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土壤肥力是土壤质量的主要构成部分,包括土壤肥力各因子的数量、在特定的环境条件下与诸因子协同作用下的养分有效性以及特定植物的养分需求和产出[1]。土壤肥力高低不仅受土壤养分、植物的吸收能力和植物生长的环境条件各因子的单独影响,也取决于各因子的协调程度。土壤肥力质量研究必须同时兼顾农业生产力和环境保护2个方面。浙江省安吉县位于浙江省西北部,土地总面积为1 887 km2,是中国著名的竹子和白茶Camellia sinensis之乡。毛竹Phyllostachys edulis和白茶是安吉县农林业的两大支柱产业。拥有规模生产茶园面积1.13 ×104 hm2,产量1 800 t·a-1,产值20亿元·a-1,占全县农业总产值1/4[2]。安吉县竹林面积居全国前列,浙江首位,竹业总产值居全国之首,其中毛竹林面积为5.53×104 hm2,覆盖率达29.3%,面积占全县森林面积的41.2%[3]。土壤肥力质量的高低与土地利用方式的改变也密切相关。由于栽培毛竹和白茶的经济效益高,尤其白茶利润丰厚,致使安吉县毛竹和白茶的栽培面积逐年扩大[4],其中大部分是由常绿阔叶林改变而来,导致森林资源破坏,水土流失严重[2]。黄锦法等[5]报道了稻麦轮作田改为保护地菜田土壤肥力质量的演变,但常绿阔叶林改为毛竹林和白茶园后土壤肥力质量的演变并未有人涉及。本研究根据安吉县森林资源经营档案,在全面踏查的基础上,在该县梅溪镇钱坑桥村的3个小流域,进行了常绿阔叶林改为毛竹林和白茶园后土壤肥力质量的演变研究,以期为毛竹林、白茶园土壤肥力质量的提高和森林可持续经营提供理论依据。
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常绿阔叶林改为毛竹林和白茶园并集约经营10 a和40 a后的土壤pH值(图 1)和有机碳质量分数的结果(图 2)显示,不同林地土壤pH值不同土层之间没有显著性差异,但土壤有机碳质量分数则随土层深度的增加而显著下降。不同林地土壤碱解氮、有效磷和速效钾质量分数随土层深度的增加而显著下降(图 3~5)。耕作层(0~30 cm)土壤容重低于心土层(30~60 cm),但差异没有达到5%显著水平(表 1)。
表 1 不同利用方式下土壤容重
Table 1. Bulk densities in the soils under different utilization ways
土层/cm 土壤容重/(g·cm-3) 阔叶林 10年生茶园 40年生茶园 10年生毛竹林 40年生毛竹林 0~30 1.34 a 1.05 b 1.09 b 1.14 b 1.11 b 30~60 1.42 a 1.26 b 1.24 b 1.24 b 1.23 b -
常绿阔叶林改为白茶园和毛竹林10年生后各个土层的土壤pH值均有不同程度升高,40年生白茶园各个土层的土壤pH值与10年生白茶园各个土层的土壤pH值之间没有显著差异,但40年生毛竹林各个土层的土壤pH值比10年生毛竹林各个土层的土壤pH值提高了0.27~0.63(图 1)。
与常绿阔叶林比较,10年生白茶园的0~10 cm土层有机碳质量分数略有降低,但其他各土层有机碳质量分数有明显增加。随着种植年限的增加,40年生白茶园的0~30 cm土层有机碳质量分数又有了明显的降低,但30 cm以下土层的有机碳质量分数并未降低;10年生毛竹林的0~10 cm土层的有机碳质量分数降低了8.97 g·kg-1,但其他各土层的有机碳质量分数基本没有下降,40年生毛竹林的各土层的有机碳质量分数维持10年生毛竹林土壤有机碳水平(图 2)。
与常绿阔叶林相比,10年生白茶园0~10 cm和10~30 cm土层的碱解氮质量分数略有降低,40年生白茶园碱解氮质量分数进一步降低,分别降低了26.1 mg·kg-1和11.9 mg·kg-1,30 cm以下土层的碱解氮质量分数呈现先增后减的趋势(图 3)。白茶园和毛竹林0~10 cm和10~30 cm土层的有效磷和速效钾质量分数,呈现随栽培年限增加先增后减的趋势。30 cm以下土层有效磷和速效钾质量分数随有效磷和速效钾质量分数增加呈现无规律的变化(图 4~5)。
常绿阔叶林改为白茶园后,10年生白茶园和毛竹林的土壤容重显著降低了,但40年生白茶园和40年生毛竹林的土壤容重就不再降低了。
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不同林地土壤有机碳质量分数与土壤速效养分质量分数之间的相关分析结果显示:土壤有机碳质量分数与土壤碱解氮质量分数(图 6A),速效钾质量分数(图 6B)之间的相关性均达到极显著水平(P<0.01),而与土壤有效磷质量分数(图 6C)的相关性未达5%显著水平。
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参照林地土壤和园地土壤肥力的分级指标(表 2)[7-8],安吉县不同种植年限的白茶园和毛竹林土层的有机碳质量分数分别为35.03~42.16 g·kg-1和18.24~35.03 g·kg-1,换算为有机质质量分数分别为60.39~72.68 g· kg-1和31.45~60.39 g·kg-1,属于4级水平;碱解氮质量分数分别为40.4~71.3 mg·kg-1和28.5~42.8 mg·kg-1,属于4级水平;有效磷质量分数分别为0.79~1.91 mg·kg-1和0.57~0.75 mg·kg-1,属于5级水平;速效钾质量分数分别为43.5~82.5 mg·kg-1和22.1~46.5 mg·kg-1,属于4级水平。
表 2 林地土壤和园地土壤肥力的分级指标
Table 2. Fertility grading indicators of the soils under orchards and forest stands
Soil fertility after change from an evergreen broadleaf forest to mao bamboo stands and white tea plantations
