Study on soil characteristics’ improvement of five years old brisbane box transformed stand

Journal of Modern Agriculture July 2014, Volume 3, Issue 3, PP.54-65

Study on Soil Characteristics’ Improvement of Five-years-old Brisbane Box Transformed Stand Dan Luo 1, Heng Zhang 2, Hongyue Chen2, # 1. Lingnan Comprehensive Surveying and Designing Institute of Guangdong Province, Guangzhou, 510520, China 2. College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong 510642, China #Email: chenhongyuetz@126.com

Abstract Brisbane box is one of the main timber species. In this paper, we studied the changes of physical properties of soil, nutrients, microbes and enzyme activity of the soil, the results showed that: (1) Soil physical properties after stand improvement had been greatly improved, soil bulk density were reduced, soil porosity were improved, the soil was looser and the soil texture improved. (2) The rate of nutrient cycling also increased, with the protease, Converting enzyme’s activity increased, organic matter, hydrolysis of N, total N content increased, the available soil fertility factors and the level of fertility increased. (3) The activity urease, acid phosphatase and catalase of soil were higher than the control. (4) The microbes of the root zone were greatly increase, the number was greater than that out of root zone, indicated that stand transformation made a notable role in soil properties improvement.

Keywords: Stand Transform; Soil Physical Properties; Soil Nutrient; Microbial; Soil Enzyme Activity

红胶木改造林分土壤特性研究* 罗丹 1 ，张亨 2 ，陈红跃 2 1. 广东省岭南综合勘察设计院，广东 广州 510520 2. 华南农业大学林学院，广东 广州 510642 摘 要：通过林分改造，乡土树种种植后的林地土壤性质会发生变化。土壤物理结构（包括土壤空隙、土壤持水性）影响 植物根系的生长；土壤养分含量直接影响植物生长状况；土壤微生物参与了森林生态系统的物质循环和能量流动；土壤 酶参与植物有关的化学反应与生物反应。本文对东莞市大岭山经红胶木林分改造 5 年后土壤的物理性质、养分含量、微 生物数量、酶活性进行分析研究，结果表明：（1）林分改造后的土壤物理性质有了较大的改善，降低了土壤容重，提高 了土壤的空隙度，使土壤更疏松，有效的改良了土壤质地。（2）土壤养分循环速率有所提高，蛋白酶、蔗糖酶(转化酶) 活性增强，有机质、水解 N、全 N 含量增加，土壤的速效肥力因子增强，肥力水平提高。（3）土壤中脲酶、酸性磷酸 酶及过氧化氢酶的活性比对照实验中的大，说明林分改造对土壤酶的活性有促进的效果。（4）三个标准地的根区微生物 数量大大增加，植物根区微生物数量也大于非根区微生物数量，说明林分改造对于有效改善土壤特性起到显著作用。 关键词：林分改造；土壤物理性质；土壤养分；土壤微生物；土壤酶活性

引言 红胶木是一种优良的速生用材树种，从国外引种已有上百年的历史，为我国林木发展创造巨大经济价 值。但是由于长期纯林种植，造成林分产出率低也严重破坏了当地的生态平衡。我省生态公益林等级较低， 并且存在较多问题 [1]。林分改造是对质量较次的林分进行改造，使其转变为优良林分的综合营林措施[2]。在 生态公益林林分改造中，采用乡土树种，一般生态功能都较好，今后的发展趋势肯定也较好[3]。土壤养分、 *基金项目：

广东省林业科技创新专项资金项目“生态公益林林分改造及可持续经营关键技术研究与示范”( 2008KJCX008-01， 2009KJCX011-01, 2010KJCX013-01) - 60 www.jma-journal.org

土壤微生物和土壤酶是森林生态系统的重要组成成分, 直接或间接地反映不同林分对土壤的改良作用。本文 是通过对红胶木林分改造后林地土壤进行研究，探讨林分改造对红胶木林地土壤特性的影响，从对林地土 壤改良方面初步评价红胶木林分改造效益。

1

研究方法

1.1 自然地理环境 调查地点大岭山森林公园位于广东东莞虎门镇境内，北纬 22°50′～22°53′，东经 113°39′～114°48′，总 面积 2455.2km2。属南亚热带季风气候，温暖多雨，平均气温 21.7℃，年均降水量 1800mm，雨季多集中 4～9 月，其降雨量均占全年的 80％，常有台风灾害。土壤为花岗岩、岩页岩等发育的赤红壤。土层多为厚 土层，有机质丰富，部分地段为薄中层土，且石砾含量较多，有机质含量较低。地表植被以人工林为主， 主要有红胶木、马尾松、杉木、尾叶桉、相思类树种以及上述林分经改造后形成的与多种乡土阔叶树种混 交的林分。林下植被主要有鸭脚木、豺皮樟、毛冬青、桃金娘、玉叶金花、鸡矢藤、乌毛蕨、九节、淡竹 叶、黒莎草、芒箕、芒草等。

