桂北地区3种人工林土壤质量评价

摘要 为高效培育森林资源，以广西国有黄冕林场的木荷+马尾松混交林（Ⅰ）、木荷+桉树+火力楠混交林（Ⅱ）与木荷+桉树+米老排+大叶栎混交林（Ⅲ）为研究对象，采用3种综合评价方法评价不同人工林的土壤质量。结果表明：土壤有机质、总氮、碱解氮、总磷、速效磷和全钾含量及土壤养分库综合指数、土壤肥力指数和土壤质量综合评价指数随土层加深而递减；0～20 cm土层土壤养分库综合指数表现为类型Ⅲ＞类型Ⅱ＞类型 Ⅰ，3种类型土壤肥力综合评价等级为2级；基于主成分分析，类型Ⅱ的土壤质量（0.880）最佳，其次为类型Ⅰ（0.765）与类型Ⅲ（0.738）；碱解氮能单独解释土壤质量指数变异的93.1%。3种评价方法结论不尽一致，总体而言，相比针阔混交林，阔叶混交林有利于提高土壤养分含量和土壤综合肥力质量，碱解氮是影响土壤质量最主要的限制因子之一，造成了不同人工林土壤质量综合评价结果的差异。

关键词 人工林；土壤养分库；土壤肥力质量；土壤质量评价

中图分类号 S714.8 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）22-0122-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.22.031

Effects of Three Plantations on Soil Quality in Guibei

LIANG Hui-zi1，PAN Hui-biao2，JIANG Yi1 et al

Abstract In order to rationally utilize forest resources，three comprehensive evaluation methods were used to evaluate the soil quality of different plantations in the mixed forest of Schima superba + Pinus massoniana （I），mixed forest of Schima superba + Eucalyptusrobusta Smith + Michelia macclurel （II） and mixed forest of Schima superba + Eucalyptusrobusta + Mytilaria laosensis+ Quercus griffithii （III） of Guangxi state-owned Huangmian forest farm as the research objects.The results showed that  the contents of soil organic matter，total N，alkaline N，total P，available P and total K，as well as the comprehensive index of soil nutrient pool，soil fertility index and soil quality comprehensive evaluation index decreased with the deepening of soil layer.The comprehensive index of soil nutrient pool in the 0-20 cm soil layer was shown as Type III >Type II >Type I，and the comprehensive evaluation grade of soil fertility of the three types was grade 2.Based on principal component analysis，the soil quality of forest type II （0.880） was the best，followed by forest type I （0.765） and type III （0.738）.Alkaline N alone explained 93.1% of the variation in soil quality index.Compared with coniferous and broad-leaved mixed forests，broadleaf mixed forests were conducive to improving soil nutrient content and soil comprehensive fertility quality，alkaline N was the most important limiting factor affecting soil quality，resulting in the difference in comprehensive evaluation of soil quality in different plantations.

Key words Plantation;Soil nutrient pool;Soil fertility;Soil quality assessment

森林土壤承载着生态系统物质循环和能量流动等生态活动，影响植物的生存［1］。森林土壤肥力是土壤物理、化学和生物性质的综合反映［2］，反映供给植物生长所需养分的能力。土壤肥力与林业可持续发展密不可分，因此，客观评价土壤肥力质量，是充分保护和高效培育森林资源的前提条件，对科学推进森林经营具有重要意义［3］。

众多学者对人工纯林地、混交林地、不同植被恢复区和不同森林生态系统土壤质量开展了研究。如人工阔叶林土壤质量综合得分高于针叶林［4］；常绿阔叶林地土壤肥力质量大于针阔混交林和针叶林［5］；不同林分类型下，阔叶混交林地土壤肥力由阔叶混交林、杉木林、马尾松林、相思林和桉树林依次减小［6］，上述研究为深入研究不同林分类型的土壤质量状况提供了科学依据，但不同阔叶混交林之间的土壤质量差异情况却鲜见报道。然而，土壤质量评价尚缺乏统一的评价方法体系，常用的评价分析方法为主成分分析法［6］、模糊综合评价法［7］、模型评价法［8］和最小数据集法［9］等。此外，目前对于人工林地和混交林地的土壤质量评价研究主要集中于采用单种评价方法［4-5］，同时采用多种评价方法的研究较为鲜见。不同评价方法采用的指标和标准不同，评价结果反映的意义也存在差异。因此，有必要研究不同评价方法对土壤质量综合评价的影响，利于从不同角度分析土壤质量状况。

广西国有黄冕林场属于亚热带常绿阔叶针叶林区，人工植被主要树种有桉树（Eucalyptus robusta）、木荷（Schima superba）、火力楠（Michelia macclurel）等，针叶林主要代表植物有马尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）等［10］。为评估黄冕林场的林地土壤质量，助力森林资源高质量发展，笔者以木荷+马尾松混交林、木荷+桉树+火力楠混交林、木荷+桉树+米老排（Mytilaria laosensis）+大叶栎（Quercus griffithii）3种混交林为研究对象，采用模糊综合评价法和主成分分析法对各林分类型的土壤质量进行量化评价，分析土壤养分含量和肥力质量变化状况，以期为林地资源的可持续经营提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地位于广西国有黄冕林场的波寨分场（109°43′46″～109°58′18″E，24°37′25″～24°52′11″N），处于广西柳州鹿寨县与桂林永福县交界处。地处北回归线以北，属于中亚热带气候，受到季风气候影响，温暖多雨，水热同期，年平均气温19 ℃，年降水量1 750～2 000 mm。土壤主要为砂岩、砂页岩和夹泥岩发育而成的山地黄红壤、红壤。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置和取样。

