雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施

土壤与环境 2002, 11(3): 268273 Soil and Environmental Sciences E-mail: 基金项目： 广东省林业厅重点项目“ 桉树人工林地力衰退防治研究” 的部分内容 作者简介： 廖观荣（ 1938）男，高级工程师，从事桉树林地退化及其治理研究。 收稿日期： 2002-01-16 雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施 廖观荣 1，林书蓉 1，李淑仪 1，蓝佩玲 1，廖新荣 1， 王尚明 2，杨国清 2，简 明 2，林 琳 2，陈 孝 2 1：广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650； 2：国营雷州林业局，广东 遂溪 524348 摘要： 通过对雷州半岛桉树人工林大面积土壤调查研究和多点田间试验，揭示了桉树人工林地力退化的成因，提出了可行的防治措施。其退化成因是桉树人工林生态系统本身的脆弱性、水土流失严重、人为因素对生物积累过程的干扰、桉树全树利用方式、耕垦的不适当以及林地养分收支 严重失衡。其防治措施是增加桉树人工林生物多样性、回归林地调落于土壤、应用适当的采伐利用方式和采伐剩余物的处理方式。 关键词： 雷州半岛；桉树人工林；地力退化；成因；防治措施 中图分类号： S718.5； X17 文献标识码： A 文章编号： 1008-181X（ 2002） 03-0268-06 人工林地力退化，已经成为国内外林业界关注的热点。桉树人工林地力退化，也已成为桉树速生丰产与持续发展急需解决的问题 12。本文在大面积调查和田间试验的基础上，探讨桉树人工林地力退化的成因和防 治措施。 1 研究方法 1.1 土壤调查 应用全球卫星定位系统（ GPS）技术和地理信息系统（ GIS）技术，按土壤调查规范进行操作，参阅文献 2。 1.2 林分调查 按林分调查规范，设置标准地进行调查和采样。 1.3 野外观测设施与调查 1.3.1 经流场 在桉树人工林下设置三个经流场，每个集雨投影面积 25 m2。每次降雨记录降雨量，有径流产生时，等雨停后记录径流量，并取混合径流水样，测定泥沙量及有效性 N、 P、 K、 Ca、 Mg 含量。 1.3.2 侵蚀场 在桉树人工林下设置 3个侵蚀场，每个面积 667 m2，均匀分布 9 支用于观测侵蚀的木桩，年底测定侵蚀深度，取其平均值，同时取表土测定 N、 P、 K、Ca、 Mg 含量。 1.4 田间试验 根据不同土壤类型，不同桉树品种，设置多点田间肥料试验。试验小区采用随机区组排列， 3 次重复。 1.5 分析方法 按国家标准局 1987 年发布的“ 森林土壤分析方法”（ GB7848 7858 78）进行。 2 结果与分析 2.1 桉树人工林地力退化的成因 通过对雷州半岛桉树人工林大面积的调查和试验研究，我们认为桉树人工林地力退化的成因是多方面的。 2.1.1 桉树人工林生态系统的脆弱性 桉树人工林生态系统，与热带亚热带地区的自然生态系统（如热带雨林）有着显著的不同。 （ 1）在生物多样性和群 落结构方面，自然生态系统中的初级生产者总是由多种植物构成，水平结构和空间层次结构很复杂，消费者（动物、微生物）种类丰富，营养层次多，食物链、食物网也十分复杂，而桉树人工林生态系统与此相差很大（见表 1）。 表 1 不同林型植物多样性与生物多样性比较 生物类别 鼎湖山季风 常绿阔叶林 混交林 5 桉林 植物乔木种类 47 11 2 兽类 38 昆虫种类 430 300 100 鸟类 177 11 7 微生物数量 /(107 个 g-1 干土 ) 4.05 4.75 3.55 土壤动物优势种 28 7 3 根据热带亚热带森林生态系统研究资料综合 廖观荣等：雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施 269 （ 2）在生态系统物质循环方面，自然然生态系统中的生产者、消费者、分解者各营养层之间维持一定的平衡，物质循环基本上是自我完善的。