1.2 调查方法 在红胶木人工林改造区内，分别建立 3 个 20 m×20 m 的标准地。在红胶木人工林纯林区选择同样大小 的林地作为对照标准地。标准地基本情况见表 1 表 1 各标准地基本情况

2

标准 地号

林龄

改造 时间

坡位

平均胸径(cm)

平均树高(m)

主要改造树种

1 2 3 4(CK)

18 18 18 18

2006年 2006年 2006年 ____

下坡 下坡 中坡 中坡

14.14 11.05 13.59 11.24

11.37 10.25 11.89 9.46

红锥、樟树 格木、红锥 格木、楝叶吴茱萸 ____

试验结果

2.1 林分改造对林地土壤物理性质的影响 土壤物理性质是衡量林地土壤质量的一个重要指标 [4]。土壤物理性质质量的变化直接影响林木的生长和 林地生产力，反之，不同树种对土壤物理性质的作用也不同[5]。良好的土壤结构应具有适当的孔隙分布，从 而协调土壤中的水、肥、气、热，为作物生长创造良好的环境条件[6]。不同森林类型土壤的物理性质差异直 接影响土壤水分蓄存量的储蓄方式，关系到涵养水源潜能的强弱。土壤持水性能主要涉及的因子有土壤容 重、孔隙度、毛管持水量等土壤物理性质。 表 2 各标准地土壤物理性质 样品号 1根区内 1根区外 2根区内 2根区外 3根区内 3根区外 CK根区外

容重

毛管持水量

毛管持水率

总孔隙度

毛管孔隙度

非毛管孔隙度

通气孔隙度

(g/cm3)

(g·kg-1)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

1.22 1.28 1.24 1.36 1.26 1.24 1.23

303.84 301.36 246.12 241.06 287.29 233.02 286.04

26.20 25.89 21.83 21.34 24.84 20.47 24.36

53.88 51.64 53.26 48.60 52.56 53.14 53.43

37.03 38.65 30.37 32.83 36.06 28.95 35.24

16.84 12.99 22.89 15.77 16.51 24.19 18.19

34.34 30.61 37.46 30.92 32.90 35.97 31.93

从表 2 中可以看出，土壤容重最小的是标准地 1 根区内，为 1.22 g/cm3；最大的是标准地 2 根区外，达 - 61 www.jma-journal.org

到了 1.36 g/cm3，其它的依次是 1 根区外(1.28 g/cm3)＞3 根区内(1.26 g/cm3)＞2 根区内(1.26 g/cm3)＞3 根区外 (1.24 g/cm3)＞CK 根区外(1.23 g/cm3)＞1 根区内(1.22 g/cm3)，且每块标准样地容重根区内都小于根区外。在 毛管持水率方面，标准地 1 根区内最大，高达 26.20％；标准地 3 根区内次之，为 24.84 ％；标准地 3 根区 外最小，为 20.47 ％。土壤孔隙度方面，总孔隙度最大的是标准地 1 根区内，为 53.88％；最小的是标准地 2 根区外，为 48.60％。通气孔隙度最大的是 2 根区内(37.46%)，比 2 跟区内(30.92%)多 21.15%，比 CK 根区 外(31.93%)多 17.31％。 总体来说，红胶木通过林分改造后，林地土壤变得疏松些，土壤容重变小，总孔隙度增加；非毛管空 隙度也因林分改造而增加。非毛管空隙度越大，表明土壤中可能吸持的无效水容量小，增加了土壤中的有 效水的贮存容量，进而增强了土壤的持水性和通透能力。各改造标准地土壤总孔隙度较大，其林地土壤结 构疏松，通气、透水性较好，涵养水分能力强，这有利于降雨下渗到土壤层，能在一定程度上控制地表径 流，减轻雨水对土壤的冲蚀。林分改造对改善土壤物理性质的效果比较明显。

