我國(guó)桉樹人工林對(duì)土壤狀況影響研究進(jìn)展

鄭洲翔，張艷艷，廖文莉，劉德浩，陳智濤

(1.惠州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東 惠州516007；2.惠州市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 惠州516001)

桉樹是我國(guó)三大優(yōu)良速生樹種之一，共有1 039個(gè)種和變種，分別隸屬于桃金娘科桉屬(Eucalyptus)、杯果木屬(Angophora)和傘房屬(Corymbia)[1-2]。當(dāng)前，我國(guó)桉樹主要分布華南地區(qū)，其人工林面積達(dá)546.74萬(wàn)公頃[3]。廣西種植面積最大。我國(guó)人均用紙量由6 kg提高到70 kg，成為世界第一的人造板產(chǎn)能大國(guó)，均有桉樹的貢獻(xiàn)[4]。據(jù)報(bào)道，桉樹林平均生長(zhǎng)量為馬尾松(Pinus massoniana)的3.5倍、杉木(Cunninghamia lanceolata)的2.3倍[5]。

桉樹人工林對(duì)土壤影響主要表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分、水分、有機(jī)碳、腐殖質(zhì)、酶活性和微生物等方面。有文獻(xiàn)報(bào)道，桉樹人工林消耗大量養(yǎng)分和水分，在一定程度上造成土壤肥力下降，地力衰退等現(xiàn)象[6]。為科學(xué)合理地種好、管好和用好桉樹[7]，我國(guó)不少學(xué)者展開了桉樹人工林對(duì)土壤狀況影響的研究工作，為科學(xué)合理種植桉樹提供了依據(jù)。

1 桉樹人工林對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

有研究表明桉樹人工林可改善土壤理化性質(zhì)。徐偉等[8]通過(guò)對(duì)比海南不同林地土壤差異，認(rèn)為海南桉樹人工林地相對(duì)于橡膠林(Hevea brasiliensis)、馬占相思(Acacia mangium)等其他人工林地有利于減低土壤容重，增加水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性，可減少土壤破壞，降低水土流失，有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。候?qū)帉幍萚9]在研究1、3和5 a生桉樹人工林和與之對(duì)應(yīng)的米老排(Mytilaria laosensis)林、杉木林和馬尾松林土壤基本物理性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，1、3和5 a生桉樹林土壤容重均低于之前的馬尾松林和杉木林，但高于米老排林。唐常源等[10]利用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析法，對(duì)土壤中有機(jī)循環(huán)代謝最為旺盛的化學(xué)物質(zhì)——溶解有機(jī)質(zhì)(DOM)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在0 ~ 30 cm土壤層中，桉樹林和天然次生林土壤中的DOM的陸源輸入多于天然次生林。劉月秀等[11]通過(guò)對(duì)廣東省桉樹人工林的土壤抽樣調(diào)查和分析，分析桉樹人工林土壤體積質(zhì)量、總孔隙度、毛管孔隙度、吸濕水含量、毛管持水量和全容水量等物理性質(zhì)，認(rèn)為廣東桉樹林地土壤質(zhì)量尚可。

但也有研究發(fā)現(xiàn)，桉樹人工林影響了土壤的理化性質(zhì)。廣西南部桉樹人工林地土壤較黏重，隨著樹齡增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量、孔隙度、滲透率、持水量逐漸增加[12]?；浳麒駱淙斯ち秩浐咳狈?，全氮和有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分水平低[13]。龔珊珊等[14]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林土壤表層的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量明顯低于天然林，土壤容重增加而陽(yáng)離子交換量降低。夏體淵等[15]對(duì)滇中桉樹人工林與鄰近區(qū)域群落土壤進(jìn)行肥力變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)桉樹人工林全年表現(xiàn)出對(duì)土壤養(yǎng)分的持續(xù)耗竭，與鄰近區(qū)域群落相比，較易造成生態(tài)系統(tǒng)土壤養(yǎng)分貧瘠化。廣西桉樹林地土壤普遍呈酸性，pH多為4.5 ~ 5.0；土壤N含量屬中等水平，土壤P嚴(yán)重缺乏，K素養(yǎng)分處于缺乏水平，有機(jī)質(zhì)含量屬中等水平，微量元素B、Cu、Zn較為缺乏，尤其是B含量處于極貧狀況[16]。曹鶴等[17]研究了華南地區(qū)8種林地的土壤物理性質(zhì)，根據(jù)其土壤特點(diǎn)分類，尾葉桉(E.urophylla)林地土壤物理性質(zhì)最差，上層的土壤容重大于中層和下層，毛管孔隙度和毛管持水量較大，非毛管空隙度和自然含水量較小。桉樹人工林土壤理化性質(zhì)研究結(jié)果差異顯著，有學(xué)者對(duì)研究桉樹人工林地土壤養(yǎng)分含量的變異性，發(fā)現(xiàn)全氮、全磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)均為中等變異性，水平差異性顯著；全磷養(yǎng)分水平為極缺，全氮與有機(jī)質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，全磷與全鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)[18]。

