桉樹與格木混交初期土壤理化性質(zhì)的變化

馮嬌銀, 黃昌謀, 施喜元, 黃曉露, 徐圓圓, 楊 梅

(1.廣西國有高峰林場, 南寧 530001; 2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院, 南寧 530001; 3.廣西大學(xué) 林學(xué)院, 南寧 530004)

桉樹與格木混交初期土壤理化性質(zhì)的變化

馮嬌銀1, 黃昌謀1, 施喜元1, 黃曉露2, 徐圓圓3, 楊 梅3

(1.廣西國有高峰林場, 南寧 530001; 2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院, 南寧 530001; 3.廣西大學(xué) 林學(xué)院, 南寧 530004)

以2年生桉樹人工林及桉樹、格木混交林為對(duì)象，對(duì)其造林初期林地土壤理化性質(zhì)的變化進(jìn)行研究，探討其土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與土壤酚類物質(zhì)間的關(guān)系。結(jié)果表明：(1) 兩種林分根區(qū)土壤pH值較小，0—20 cm土壤pH值大于20—40 cm，混交林林間0—20 cm土壤自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度均較桉樹純林大；對(duì)林間20—40 cm土層而言，桉樹×格木混交林容重、總孔隙度、通氣度、排水能力均比桉樹純林大，自然含水率、最大持水量相反。(2) 混交林林間0—20 cm土壤脲酶活性最大，為1.46 mg/(g·h)，脲酶、磷酸酶及多酚氧化酶活性均表現(xiàn)為桉樹根區(qū)大于格木根區(qū)，且較桉樹純林桉樹根區(qū)大。(3) 桉樹純林根區(qū)總酚、復(fù)合酚含量最大，混交林林間0—20 cm水溶酚含量最大，土壤水溶酚含量范圍為0.62～2.04 μg/g。桉樹純林造林初期土壤中酚類物質(zhì)含量較低，未造成土壤酚類物質(zhì)的積累；桉樹與格木混交初期能改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性；土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與酚酸物質(zhì)含量間存在著一定的相關(guān)性。

巨尾桉; 格木; 混交林; 土壤理化性質(zhì); 酚類物質(zhì)

土壤是地球陸地表面能夠生長植物的疏松表層，其中富含生物、能源和礦物等資源，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要組分之一，在其物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面起著重要的作用[1]。土壤酶由土壤微生物和動(dòng)植物活體分泌，參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，可作為衡量土壤肥力的有效指示因子[2-3]，其與土地利用方式、物理化學(xué)性質(zhì)等聯(lián)系緊密，其活性可以反映土壤中生化反應(yīng)過程的動(dòng)向和強(qiáng)度，對(duì)環(huán)境改變靈敏，也可用于指示生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[4-6]。酚類物質(zhì)是植物生命活動(dòng)中的次生代謝產(chǎn)物，能改變土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)形態(tài)及微生物種群分布，對(duì)植物本身或其他植物的生長發(fā)育造成影響[7-8]。酚類物質(zhì)與土壤養(yǎng)分含量及土壤酶活性間存在著互作關(guān)系[9-10]，酚類物質(zhì)在土壤中較難降解，在土壤中積累會(huì)引起植物的化感效應(yīng)；同時(shí)，土壤中的酚類物質(zhì)又是有機(jī)碳的重要組成部分，對(duì)土壤碳氮循環(huán)及其養(yǎng)分的供應(yīng)有重要意義[11]。

