巨尾桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)作为巨桉与尾叶桉的杂交新品种，是中国南方低海拔、无霜区和轻霜区种植的速生高产人工林树种之一。除了造纸、造纤维、制桉油、木材等用途外，桉树中还含有大量能够预防癌症和糖尿病，以及促进心脏健康的白藜芦醇^[1]。桉树广泛的用途促使了其造林面积的不断扩大，并在福建省初具规模，但桉树种植导致土壤地力衰退问题一直备受关注^{[2, 3, 4, 5]}，福建省政府甚至下了限桉令^[6]。有关桉树人工林的土壤养分研究较多^{[7, 8, 9]}，但极少具体到某一品种在整个轮伐期的土壤养分动态研究，不同品种桉树人工林生长特征的差异^[10]会导致对土壤养分的吸收利用能力不同，对于过度消耗养分的桉树品种可考虑减少种植或择地而植。因此，深入研究具体品种的桉树人工林土壤养分的动态变化对桉树未来发展具有重要的理论指导意义。

本课题组以福建省漳州市桉树人工林土壤为研究对象，对不同林龄的巨尾桉人工林土壤养分变化进行了研究，旨在揭示巨尾桉人工林土壤养分随林龄的变化规律，为巨尾桉人工林的科学性可持续发展、防止地力衰退提供理论参考。

试验区设在福建省漳州市岩溪和九龙岭国有林场(117°42′05″-117°45′05″E，24°21′04″-24°27′24″N)。该地区属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温21 ℃，最冷月平均气温12.4 ℃，最热月平均气温38 ℃，绝对最低气温0 ℃，绝对最高气温41 ℃，年平均降水量1 400 mm，主要集中在夏季，年平均日照时间1 891 h，年蒸发量1 268 mm。该区土壤为发育自花岗岩风化物坡积和残积母质的赤红壤和山地红壤，pH为4.0-4.8，土层厚度>100 cm。试验地林下植被主要有五节芒[Miscanthus floridulus (Labill.) Warb.]、山乌桕[Sapium discolor (Champ.) Muell. Arg.]、铁芒萁[Dicranopteris linearis (Burm.) Underw.]、山黄麻[Trema tomentosa (Roxb.) Hara]、盐肤木(Rhus chinensis Mill.)、油桐[Vernicia fordii (Hemsl.) Airy Shaw]、白背叶[Mallotus apelta (Lour.) Muell. Arg.]、淡竹叶(Lophatherum gracile Brongn)等^[11]。

2009年7月选择立地条件基本一致的不同林龄巨尾桉人工林地作为研究样地，桉树林前作均为杉木林，砍伐后次年2月炼山整地，3月造林，连续2 a抚育追肥(造林当年块状除草扩穴各2次，每株施复合肥250 g、尿素150 g；次年劈草抚育1次，每株施复合肥300 g、尿素300 g)，造林前后各样地的营造林措施一致。研究样地包括1、2、3、4、6年生桉树林(表 1)，林地所处地形地貌均为低山丘陵区，土壤类型均为山地红壤。在每块样地内设置20 m×30 m标准地3块，对标准地进行本底调查，在每个标准地内分别上、中、下不同位置设置3个土壤剖面，分别0-20 cm，20-40 cm，40-60 cm用环刀分层取样，同时分层采集土壤样品，用以测定土壤各指标：pH值、有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有效硼、阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)^[11]。

土壤样品的各指标分析全部以鲁如坤^[12]的《土壤农业化学分析方法》为参考依据：pH采用土水1∶2.5的比例浸提，电位法测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定；全磷含量采用硫酸—高氯酸消煮，钼锑抗比色法测定；全钾含量采用氢氟酸—高氯酸消煮，火焰光度计法测定；阳离子交换量采用乙酸铵交换法；水解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用HCl-HF浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定；有效硼含量采用热水浸提法测定^[13]。

数据采用EXCEL 2013及SAS 9.3进行统计分析。

从图 1(a)可看出，不同林龄的巨尾桉人工林pH值随林龄和土层深度的增加而逐渐升高的趋势。从不同林龄来看，6 a的桉树林地土壤pH值显著高于3、4 a林地，3、4 a林地pH值显著高于1、2 a林地；从不同土层深度来看，1、2、6 a林地土壤pH值土层间有显著差异。6 a林地土壤pH值比1 a林地沿土壤剖面分别增加了9.60%(0-20 cm)、6.60%(20-40 cm)、8.90%(40-60 cm)。