桉樹人工林多采用連栽種植，導(dǎo)致土壤肥力下降。明安剛等[19]對(duì)廣西東門林場(chǎng)連栽桉樹人工林土壤養(yǎng)分的變化情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)連栽導(dǎo)致桉樹人工林多數(shù)土壤養(yǎng)分含量不同程度的下降。葉紹明等[20]通過(guò)對(duì)連栽桉樹人工林土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)影響桉樹人工林土壤綜合肥力主要因素是土壤物理性質(zhì)和 N、P、K 三大營(yíng)養(yǎng)元素，桉樹人工林經(jīng)3代連栽后，其林地土壤綜合肥力較第1、第2代桉樹人工林明顯下降。王紀(jì)杰[21]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林連栽土壤肥力變化主要在0 ~ 20 cm土層，其肥力隨林齡增加而有下降趨勢(shì)。不同連栽代數(shù)下桉樹人工林土壤有機(jī)質(zhì)含量大小排序?yàn)楣嗖萜拢?代林＞2代林＞3代林[22]。不同栽植代次土壤中全P含量大小排序?yàn)椋汗嗖莸?第3代林>第1代林>第2代林，其中有效P含量隨栽植代次增加而減少[23]。中、高代次連栽林分的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀等8種肥力指標(biāo)顯著下降[24]。桂北尾葉桉三代連栽連作人工林研究發(fā)現(xiàn)土壤肥力質(zhì)量先增加后降低，尾葉桉連栽兩代后土壤理化性質(zhì)退化顯著[25]。

2 桉樹人工林對(duì)水分的影響

引種桉樹在一定程度上造成了土壤水減少、水位降低等問題[26-30]。土壤水土保持功能在輪伐期內(nèi)隨林齡增加而降低，二代連栽可使下層土壤產(chǎn)生板結(jié)傾向[21]。時(shí)忠杰等[31]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林蓄水能力低于或接近于亞熱帶和熱帶山地森林土壤的蓄水能力。劉挺等[32]發(fā)現(xiàn)在澳大利亞 Tumbarumba站點(diǎn)，桉樹傾向于利用淺層土壤水，而在降雨較少淺層土壤水不足以維持生存需要時(shí)，較深層土壤水便成為其可靠的水分來(lái)源。在廣東湛江紀(jì)家站點(diǎn)，桉樹林主要使用淺層土壤水，幾乎不使用深層土壤水和地下水。張寧南[33]在研究中發(fā)現(xiàn)紀(jì)家站點(diǎn)由于持水性高，更多水分以地表蒸發(fā)的形式散失，在砂質(zhì)土的持水性差，但滲透性高，旱季時(shí)桉樹人工林有可能吸收深層土壤水。趙從舉[34]還發(fā)現(xiàn)林齡較大的桉樹人工林消耗較多的深層土壤水分。20 a桉樹林的年均土壤水分與10 a椰林土壤水分差別不明顯。短伐桉樹林土壤水分明顯低于椰林，短伐桉樹人工林產(chǎn)生較大土壤水生態(tài)負(fù)面影響。楊鈣仁[35]在研究中也指出桉樹人工林強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)以及表土較強(qiáng)的攔蓄能力導(dǎo)致桉樹人工林產(chǎn)流量明顯小于混交林。桉樹人工林對(duì)區(qū)域水資源安全存在威脅，雨季降雨偏少情況下其對(duì)水資源安全的威脅更嚴(yán)重。實(shí)行桉樹人工林面積總量控制、避免區(qū)域過(guò)度集中種植和減小連片種植面積可有效降低桉樹人工林對(duì)水資源的影響。張寧南[33]認(rèn)為當(dāng)降雨量超過(guò)1 200 mm，桉樹人工林不會(huì)抽取地下水及對(duì)區(qū)域水量平衡有負(fù)面影響。