桉樹是我國南方重要的速生造林樹種，現(xiàn)階段關(guān)于桉樹種植的爭議較大[12-13]，且對(duì)桉樹化感作用方面的研究不斷增多，研究指出桉樹通過淋溶釋放、凋落物分解和根系分泌能產(chǎn)生酚酸等化感物質(zhì)，這些物質(zhì)能抑制林內(nèi)其他植物和土壤微生物的生長[14-15]。經(jīng)營混交林可解決桉樹人工純林帶來的多種問題，近年來逐漸受到人們重視，混交林凋落物分解速率快，養(yǎng)分富集時(shí)間短，有利于生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)及能量的循環(huán)[16]?，F(xiàn)今關(guān)于桉樹人工純林及混交林土壤養(yǎng)分方面的研究較多[17-19]，但對(duì)桉樹不同類型人工林土壤酚類物質(zhì)及其土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性及酚類物質(zhì)等方面的研究較少。本文以巨尾桉(Eucalyptusgrandis×Eucalyptusurophylla)人工林及桉樹、格木(Erythrophleumfordii)混交林為對(duì)象，對(duì)其造林初期林地土壤理化性質(zhì)的變化進(jìn)行研究，探討其土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與土壤酚類物質(zhì)間的關(guān)系，旨在為選擇桉樹混交樹種及進(jìn)行林地質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于中國林科院熱帶林業(yè)試驗(yàn)中心(21°57′47″—22°19′27″N，106°39′50″—106°59′30″E)，地處廣西西南部，屬南亞熱帶季風(fēng)型半濕潤—濕潤氣候，年均氣溫20.5～21.7℃，年均降雨量1 200～1 500 mm，年均相對(duì)濕度80%～84%，干濕季節(jié)較為明顯。該中心地處低山丘陵區(qū)，最高海拔1 045.9 m。地域內(nèi)土壤主要有紫色土、紅壤、磚紅壤性紅壤、黃壤和石灰土5種類型。巨尾桉人工林第1代純林及巨尾桉×格木混交林林齡均為2 a，均采用植苗造林，巨尾桉×格木混交林中桉樹、格木以1∶1的比例進(jìn)行混交。其林分基本特征見表1。

表1 林分特征

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集 參照《(LY/T1210—1999)森林土壤樣品的采集與制備》進(jìn)行土壤采樣和樣品處理，試驗(yàn)于2010年8月進(jìn)行，在巨尾桉純林、巨尾桉×格木混交林內(nèi)分別設(shè)置3塊20 m×20 m的樣地，分別在各樣地中選擇5株平均木，在距樹干1 m處設(shè)置土壤剖面，按土層深度0—20，20—40 cm兩個(gè)層次分別采取土壤樣品，各土層土壤充分混合后為林間土壤樣品；不同林分內(nèi)分不同樹種進(jìn)行根區(qū)取樣，在不傷害樹木根系的情況下，距樹干20 cm處取0—20 cm層次土壤，將其充分混合后作為根區(qū)土壤樣品。樣品采集后密封于樣品袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過篩等處理，并于4℃下保存。

1.2.2 指標(biāo)的測定及方法 土壤理化性質(zhì)的測定[20]：采用環(huán)刀法測定土壤容重、自然含水率、最大持水量、總孔隙度、通氣度和排水能力。

土壤酶活性的測定[21]：脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測定；酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定；多酚氧化酶采用鄰苯三酚比色法測定。

土壤酚類物質(zhì)含量的測定：總酚含量采用分光光度計(jì)發(fā)測定[22]；水溶酚和復(fù)合酚含量參考譚秀梅等[23]的方法進(jìn)行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并使用DPS對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行LSD多重比較、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種林分土壤理化性質(zhì)

由表2可知，桉樹純林、桉樹×格木混交林林間土壤各層次的pH值均較根區(qū)大，且桉樹純林林間0—20 cm土層土壤的pH值比20—40 cm大，桉樹×格木混交林中桉樹根區(qū)0—20 cm土層土壤的pH值最小，為4.40。不同林分類型不同土層的土壤理化性質(zhì)存在著一定的差異，除容重外，桉樹純林及桉樹×格木混交林林間0—20 cm土層土壤各指標(biāo)均較20—40 cm大，桉樹×格木混交林林間0—20 cm土層土壤自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度均較桉樹純林大，對(duì)林間20—40 cm土層而言，桉樹×格木混交林容重、總孔隙度、通氣度、排水能力均顯著大于桉樹純林，自然含水率、最大持水量相反。

表2 兩種林分土壤理化性質(zhì)

注：不同大寫字母表示在0.01水平上差異顯著；不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著；下表同。