2.2 林分改造对林地土壤养分的影响 N、P、K 是植物生长的三大元素，直接影响其生长发育，是评价土壤肥力的重要指标，通常测定其全 量及其有效量，其中以土壤全量分析更好，因其代表了土壤养分的长期储量[7]。土壤有机质是土壤固相的重 要组成部分，在土壤形成过程中，特别是在土壤肥力发展过程中，起着极其重要的作用，森林中植物的凋 落物是土壤有机质的主要来源[8]。土壤有效磷是土壤磷库中对作物最速效的部分，是能直接为作物吸收利用 的无机磷或小分子量的有机磷组分，因此是评价土壤供磷能力的重要指标

［9］

。本文以土壤 N、P、K 全量、

有效量以及有机质为分析因子，见表 3。 表 3 各标准地土壤养分含量 样品号 标准地1 标准地2 标准地3 CK

有机质 (g·kg-1) 29.27 22.28 27.61 21.54

pH值 4.48 4.36 4.36 4.30

全N

全P

全K

有效N

有效P

速效K

(g·kg-1)

(g·kg-1)

(g·kg-1)

(mg·kg-1)

(mg·kg-1)

(mg·kg-1)

1.03 0.85 0.96 0.70

0.20 0.19 0.20 0.15

22.70 13.15 25.52 10.74

96.58 84.62 85.47 56.41

3.89 1.74 2.52 1.15

45.21 54.85 45.26 38.01

从表 3 中可以看出，有机质含量最高的是标准地 1，为 29.27 g/ kg，其顺序依次是标准地 1(29.27 g/ kg) ＞标准地 3(27.61 g/ kg)＞标准地 2(22.28 g/ kg)＞CK(21.54 g/ kg)；各标准地的全 N、全 P 和全 K 含量都高于 对照标准地，并且标准地 1 的全 K 含量超过对照标准地 2 倍；有效 N、P 的含量标准地 1＞标准地 3 大于标 准地 2＞CK；速效 K 的含量标准地 2(54.85 mg/ kg)＞标准地 3(45.26 mg/ kg)＞标准地 1(45.21 mg/ kg)＞ CK(38.01 mg/ kg)。 总得来说，经过林分改造之后，土壤有机质的含量明显增加，微量元素氮、磷、钾的含量都比未经过 林分改造高，所以说经过林分改造之后土壤养分较之前更适宜林分生长。

2.3 林分改造对土壤微生物数量的影响 土壤微生物是土壤中的重要组成部分，它们将动植物残体等有机化合物分解并转化为无机化合物或矿 质营养物，从而被植物所利用；并且在土壤团粒结构的形成以及土壤腐殖质的合成过程中也起到重要作用， 是土壤肥力的重要指标之一[10-11]。通常对土壤微生物中的细菌、放线菌和真菌这三个类群进行研究[10,12]。 从表 4 可以看出，各标准地细菌、真菌和放线菌的含量相对于样地标准地都增加。细菌的含量标准地 2(0.77×106CFU/g)最高，超过对照标准地(0.34×106CFU/g)细菌数量的 1.26 倍，标准地 3(0.57×106CFU/g)的细 菌数量略大于标准地 1(0.41×106CFU/g)；真菌的数量标准地 2(0.89×104CFU/g)的含量最大，其他标准地的顺 - 62 www.jma-journal.org

序依次为标准地 1(0.67×104CFU/g)＞标准地 3(0.25×104CFU/g)＞CK(0.19×104CFU/g)；放线菌的含量标准地 1(0.35×105 CFU/g)、标准地 2(0.46×105 CFU/g)、标准地 3(0.38×105 CFU/g)分别是对照标准地(0.19×105 CFU/g) 的 1.84 倍、2.42 倍和 2 倍。 表 4 各标准地土壤微生物数量 样品号

细菌(×106CFU·g-1)

真菌(×104CFU g-1)

放线菌(×105CFU·g-1)

标准地1 标准地2 标准地3 CK

0.41 0.77 0.57 0.34

0.67 0.89 0.25 0.19

0.35 0.46 0.38 0.19

总体上看来，3 个经过林分改造的标准地的根区微生物数量大大增加，由此可见经过林分改造之后对于 增加土壤微生物含量起明显作用。

2.4 林分改造对土壤酶活性的影响 土壤酶是一种由生物体产生的，具有蛋白质性质的高分子生物催化剂。土壤酶参与土壤的许多重要生 物化学过程和物质循环，包括枯落物的分解，腐殖质及各种有机化合物的分解与合成、土壤养分的固定与 释放以及各种氧化还原反应，直接参与了土壤营养元素的有效化过程，可以客观的反映土壤的肥力状况