	注：图中不同大写字母表示同土层不同林龄间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同林龄不同土层间差异显著(P＜0.05)。 Note: upper case letters indicate statistical differences among plantation ages at the same soil layer (P < 0.05), lower case letters indicate differences among three soil layers at the same plantation age (P < 0.05). 图 1 土壤pH值和有机质含量 Figure 1 Soil pH and organic matter (SOM) content at different ages of plantation
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土壤有机质含量变化直接影响土壤理化性质以及供应给植物的营养水平，能反映植物对土壤养分的利用水平。由图 1(b)可看出，桉树人工林土壤有机质含量随林龄增加而降低，即1 a桉树林土壤有机质含量显著高于2、3 a，2、3 a林地土壤有机质含量显著高于4、6 a；有机质含量均随土层深度增加而降低，即0-20 cm层土壤有机质含量显著高于20-40 cm和40-60 cm层。6 a林地土壤有机质含量比1 a沿土层剖面依次降低37.13%、56.24%和67.09%。

从图 2(a)可看出，研究区不同林龄的桉树人工林0-60 cm土壤全氮含量的变化规律表现为：1 a>2 a(3 a)>4 a>6 a，除2 a和3 a间无显著差异外，其他林龄间差异显著。取0-60 cm全氮含量平均值比较，2、3、4、6 a依次比1 a降低20.11%、30.33%、40.55%和51.56%；从不同土层来看，仅1、2 a的全氮含量有显著层间差异，层间的差异随林龄的增加而减小，这与表层氮利用率高有关。

	注：图中不同大写字母表示同土层不同林龄间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同林龄不同土层间差异显著(P＜0.05)。 Note: upper case letters indicate statistical differences among plantation ages at the same soil layer (P < 0.05), lower case letters indicate differences among three soil layers at the same plantation age (P < 0.05). 图 2 土壤全氮和水解氮含量 Figure 2 Soil total nitrogen (TN) and hydrolyzed nitrogen (HN) content at different ages of plantation
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从图 2(b)可看出，不同林龄桉树人工林土壤水解氮含量在0-20 cm层无显著差异，说明水解氮含量充足。20-40 cm层1 a和6 a间差异显著，2、3、4 a间差异不显著，40-60 cm层表现为1 a>2 a>3 a>4 a>6 a，差异显著，不同林龄间水解氮差异性随土层深度的增加而增大。从土壤剖面看，不同土层间差异性随林龄增加而增大。取0-60 cm水解氮平均值比较，2、3、4、6 a分别比1 a降低10.47%、15.85%、21.23%和31.34%。水解氮占全氮含量的7.61%-10.78%。

从图 3(a)可知，不同林龄的桉树林土壤全磷含量表现为1 a显著大于2、3、4 a，2、3、4 a显著大于6 a；土壤全磷含量沿剖面深度增加而下降，表层0-20 cm显著高于20-40 cm和40-60 cm，随林龄变化，其差异性变化不大。0-60 cm全磷平均值，2、3、4、6 a分别比1 a下降38.58%、44.59%、47.77%和52.47%。

注：图中不同大写字母表示同土层不同林龄间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同林龄不同土层间差异显著(P＜0.05)。 Note: upper case letters indicate statistical differences among plantation ages at the same soil layer (P < 0.05), lower case letters indicate differences among three soil layers at the same plantation age (P < 0.05). 图 3 土壤全磷和有效磷含量 Figure 3 Soil total phosphorus (TP) and available phosphorus (AP) content at different ages of plantation

图选项

从图 3(b)可知，各林龄土壤有效磷含量随土层深度增加表现为：0-20 cm>20-40 cm>40-60 cm，土层间差异显著，其中0-20 cm比 20-40 cm随林龄增加依次高出85.19%、74.88%、74.95%、46.67%、45.67%，20-40 cm 比40-60 cm随林龄增加依次高出52.93%、53.66%、64.03%、99.43%、182.38%；不同林龄间的有效磷变化规律为：1 a (2 a)>3 a>4 a>6 a，差异显著，1 a和2 a间无显著差异。有效磷占全磷的0.07%-0.18%。

图 4(a)显示：全钾含量表现为随土层深度的增加而显著增加，随林龄的增加而略有下降；不同林龄间全钾含量的差异随土层深度增加而降低，至40-60 cm层，各林龄间全钾含量差异不再显著。6 a林地土壤全钾含量比1 a林地沿土壤深度增加而依次降低26.40%、26.06%和11.11%。