2.2 兩種林分土壤酶活性

如表3所示，桉樹×格木混交林林間0—20 cm土壤脲酶活性最大，為1.46 mg/(g·h)，兩種林分土壤脲酶活性均有林間0—20 cm>林間20—40 cm>根區(qū)0—20 cm規(guī)律。兩種林分不同位置土壤間磷酸酶活性相差較大，桉樹純林林間0—20 cm土壤中磷酸酶活性最大，為56.31 μg/(g·h)，較桉樹×格木混交林大45.39%，桉樹純林的土壤酸性磷酸酶活性表現(xiàn)為林間0—20 cm>林間20—40 cm>根區(qū)0—20 cm，混交林中表現(xiàn)為林間0—20 cm>根區(qū)0—20 cm>林間20—40 cm；混交林中桉樹根區(qū)土壤磷酸酶活性較格木根區(qū)大37.04%，較桉樹純林桉樹根區(qū)大78.08%。桉樹純林林間0—20 cm土壤中多酚氧化酶活性極顯著大于其他林地位置土壤，1.06 mg/(g·h)，桉樹純林土壤酸性多酚氧化酶活性大小為林間0—20 cm>林間20—40 cm>根區(qū)0—20 cm，混交林中桉樹根區(qū)土壤多酚氧化酶活性較格木根區(qū)、桉樹純林桉樹根區(qū)大。

表3 兩種林分土壤酶活性

2.3 兩種林分酚類物質(zhì)含量

兩種林分土壤總酚含量差異較大，其大小為根區(qū)0—20 cm>林間0—20 cm>林間20—40 cm，桉樹純林根區(qū)土壤總酚含量最大，為1 442.56 μg/g，較林間0—20 cm，20—40 cm土壤分別高45.91%和95.41%，較混交林中桉樹根區(qū)高31.93%，混交林中桉樹根區(qū)土壤總酚含量較格木根區(qū)高34.72%。兩種林分土壤水溶酚含量大小表現(xiàn)為林間0—20 cm>林間20—40 cm>根區(qū)0—20 cm，混交林林間0—20 cm土壤水溶酚含量顯著大于其他位置土壤，為2.04 μg/g，林地中同一位置土壤水溶酚含量均有混交林大于純林，混交林中格木根區(qū)土壤水溶酚含量較桉樹根區(qū)大；兩種林分水溶酚含量范圍為0.62～2.04 μg/g，。兩種林分中根區(qū)土壤復(fù)合酚含量極顯著大于林間土壤；混交林中桉樹根區(qū)土壤復(fù)合酚含量最大，為69.55 μg/g，桉樹根區(qū)土壤復(fù)合酚含量較格木大(表4)。

表4 兩種林分土壤酚類物質(zhì)含量 μg/g

2.4 兩種林分土壤理化性質(zhì)及酚類物質(zhì)含量的相互性分析

如表5所示，脲酶與pH值、自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力等土壤理化性質(zhì)指標(biāo)之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；酸性磷酸酶與自然含水率、最大持水量、脲酶間存在正向相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到顯著水平；多酚氧化酶與自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力、脲酶、酸性磷酸酶之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；總酚與pH值、自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與排水能力、脲酶間呈顯著負(fù)相關(guān)；水溶酚與pH值、自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力、脲酶、多酚氧化酶間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與總酚呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；復(fù)合酚與pH值、自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力、總酚間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與脲酶、水溶酚間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表5 兩種林分土壤理化性質(zhì)及酚類物質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)

