杉木林生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換對土壤質(zhì)量的影響研究.pdf

1、杉木是我國南方重要的速生用材樹種之一。由于杉木人工林的針葉化、純林化,經(jīng)營集約化和多代連栽現(xiàn)象的加劇,杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)固有的生態(tài)弱點(diǎn)日益顯現(xiàn),造林地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失、生物多樣性下降、地力衰退、病蟲害和火災(zāi)蔓延等各種嚴(yán)重生態(tài)后果,直接制約著杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展。從目前的杉木人工林地力衰退研究來看,雖然對杉木人工林地力衰退的機(jī)理進(jìn)行了較多的研究,但是否存在地力衰退現(xiàn)象仍處于爭論之中,杉木人工林地力衰退機(jī)理也尚不清楚。同時雖然對杉木林

2、地力衰退的防治技術(shù)提出一些對策和途徑,但是這些技術(shù)途徑僅僅只針對傳統(tǒng)的杉木栽培制度中的某一環(huán)節(jié)或者生態(tài)系統(tǒng)的某一局部加以變革或改良而已,并未從杉木林生態(tài)系統(tǒng)整體性角度出發(fā)來加以考慮和根本性變革。因此,如何建立一套能根本性地解決杉木人工林地力衰退等生態(tài)問題的全新杉木栽培制度已成為杉木人工林可持續(xù)發(fā)展中一個重大課題。這些問題都有待于進(jìn)一步的研究和探討。
　　有鑒于此,多年來課題組針對杉木人工林所存在的各種生態(tài)問題,在重視消化吸收國內(nèi)外

3、學(xué)者提出的人工林經(jīng)營新理論和新方法的基礎(chǔ)上,對杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施近自然化的改造和調(diào)控。同時在福建農(nóng)林大學(xué)南平西芹教學(xué)林場內(nèi)建立5個森林生態(tài)系統(tǒng)模式(包括天然常綠闊葉林模式、老齡杉木林模式、二代杉木萌芽天然更新林模式、93年二代杉木人工林模式(不煉山)和91年二代杉木人工林模式(煉山))作為杉木林生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模式的系列樣地,本研究試圖在已建立的5個森林生態(tài)系統(tǒng)模式內(nèi)采用實(shí)地定位研究方法,對不同杉木林生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模式的土壤物理性質(zhì)、化學(xué)

4、性質(zhì)、腐殖質(zhì)組成及形態(tài)、酶活性等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)研究,為深入揭示杉木人工林地力衰退機(jī)制、退化的杉木林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建以及杉木栽培制度變革提供科學(xué)理論依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)各系統(tǒng)土壤機(jī)械組成各級顆粒所占比例之間不存在明顯差異,土壤微團(tuán)聚體各級顆粒含量存在著一定的差異;土壤<0.001粒徑含量基本上呈現(xiàn)出91人工林和93人工林>老齡林>萌芽林>天然林的趨勢;各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤中基本上呈現(xiàn)出1~0.

5、25mm粒級和0.25~0.05mm粒級所占比例較高,<0.001mm粒級所占比例較低的格局;各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤分散系數(shù)均大致呈現(xiàn)出91人工林>93人工林>老齡林>萌芽林>天然林的總趨勢,而結(jié)構(gòu)系數(shù)則均大致呈現(xiàn)出91人工林<93人工林<老齡林<萌芽林<天然林的趨勢。
　　(2)各系統(tǒng)土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較明顯,均表現(xiàn)為93人工林較高,萌芽林、天然林和老齡林居中,91人工林較低的趨勢,且季節(jié)變化較明顯。
　　

6、(3)各系統(tǒng)土壤pH值差異顯著,均表現(xiàn)為二代杉木林(萌芽林、91人工林和93人工林)pH值略高于老齡林和天然林。且季節(jié)變化較明顯,基本上呈現(xiàn)出1月>4月>10月>7月的規(guī)律。
　　(4)各系統(tǒng)土壤全氮、全磷、全鉀含量差異顯著,各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤全氮、全磷、全鉀含量基本上呈現(xiàn)出萌芽林、91人工林、93人工林較高,天然林和老齡林較低的趨勢,且季節(jié)變化明顯。
　　(5)各系統(tǒng)土壤水解氮、速效磷、速效鉀含量差異不

