桉树迹地带状整地的土壤理化性质和生态化学计量特征

何汉波 陈小金 吴银清 廖丽萍 李祥彬 朱嘉焕 钟春燕

（1.广州市增城区城市园林绿化管护中心，广东 广州 511300 2. 广州市增城区林业和园林科学研究所，广东 广州 511300）

森林土壤作为生态系统养分循环的重要调节者，在维持森林生态系统和林木生长发育中发挥着基础作用。土壤养分除了是陆地植物养分的主要来源之外，养分间的平衡关系调控植物生长和分布。森林经营措施能改变林地原有植物群落物种组成、结构及环境因子，进而影响 “植物—凋落物—土壤”的养分循环过程及植物生长、演替及生态系统进化。本文选取桉树迹地带状整地林地为研究对象，以未处理的桉树迹地为对照，分析桉树迹地带状整地的土壤养分含量及其生态化学计量特征，以期揭示该区域桉树迹地带状整地初期林地土壤养分元素的状况，为该区桉树迹地营造林、林分与土壤质量的提升提供科学依据。

1.材料与方法

1.1 研究地概况与样地设置

研究地点位于广东省广州市增城区(23°05′—23°37′N、113°32′—114°00′E)，年均温度为21.8℃，年降雨量为2193.8 mm，蒸发量1450 mm，全年降水多集中在5-8月，相对湿度81%，为南亚热带海洋性季风气候，炎热多雨，长夏无冬，全年都可栽培作物。

桉树迹地于2019年3月完成桉树采伐，总面积20 ha；试验地于2020年4月完成带状整地，面积7 ha亩，种植带宽0.8 cm，带间2m，5月完成种植，密度4 ×4 m，600株hm-2，期间经过2次抚育，实施人工砍伐萌芽条2次，萌芽条平铺在带间。本文在海拔相同的带状整地造林地块和临近桉树迹地设置土壤调查样地，样地基本概况见表1。

表1 样地基本信息

1.2 样品采集与测定

2020年11月开展土壤调查，在同一水平带，沿种植带、带间和对照分别采用5点采样法采集表层（0-20 cm）土壤样品，充分混合形成一个约1kg土样，除去土壤中植物根系、碎石等后将 5 个剖面同层次土样混合均匀，采用四分法取约 500 g 土样，风干过筛后，测定土壤化学性质。同时，用100 cm3环刀各取1个环刀样，测定土壤物理性质。

采用环刀法测定土壤容重和总孔隙度。土壤样品的养分含量分析按照《土壤农化分析》进行，具体为：称取10g过1mm筛的土壤，加入25mL无二氧化碳去离子水浸提，利用pH计测定土壤pH；称取1g过0.25mm筛的土壤，采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量；称取2g过1mm筛的土壤，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；称取1g过0.25mm筛的土壤，采用高氯酸-氢氟酸消煮-钼锑抗比色法测定土壤全磷含量；称取2g过1mm筛的土壤，采用氟化铵-盐酸浸提-钼锑抗比色法测定有效磷含量；称取0.25g过0.25mm筛的土壤，采用高氯酸-氢氟酸消煮-火焰光度法测定土壤全钾含量；称取5g过1mm筛的土壤，采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定有效钾含量；称取0.5g过0.25mm筛的土壤，采用重铬酸钾氧化外加热法测定土壤有机质含量。

1.3 数据处理与制图

利用SPSS19.0软件对数据进行分析，其中不同处理间土壤理化性质及相关生态化学计量的差异采用单因素方差分析 （One-way ANOVA）中的LSD法；土壤养分及其生态化学计量特征的关系采用Pearson法进行相关分析，其中P＜0.01表示在0.01显著水平下有显著差异，p＜0.05表示在0.05 显 著 水 平 下 有显著差异。运用Excel2019进行图表的绘制。

2.结果与分析

2.1 带状整地土壤理化性质的影响

与对照相比，种植带的pH值、有机C、有效N、有效P、C:N、C:P和N:P差异显著；带间的pH值、有机C、全N、全P、有效N、有效P、C:N、C:P、N:P差异显著。而种植带和带间相比，pH值、全N、全K、有效N差异显著（P ＜0.05，表 2）。

表2 带状整地对土壤理化性质和生态化学计量比影响方差分析（P值）

由图1可知，对照、种植带、带间的土壤容重平均值分别为1.10、1.20、0.99 g·cm-3，总孔隙度平均值为58.67、54.70、62.82%。与对照相比，种植带土壤容重较高，总孔隙度较低，带间则相反，但变化均不显著（P＜0.05）。表明带状整地使土壤容重变高，空隙降低。