相反，以生产木材为目的的按树人工林生态系统，随着产品的输出，一部分营养物质流出系统之外，损失的部分必须人为补充，以此维持生态平衡。 生态学家认为，生态系统的稳定程度，主要取决于系统结构的复杂程度，系统内食物链的多少和长短。系统结构越复杂，食物链越多、越长，则系统越稳定 34。 2.1.2 严重的水土流失 雷州半岛虽然地势平缓，但雨量大、暴雨多。一场暴雨过后，绝大部分雨水还未来得及渗人土壤，就从地表流失而造成冲刷。据雷州林业局最近 10年的降雨资料统 计，日降雨量 5099 mm/d， 1 年中有 5 次；日降雨量 100 mm/d 以上， 1 年中有 4 次。根据我们的实地观测，降雨强度在 9.5 mm/h 以上，便可产生径流。我们在雷州林业局按树人工林下设置的径流场和侵蚀场，观测结果列于表 23。 表 23 结果说明，按树人工林浅海沉积物砖红壤的水土流失是十分严重的。年径流量达 4 955 m3/(hm2a)，随径流流失的速效养分，相当于尿素283.4 kg、过磷酸钙 89 kg、氯化钾 401.4 kg 所含的养分总量；随径流流失的表土达 16.8 t/(hm2a)；随表土 流失的有机质和全量氮、磷、钾养分，相当于滤坭 798 kg、尿素 19.3 kg、过磷酸钙 35.4 kg、氯化钾 48.7 kg 所含的养分总量。 2.1.3 人为因素对生物积累过程的干扰 国内外森林定位试验结果表明，林木从土壤中吸收的养分，有相当大的部分以凋落物的形式归还土壤。通过本身的物质循环，实现养分自给。桉树人工林在完全没有人类干扰的环境中，森林生态系统可以以凋落物的形式归还土壤的养分，也是相当可观的。尾叶桉凋落物量为 7.353 t/(hm2a)，其中积蓄的养分 N 为 64.48 kg， P 为 3.52 kg， K 为 7.26 kg，Ca 为 28.03 kg， Mg 为 22.05 kg。只是由于人类的干扰，全部或大部分凋落物养分不能回归土壤，破坏了系统的生物积累。 有人认为，桉树林下的光板现象，是桉树化感作用引起。我们调查和实验的结果认为，桉树林下的光板现象，是人为不断扒走凋落物的结果，这与彭少麟等 5的研究结果一致。此外，人为扒走凋落物，也是引起林地水土流失的主要因素之一。研究林地土壤侵蚀的学者 6认为，就防止林地土壤侵蚀的作用而言，林下植物能起 10%以内的保护作用，树冠的作用因其形态和降水性质而异，多数有负面作用，偶然有有限的正面作用，残落物对防止林地土壤侵蚀 起主要作用；并且认为，地表的 60%有残落物覆盖，侵蚀便可基本停止。由此可见，扒走林地的凋落物，对林地土壤侵蚀起多么大的破坏作用。 2.1.4 桉树全树利用的方式 森林经营的目的是提供木材，桉树采伐时却几乎全树利用。除干材作纸浆原料外，桉叶可蒸桉油，树皮可制烤胶，树头可制木炭。即使林场不利用，老百姓也会把剩余的枝叶一起拉走作燃料。这样，采伐时从林地带走的养分是相当可观的 (见表 4)。2.1.5 耕垦的影响 桉树人工林造林前采用机耕全垦，深度 30 cm，表 2 桉树人工林径流量及其流失的养分 试验地点 观测设施 降雨量 /(mma-1) 径流量 /(m3hm-2a-1) 径流系数 养分流失量 /(kghm-2a-1) NH4 -N 速效磷 速效钾 雷林林科所 径流场 1 687.8 4 955.0 0.29 130.37 0.55 200.68 表 3 桉树人工林土壤侵蚀量及其流失的养分 试验地点 观测设施 降雨量 /(mma-1) 侵蚀深度 /cm 侵蚀量 /(thm-2a-1) 养分流失量 /(kghm-2a-1) 有机质 全氮 全磷 全钾 碱解 N 