选取经营管理措施一致的22年生木荷+马尾松混交林（Ⅰ）、6年生木荷+桉树+火力楠混交林（Ⅱ）与8年生木荷+桉树+米老排+大叶栎混交林（Ⅲ）为研究对象（表1），在每种林分类型中各选择3个面积为400 m2的固定样地，沿着每个样地的对角线按上坡、中坡和下坡选取3个土壤剖面，每个土壤剖面分为0～20、20～40 cm。去除根系和石块等杂物后，分别采集土样约1 kg装入自封袋中，带回实验室，9个样地共采集54份样品。同个林分类型同一土层土样混合均匀后，采用四分法取适量样品进行试验测定。在固定样地内进行每木检尺，测定并记录乔木胸径、树高、冠幅等因子。

1.2.2 土壤化学性质测定。

pH采用酸度计电位法测定，有机质（SOM）含量采用重铬酸钾法测定，总氮（TN）含量采用凯式定氮法测定，速效氮（AN）含量采用碱解扩散法测定，总磷（TP）含量采用NaOH湿法消化测定，速效磷（AP）含量采用钼蓝比色法测定，全钾（TK）含量采用火焰光度计法测定［11］。

1.2.3 土壤养分库综合指数法。

选取土壤SOM、TN、AN、TP、AP和TK建立指标评价体系，采用综合指数法［7］定量评价不同林分类型土壤养分库。选取《全国第二次土壤普查养分分级标准》中等级别的下限值作为土壤养分含量的临界值［12］。

1.2.5 主成分分析法。

参考袁星明等［4，16］的方法，将7个指标进行标准化处理。当土壤指标与土壤质量呈正相关时，SOM、TN、AN、TP、AP、TK呈“S型”，反之则为抛物线形，计算公式分别为

式中：Xij为各指标的隶属度值；X为原始数值；Xmax和Xmin为各指标的最大值和最小值。主成分分析选择特征值＞1的主成分，构建各主成分的数学模型。以各主成分的方差贡献率与累计方差贡献率占比为权重，通过如下公式计算土壤质量评价指数F（SQI）。

式中：F（SQI）为土壤质量综合指数；n为主成分数量；ai为主成分各因子得分系数。

1.3 数据处理

采用Excel（2016）统计各项指标均值、标准误，采用SPSS 26.0单因素方差分析（one-way ANOVA）的LSD法比较同一土层不同林分类型各土壤指标的差异显著性，独立样本T-检验比较同一林分类型不同土层同一土壤指标的差异显著性，利用KMO、Bartlett球形检验及主成分分析法进行土壤质量评价。以土壤pH、SOM、TN、AN、TP、AP、TK土壤指标为自变量，土壤质量综合评价指数为因变量进行逐步回归分析。以上统计分析显著性水平均设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 土壤pH及养分指标

2.1.1 土壤pH及SOM含量。

由图1可知，3种类型土壤pH为6.45～7.85，其中类型 Ⅰ、Ⅱ土壤pH偏酸性，类型Ⅲ土壤偏碱性，不同类型土壤pH在同一土层的变化无显著差异，随着土壤深度增加未发生显著性改变。

土壤SOM随着土层下降其含量显著降低（P＜0.05），表明表层土壤SOM含量高。不同土层中，类型 Ⅰ、Ⅱ土壤SOM含量均显著高于类型Ⅲ（P＜0.05）。对照全国第二次土壤普查SOM含量分级标准（表2），0～20 cm土层类型 Ⅰ、Ⅱ的土壤SOM含量均值含量达2级，类型Ⅲ土壤达3级；20～40 cm土层类型 Ⅰ、Ⅱ的土壤SOM均值含量达3级，类型Ⅲ土壤达4级。

2.1.2 土壤氮素。

由图1可知，同一土层不同类型之间土壤TN含量无显著差异（P＞0.05），但随着土层深度增加，TN含量显著降低（P＜0.05）。对照表2，0～20 cm土层类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土壤TN含量均值含量达2级，20～40 cm土层类型 Ⅰ土壤TN含量均值含量达3级，类型Ⅱ、Ⅲ土壤TN含量均值含量达2级。

0～20 cm土层不同类型土壤AN含量显著高于20～40 cm土层（P＜0.05），20～40 cm土层类型 Ⅰ、Ⅱ土壤AN含量显著高于类型Ⅲ（P＜0.05）。0～20 cm土层类型Ⅱ土壤AN含量显著高于类型 Ⅰ、Ⅲ（P＜0.05），类型Ⅲ土壤AN含量显著低于类型 Ⅰ、Ⅱ（P＜0.05）。对照表2，在0～20 cm土层类型 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土壤AN含量均值达2级及以上，20～40 cm土层类型 Ⅰ、Ⅱ的AN含量均值达3级，类型Ⅲ达4级，表明土壤AN含量随土壤加深而减小。