图1 带状整地对土壤容重和总孔隙度的影响

综上可知，带状整地初期的种植带和带间的土壤养分基本均表现为升高， 仅有种植带的有效钾和带间的全钾有所降低。

由图2可知，对照、种植带、带间的土壤pH值平均值分别为4.35、4.48和4.54，土壤有机碳平均值分别为27.65、33.45和42.57 g·kg-1，土壤全氮平均值分别为1.01、1.18和1.53 g·kg-1，土壤全磷平均值分别为0.25、0.25和0.32 g·kg-1，土壤全钾平均值分别为9.52、10.76和9.50 g·kg-1，土壤有效氮平均值分别为91.48、99.89和128.16 mg·kg-1，土壤有效磷平均值分别为1.05、1.39和1.27 mg·kg-1，土壤有效钾的平均值分别为37.22、26.18和57.69 mg·kg-1。与对照相比，种植带的各项指标除有效钾外，均较高，其中pH值、有效N、有效P和全钾差异显著（P ＜0.05）；带间各项指标除全钾也均较高，其中pH值、总有机碳、全氮、有效氮、全磷、有效磷等显著较高（P ＜0.05）；与带间相比，种植带的pH值、有机C、全氮、有效氮、全磷、有效钾等均较低，除全磷、有效钾外均差异显著（P ＜0.05），有效磷和全钾相对较低，全钾表现显著（P ＜0.05）。综上可知，带状整地初期的种植带和带间的土壤养分基本均表现为升高， 仅有种植带的有效钾和带间的全钾有所降低。

图2 带状整地对土壤化学性质的影响

2.2 带状整地土壤生态化学计量比的影响

由图3可知，对照、种植带、带间的C:N平均值分别为27.40、28.40和27.91，C:P平均值分别为112.83、132.62和133.48，N:P平 均 值 分 别 为4.12、4.67和4.78。与对照相比，种植带的C:N、C:N、N:P显著较高（P ＜0.05）；带间除C:N略高外，其他均显著较高（P＜0.05）。

图3 经营模式和土层对土壤生态化学计量比的影响

2.3 相关性分析

由表3可知，有机C含量与全N、全P、C:P和 N:P呈显著的正相关，土壤全N与全P、C:P和 N:P呈显著的正相关，C:N与C:P呈显著正相关，C:P与N:P显著正相关。

表3 桉树迹地土壤养分与其化学计量特征相关性分析

C:P 0.802★ 0.759★ 0.591 0.737★ 1 N:P 0.855★ 0.827★★ 0.664 0.605 0.984★★ 1

3.讨论

带状整地通过表土剥离、底土平整和回填、整平等工序改变了表层土的结构和组成（0-20cm），铲除了种植带原有植被，而带间则保留原有植被，桉树萌芽被砍除。种植带因平整易通行而成为施工的主要通道，因而使得种植带土壤容重升高、孔隙度降低，带间因植被的存在，则变化相反。但土壤容重和总孔隙度的变化并不显著，这可能是由于这些干扰并未达到显著影响土壤容重和总孔隙度的程度。

桉树迹地、种植带和带间的土壤pH范围为4.35-4.54，虽然种植带和带间的土壤pH显著较高，但并没有改变强酸性土壤的地区特点。桉树迹地带状整地后，种植带土壤化学性质与桉树迹地相比，除有效K均有上升，而pH值、有机C、有效N、有效P、全K显著升高。原因可能是带状整地措施在短期内给表层土输入了一定量的凋落物，加上植被缺失对养分利用相应减少。而K元素主要来源是土壤矿化作用，有效K在湿热气候条件土壤风化和凋落物分解释放钾元素易被淋溶，因此，种植带可能因没有植被覆盖，矿化作用和淋溶作用均较强，而导致有效K较低。

带间保留了原有植被、植被根系，土壤结构相对完整，带间除有效P和有效K的其他指标均最高。植被凋落物是植物将吸收养分归还土壤的主要途径，土壤理化性质和养分过程受凋落物数量和分解速率的直接影响。土壤C:N是土壤质量的敏感性指标，与有机质分解速率相关，有机质分解速率越快，C:N越小。 桉树迹地及带状整地后土壤C:N介于27.40-28.40之间，均高于全国土壤 C:N平均水平（10-12），说明种植带和带间有机C的分解速率较低，而种植带C:N显著较高，也可能是由于整地一次性输入有机质较多，土壤结构受干扰造成的。土壤 C:P反映了土壤P的有效性，桉树迹地及带状整地后土壤C:P介于112.83-133.48，高于全国土壤 C:P平均水平(61.0±0.9)，说明了桉树迹地带状整地初期，P的有效性较低，这也是受有机C分解率较低影响。土壤N:P分别介于4.12-4.78，均值分别为4.52，低于中国陆地土壤的 N:P (5.2±0.1)值，说明桉树迹地及带状整地后土壤N含量好于P含量，相关分析也表明N:P与全N显著相关，因此桉树迹地及带状整地后的植被生长受P素的限制。

4.结论

桉树迹地带状整地初期，人为干扰并未达到显著影响土壤容重和总孔隙度的程度，而植物生长受到P和K限制，在实际整地中，应注重枯落物的输入，平整时尽量混合原有的凋落物，并为幼树补充P和K。而带间土壤养分状况相对较好，应结合实际适度开展抚育。