速磷 速钾 代换性钙 代换性镁 迈进林场 仁仙林队 侵蚀场 1 893.7 1.12 16.8 159.6 7.73 2.18 24.36 1.06 0.08 0.46 0.02 0.002 表 4 桉树采伐时从林地带走的养分数量 kg/hm2 树种 林龄 /a N P K Ca Mg 合计 柠檬桉 10.5 260.193 22.939 191.360 370.062 120.560 965.114 雷林 -号桉 6.5 171.723 12.239 41.969 63.476 38.198 327.605 表中数据引自曾天勋等：两种桉树林分的主要养分元素和分配 270 土壤与环境 第 11 卷第 3 期（ 2002 年 9 月） 然后开沟、下基肥、回土、定植。造林后第 2 年，机耕 抚育一次，深度 20 cm。这种耕垦方式，对清除杂草、疏松土层，为桉树前期生长创造了较好的土壤环境。但从土壤肥力考虑，机耕全垦有如下负面影响。 （ 1）加剧了水土流失。由表 23 结果可知，机耕全垦林地的水土流失是十分严重的。 （ 2）不利于创造良好的土壤结构。由于机耕全垦，翻动、破碎土壤，不利于大团聚体形成。桉树人工林浅海沉积物砖红壤 0l5 cm 上层， 2 mm 水稳性团聚体总量为 35.9 g/kg，只占 0.25 mm 团聚体总量的 6.1%。 （ 3）表土层压实板结。由于机耕的影响，按树人工林土壤表层的体积质量大于底层 (见表 5）。土壤压实是自然土壤没有的退化现象，它 的不良后果，还难于估计。 2.1.6 林地养分收支严重失衡 表 6 是根据雷州林业局生产技术规程和近几年的研究成果，估算雷林一号按人工林地一个轮伐期内（以 6.5 a 计算）主要养分收支状况。这个估算由于还有一些次要的养分输出、输入因素未考虑在内（如氮的挥发和自生固氮菌的固氮作用等），以及个别项目只根据一年的观测结果推算一个轮伐期，因而只具有相对准确性。 表 6 结果说明，按树人工林地的养分亏损是十分严重的。如果按照现在的模式继续经营下去，雷林一号按人工地每年要亏损 N 145.40 kg/(hm2a)， P 5.16 kg/(hm2a)， K 236.38 kg/(hm2a)，相当于 316.09 kg 尿素， 84.42 kg 过磷酸钙， 472.76 kg 氯化钾所含的养分总量。这些亏损的养分从那里补充？只 能从土壤中补充。但是，根据我们对雷林一号按肥料试验对照区（无肥区）的试验结果，土壤供应量每年只有 N 5.84 kg/(hm2a)， P 0.42 kg/(hm2a)， K 2.11 kg/(hm2a)，对比林地每年的亏损量只是杯水车薪。因此，实际上桉树只能在饥饿状态下生长。 2.2 防治措施 从以上的论述中，我们可以了解到防治土壤退化的技术措施，最主要的就是增加桉树人工林生态系统的生物多样性，控制水土流失和消除不利的人为因素的干扰。 2.2.1 增加桉树人工林生态系统生物多样性 主要措施是实行混交和间 作，尤其是桉树与固氮树种混交或与豆科绿肥牧草间作。目前雷州林业局已实行桉树与粗果相思混交，桉树与山毛豆间作，取得良好效果。今后应扩大规模，以取得更大的效益。同时引进更多与桉树混交或间作的品种，从中选择更优良的品种，以求得更大的生态效益和经济效益。笔者认为，这是解决桉树人工林土壤退化问题最根本的一条措施。