羅國安，鄭友法，劉貽，吳家森，葉子豪*

(1.余姚市林業(yè)服務(wù)中心，浙江 余姚 315400；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 杭州 311300)

土壤質(zhì)量是土壤在生態(tài)系統(tǒng)的范圍內(nèi)，維持生物的生產(chǎn)力、保護(hù)環(huán)境質(zhì)量以及促進(jìn)動(dòng)植物健康的能力[1]。不同土地利用類型會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，研究彼此之間的復(fù)雜關(guān)系，是了解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及生態(tài)過程、評(píng)價(jià)土地利用變化對(duì)生態(tài)因子的影響、實(shí)現(xiàn)土壤資源持續(xù)利用和防止土壤質(zhì)量退化的關(guān)鍵[2]。土壤理化性質(zhì)和土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。土壤理化性質(zhì)和植物的生長(zhǎng)、發(fā)育及產(chǎn)量水平密切相關(guān)。土壤酶類能夠促進(jìn)或直接參與土壤中一系列生化反應(yīng)，其活性大小是評(píng)價(jià)土壤肥力高低、健康程度和質(zhì)量?jī)?yōu)劣的生物活性指標(biāo)。土壤理化性質(zhì)與酶活性結(jié)合可以較準(zhǔn)確地反映土壤質(zhì)量的變化[3-4]。

四明山區(qū)域是寧波的水源發(fā)源地，是寧波的綠色屏障與“綠肺”[5]。20世紀(jì)90年代后期，四明山區(qū)開始發(fā)展苗木產(chǎn)業(yè)，因利潤(rùn)較高，林農(nóng)將毛竹林、杉木林等砍伐改種為櫻花、紅楓等苗木，種植面積最大時(shí)達(dá)0.76萬hm2，年產(chǎn)值7.4 億元，成了該區(qū)域的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[6]。但過度的花木種植造成了四明山區(qū)較嚴(yán)重的水土流失，嚴(yán)重影響著余姚乃至寧波的飲用水安全。2013年開始，四明山區(qū)域針對(duì)苗木的過度發(fā)展，已開始了“退苗還林”“自然封育”等生態(tài)修復(fù)工程，如種植香榧等。

本文通過相鄰樣地比較法，采樣分析了毛竹林、杉木林、櫻花-紅楓林和香榧生態(tài)修復(fù)林的枯落物儲(chǔ)量、持水性能、土壤水文性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及部分生物學(xué)性質(zhì)，可為四明山區(qū)不同森林土壤質(zhì)量管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于浙江省余姚市四明山鎮(zhèn)境內(nèi)，地理坐標(biāo)120°55′～122°16′E，28°51′～30°33′N，平均海拔700 m。屬于典型的中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛。區(qū)域內(nèi)大部分母巖為砂礫巖，土壤以黃壤為主。

1.2 樣地劃分

2021年6月28日，在全面踏查的基礎(chǔ)上，選取毛竹林、杉木林、櫻花-紅楓林和香榧生態(tài)林4種林分，每種林分重復(fù)3次。不同林分均生長(zhǎng)于同一坡向、相同海拔，即本底條件基本一致。不同樣地基本特征如表1所示。

表1 不同樣地類型的基本特征

1.3 樣品采集與分析

在樣地的4個(gè)角和中心位置共布設(shè)5塊1 m×1 m小樣方，收集樣方內(nèi)全部枯落物，準(zhǔn)確稱重后，分取部分樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室在85 ℃烘箱中烘干至恒重，計(jì)算自然含水率、枯落物儲(chǔ)量。采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定枯落物持水性能。

在樣地內(nèi)的中心位置，挖取1個(gè)土壤剖面，按照0～20 cm土壤深度用200 cm3環(huán)刀取樣，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量[7]。在樣地內(nèi)采取“S”布點(diǎn)，采集耕層(0～20 cm)土壤樣品。樣品采集后揀出雜草和碎石，混勻，按照“四分法”約取1 kg裝入采樣袋，帶回實(shí)驗(yàn)室陰干。土樣風(fēng)干研磨后過篩用以分析土壤化學(xué)性質(zhì)和酶活性。

采用電位法測(cè)定pH值，環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、總孔隙，烘干法測(cè)定田間持水量；重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，EDTA-銨鹽滴定法測(cè)定陽離子交換量，凱氏法測(cè)定全氮，擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，碳酸氫鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定全磷，鹽酸-氟化銨浸提鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷，氫氧化鈉熔融-原子吸收分光光度法測(cè)定全鉀，乙酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀[7]。

磷酸苯二鈉比色法測(cè)定磷酸酯酶，改良茚三酮比色法測(cè)定蛋白酶，氯化三苯基四氮唑比色法測(cè)定脫氫酶，硫代硫酸鈉滴定法測(cè)定蔗糖酶，高錳酸鉀滴定法測(cè)定過氧化氫酶，靛酚藍(lán)比色法測(cè)定脲酶[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理分析，采用SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析和主成分分析，采用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 枯落物儲(chǔ)量及持水性能

