)SQI 和材積造成間接影響。這一結(jié)論為廣西桉樹(shù)人工林種植區(qū)域的選擇提供了科學(xué)依據(jù)：應(yīng)優(yōu)先選擇低海拔、低坡度的區(qū)域作為桉樹(shù)人工林的種植區(qū)，其次盡量選擇南坡向或東、西坡向進(jìn)行種植，避免在北坡種植，這樣可以最大限度保證種植區(qū)的土壤質(zhì)量，同時(shí)有效提高桉樹(shù)人工林的材積量，增加產(chǎn)量。