[13-

。不同的土壤类型和不同的耕作管理方式以及不同植物根系的分泌物都会影响土壤酶活性土壤中酶的种类

14]

过氧化氢酶活性 KMnO4（ml/g）

很多，本研究主要测定分析了过氧化氢酶、酸性磷酸酶及脲酶的活性。

b

图1

各标准地土壤过氧化氢酶活性

注：图中字母为Duncan检验结果，不同字母间差异显著（P<0.05），下同。

过氧化氢酶能酶促水解过氧化氢，是土壤合成腐殖质和防止过氧化氢对生物毒害的重要氧化还原酶系， 可以用来表征土壤的生化活性[9,16]。Duncan 多重比较分析结果表明各样品间过氧化氢酶活性具有显著差异， 但比较平缓。由分析结果（见图 1）可见，各标准地过氧化氢酶的含量变化显著，标准地 3 的过氧化氢酶的 含量最高，标准地 1 含量次之，标准地 2 大于对照标准地。总而言之，经过林分改造之后过氧化氢酶含量显 著增加。 土壤磷酸酶对土壤磷素的有效性具有重要作用，其活性是评价土壤磷素生物转化方向与强度的指标 [19]。 在土壤磷酸酶活性方面，各样品间也存在显著差异（见图 2）。标准地磷酸酶的含量最好，明显高于对照， 标准地 2＞标准地 3＞对照标准地。因此，经过林分改造土壤磷酸酶显著增加。

- 63 www.jma-journal.org

磷酸酶活性 P2O5（mg/kg）

a d

图2

各标准地土壤磷酸酶活性

脲酶能促进有机质中肽键的水解，其活性与土壤的微生物数量、有机质含量和速效氮含量呈正相关， 可以表示土壤的氮素供应状况[15]。 从图 3 可以看出，每个标准地酶的活性都有增长，标准地 1 脲酶含量最高，标准地 3 次之，标准地 2 与 对照标准地差异不明显但是略微高于对照标准地。由此可以看出脲酶的含量经过林分改造之后脲酶含量有

＋

脲酶活性 NH4 -N（mg/kg）

明显变化。

图3

各标准地土壤脲酶活性

综上所述，林分改造对林地土壤酶活性的增加起到了一定的效果。与对照相比，每个标准地酶的活性 都显著增长，总得来说标准地 1 酶活性最好。

3

讨论 红胶木通过林分改造后，林地土壤变疏松，土壤容重变小，毛管持水量增多，孔隙度增加；通气、透

水性得到了提高，涵养水分能力增强。林分改造对改善林地土壤物理性质的效果比较明显。林地土壤物理 性质得到了改善，能够促进土壤微生物的呼吸和土壤养分循环，使林地上植物能更好更快的生长，同时也 有利于改善生态环境。 林分改造对红胶木林地土壤养分的增加有明显的效果，各标准地土壤各项养分指标都高于标准地，由 此可见林分改造对改善土壤有效养分状况、提高土壤肥力，进而促进林地上植物生长发育具有良好的作用。 林分改造后 3 个红胶木标准地根区微生物数量大大增加，标准地 2 效果最好，由实验结果可知林分改造 对于有效增加土壤微生物数量起到了显著作用，同时对土壤微生物群落比例会产生不同程度的调节作用。 林分改造对于红胶木林地土壤酶活性的增加起到了显著的效果。三个标准地的酶的活性都显著提高， - 64 www.jma-journal.org

其中以标准地 1 效果最为明显。林分改造对红胶木林地土壤酶活性的增加有良好的促进作用。 综上所述，林分改造对红胶木林地土壤物理性质、土壤养分、土壤微生物和土壤酶活性等土壤特性都 有不同程度的改善与促进作用。红胶木林分改造初步效果较为明显，值得肯定。 林分改造的时间不够长，林分改造后对红胶木林地土壤特性的影响是一个长期的过程，还有待以后进 一步观测和研究。

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【作者简介】 1 罗丹（1983-

），女，汉，学士学位，林

2 张亨（1991-

），男，汉，农学学士学位，助理工程师，主

业工程师，主要从事森林生态建设、林业

要从事风景园林方向等研究，2012 年毕业于华南农业大学园

碳汇等研究，2005 年毕业于北京林业大

林专业。Email: 410877059@qq.com

学环境学院环境科学专业。

3 陈红跃（1964-

Email: agan_94643433@qq.com

事森林培育研究，2013 年毕业于华南农业大学生态学专业。

），男，汉，理学博士学位，教授，主要从

Email: chenhongyuetz@126.com

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