试验结果证明，桉树与粗果相思混交或与山毛豆间作以后，林地的枯枝落叶增加了，被农民扒走的问题也部分地解决了，水土流失受到了控制，林地土壤水分、土壤有机质、主要 表 5 桉树人工林土壤的体积质量 (mg/m3) 土类 土层 /cm 020 2040 4060 6080 80100 浅海沉积物砖红壤 1.62 1.46 1.40 1.38 1.36 玄武岩砖红壤 0.96 0.88 0.87 0.84 0.83 表 6 雷林一号桉人工林地一个轮伐期（ 6.5 a）主要养分收支估计 输入项 输出项 项目 N P K 项目 N P K /(kghm-2) /(kghm-2) 施肥 379.87 127.24 230.98 采伐带走 171.72 12.24 41.97 凋落物归还（以 30%计） 94.22 5.85 7.49 凋落物损失（以 70%计） 219.86 13.01 17.47 大气飘人 10.37 1.26 12.22 水土流失 897.65 17.75 1 462.76 渗漏流失 140.34 124.61 264.94 合计 484.46 134.08 250.69 1 429.57 167.61 1 787.14 对比亏损 947.11 33.53 1 536.45 年亏损 145.40 5.16 236.38 、 根据徐永荣、刘有美等资料推算 廖观荣等：雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施 271 养分指标以及土壤团粒结构有所改善，初步表现出土壤肥力 逐步提高的趋势（表 710）。 2.2.2 林地凋落物回归土壤 在桉树人工林生态系统内部，养分循环主要由下列过程组成：（ 1）植物的吸收；（ 2）在体内运输和利用；（ 3）通过凋落物回复到土表；（ 4）回复养分的矿化，再提供给植物吸收。由此不断的循环往复。凋落物的积累和分解在生态系统的营养元素循环中至关重要 7。桉树人工林每年的凋落物及其蓄积的养分数量也是相当可观的。它是土壤有机质和其他养分积累的主要来源（表 11）。 国内外森林定位试验结果表明，森林从土壤中吸收的养分，有相当大部分以凋落物的形式归还土壤。在完全没有人类干扰的环境中，森林生态系统可以通过本身的物质循环，实现养分自给。由此可见，保存林地凋落物，并实现回归土壤，对于防止桉树人工林地力衰退是多么重要。 此外，土壤肥力的核心是土壤有机质，在一般情况下（即沼泽土、坭炭土等特殊情况例外），土壤表 7 粗果相思桉树混交与桉树纯林凋落物及其蓄积的养分比较 （ 4 年生林分） 地点 林分 凋落物厚度 凋落物干重 凋落物蓄积的养分 /(kghm-2) /cm /(kghm-2) N P K Ca Mg 纪家林场草律林队 粗果相思十尾叶桉 3.8 7227 53.16 2.99 14.34 46.19 38.07 尾叶桉纯林 2.0 7000 26.46 3.92 24.29 41.30 33.95 表 8 粗果相思桉树混交与桉树纯林土壤养分含量比较 （ 4 年生林地 ） 地点 林分 层次厚度 有机质 全 N 全 P 全 K 水解 N 速效 P 速效 K /cm /(gkg-1) /(mgkg-1) 纪家林场草律林队 粗果相思十尾叶桉 015 8.70 0.36 0.09 0.74 35.6 0.43 5.0 1530 7.50 0.33 0.09 0.74 24.9 0.09 5.0 尾叶桉纯林 015 8.00 0.35 0.07 0.74 23.4 0.38 3.3 1530 6.40 0.26 0.10 0.62 23.7 0.15 3.3 表 9 粗果相思桉树混交与桉树纯林土壤有效贮水量和土壤孔隙性比较 （ 4 年生林分） 林分 层次厚度 /cm 土壤有效贮水量 孔隙度 / (dm3m-3) /(m3hm-2) mm 总孔隙 通气孔隙 毛管孔隙 田间持水孔隙 粗果相思十尾叶桉 015 18.90 2.9 461.9 224.4 308.9 237.5 1530 21.31 2.1 457.3 238.6 278.6 218.7 尾叶桉 015 16.12 1.6 415.6 207.0 285.3 208.6 1530 18.49 1.8 411.7 214.3 268.2 197.4 表 10 粗果相思桉树混交与桉树纯林土壤水稳性团聚体比较 （ 4 年生林分） 林分 层次厚度 /cm 水稳性团聚体组成 /(gkg-1) 0.25 mm 团聚体总量 /(gkg-1) 5 mm 52 mm 21 mm 10.5 mm 0.50.25 mm 粗果相思十尾叶桉 015 35.7 40.2 61.8 197.3 277.3 612.3 387.7 1530 31.5 38.7 53.6 217.4 263.3 604.5 359.5 尾叶桉 015 21.3 18.0 45.6 185.4 304.8 575.1 424.9 1530 17.9 24.6 41.6 201.4 306.6 591.5 408.5 表 11 桉树人工林凋落物量及其蓄积的养分 树种 凋落物量/(thm-2a-1) 养分蓄积量 /(kghm-2a-1) N P K Ca Mg 合计 柠檬桉 8 4.841 36.43 1.90 2.09 25.70 3.40 69.52 雷林 -号桉 8 6.377 48.32 2.86 3.84 31.47 3.10 89.59 尾叶桉 7.353 64.43 3.52 7.26 28.03 22.05 125.34 272 土壤与环境 第 11 卷第 3 期（ 2002 年 9 月） 有机质含量的高低代表土壤肥力的高低。雷州林业局林地土壤肥 力不高，最重要的就是土壤有机质含量不高。玄武岩砖红壤土壤有机质平均含量在 18 g/kg 左右，浅海沉积砖红壤土壤有机质平均含量在8 g/kg 左右。按照全国土壤养分含量分级标准，分别属 4 级和 5 级，是较缺乏和缺乏这一级。占雷林总面积 68%的浅海沉积物砖红壤和浅海沉积物黄色砖红壤土壤有机质含量和其他养分指标都在临界值以下。这样的土壤怎么可能实现桉树的速生丰产 ?只有逐步提高土壤有机质含量，才有可能实现桉树的稳产高产。但是要提高土壤有机质含量，不是靠施化肥能够达到的，必须靠施有机质肥料才能实现。如果要使 030 cm 土 层的土壤有机质提高 0.1%（即1 g/kg），则需要施用含有机质 25%的干滤坭 60 t/hm2 才能实现（滤坭的腐殖化系数为 0.3 计算）。由此可见，要提高大面积林地土壤有机质含量，靠施用有机肥是不现实的。无论从人力、物力、财力，资源方面考虑都办不到。唯一可行的办法，就是靠林地凋落物和间种绿肥牧草，走生物自肥的道路。 2.2.3 探讨采伐利用方式 近年来，一些国家兴起全树利用的采伐方式。雷州林业局也实行这种采伐方式。树干作木片原料。剩余物中的树尾及枝桠，大部分加工成次小材作木片原料，小部分加工成木柴作燃料，树皮、树叶除小部分作工业原料，用于生产 GLT 和桉油外，其余全部用作燃料，树根大部分 用于烧木炭。基本上无剩余物。全树利用提高了木材利用率，也提高了经济效益。同时，也严重地影响了下一代林地的土壤肥力。据报导，全树利用比仅利用干材取走的生物量多两倍，取走的营养物质 Ca、 K 接近两倍，取走的其他物质也显著增多 9。 我们调查分析了迈进林场红旗林队 2037 班一块 6 年生的刚果桉林地，其结果列于表 1213。 表 13 结果表明，如果 6 年生刚果桉全树利用，采伐时带走的 N、 P、 K、 Ca、 Mg 营养元素共 1 649.4 kg/hm2。如果采伐时只利用主干，枝、叶、皮、根回归给土壤，则只带走营养元素 736.9 kg/hm2。只占全部营养蓄积量的 44.68%。其余 55.32%的养分都回归土壤，这无疑对减缓土壤肥力退化大有好处。全树利用和只利用主干究竟哪种比较合算，应作深入地研究，在找到生态效益和经济效益的最佳平衡点后才能决定。从生态效益考虑，全树利用对土壤肥力极为不利。就算从经济效益考虑，全树大为有利，也应制定一定的政策，从增加的经济效益中返回一部分补偿生态效益的损失，以维持生态平衡。 2.2.4 采伐剩余物的处理方式 火烧在国内外都是常见的处理办法。我国南方林区历来有造林前“ 炼山” 的习惯。雷州林业局 大部分林地，造林前为方便机耕作业，也采取火烧办法处理采伐剩余物和地被物，许多林队工人反映，火烧后对幼林生长有利。