	注：图中不同大写字母表示同土层不同林龄间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同林龄不同土层间差异显著(P＜0.05)。 Note: upper case letters indicate statistical differences among plantation ages at the same soil layer (P < 0.05), lower case letters indicate differences among three soil layers at the same plantation age (P < 0.05). 图 4 土壤全钾和速效钾含量 Figure 4 Soil total potassium (TK) and available potassium (AK) content at different ages of plantation
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图 4(b)显示：速效钾含量表现为随林龄的增加而显著降低，随土层深度的增加而显著降低，6 a比1 a沿土壤剖面依次降低52.38%、65.44%和69.18%，20-40 cm、40-60 cm均显著低于0-20 cm。速效钾占全钾含量的0.09%-0.25%。

土壤阳离子交换量的大小可作为合理施肥和改良土壤的重要依据，反映土壤肥力变化。从图 5(a)可看出，土壤阳离子交换量随林龄增加呈下降趋势，其中20-40 cm层阳离子交换量随林龄增加而下降显著：1 a>2 a>3 a>4 a>6 a，说明20-40 cm层是土壤养分利用率最高的区域，与根系在此区域集中分布有关；2、3、4、6 a林地阳离子交换量表现为0-20 cm层显著高于20-40 cm和40-60 cm。6 a林地土壤阳离子交换量沿剖面增深依次比1 a降低了23.76%、35.95%和39.40%，说明随林龄增加，根系扎入土壤深度增加，对下层土壤中的养分消耗增加。

注：图中不同大写字母表示同土层不同林龄间差异显著(P＜0.05)，不同小写字母表示同林龄不同土层间差异显著(P＜0.05)。 Note: upper case letters indicate statistical differences among plantation ages at the same soil layer (P < 0.05), lower case letters indicate differences among three soil layers at the same plantation age (P < 0.05). 图 5 土壤阳离子交换量和有效硼含量 Figure 5 Soil cation exchange capacity(CEC) and available boron(AB) content at different ages of plantation

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硼是桉树生长的关键因素^[14]，缺硼会导致桉树枝条和干型畸形生长，并减缓高生长^[15]。从图 5(b)可看出，土壤有效硼含量变化与水解氮等速效养分的变化规律一致，其中1 a显著大于2、3、4 a，显著大于6 a；1、2 a林地土壤有效硼含量随土层深度增加而显著下降，即0-20 cm>20-40 cm>40-60 cm。0-60 cm层内，1、2、3、4、6 a的平均有效硼含量分别依次为0.24、0.20、0.19、0.17、0.15 mg·kg^-1，2、3、4、6 a依次比1 a下降了15.65%、19.96%、30.29%、37.10%，各林龄平均有效硼含量均低于0.25 mg·kg^-1。

从表 2各养分指标的相关分析发现，土壤pH值与有机质显著负相关(-0.549)，与全氮、速效钾、有效硼呈极显著负相关(-0.659、-0.647、-0.795)，说明pH值过高不利于有机质分解和全氮、速效钾、有效硼等养分的释放。有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、速效钾和阳离子交换量两两间呈极显著正相关(0.676-0.940)，有效磷与全钾呈显著负相关(-0.633)。有效硼与全氮显著正相关，与全钾显著负相关，相关系数依次为0.535、-0.562。

土壤养分是迄今为止无论是农业还是林业土壤的研究中涉及最多的指标，直接关系到地上植被的生长状况，反映土壤质量状况，是衡量土壤肥力大小的重要依据^[13]。为进一步了解不同林龄桉树林土壤肥力变化，运用主成分分析法对土壤pH、有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有效硼、阳离子交换量，10个指标进行土壤肥力评价，发现前2个主成分累积贡献率已达到94.64%，可较好地反映土壤肥力的综合信息。各指标因子载荷量不同，其中全钾对第1主成分的贡献最大(0.375 0)，其次是有机质(0.369 5)、全磷(0.369 1)、水解氮(0.360 1)；有效硼对第2主成分的贡献最大(-0.624 2)，其次是pH值(0.581 5)。根据主成分方程分别计算各林地土壤肥力得分，从得分结果看，各林地土壤肥力随林龄增加而降低，即：1 a(3.674)>2 a(2.691)>3 a(2.296)>4 a(2.199)>6 a(2.029)。