2.1.1 枯落物儲(chǔ)量

不同樣地類型枯落物儲(chǔ)量1.96～12.26 t·hm-2，大小排序?yàn)樯寄玖?12.26 t·hm-2)>毛竹林(7.65 t·hm-2)>香榧生態(tài)林(3.28 t·hm-2)>櫻花-紅楓林(1.96 t·hm-2)，不同樣地類型間差異顯著(P<0.05)(圖1)。

柱間無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 枯落物持水過程

從圖2可知，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，森林枯落物持水量增加均表現(xiàn)為快、緩慢、穩(wěn)定的規(guī)律。浸泡0.50 h后，杉木林和毛竹林的枯落物持水量顯著高于櫻花-紅楓林和香榧生態(tài)林。由圖3可知，樣地枯落物持水速率0.25 h內(nèi)最大，0.25～2.00 h的吸水速率急劇下降，2.00 h后吸水速率基本穩(wěn)定，在浸水4.00 h后枯落物吸水速率曲線基本重疊，達(dá)飽和狀態(tài)。

圖2 不同樣地類型枯落物持水量的變化

圖3 不同樣地類型枯落物吸水速率的變化

從表2可知，4種樣地類型枯落物持水量(y)與浸水時(shí)間(t)之間可用y=alnt+b的對(duì)數(shù)函數(shù)表示，相關(guān)性達(dá)顯著水平；枯落物持水速率(y)與浸水時(shí)間(t)之間則可用y=ae-bt的指數(shù)函數(shù)表示，它們之間具有顯著性相關(guān)。

表2 不同樣地類型枯落物持水量、吸水速率與浸泡時(shí)間的函數(shù)

2.1.3 枯落物持水能力

從表3可知，杉木林、毛竹林枯落物最大持水率為256.3%和211.4%，顯著高于櫻花-紅楓林?？萋湮镒畲蟪炙亢陀行r蓄量均表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，不同樣地類型間的差異均達(dá)顯著性水平。

表3 不同樣地類型枯落物的持水能力

2.2 土壤物理性質(zhì)及土壤持水性能

2.2.1 土壤物理性質(zhì)

從表4可知，不同樣地類型土壤容重0.8～1.0 g·cm-3，土壤總孔隙度、毛管孔隙度分別為59.9%～62.1%和43.7%～49.9%，不同樣地類型間沒有顯著性差異(P>0.05)。土壤非毛管孔隙度大小表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林顯著高于櫻花-紅楓林和香榧生態(tài)林。

表4 不同樣地類型土壤的物理性質(zhì)與持水量

2.2.2 土壤持水性能

從表4可知，不同樣地類型土壤最大持水量、毛管持水量分別為1 198.1～1 242.2和874.4～998.4 t·hm-2，不同樣地類型間沒有顯著性差異；杉木林土壤非毛管持水量為334.0 t·hm-2，顯著高于香榧生態(tài)林和櫻花-紅楓林。

2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)

不同樣地類型土壤均為酸性，pH為4.90～5.18。土壤全氮在2.14～2.78 g·kg-1，不同樣地類型間沒有顯著性差異。土壤速效鉀含量為135.08～158.43 mg·kg-1。不同樣地類型間pH和全氮、全鉀含量沒有顯著性差異。土壤有機(jī)質(zhì)含量高低順序?yàn)樯寄玖?毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林(表5)。土壤堿解氮含量高低順序?yàn)闄鸦?紅楓林>香榧生態(tài)林>毛竹林>杉木林，其中，杉木林和毛竹林顯著低于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。土壤有效磷含量高低順序也表現(xiàn)為櫻花-紅楓林>香榧生態(tài)林>杉木林>毛竹林，其中，杉木林和毛竹林顯著低于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林(表5)。

表5 不同樣地類型土壤的化學(xué)性質(zhì)

2.4 土壤酶活性

表6所示，土壤磷酸酯酶活性大小表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。土壤蛋白酶活性大小表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。土壤脫氫酶活性大小表現(xiàn)為毛竹林>杉木林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于櫻花-紅楓林。土壤蔗糖酶活性大小表現(xiàn)為毛竹林>杉木林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。土壤過氧化氫酶活性大小表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林，其中，杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。脲酶活性大小表現(xiàn)為杉木林>毛竹林>櫻花-紅楓林>香榧生態(tài)林，其中杉木林和毛竹林顯著高于香榧生態(tài)林、櫻花-紅楓林。

表6 不同樣地類型土壤的酶活性

2.5 土壤質(zhì)量

不同樣地類型土壤質(zhì)量?jī)?yōu)劣大小為杉木林>毛竹林>香榧生態(tài)林>櫻花-紅楓林(表7)，說明花木種植過程中的人為耕作及化肥施用導(dǎo)致了土壤質(zhì)量的下降。采用生態(tài)修復(fù)的香榧林土壤質(zhì)量有回升的趨勢(shì)，但效果不明顯。

表7 不同樣地類型土壤質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

3 小結(jié)

櫻花-紅楓苗木的生產(chǎn)明顯降低了枯落物的持水能力和表層土壤的持水效能，其水源涵養(yǎng)功能顯著下降。櫻花-紅楓苗木的種植顯著降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤酶活性；而增加了土壤有效磷和堿解氮含量，存在著氮、磷流失的風(fēng)險(xiǎn)。