7、明顯,不同土層各系統(tǒng)變化規(guī)律略有差異,且季節(jié)變化明顯,水解氮和速效鉀均呈現(xiàn)1月和4月較高,7月和10月略低的規(guī)律,速效磷呈現(xiàn)出4月份較高,其他月份略低的規(guī)律。
　　(6)各系統(tǒng)土壤全鈣含量系統(tǒng)差異不明顯,且季節(jié)變化不明顯。各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤全鎂含量均呈現(xiàn)出二代杉木林(萌芽林、91人工林和93人工林)略低于老齡林和天然林的趨勢;各系統(tǒng)全鎂含量季節(jié)變化較明顯,呈現(xiàn)出4月略高,1、7、10月較低的規(guī)律。
　　(

8、7)各系統(tǒng)土壤交換性鈣和交換性鎂含量差異較明顯,大致均呈現(xiàn)出老齡林、天然林和萌芽林較高,93人工林和91人工林較低的趨勢,且季節(jié)變化較明顯,均呈現(xiàn)出4月份較高,1、7、10月較低的規(guī)律。
　　(8)各系統(tǒng)土壤全鐵和全鉛含量差異和季節(jié)變化均不明顯,不同土層各系統(tǒng)的全鐵含量變化規(guī)律較復(fù)雜,各系統(tǒng)全鉛含量均呈現(xiàn)二代杉木林>天然林和老齡林的趨勢;各系統(tǒng)土壤全錳和全銅含量差異顯著,季節(jié)變化也均較為明顯,各系統(tǒng)土壤全錳基本上呈現(xiàn)出萌芽林、天然

9、林、91人工林>93人工林和老齡林的趨勢。各系統(tǒng)全銅含量呈現(xiàn)出二代杉木林>天然林和老齡林的趨勢。各系統(tǒng)土壤全鋅含量差異不明顯,大致呈現(xiàn)出萌芽林=93人工林=天然林>91人工林>老齡林的趨勢,且季節(jié)變化較為明顯。
　　(9)各系統(tǒng)0-20cm和20-40土壤有效態(tài)鐵含量存在一定的差異,呈現(xiàn)出天然林較高,萌芽林和老齡林居中,91人工林和93人工林較低的規(guī)律,季節(jié)變化較明顯;各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤有效態(tài)錳含量存在一定差異

10、,均呈現(xiàn)出萌芽林>天然林>93人工林>老齡林>91人工林的趨勢。各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤有效態(tài)錳季節(jié)變化較明顯,大致呈現(xiàn)1月和4月較高,7月和10月較低的規(guī)律;各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤有效態(tài)銅含量存在一定的差異,基本上呈現(xiàn)出天然林和萌芽林較高,93人工林、91人工林和老齡林較低的趨勢,季節(jié)變化較明顯;各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤有效態(tài)鋅的含量差異和季節(jié)變化均不明顯。各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm

11、土壤有效態(tài)鉛含量差異較顯著,基本上呈現(xiàn)萌芽林>天然林>93人工林>91人工林>老齡林的趨勢,且季節(jié)性不明顯。
　　(10)各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤中富里酸碳量含量差異較明顯,均呈現(xiàn)出93人工林較高,其它系統(tǒng)較低的規(guī)律。土壤中胡敏酸碳量系統(tǒng)間差異較明顯,均呈現(xiàn)出91人工林較低,其它系統(tǒng)較高的規(guī)律。各系統(tǒng)0-20cm土壤中胡敏素的含碳量差異較明顯,呈現(xiàn)出萌芽林>老齡林>天然林>91人工林>93人工林的趨勢,各系統(tǒng)20-4