(1)在一个短轮伐期内(6-7 a)桉树种植会导致土壤pH值升高，有效硼的变化规律与pH值相反，但随林龄的继续增加，pH值反而降低，有效硼含量在不施加硼肥的前提下持续降低，数据表明，与研究区立地条件一致的18 年生巨尾桉人工林土壤pH值和有效硼含量均显著低于6 a的桉树造林地(另文述)。pH值与有效硼极显著的负相关关系验证了周再知等^[16]的研究结果。pH值在3-9范围内时，有效硼含量将随pH值增加而降低^[17]。桉树林的快速生长降低了有效硼含量，欲提高土壤有效硼含量需在施硼肥基础上，寻找pH值与有效硼之间的平衡。相关资料表明，对林地土壤施硼肥或林木叶面喷硼肥是防治林木缺硼的有效措施^[18]。

(2)土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾以及阳离子交换量均随林龄增加而降低，随土层深度增加而下降(仅全钾因土壤母质的影响而随土层深度增加而增加)，这有别于樊后保等^[19]对闽南山区连续年龄序列桉树人工林土壤养分的研究结果，其研究结果表明：土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、速效磷均表现出随林分年龄增加而增加，4 a达最大，随后下降，6 a下降到最低值。各指标的变化受多重因素的综合影响，在林龄间和土层间的差异性大小也有所不同。

(3)相关分析发现，各养分指标间相关性较好，相关系数处于绝对值的0.549-0.940；有机质在土壤养分中占据举足轻重的地位，有机质含量越高，土壤其他各养分含量越高；林地施用有机肥更能促进植物生长；全钾含量高说明土壤中钾矿较多，但容易将磷固定而导致有效磷含量偏低，各养分指标间存在密切的相互制约相互促进的关系^[20]，这与杨志训等^[21]的研究结果基本一致。

(4)研究证实:氮是植物生长需求量最大的营养元素，制约着植物生长和产量形成^[16]。氮肥在提高土壤肥力过程中地位重要，施氮肥可提高有效磷钾含量，提高土壤中的阳离子浓度，促进植物对有效态氮磷钾的吸收，1、2、3、4、6 a的土壤全氮下降幅度依次增大，说明短轮伐期内(6-7 a)巨尾桉人工林对土壤氮素需求量很高，这与黄毓敏等^[22]的研究结果一致。全氮含量随林龄增加而大幅降低可能与桉树根系完整的菌根系统有关，其菌根系统增强了对土壤养分吸收的能力^[19]。

(5)与杨梅等^[7]的研究结果一致：随林龄增大，桉树林土壤有效磷含量明显下降。一方面，桉树生长对有效磷的吸收利用导致有效磷含量降低；另一方面，随林龄增加，土壤pH值升高，降低了磷酸酶活性，减少了有效磷的转化。表层土壤有效磷含量显著高于下层，说明施肥抚育以及地表层丰富的微生物群促进了“无效磷”向有效磷的转化，提高了有效磷含量，但对有效磷占全磷的比例(0.07%-0.18%)分析发现，土壤中“无效磷”转化为有效磷的潜力很大，探索提高有效磷含量的措施，“无效磷”如何向有效磷转化是研究重点。

(6)土壤养分是评价土壤肥力的重要指标之一^[23]。通过养分评价可知，不同林龄桉树林土壤肥力表现为：1 a>2 a>3 a>4 a>6 a。这是因为随桉树人工林的快速生长，各养分消耗量也在迅速增加，养分补给低于生长消耗，导致土壤肥力逐年下降；再者，巨尾桉造林前的炼山整地过程加剧了水土流失，使土壤养分流失严重，从而导致土壤肥力下降。根据全国土壤养分分级标准^[24]和国际土壤缺硼标准^[25]，研究区全钾含量为1级，含量丰富；全磷和有效磷含量为6级，属于极度缺乏；有效硼属于严重缺乏；其他为4、5级，养分中等偏下。

轮伐期内(6-7 a)随林龄增加，巨尾桉人工林对养分的需求和消耗量逐渐增加，土壤养分含量随林龄增加而下降，地力衰退。但桉树对土壤养分的利用率比其它大多数树种高^[26]，如发展桉树种植，可采取一些改善措施以保持地力，如，在无机肥施用的基础上注重有机肥、菌肥的配施，注重对磷肥、硼肥等极缺乏元素肥料的施用，注重测土配方施肥和营养诊断平衡施肥，改善造林前的林地清理方式等。