3種密度鄧恩桉人工林凋落物貯量與土壤有機(jī)質(zhì)的研究

王志超，杜阿朋，趙知淵，吳志華，陳少雄

（國(guó)家林業(yè)局 桉樹(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東 湛江 524022）

3種密度鄧恩桉人工林凋落物貯量與土壤有機(jī)質(zhì)的研究

王志超，杜阿朋，趙知淵，吳志華，陳少雄

（國(guó)家林業(yè)局 桉樹(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，廣東 湛江 524022）

以廣西黃冕林場(chǎng)10年生鄧恩桉的3種不同密度1 250、1 666和2 000株/hm2的人工林為研究對(duì)象，分析了其林分生長(zhǎng)特征、凋落物貯量、土壤有機(jī)質(zhì)含量及pH值。結(jié)果表明，2 000株/hm2密度的林分平均胸徑和樹(shù)高顯著較?。≒＜0.05），但土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他兩種密度林分，而凋落物貯量3種密度間差異并未達(dá)到顯著水平。在土壤垂直方向上，隨著土層的加深土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，而pH值呈上升趨勢(shì)，同時(shí)密度對(duì)土壤pH值也有著顯著的影響。因此，考慮到林分的蓄積量和人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)，2 000株/hm2這一密度要優(yōu)于另外兩種密度。

鄧恩桉人工林；種植密度；凋落物貯量；土壤有機(jī)質(zhì)

鄧恩桉Eucalyptus dunnii Maiden是桉樹(shù)屬的雙蒴蓋亞屬、藍(lán)桉組多枝桉系。樹(shù)體偏大，樹(shù)干通直，木材密度較大，纖維長(zhǎng)，是重要的紙漿原料，并且其耐寒能力強(qiáng)，在較寒地區(qū)也可以大量種植，頗受巴西、阿根廷和南非的高海拔地區(qū)的歡迎，是桉樹(shù)中耐寒的良種[1]。

凋落物作為地上生態(tài)系統(tǒng)及地下生態(tài)系統(tǒng)的耦合部分，是生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[2]，它不僅具有水源涵養(yǎng)能力、養(yǎng)分供應(yīng)能力、促進(jìn)土壤生物活動(dòng)強(qiáng)度、改善森林土壤結(jié)構(gòu)等重要作用，而且還能起到減小雨滴功能，增強(qiáng)滲透能力，提高地表粗糙程度，降低地表徑流等。此外，在提高森林生產(chǎn)力、能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)和水量平衡等方面，凋落物及枯枝落葉層也具有重要的意義[3]。凋落物同時(shí)還是土壤有機(jī)質(zhì)的最主要的來(lái)源之一，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，土壤的物理、化學(xué)、生物等許多屬性都直接或間接地與有機(jī)質(zhì)的存在有關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)是最重要的土壤肥力成分[4]，因此在一定范圍內(nèi)，土壤中有機(jī)質(zhì)(主要指腐殖質(zhì))含量多，土壤的肥力就相對(duì)較高，反之，土壤的肥力就低[5-6]。國(guó)外對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的研究極為活躍，主要集中在有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)、生化分析、有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性等方面的研究[7-11]。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)于改善土壤理化性質(zhì)和動(dòng)植物生境都具有重要的意義。

本研究調(diào)查了廣西3種不同密度鄧恩桉人工林（10 a生）的生長(zhǎng)特征、凋落物貯量與土壤有機(jī)質(zhì)及pH值，對(duì)比分析了其在不同密度效應(yīng)下的差異特征，為密度效應(yīng)下桉樹(shù)生長(zhǎng)和養(yǎng)分循環(huán)提供數(shù)據(jù)支持，也為提出科學(xué)經(jīng)營(yíng)桉樹(shù)人工林的技術(shù)措施與栽培經(jīng)營(yíng)模式，為桉樹(shù)人工林及其產(chǎn)業(yè)的健康順利發(fā)展提供技術(shù)和理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選在廣西壯族自治區(qū)國(guó)有黃冕林場(chǎng)白墳試驗(yàn)林地，地理位置位于 24°44′46″N，109°51′27″E，海拔 218 m。廣西黃冕林場(chǎng)位于廣西壯族自治區(qū)鹿寨縣黃冕鄉(xiāng)和永?？h廣福鄉(xiāng)境內(nèi)，地處中亞熱帶與南亞熱帶的過(guò)渡地帶，屬于天平山支脈和駕橋嶺南麓支脈，多為丘陵和低山地貌，最高海拔達(dá)895.9 m。1 年中光照充足，水熱同季，冬夏干濕明顯，平均氣溫19～20 ℃，極端低溫-1.5℃，極端高溫39.4℃，一般年份有輕微霜凍；年平均降雨量1 750～2 000 mm，降雨量集中在4～8月，越往北降雨量越豐富，年均蒸發(fā)量1 426～1 650 mm，為水分充足區(qū)。林場(chǎng)林地土壤主要以砂巖、砂頁(yè)發(fā)育而成的紅壤、山地黃紅壤為主，土壤肥力中等，pH值一般在3～5之間，適宜馬尾松、杉木和各種闊葉林樹(shù)種生長(zhǎng)。