注：*表示存在顯著相關(guān)(p<0.05)，**表示存在極顯著相關(guān)(p<0.01)。

3 討 論

土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制著生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部許多功能，其中土壤物理性質(zhì)可直接影響林木根系生長及其對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收[24]。土壤物理性質(zhì)與土壤酶活性、土壤酚類物質(zhì)含量間關(guān)系密切，自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力與脲酶、多酚氧化酶、水溶酚間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與總酚、復(fù)合酚呈顯著負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)。桉樹、格木混交初期可改善土壤物理性質(zhì)，從而對(duì)土壤中脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶的活性造成影響，同時(shí)使酚類物質(zhì)含量發(fā)生改變。土壤物理性質(zhì)的改善主要與地上植被生物量的積累和枯落物的數(shù)量有關(guān)[25]，桉樹樹冠為尖塔形，格木樹冠較大，兩者混交能有效利用光能，可提高林分生物量及枯落物的積累；桉樹生長較快，主根深，而格木生長相對(duì)緩慢，在造林初期根系仍分布在淺層土壤，使混交林土壤疏松，林地土壤物理性質(zhì)表現(xiàn)較優(yōu)，并且混交林林間0—20 cm土壤脲酶活性及水溶酚含量均達(dá)到最大。由于混交林中樹種種間關(guān)系存在對(duì)光、土壤水分和部分養(yǎng)分競爭的負(fù)相互作用，和通過改良土壤和改善小氣候而彼此互補(bǔ)的正相互作用[26]，桉樹與格木混交有利于改變林地生物環(huán)境和化學(xué)環(huán)境，土壤中脲酶、酸性磷酸酶及多酚氧化酶活性均表現(xiàn)為桉樹根區(qū)大于格木根區(qū)，且較桉樹純林桉樹根區(qū)大，表明桉樹與格木間產(chǎn)生了互相促進(jìn)的作用。

土壤中酚類物質(zhì)主要來源于植物殘?bào)w、枯枝落葉的分解及根系的分泌物，酚類物質(zhì)與土壤酶活性具有一定的關(guān)系，低濃度的酚類物質(zhì)可使土壤多酚氧化酶、脲酶酶活性上升，而當(dāng)酚類物質(zhì)濃度達(dá)到一定程度這些酶活性會(huì)下降[27]。pH值與土壤脲酶、水溶酚間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與總酚復(fù)合酚之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，研究表明pH值對(duì)土壤酶活性有重要影響[28]；而土壤酚類物質(zhì)受pH值影響[11]，林間土壤pH值較高，酚氧化酶活性較強(qiáng)，可以使酚類物質(zhì)分解加快，使酚類在土壤中的積累量減少，根區(qū)pH值較低，微生物活動(dòng)受到影響；水溶酚屬于游離酚，其含量可能與林間枯枝落葉的分解和淋溶有關(guān)，土壤中的水溶酚和復(fù)合酚處于動(dòng)態(tài)平衡[29]，所以總酚、復(fù)合酚主要分布在植物根區(qū)，而林間水溶酚含量較大，且在混交林上層土壤中含量較多，且純林中桉樹根區(qū)積累的總酚、復(fù)合酚會(huì)比較多，且其土壤酶活性相對(duì)較低，不利于酚類物質(zhì)的分解。在土壤中，水溶性酚含量一般較低，幾種常見酚酸含量一般為0.1～30 μg/g[30]，而試驗(yàn)中土壤水溶酚含量范圍為0.62～2.04 μg/g，酚類物質(zhì)含量較低。同時(shí)，桉樹與格木混交還可能會(huì)使林地土壤微生物繁殖加快，使土壤酶類活力增強(qiáng)，從而加快酚類物質(zhì)的分解，使林地酚類物質(zhì)含量保持在較低水平[31-36]。

可見，桉樹與格木混交在造林初期可改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性，降低林地總酚的含量，土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性與酚酸物質(zhì)含量間存在著一定的相關(guān)性。格木為豆科植物，與桉樹混交初期效果相對(duì)較好，但試驗(yàn)林分栽植年限較短，混交對(duì)土壤整體水平的影響尚不明確，酶活性、酚類物質(zhì)的變化與土壤微生物關(guān)系、對(duì)養(yǎng)分分解和釋放的影響需要對(duì)試驗(yàn)林進(jìn)行長期跟蹤觀測，對(duì)混交林分土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分歸還、土壤呼吸、水土流失和經(jīng)營措施等方面開展研究。桉樹與格木混交林林間土壤中水溶酚含量上升，可能與微生物有較強(qiáng)的分解酚酸的能力有關(guān)[33]。

4 結(jié) 論

(1) 兩種林分根區(qū)土壤pH值較小，0—20 cm土壤pH值大于20—40 cm，混交林林間0—20 cm土壤自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度均較桉樹純林大；對(duì)林間20—40 cm土層而言，桉樹×格木混交林容重、總孔隙度、通氣度、排水能力均比桉樹純林大，自然含水率、最大持水量相反。混交林可在一定程度上改善土壤理化性質(zhì)。