正常情況下，桉樹林溪水COD、總硝態(tài)N、銨態(tài)N、總P符合或高于國(guó)家地表水三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，非施肥期間正常生長(zhǎng)桉樹人工林對(duì)林區(qū)地表水水質(zhì)安全[34]。施肥期間，桉樹人工林中水體污染來(lái)源于施肥中的硝態(tài)N，最高超出國(guó)家地表水五類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的4倍。雨后分片分期施肥可減輕桉樹人工林對(duì)水源污染。

桉樹人工林區(qū)水體突發(fā)性泛黑現(xiàn)象，來(lái)源于桉樹葉腐解過(guò)程中釋放的單寧酸，黑色溶解性有機(jī)碳(DOC)、Fe、Mn。水環(huán)境中硫化物主要來(lái)源于底泥。單寧酸與金屬離子結(jié)合形成的黑色絡(luò)合物，F(xiàn)e、硫化物、Mn在水體缺氧時(shí)形成的黑色金屬硫化物，該物質(zhì)威脅區(qū)域水質(zhì)安全[36-37]。

3 桉樹人工林有機(jī)碳的研究

桉樹人工林土壤的碳儲(chǔ)量是桉樹林生態(tài)系統(tǒng)的重要部分。不同林齡、不同連栽次代桉樹人工林土壤中有機(jī)碳含量研究發(fā)現(xiàn)，桉樹林地土壤固碳能力強(qiáng)，土壤有機(jī)碳含量隨土層深度增加而減少[38]。竹萬(wàn)寬等[39-40]發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為 10 a> 8 a> 15 a >5 a > 7 a > 3 a > 2 a > 1 a。

呂小燕等[41]發(fā)現(xiàn)對(duì)廣西東門林場(chǎng)不同栽植代數(shù)(1、2和3代)桉樹人工林連栽過(guò)程中土壤有機(jī)碳和全氮低于鄰近馬尾松林，且隨栽植代數(shù)下降。人工林土壤有機(jī)碳含量與全氮含量均呈極顯著相關(guān)性，土壤有機(jī)碳、全氮與C/N之間也呈顯著相關(guān)。東門林場(chǎng)1 ~ 8 a桉樹人工林土層的土壤碳儲(chǔ)量是隨林齡增加而增加[42]。

段春燕等[43]發(fā)現(xiàn)在1 ~ 5 a生的桉樹人工林中，土壤有機(jī)碳表現(xiàn)為先增加后降低再增加的趨勢(shì)，順序?yàn)? a >3 a >4 a >2 a >1 a。陳奎帆[44]發(fā)現(xiàn)桉樹林下土壤有機(jī)碳含量高于無(wú)林地土壤，桉樹林土壤有機(jī)碳7 ~ 8 a > 3 ~ 4 a。肖斌[45]發(fā)現(xiàn)不同連栽代次桉樹林土壤有機(jī)碳含量隨著連栽代次增加表現(xiàn)為先減小后增加再減小的趨勢(shì)，以三代桉樹林土壤有機(jī)碳含量為最高，桉樹林替代馬尾松林后，一定程度上提高了土壤有機(jī)碳含量。劉姝媛等[46]研究了廣東省粵北、粵東、粵西和珠江三角洲4個(gè)地區(qū)桉樹人工林土壤有機(jī)碳含量和有機(jī)碳密度，發(fā)現(xiàn)桉樹人工林土壤有機(jī)碳含量略高于同地區(qū)馬尾松和杉木人工林。有機(jī)碳密度與海拔、A層和B層土壤總孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量和全氮含量呈顯著正相關(guān)；土壤毛管孔隙度、毛管持水量和pH值是影響有機(jī)碳密度的主導(dǎo)因子。

