降香黄檀Dalbergia odorifera和檀香Santalum album是我国南方热带亚热带地区最为广泛种植的珍贵树种，其心材是制造高级家具、工艺品和名贵装饰品的上等材料，同时也是名贵药材，经济价值相当之高^[1-2]，但其心材形成极其缓慢，往往需要几十甚至上百年的时间，所以人工促进心材形成成为迫切需求^[3]。现阶段针对人工促进降香黄檀、檀香资源培育的研究主要集中在心材化学成分^[4-6]、药理作用^[7]、组织培养^[8]以及嫁接和扦插繁殖技术^[9]等方面，对降香黄檀、檀香林下土壤养分状况的研究鲜见报道。

除草、施肥是珍贵树种人工林抚育管理的主要内容。除草去除了林下植被，一方面会对树木的生长和生理代谢产生影响^[10-11]，另一方面也影响林地环境及相关的地下生态学过程^[12]，进而对土壤养分产生影响。施肥则可以直接补充土壤中的养分，使营养元素的含量趋于均衡，提高土壤肥力，进而影响植物的生长^[13-14]。土壤中速效氮、速效磷和速效钾是植物生长必需的基本元素^[15]，这些基本元素也是土壤中含量变动最大的元素，研究速效养分的变动规律对林木生长有极其重大的意义。檀香是半寄生植物，通过根系吸盘吸收寄主植物营养，因此降香黄檀与檀香混交种植互为有利，这种种植模式被广泛应用。由于檀香的寄生特性，为防止对檀香带来伤害，其营林抚育管理措施以人工除草取代除草剂的使用，以精耕细作和大量施肥取代粗放的传统经营。对于降香黄檀与檀香这2种生长缓慢又有特殊寄生关系的珍贵树种，研究其林下的养分变动，有助于及时补充缺乏养分、调节营养平衡，提高林分生产力^[15]。

本试验以2010年种植的7年生降香黄檀与檀香混交林下土壤为试验对象。设置对照(CK)、铲草、施肥、铲草+施肥4个处理，探讨土壤速效养分对不同抚育措施的响应，以期选择出可以有效改善林地土壤养分状况的抚育措施，为降香黄檀与檀香混交人工林抚育体系的建立提供参考。

1.   材料与方法

1.1   试验地概况

试验地位于广东省佛山市高明区更合镇绿缘堂科技有限公司(22°78′N，112°54′E)，属于南亚热带海洋性季风气候区，日照充足，太阳辐射强，热量丰富，雨量充沛，年平均降雨量1 913 mm。气候温和湿润，年平均温度21 ℃，无霜期长。因地靠南海，受季风影响大，亦常春季阴雨，冬季干旱，夏秋有台风、暴雨，晚秋有寒露风，冬季有低温寒冷。试验地为缓坡地，坡度小于10°，土壤为花岗岩发育的红壤，土层厚度大于2 m。林地为7年生降香黄檀与檀香混交林，降香黄檀胸径6.84~8.74 cm，树高5.47~6.23 m，檀香胸径7.54~8.63 cm，树高5.47~6.13 m。林下植被主要有火炭母Polygonum chinense、鬼针草Bidens pilosa、华南鳞盖蕨Microlepia hancei、假臭草Praxelis clematidea、阔叶丰花草Spermacoce latifolia、越南悬钩子Rubus cochinchinensis、蕨Pteridium aquilinum var. latiusculum、胜红蓟Ageratum conyzoides、肖凡天花Urena lobata、弓果黍Cyrtococcum patens等草本植物，高度40~60 cm为主，地表覆盖度达90%以上。试验铺设初期平均林下鲜物干质量466 g·m⁻²，半枯物干质量241 g·m⁻²。每样地采用五点取样法，用土钻分0~10、10~20、20~40 cm土层取样，同层土样混合均匀后带回实验室测定土壤理化性质，具体见表1。

表  1  土壤理化性质

Table  1.  Soil physical and chemical properties

土层/cm Soil layer	pH	w/(g·kg−1)					w/(mg·kg−1)
		有机质 Organic matter	全氮 Total nitrogen	全磷 Total phosphorus	全钾 Total potassium		水解氮 Hydrolyzed nitrogen	速效磷 Available phosphorus	速效钾 Available potassium
0~10	4.26	28.35	1.01	0.46	5.20		132.480	43.91	59.69
10~20	4.37	18.36	1.08	0.32	4.88		87.285	24.61	37.81
20~40	4.32	13.08	0.63	0.24	5.63		63.825	10.86	23.21