2 研究方法

2.1 林分生長(zhǎng)特征的調(diào)查

2.1.1 樣地設(shè)置

調(diào)查樣地選址在廣西壯族自治區(qū)國(guó)有黃冕林場(chǎng)白墳試驗(yàn)林地，造林時(shí)間為2002年，分別在3種不同密度1 250、1 666、2 000株/hm2的鄧恩桉人工林中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，每個(gè)密度選擇3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地20 m×20 m。

2.1.2 林分調(diào)查

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地的鄧恩桉樣樹(shù)進(jìn)行每木檢尺，記錄胸徑、樹(shù)高和冠幅。

表1 鄧恩桉人工林樣地基本情況Table 1 Basic situation of E. dunnii plantation samples

2.2 凋落物貯量調(diào)查

在每種密度林地設(shè)1 m×1 m的小樣方3個(gè)，每個(gè)樣方分別采集未分解及半分解凋落物兩層，收集凋落物量后烘干稱(chēng)重，測(cè)定其貯量。

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)和pH值測(cè)量

在每種密度林地中均勻布點(diǎn)，取土壤剖面6個(gè)，機(jī) 械 分 層（0～ 10 cm、10～ 20 cm、20～ 30 cm、30～40 cm、40～60 cm和60～80 cm）取土樣，帶回室內(nèi)，風(fēng)干。采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，測(cè)量各土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量；pH值采用水土比5︰1的比例，用pH計(jì)測(cè)定。

3 結(jié)果分析

3.1 不同密度鄧恩桉林分生長(zhǎng)特征

對(duì)不同密度鄧恩桉人工林林分生長(zhǎng)特征統(tǒng)計(jì)表明（表2），樹(shù)高、胸徑和冠幅均為2000株/hm2林分樣地顯著性（P＜0.05）較低。其中，林分平均樹(shù)高不同密度鄧恩桉人工林表現(xiàn)為：1 250株/hm2(15.3 m)＞1 666株/hm2(15.0 m)＞2 000株/hm2(12.9 m)；林分平均胸徑不同密度鄧恩桉人工林表現(xiàn)為：1 666株/hm2(15.6 cm)＞1 250株/hm2(14.2 cm)＞2 000株/hm2(11.9 cm)。冠幅、枝下高和樹(shù)皮厚不同密度間并無(wú)顯著差異。從表2中還可以看出，林分密度對(duì)于單株材積、林分平均胸徑和平均樹(shù)高有著很大的影響，且隨著密度的增加都有著減小的趨勢(shì)。但對(duì)于整個(gè)林分的蓄積量還與株數(shù)密度有關(guān)，還要進(jìn)一步測(cè)量。

表2 不同密度鄧恩桉林分生長(zhǎng)特征Table 2 Stand growth characteristics of E. dunnii with different densities

3.2 凋落物貯量變化

對(duì)于不同密度鄧恩桉林分凋落物貯量（表3），隨著林分密度增加，鄧恩桉林下凋落物未分解層和半分解層的厚度均呈減小趨勢(shì)，但差異不顯著；3個(gè)密度鄧恩桉林下凋落物未分解層的貯量差異不明顯，而密度為2000株/hm2鄧恩桉林下半分解層顯著較?。≒＜0.05），林下凋落物總貯量不同密度鄧恩桉林分表現(xiàn)為：1666株/hm2(19.6 t·hm-2) ＞ 1 250株 /hm2(18.7 t·hm-2) ＞ 2000 株 /hm2(18.5 t·hm-2)。

表3 `不同密度鄧恩桉林分凋落物貯量?Table 3 Litter storage capacity of E. dunnii with different planting density