關(guān)于桉樹林土壤有機(jī)碳調(diào)查出現(xiàn)的數(shù)據(jù)偏離的問題，張?zhí)K峻等[47]在分析粵西肇慶的1 a生和3 a生桉樹人工林100個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)過(guò)程中，提出有機(jī)碳密度不僅與土壤理化性質(zhì)如土壤密度、電導(dǎo)率、pH值、土壤氮磷鉀有關(guān)，且與坡度和坡向等地形因子有關(guān)。土壤理化性質(zhì)和地形因子可解釋有機(jī)碳密度47% ~ 60% 的信息量，各樣點(diǎn)的主要決定因子及作用大小不一致。

竹萬(wàn)寬等[40]以8、10和15 a生桉樹人工林為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)各林齡之間碳氮儲(chǔ)量無(wú)顯著性差異。許宇星等[48]以雷州半島內(nèi)8 a生尾巨桉(E. urophylla×E. grandis)林、8 a生赤桉(E. camaldulensis)林和15 a生濕加松(P. elliottii×P. caribaea)林作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)3種人工林土壤有機(jī)碳、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)未產(chǎn)生顯著差異；土壤碳磷比低于全國(guó)平均值，人工林生長(zhǎng)均受氮元素限制。

4 桉樹人工林土壤腐殖質(zhì)、酶活性和微生物研究

盧萬(wàn)鵬等[49]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林土壤胡敏酸碳含量、富里酸碳含量低于灌草坡，且含量隨連栽代數(shù)增加而下降。微生物依賴土壤有機(jī)質(zhì)獲取碳源和能源，因此土壤的理化性質(zhì)直接影響微生物狀況。陳超凡[50]發(fā)現(xiàn)不同土層的馬尾松、紅椎(Castanopsishystrix)、米老排和火力楠(Michelia macclurei)人工林的土壤酶活性和微生物數(shù)量和多樣性均大于桉樹人工林。糖類、氨基酸類、多聚物類、羧酸類和芳香類碳源是引起不同林分之間土壤微生物功能多樣性差異的敏感碳源。陳法霖等[51]也發(fā)現(xiàn)桉樹人工林取代天然次生林導(dǎo)致土壤微生物生物量減少，土壤微生物群落碳代謝強(qiáng)度和多樣性顯著降低。桉樹凋落物影響下的土壤微生物群落的生物量、多樣性和代謝活性均較低，表明桉樹凋落物為土壤微生物群落提供生境和食物的能力較弱[52]。李朝婷等[53]發(fā)現(xiàn)中、高代次連栽林分的土壤肥力指標(biāo)及土壤酚氧化酶、過(guò)氧化物酶、酸性磷酸酶、脲酶、β-1，4-葡糖苷酶、N-乙酰-β氨基葡糖苷酶等6種酶活性顯著下降，導(dǎo)致嚴(yán)重的外來(lái)植物入侵。

桉樹根際土壤微生物是桉樹人工林土壤微生物的重要組成部分，與根系共生后可促進(jìn)植物養(yǎng)分運(yùn)輸、提高植物逆境生存能力。桉樹根系中共生真菌多樣性豐富，弓明欽等[54]調(diào)查華南地區(qū)的桉樹林根際發(fā)現(xiàn) 11種外生菌根真菌。朱天輝等[55]調(diào)查四川桉樹林發(fā)現(xiàn)17種外生菌根真菌，隸屬9科11屬。單體江等[56]綜述了國(guó)內(nèi)報(bào)道的桉樹內(nèi)生真菌主要包括莖點(diǎn)霉屬等 10多個(gè)屬。王思佳等[57]在廣州市長(zhǎng)崗山自然保護(hù)區(qū)的桉樹林根系中分離并鑒定出二型傘霉，同時(shí)證明是桉樹根系的內(nèi)生真菌。梁京威等[58]初步確定了桉樹內(nèi)生真菌二型傘霉的最佳培養(yǎng)條件，驗(yàn)證了其對(duì)桉樹生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。有研究發(fā)現(xiàn)土壤微生物可減輕桉樹化感物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[59]，從桉樹根際分離出兩種真菌可有效降低或轉(zhuǎn)化桉樹人工林土壤中化感物質(zhì)[60]。李佳雨等[61]發(fā)現(xiàn)桉樹人工林土壤AM真菌群落結(jié)構(gòu)主要受土壤pH值變化的影響。2 a生和10 a生桉樹林中土壤pH和有機(jī)碳顯著降低，AM真菌的孢子密度在桉樹林土壤中顯著低于次生林土壤。