(2) 混交林林間0—20 cm土壤脲酶活性最大，為1.46 mg/(g·h)，脲酶、酸性磷酸酶及多酚氧化酶活性均表現(xiàn)為桉樹根區(qū)大于格木根區(qū)，且較桉樹純林桉樹根區(qū)大。桉樹純林根區(qū)總酚、復(fù)合酚含量最大，混交林林間0—20 cm水溶酚含量最大，土壤水溶酚含量范圍為0.62～2.04 μg/g。混交林中土壤酶活性較高，且酚類物質(zhì)含量較低。

(3) pH值、自然含水率、容重、最大持水量、總孔隙度、通氣度、排水能力與脲酶、多酚氧化酶、水溶酚間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與總酚、復(fù)合酚呈顯著負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)；脲酶與總酚、水溶酚、復(fù)合酚呈顯著負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)，多酚氧化酶與水溶酚間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性、土壤酚類物質(zhì)含量間關(guān)系密切。

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ChangesofSoilPhysicalandChemicalPropertiesofForestLandintheEarlyStageofEucalyptusandErythrophleumfordiiMixedForest

FENG Jiaoyin1, HUANG Changmou1, SHI Xiyuan1, HUANG Xiaolu2, XU Yuanyuan3, YANG Mei3

(1.GuangxiGaofengState-OwnedForestFarm,Nanning530001,China; 2.GuangxiForestryScienceResearchInstitute,Nanning530001,China; 3.CollegeofForestry,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)

Study on the changes of soil physical and chemical properties of forest land in the early stage of afforestation was carried out with 2-year-oldEucalyptusgrandis×Eucalyptusurophyllaplantations and the mixed forest ofEucalyptusgrandis×EucalyptusurophyllaandErythrophleumfordiias the samples. The relationship between soil physical, chemical properties, soil enzyme activities and soil phenolic substances was investigated. The results show that: (1) the pH values of soil in the root zone of the two kinds of forest stands were small. The pH value in the 0—20 cm soil layer is greater than that in the 20—40 cm layer. The soil natural moisture content, bulk density, maximum moisture content, total porosity and aeration degree in the mixed forest in 0—20 cm soil layer were higher than those in the pure forest. For 20—40 cm depth in the forest, the bulk density, total porosity, ventilation and drainage capacity were higher than those in the pure forest, but the natural water content and maximum water holding capacity were instead. The urease activity in mixed forest in the 0—20 cm soil layer was 1.46 mg/(g·h), which reached the maximum. The activity of urease, phosphatase and polyphenol oxidase in the mixed forest showed that in theEucalyptusgrandis×Eucalyptusurophyllaroot zone was bigger thanErythrophleumfordiiroot zone, and there were minimum in theEucalyptusgrandis×E.urophyllaroot zone in the pure forest. The content of total phenols and compound phenols were the largest in the root zone in the pure forest. The content of water soluble phenol in the 0—20 cm soil layer of mixed forest was maximum. The content range of soil water soluble phenol was 0.62～2.04 μg/g. The contents of phenolic compounds in soil were low in the early stage of pure forest, it did not accumulated in the soil.Eucalyptusgrandis×EucalyptusurophyllaandErythrophleumfordiimixed planting could improve soil physical and chemical properties and soil enzyme activity in the early stage. There was a certain correlation between soil physical and chemical properties, soil enzyme activities and the contents of phenolic acids.

Eucalyptusgrandis×Eucalyptusurophylla;Erythrophleumfordi;mixed forests; soil physical and chemical properties; phenolic compounds

2016-05-23

：2016-06-07

國家自然科學(xué)基金(31260176);廣西自然科學(xué)基金 (2015GXNSFAA139081)

馮嬌銀(1970—),女(壯族)廣西南寧人,本科,主要從事人工林培育與經(jīng)營方面的林業(yè)生產(chǎn)與管理工作。E-mail:121954148@qq.com

楊梅(1970—),女,吉林長春人,教授,博士,主要從事森林培育方面的研究及教學(xué)工作。E-mail:fjyangmei@126.com

S792.39

：A

：1005-3409(2017)03-0295-06