上世纪70年代末以来, 福建省东山赤山防护林场在沿海木麻黄防护林的采伐迹地上试种湿地松(Pinus elliottii), 以丰富沿海防护林的树种资源, 取得了一定的效果。但是, 营造湿地松林分对沿海沙地土壤性质及肥力水平的影响目前尚未见相关报道。本文研究了不同发育阶段湿地松林分土壤养分含量及酶活性变化规律, 为防止地力衰退, 提高林分生产力和沿海沙地土壤的生态管理提供依据。

东山赤山林场位于福建沿海南部, 东经118°18′, 北纬23°40′。属亚热带海洋性气候, 干、湿季节明显, 年平均降水量945 mm, 大部分降水集中于5-9月, 11月至翌年2月为旱季, 年平均蒸发量1 056 mm, 年平均气温为20.8 ℃, 极端最高气温36.6 ℃, 极端最低气温3.8 ℃。主要自然灾害为台风和干旱, 台风多发生在7-8月, 年平均5.1次。土壤为滨海沙土, 肥力较低。天然植被稀少, 林下常见零星植被有木豆(Cajanus cajan)、鼠刺(Spinifex littoreus)和牡荆(Verbena negando)等。

分别选择于第1代木麻黄(Casuarina equisetifolia)防护林采伐后营造的6、11、17和26 a湿地松纯林为研究对象, 以15 a2代木麻黄纯林为对照, 以上林分均处于基干林带的后沿。为了增加各林分间土壤的可比性, 尽可能在相距较近的林分中选择标准地。

在以上各林分中选择有代表性的林分分别设置标准地各一块, 标准地面积为20 m ×20 m, 每块标准地按X型设置5个采样点挖土壤剖面, 每个剖面分0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm等不同的深度分别采集土壤, 混合后用四分法带回部分样品, 在实验室风干, 研磨后过18号筛, 另取一部分土壤样品过60号筛, 分别装入磨口瓶, 备分析用。各标准地按常规方法调查林分因子(表 1)。

表 1 各林分因子一览表 Tab.1 The investigated factors of different stands

表 1 各林分因子一览表 Tab.1 The investigated factors of different stands

土壤pH值按2.5 :1的水土比用无二氧化碳的蒸馏水浸提, F-13型酸度计测定。水解性总酸度、交换性酸度和养分含量按常规方法分析(中国科学院南京土壤研究所, 1978; 国家林业局, 2000)。土壤总酚含量用福林(Filin-Ciocalteu)比色法(许光辉等, 1986)、脲酶活性用比色法、磷酸酶用磷酸苯二钠比色法、多酚氧化酶用碘量滴定法、过氧化物酶用容量法测定(关松荫, 1986)。

土壤pH值是水解性总酸度、交换性总酸度、交换性氢和交换性铝的综合反应。对各林分土壤pH值、水解性总酸度和交换性总酸度的分析结果(表 2)表明, 在1代木麻黄防护林采伐迹地上栽植湿地松后, 与2代木麻黄纯林相比, 湿地松6 a时土壤中水解性总酸度、交换性总酸度、交换性氢和交换性铝含量均降低, 导致了土壤pH值比2代木麻黄纯林高。6 a以后, 随着湿地松的生长, 交换性氢含量除个别土壤层次外, 基本保持不变, 而水解性总酸度、交换性总酸度和交换性铝含量则随着湿地松林龄的增大而增大, 造成土壤pH值随湿地松林龄的增大而降低, 到26 a时土壤pH值仅为3.96(0 ~ 20 cm)和3.87(20 ~ 40 cm), 土壤呈较强的酸性。

表 2 各林地土壤的pH值、水解性总酸度和交换性酸度 Tab.2 The pH value, hydrolytic total acidity, and exchangeable acidity of different stands

表 2 各林地土壤的pH值、水解性总酸度和交换性酸度 Tab.2 The pH value, hydrolytic total acidity, and exchangeable acidity of different stands

对不同林龄湿地松林分土壤的养分分析结果(表 3)表明, 在1代木麻黄防护林采伐迹地上栽植湿地松后, 对林地土壤的养分含量有明显的影响。从表 3可以看出, 6 a湿地松林地土壤中全碳和全氮、水解性氮含量最高。6 a湿地松是在34 a生的1代木麻黄防护林采伐迹地上栽植的, 而湿地松在6 a以前生长较慢, 树高尚不足1.3 m(表 1), 土壤的养分含量影响甚微, 因此, 该林地中最高的全碳及全氮含量应是前茬木麻黄林分积累的结果。水解性氮在6 a湿地松土壤中含量亦最高, 这可能与湿地松林龄小, 对其吸收能力较低有关。当湿地松林龄增大, 进入速生阶段后, 对水解性氮的吸收能力增强, 导致了其含量在土壤中的快速降低, 而从分析结果看, 铵态氮的含量似乎与湿地松的林龄没有直接的关系。就有效磷和速效钾而言, 二者在11 a时的含量处于较高水平, 11 a后其含量呈降低趋势, 说明11 a后湿地松对有效磷和速效钾的收吸能力逐渐增强, 到26 a时二者处于最低水平。另外, 与对照2代木麻黄纯林相比, 湿地松林分在26 a时的养分含量总体表现为降低, 其中有效磷、速效钾和全氮含量的降低更为明显。