12、0cm之間差異不明顯。
　　(11)從土壤腐殖化度來看,老齡林0-20cm和20-40cm土壤胡敏酸碳量所占比例最高,說明老齡林土壤腐殖化程度較高,土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量較好;其次是萌芽林、天然林和93人工林,最低為91人工林。
　　(12)從HA/FA比例來看,HA/FA老齡林較高,其次為萌芽林、天然林和93人工林,最低為91人工林。這說明老齡林土壤腐殖質(zhì)的分子量大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而91人工林土壤腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單,其腐殖質(zhì)質(zhì)量較差。

13、
　　(13)腐殖質(zhì)各組分均呈現(xiàn)出富里酸碳量>胡敏素碳量>胡敏酸碳量的總趨勢。富里酸碳量所占的比例較高,胡敏素碳量所占的比例居中,胡敏酸碳量所占比例較低。
　　(14)各系統(tǒng)0-20cm和20-40土壤胡敏酸E4值呈現(xiàn)93人工林較高,老齡林、天然林和萌芽林居中,91人工林較低的規(guī)律,說明各系統(tǒng)中93人工林表層土壤的分子量大,復(fù)雜程度高,芳香族原子團(tuán)增多,縮合度變強(qiáng)。
　　(15)各系統(tǒng)0-20cm和20-40土壤E4/

14、E6呈現(xiàn)出天然林較高,萌芽林和91人工林居中,老齡林和93人工林較低的趨勢,說明天然林系統(tǒng)土壤脂肪族結(jié)構(gòu)變小,活性也隨之變強(qiáng),團(tuán)?；饔冒l(fā)揮,分解和裂解礦物的作用減弱,土壤腐殖質(zhì)質(zhì)量良好。
　　(16)土壤胡敏酸的光密度值隨著波長的增加逐漸的降低,各土層均呈現(xiàn)出93人工林>老齡林>天然林>萌芽林>91人工林的趨勢。
　　(17)各系統(tǒng)土壤0-20cm和20-40的松結(jié)合態(tài)碳量存在較明顯差異,呈現(xiàn)91人工林和天然林較高,萌芽林

15、、93人工林和老齡林較低的趨勢;穩(wěn)結(jié)合態(tài)碳量也存在較明顯差異,大致呈現(xiàn)天然林較高,91人工林、萌芽林、93人工林和老齡林較低的規(guī)律;緊結(jié)合態(tài)碳量差異也較明顯,呈現(xiàn)93人工林和萌芽林較高,天然林、老齡林和91人工林較低的趨勢。從松/緊比值來看,不同系統(tǒng)存在一定的差異,基本上呈現(xiàn)天然林和老齡林較高,萌芽林、91人工林和93人工林較低的趨勢。
　　(18)從三種結(jié)合態(tài)所占比例來看,各系統(tǒng)土壤緊結(jié)合態(tài)所占比例較高,在48.09~77.95

16、％之間;其次為松結(jié)合態(tài),在24.60~49.41%之間;穩(wěn)結(jié)合態(tài)最低,在14.48~22.69%之間。
　　(19)各系統(tǒng)0-20cm和20-40cm土壤過氧化氫酶活性存在著一定的差異,均呈現(xiàn)出天然林較高,萌芽林和93人工林居中,老齡林和91人工林較低的趨勢;土壤蔗糖酶活性含量差異較為明顯,呈現(xiàn)出老齡林較高,天然林、萌芽林、93人工林和91人工林較低的趨勢;各系統(tǒng)土壤脲酶活性的含量差異明顯,大致呈現(xiàn)出91人工林和93人工林較低,其

17、它系統(tǒng)較高的趨勢;土壤酸性磷酸酶活性含量差異不顯著,呈現(xiàn)出老齡林和93人工林較高,91人工林較低的規(guī)律。各系統(tǒng)土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性基本上呈現(xiàn)隨土層的加深而有所下降的規(guī)律。
　　(20)通過健康評價(jià)法和主成分分析法,運(yùn)用土壤物理性質(zhì),化學(xué)性質(zhì),生物化學(xué)性質(zhì)的各指標(biāo)對不同杉木林生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模式的土壤質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價(jià)。從綜合評價(jià)的結(jié)果來看,萌芽林、93人工林(不煉山)和老齡林的土壤質(zhì)量均優(yōu)于91人工林(煉山)。