放線菌是土壤微生物中的一個(gè)主要類群，其存在反映生態(tài)多樣性，對(duì)自然界物質(zhì)循環(huán)起著重要作用，同時(shí)還是很好的生防菌資源。樊炳君等[62]從桉樹根際土壤經(jīng)分離獲得73株放線菌，發(fā)現(xiàn)桉樹根際放線菌類群組成主要為鏈霉菌，酶活性較豐富。

5 小結(jié)與展望

我國(guó)人均森林資源匱乏，如何滿足人民生活水平提高和社會(huì)發(fā)展對(duì)木材及其森林產(chǎn)品需要、如何實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的改善和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)林業(yè)發(fā)展面臨的巨大任務(wù)[63]。桉樹人工林是世界人工林的重要組成部分，在木材資源供給和應(yīng)對(duì)氣候變化等方面起重大作用[64]。桉樹人工林經(jīng)營(yíng)帶來(lái)的地力退化等生態(tài)問題，亟需重視，且需研究探討如何提升桉樹人工林的質(zhì)量及其生態(tài)效益。

從桉樹人工林土壤理化性質(zhì)分析來(lái)看，目前桉樹人工林引起土壤肥力下降多由中高代次連栽造成。我國(guó)80%以上桉樹人工林采取短周期連栽方式，輪伐期比世界其他國(guó)家普遍要短，一般為5 ~ 7 a，甚至縮短到3 ~ 5 a[65]。合理種植如低代次、低密度、混交林等形式的桉樹人工林與馬尾松林、杉木林等相比，可減低土壤容重，增加水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性，可減少土壤破壞，降低水土流失，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[9-11]。

強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)以及表土較強(qiáng)的攔蓄能力導(dǎo)致桉樹人工林不適合在水資源相對(duì)稀缺的區(qū)域種植[33]。在水資源相對(duì)稀缺的區(qū)域，桉樹人工林汲取深層地下水，可造成水土流失等問題。桉樹葉腐解釋放物以及施肥等或?qū)е滤次廴綶36-37]，因此桉樹人工林不適合作為水源涵養(yǎng)林。

桉樹林地土壤固碳能力強(qiáng)，7 a以上桉樹人工林在10 a達(dá)到峰值，7 a以下桉樹人工林在5 a達(dá)到峰值[39-40,43]。桉樹人工林土壤腐殖質(zhì)、酶活性和微生物種類和數(shù)量均低于灌草坡、天然次生林。土壤酶活性下降導(dǎo)致易遭受外來(lái)物種入侵。桉樹根際土壤微生物豐富，不少根系共生菌可促進(jìn)植物養(yǎng)分運(yùn)輸、降低桉樹化感物質(zhì)，提高植物逆境生存能力[58,60-61]。

桉樹人工林以提供木材為主，考慮到地力消耗、水資源問題時(shí)，需以低代次、多種樹種混交、減低栽植密度等方式，在降雨量超過(guò)1 200 mm 地區(qū)種植，砍伐期應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，如以土壤有機(jī)碳含量最高(5 a或10 a)時(shí)期采伐。桉樹人工林土壤養(yǎng)分缺乏，尤其是P元素。可通過(guò)桉樹人工林土壤腐殖質(zhì)、酶活性和微生物等方法提高桉樹人工林土壤肥力。