表 3 各林地土壤的养分含量 Tab.3 The nutrition content of soil in different stands

表 3 各林地土壤的养分含量 Tab.3 The nutrition content of soil in different stands

阳离子交换总量是交换性钾、交换性钠、交换性钙、交换性镁及水解性总酸度的总和, 反应了土壤的交换性能和肥力水平。分析结果(表 4)表明, 各种林分类型的阳离子交换总量在20 ~ 40 cm土层中的变幅很小(＜0.3), 说明湿地松林分对该土层的阳离子交换总量影响不大。在1代木麻黄防护林采伐迹地上栽植湿地松, 6 a之前, 0 ~ 20 cm土层中阳离子交换总量有一个降低的过程, 之后, 随着湿地松林分的生长, 该土层中阳离子交换总量逐渐升高, 到26 a时比木麻黄2代纯林相应土层高21.6%。回归分析(表 5)表明, 沿海沙地土壤中阳离子交换总量与水解性总酸度极显著正相关, 可见, 土壤阳离子交换总量的这种变化是水解性总酸度随湿地松林龄变化的结果。

表 4 各林地土壤的阳离子效换量 Tab.4 Cation exchange capacity of soil in different stands

表 4 各林地土壤的阳离子效换量 Tab.4 Cation exchange capacity of soil in different stands

表 5 阳离子交换量与交换性钾、钠、钙和镁和水解性总酸度回归分析^① Tab.5 The regression analysis of between CEC and exchangeable K, Na, Ca, Mg and hydrolytic acidity

表 5 阳离子交换量与交换性钾、钠、钙和镁和水解性总酸度回归分析① Tab.5 The regression analysis of between CEC and exchangeable K, Na, Ca, Mg and hydrolytic acidity

对各林地土壤中4种土壤酶的分析结果(表 6)表明, 脲酶活性除在11 a和17 a湿地松林分的表层土壤中略有升高外, 在其它土壤层次中变化并不明显, 变化幅度在±0.015之间。2代木麻黄纯林土壤中磷酸酶活性高于各林龄湿地松纯林, 在不同湿地松纯林中, 磷酸酶活性随林龄的增大而降低。多酚氧化酶和过氧化物酶活性随湿地松林分林龄的增长而逐渐降低, 与木麻黄2代纯林相比, 11 a之前, 湿地松林地中多酚氧化酶和过氧化物酶活性略高或与之相当, 但11 a之后, 二者的活性较低, 尤其在表层土壤中。

表 6 各林地土壤的酶活性^① Tab.6 The content of enzyme activities in soil of different stands

表 6 各林地土壤的酶活性① Tab.6 The content of enzyme activities in soil of different stands

在1代木麻黄的采伐迹地上栽植湿地松, 土壤pH值随着湿地松林龄的增大而降低, 到26 a时土壤呈较强的酸性, 湿地松可能导致沿海沙地土壤的酸化。湿地松林地土壤中养分含量随林龄不同而表现出不同的变化趋势, 但与2代木麻黄纯林相比, 湿地松林分在26 a时的养分含量总体表现为降低, 其中有效磷、速效钾和全氮含量的降低更为明显。

阳离子交换总量反应了土壤的交换性能和肥力水平。分析表明在1代木麻黄的采伐迹地上栽植湿地松对20 ~ 40 cm土层阳离子交换总量的影响不大, 对0 ~ 20 cm土层中阳离子交换总量的影响主要表现在6龄之后, 即随着湿地松林分的生长, 该十层中阳离子交换总量逐渐升高, 到26 a时比木麻黄2代纯林相应土层高21.6 %。

在1代木麻黄的采伐迹地上栽植湿地松对脲酶活性的影响似乎不太明显, 但磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性随湿地松林龄的增大而降低。与木麻黄2代纯林相比, 各湿地松林分土壤中磷酸酶活性均较低, 但多酚氧化酶和过氧化物酶活性在11 a之前表现为略高或与之相当, 11 a之后, 二者的活性在湿地松林分中较低, 尤其在表层土壤中。总体而言, 在1代木麻黄防护林的采伐迹地上栽植湿地松有使土壤磷酸酶、多酚氧化酶和过氧化物活性降低的趋势。