“ 炼山”可能带来短期的好处，但从长期看，由于烧掉大量有机物，营养元素的丧失，最终将导致不利的后果。澳大利亚的研究表明，中等强度的火烧，地表温度可达 500 ，引起 N、 P、 K、 Ca、 Mg、 S、 Fe 等营养元素丧失，其中 N 的损失可达 72%（每公顷 220 kg） 9。也有研究 10表明，炼山加剧了水土流失，炼山第 1 年的径流量和泥沙流失量分别为比不炼山林地的 11 倍和 88 倍；炼山头 3 年有机质、全 N、全 P、 全 K流失量分别是不炼山林地的 10 倍、 9 倍、 11 倍、 8表 12 6 年生刚果各部分的干质量组成 项目 干 枝 叶 皮 根 合计 t/hm26a 160.2 17.1 8.8 18.0 22.5 226.6 各部分占 % 70.47 7.6 3.9 7.9 9.9 100.0 表 13 6 年生刚果桉各部分营养元素蓄积量 kg/(hm2a) 项目 N P K Ca Mg 合计 各部分比例 /% 主干 35.2 2.1 66.5 15.8 3.3 122.8 44.68 枝 9.1 0.6 16.1 9.7 0.7 36.1 13.14 叶 18.5 0.6 13.9 4.7 1.8 39.5 14.36 皮 8.6 0.9 22.4 12.5 1.2 45.7 16.62 根 14.8 0.5 11.3 3.3 0.8 30.8 11.20 合计 86.2 4.75 130.2 46.0 7.8 274.9 100.00 廖观荣等：雷州半岛桉树人工林地力退化的成因与防治措施 273 倍，水解 N、速效 P、速效 K 的流失量为不炼山林地的 8 倍、 13 倍和 5 倍；炼山对 010 cm 土层的土壤水分物理性质、化学性质、微生物和酶活性影响最大，对土壤的不良影响 3 年后仍然存在；炼山对杉木幼林前期（ 3 a）有促进作用，但随着时间推移而逐年减少。国外有将采伐剩余物就地平铺的作法，取得良好效果。建议雷州林业局开展造林前地被物处理办法的研究，以确定最有利的处理方式。 综上所述，防治桉树人工林地力衰退最根本的措施，是实行桉树与固氮阔叶树种混交，或在桉树行间间种豆科 绿肥牧草，同时千方百计实现林地凋落物回归土壤。如果这两方面的措施能够得到真正落实，地力衰退便可基本解决。要落实好这两方面的措施，还有许多工作要做，包括试验研究和管理工作。至于采伐利用方式，采伐剩余物的处理方式，以及采伐期长短等影响地力的措施，也应积极研究，以寻找最好的解决办法。 致谢： 参加工作的还有广东省生态环境与土壤研究所林美莹、骆伯胜，雷州林业局林松煜、赵贵、卢健等，谨此致谢。 参考文献： 1 廖观荣 , 钟继洪 , 郭庆荣 , 等 . 土壤水分对幼龄桉树蒸腾和生长的影响 J. 土壤与环境 , 2001, 10(4): 285-288. 2 廖观荣 , 林书蓉 , 李淑仪 , 等 . 雷州半岛桉树人工林地力退化的现状和特征 J. 土壤与环境 , 2001, 11(1): 25-28. 3 卞有生生态农业基础 M北京：中国环境科学出版社， 1956. 4 沈季理农业生态学 M北京：中国农业出版社， 1996. 5 彭少麟人类干扰对热带人工桉林生态系统的影响 J. 生态学报，1995， 15(增刊 A 辑 ): 36. 6 张经炜华南坡地研究 M. 北京 : 科学出版社， 1994. 7 徐化成 . 森林地力的动态特性和人工林地力下降问题 A. 见 : 盛炜彤主编 . 人工林地力衰退研究 C. 北京：中国科技出版社， 1992. 8 欧阳育林 . 两种桉树林分枯落物的调查研究 A. 见：曾天勋主编 . 雷州短轮伐期桉树人工林生态系统研究 C. 北京：中国林业出版社 , 1996. 9 RAISON R J, CRANE W J R. 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