3.3 土壤pH值和有機(jī)質(zhì)

3.3.1 各密度各土層土壤pH值

我國(guó)南方土壤多是酸性土壤，這是與南方的氣候密切相關(guān)的，該試驗(yàn)地區(qū)的土壤pH值處在3～5之間，而且不同密度相同土層間的pH值差異性也達(dá)到了顯著水平，因此，地上植被的密度的大小對(duì)土壤的酸堿度也有著一定影響，原因可能是由于根系密度不同，分泌物量不同導(dǎo)致的。對(duì)于同一密度不同土層間的pH值差異性也達(dá)到了顯著水平，并且隨著土層的加深pH呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)（表4）。

表4 不同密度各土層鄧恩桉人工林土壤pH值?Table 4 The soil pH values of E. dunnii with different planting density in different soil layers

3.3.2 不同密度相同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量

3種不同密度鄧恩桉人工林土壤各層有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果（表5）顯示，不同密度的鄧恩桉人工林相同土層有機(jī)質(zhì)含量差異性較大，達(dá)到了顯著的水平（P＜0.05），整體來(lái)看，0～80cm土層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量在3個(gè)密度鄧恩桉人工林地內(nèi)表現(xiàn)為：高密度（13.08 g/kg）＞中等密度（10.31 g/kg）＞低密度（10.11 g/kg），這可能是由于林地根系密度差異造成的。

表5 不同密度同一土層鄧恩桉人工林土壤有機(jī)質(zhì)含量Table 5 Soil organic matter contents in different density and same horizon soil of E. dunnii plantation

3.3.3 相同密度不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量

同一密度的6個(gè)土層間的有機(jī)質(zhì)含量差異性都達(dá)到了顯著水平，3個(gè)密度下的鄧恩桉林地所測(cè)6個(gè)土層的有機(jī)質(zhì)含量均隨土層深度加深而減少（如圖1）。根據(jù)不同肥力等級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)：高肥力地＞1%、中等肥力地0.6～1%、低肥力地＜0.6%。由此可見(jiàn)，0～40 cm的深度土壤有機(jī)質(zhì)處在中等肥力以上，40 cm深度以下，有機(jī)質(zhì)含量較少，肥力低下?？傮w來(lái)看，該試驗(yàn)地區(qū)的平均土壤有機(jī)質(zhì)含量處于10～15 g/kg，屬中等肥力地區(qū)以上。

4 結(jié)論與討論

(1) 本研究結(jié)果表明，3種不同密度鄧恩桉人工林的林分平均樹(shù)高及胸徑差異性均達(dá)到了顯著水平，其中均是密度最大的平均樹(shù)高及胸徑最小。在一定的密度范圍內(nèi)對(duì)于10年生人工林林分各密度處理間林分平均胸徑和林分平均高隨密度增大而減小[12-14]。這一結(jié)論無(wú)論是在桉樹(shù)，還是在其他的許多樹(shù)種如：尾巨桉[14]、濕地松[15]、尾葉桉[16]、杉木[17]、相思[18]等中也得到了相似的結(jié)論。但對(duì)于整個(gè)林分的的蓄積量來(lái)講，林分的蓄積量取決于其立木單株材積和株數(shù)密度兩個(gè)因子[19]。因此，并不是單株材積越大越好，也不是密度越大越好。而是要根據(jù)兩個(gè)因子，確定適宜的密度。因此，對(duì)于鄧恩桉人工林的適宜密度，要根據(jù)不同的目的同時(shí)結(jié)合其他相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行確定。

(2) 對(duì)于凋落物的貯量，結(jié)果表明3種不同密度鄧恩桉人工林林下凋落物貯量，隨著密度的增大，凋落物未分解層和半分解層的厚度均呈減小趨勢(shì)，而對(duì)于林下凋落物總貯量，1 666株/hm2最高，2 000株/hm2的最小。林木凋落物的數(shù)量取決于樹(shù)種本身的生物學(xué)特性和外界環(huán)境的影響[20]，密度對(duì)林地凋落物的影響主要在于自然整枝及郁閉度方面，因此適宜的密度有利于提高林下凋落物的貯量，從而提高養(yǎng)分歸還量、維持地力和改善土壤結(jié)構(gòu)。凋落物還是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源之一，因此很多國(guó)外與此相關(guān)的研究工作也相當(dāng)?shù)幕钴S[21]。