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摘要: 旨在探讨常绿阔叶林改为毛竹Phyllostachys edulis林和白茶Camellia sinensis园后土壤肥力质量的演变趋势,评价毛竹林和白茶园土壤肥力质量。在浙江省安吉县分别采集并分析了10年生和40年生的毛竹林和白茶园土壤,并与40年生常绿阔叶林进行比较。结果表明:4个土壤剖面的土壤有机碳、碱解氮、有效磷和速效钾质量分数均随土层深度的增加而显著下降(P < 0.05)。常绿阔叶林改为白茶园和毛竹林10 a后,各个土层的土壤pH值均有不同程度升高;白茶园和毛竹林的0~10 cm和10~30 cm土层的有机碳质量分数均有不同程度的降低;40年生白茶园0~10 cm和10~30 cm土层碱解氮质量分数分别降低了26.1 mg·kg-1和11.9 mg·kg-1,白茶园和毛竹林0~10 cm和10~30 cm土层的有效磷和速效钾质量分数,呈现随种植年限增加先增后减的趋势。土壤有机碳质量分数与土壤碱解氮质量分数和速效钾质量分数之间的相关性均达到极显著水平(P < 0.01),而与土壤有效磷质量分数没有显著相关性。根据林地和园地土壤肥力的分级标准,毛竹林和白茶园土壤有机碳、碱解氮和速效钾质量分数属于缺乏水平,而速效磷质量分数属于极度缺乏水平。从土壤肥力质量的演变趋势看来,在毛竹林和白茶园的施肥管理中应适当增加有机肥和化肥的用量,以确保土壤肥力质量的提高。Abstract: Evaluation of soil fertility caused by a change in land use pattern can provide a theoretical basis for soil improvement. The purpose of this study was to explore and to evaluate the evolutionary development of soil fertility after land use change from an evergreen broadleaf forest to Mao bamboo (Phyllostachys edulis) stands and white tea (Camellia sinensis) plantations. Soil samples were taken from 4 soil profiles including the 0-10, 10-30, 30-60 and > 60 cm soil depths, analyzed with a correlation analysis, and evaluated according to soil fertility grading standards for white tea plantation and Mao bamboo. Results showed that organic carbon and available N, P, and K in the 4 soil profiles greatly decreased with soil depth. Soil pH values in each soil layer of the 10-year-old Mao bamboo stands and a 10-year-old white tea plantation increased slightly; whereas, organic carbon in the 0-10 and 10-30 cm soil depths in these bamboo and tea plantations decreased slightly. Compared to the evergreen broadleaf forest, available N in a 40-year-old white tea plantation was 26.1 mg·kg-1 lower in the 0-10 cm soil layer and 11.9 mg·kg-1 lower in the 10-30 cm layer. Available P and K in the 0-10 and 10-30 cm soil depths of white tea plantations increased and then decreased with plantation years. Soil organic carbon content was positively correlated with soil available N (R2 =0.767 0) and K (R2 =0.731 8) (P < 0.01), but not with soil available P. According to soil fertility standards, organic carbon and available N and K in the soils under Mao bamboo stands with white tea plantations were deficient with available P extremely deficient. In light of the evolutionary changes, farmers should increase the rates of organic manure and chemical fertilizer so as to ensure improvement in soil fertility.
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表 1 不同利用方式下土壤容重
Table 1. Bulk densities in the soils under different utilization ways
土层/cm 土壤容重/(g·cm-3) 阔叶林 10年生茶园 40年生茶园 10年生毛竹林 40年生毛竹林 0~30 1.34 a 1.05 b 1.09 b 1.14 b 1.11 b 30~60 1.42 a 1.26 b 1.24 b 1.24 b 1.23 b 表 2 林地土壤和园地土壤肥力的分级指标
Table 2. Fertility grading indicators of the soils under orchards and forest stands
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https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.011