(3)土壤pH值是反映土壤緩沖化學(xué)改良能力的重要指標(biāo)[22]。3種密度土壤pH值均處于3～5之間，同一密度下，土壤pH值隨土層的加深而增大，且差異達(dá)到了顯著水平。不同密度相同土層間pH值也存在著很大的差異，這說(shuō)明，鄧恩桉人工林不同密度對(duì)土壤的酸堿度也有著影響，原因可能與根系分泌物有關(guān)。

(4)鄧恩桉人工林中，林分密度通過(guò)改變光照、土壤微環(huán)境等影響土壤有機(jī)質(zhì)的輸入和輸出（如凋落物量及其分解速率、林木對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸收消耗等），從而影響土壤有機(jī)質(zhì)含量。此次研究的土壤有機(jī)質(zhì)含量，3種不同密度鄧恩桉人工林地土壤差異性均達(dá)到了顯著性水平，其中密度為2 000株/hm2有機(jī)質(zhì)含量最高，1 250株/hm2的有機(jī)質(zhì)含量最小。同一密度下的不同土層間有機(jī)質(zhì)的含量差異也達(dá)到了顯著性水平，而且隨著土層的加深，有機(jī)質(zhì)含量逐漸減少，國(guó)內(nèi)有很多的研究也得到了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論[23-24]。土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源有凋落物的分解、根系分泌物和其他的代謝產(chǎn)物，此次試驗(yàn)的結(jié)論密度為2 000株/hm2的有機(jī)質(zhì)含量明顯的高于其他兩種密度，除去凋落物的影響外，很大程度上可能與土壤內(nèi)根系的分布密度有關(guān)，根系分泌物是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源之一，高密度人工林土壤內(nèi)根系密度最大，因此根系的分泌物較多，土壤有機(jī)質(zhì)含量大于其他兩種密度。當(dāng)然并不是說(shuō)密度越大越好，還要考慮其他的影響因素。本次試驗(yàn)的3種密度中，2 000株/hm2這一密度更有利于該地區(qū)桉樹(shù)人工林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

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圖1 相同密度不同土層鄧恩桉人工林土壤有機(jī)質(zhì)含量Fig.1 Soil organic matter contents in same density and different horizon soil of E. dunnii plantation

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Effects of stand density differences on litter storage capacity and soil organic matter of Eucalyptus dunnii plantations

WANG Zhi-chao, DU A-peng, ZHAO Zhi-yuan, WU Zhi-hua, CHEN Shao-xiong
(China Eucalypt Research Centre, State Administration of Forestry, Zhanjiang 524022, Guangdong, China)

By taking the ten-year-old Eucalyptus dunnii plantations with three stand density (1 250, 1 666, 2 000 plants/hm2) in Huangmian Forest Farm in Guangxi province as the studying objects, the stands’ forest growth characteristics, litter storage capacity,soil organic matter content and soil pH value were investigated. The results show that the tree height and diameter with 2 000 plants/hm2stand density were significantly lower (P＜0.05) than others among different stand density E.dunnii plantations; But the contents of soil organic matter with 2 000 plants/hm2stand density were significantly higher than that of other two kinds of stand density, and the litter storage capacity among three kinds of density differences did not reach significant level; In the soil vertical direction, along with the depth deepens adown, the soil organic matter content had a descending trend, and pH value showed a ascendant trend; At the same time,the planting density also had a significant effect on the soil pH value. Therefore, considering the stand volume and plantation sustainable management, the density of 2 000 plants/hm2is superior to other two planting densities.

Eucalyptus dunnii; planting densities; litter storage capacity; soil organic matter

S722.7；S725

A

1673-923X(2013)04-0056-05

2012-11-23

林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)“桉樹(shù)生態(tài)經(jīng)營(yíng)及產(chǎn)業(yè)升級(jí)關(guān)鍵技術(shù)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：201104003)；桂科攻“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗桉樹(shù)新品種選育—耐寒桉樹(shù)良種的膠合板無(wú)性系選育技術(shù)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：1123004—3B)

王志超(1988-)，男，碩士研究生，主要從事桉樹(shù)定向培育及生態(tài)經(jīng)營(yíng)等研究；E-mail: wzc2254@163.com

陳少雄(1965-)，男，研究員，主要從事桉樹(shù)培育和土壤研究；E-mail: sxchen01@163.com

[本文編校：歐陽(yáng)欽]