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1.2   试验设计及采样

试验于2017年4月间铺设，选择西南坡向、地形平缓、长势健康一致的同坡面林分。采用随机区组设计，试验设置对照(不做处理，CK)、铲草、施肥、铲草+施肥(铲+施)4个处理，每处理4次重复，共16块样地，每块样地20 m×20 m，小区间留2行或2株作为缓冲带。人工铲草，铲草后均匀铺展于样地表面,以便于养分回归和防止铲草后土壤表面过于暴露。施肥为穴施，两树间隔处挖穴，每穴施挪威复合肥(N15P15K15，Yara company Norway)0.5 kg，铲草、施肥每年进行2次(4和8月)。铲草、施肥后，每个季节的第1个月(即6、9、12月和翌年3月)取样，采用五点取样法，在每块样地0~10 cm土层用土钻取样，土样混合均匀，取鲜样1 kg用生物冰袋冷藏带回实验室4 ℃条件下保存。

1.3   样品处理与指标测定

取土壤鲜样，手动去除肉眼可见的植物根系和石头，过2 mm土壤筛，混合均匀后，四分法对角取样150 g左右，立即送实验室测定pH、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量。将水、土按体积比2.5∶1.0混匀，用玻璃电极法测定土壤pH；新鲜土样用浓度为2 mol·L⁻¹的KCl溶液按土︰液体积比为1∶5溶解，过滤，滤液中铵态氮和硝态氮含量采用流动注射分析仪测定(FIA，LACHAT仪器，CO，美国)^[16]；土壤速效磷含量用布雷−2(布雷&库尔兹1945)溶液提取，钼锑抗比色法测定；速效钾含量用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定。土壤压碎，通过0.2 mm筛，然后分析全氮、全磷、全钾、有机质含量。全氮含量用凯氏定氮法测定，全磷含量用比色法测定，全钾含量用火焰光度计法测定，水解氮含量用碱解扩散法测定，土壤有机碳含量用湿烧法测定，有机质含量为有机碳含量乘以常数1.724^[17]。

1.4   数据分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。采用单因素(One-way ANOVA)和Duncan ︐s法对有效氮、有效磷和速效钾含量进行方差分析和多重比较(α=0.05)，用Pearson相关系数检验变量之间的相关性。利用Excel 2007软件作图。图表中数据为平均值±标准差。

2.   结果与分析

2.1   不同处理的土壤pH季节性变化

多重比较分析发现，同一季节各处理间土壤pH无显著差异。由图1可见，不同季节各处理的pH差异性只在冬、春季节有所表现，且差异显著。由于土壤自身的酸碱缓冲性，全年土壤pH并无较大范围波动，波动范围≤0.4，CK波动变化最大，施肥处理次之，铲草和铲+施处理波动最小，由此可见，铲草、施肥等抚育措施在一定范围内可以增强土壤的酸碱缓冲性能，减小因季节因素引起的土壤pH变化。

图  1  不同处理的土壤pH季节变化

图中相同处理柱子上方的不同大写字母表示季节间差异显著(P<0.05, Duncan’ s法)

Figure  1.  Seasonal variation trends of soil pH in different treatments

Different uppercase letters on the bars of different seasons in the same treatment indicated significant differences(P<0.05, Duncan’ s test)

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2.2   不同处理对土壤有效氮的影响

2.2.1   不同处理的铵态氮季节性变化

由图2可知，不同处理的铵态氮含量在夏、秋、春季均出现显著差异，而冬季无显著差异，可能与冬季水温过低有关。各处理土壤铵态氮含量在秋季出现峰值，铲草、施肥和铲+施处理分别较CK提高65.28%、16.26%和75.06%；夏季铲草和铲+施处理的土壤铵态氮含量较CK分别降低21.99%和12.83%，施肥处理较CK提高13.87%；冬季铲草、施肥和铲+施处理的土壤铵态氮含量较CK分别提高10.99%、6.17%和18.23%；春季铲草、施肥和铲+施处理的土壤铵态氮含量较CK分别降低16.49%、3.68%和26.07%。

图  2  不同处理对土壤铵态氮含量的影响

图中相同季节柱子上方的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05, Duncan’ s法)

Figure  2.  Effects of different treatments on soil ammonium nitrogen content

Different lowercase letters on the bars of the same season indicated significant differences among different treatments(P<0.05, Duncan’ s test)

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土壤铵态氮含量受季节影响差异显著(P<0.05)，主要受土壤水分及温度变化影响，各季节土壤铵态氮平均质量分数从大到小依次为秋季(11.38 mg·kg⁻¹)、春季(6.01 mg·kg⁻¹)、冬季(4.06 mg·kg⁻¹)、夏季(3.62 mg·kg⁻¹)，秋季所有处理的土壤铵态氮含量均达到最大值。各处理年平均铵态氮质量分数从大到小依次为：铲+施(6.77 mg·kg⁻¹)>铲草(6.58 mg·kg⁻¹)>施肥(6.05 mg·kg⁻¹)>CK(5.63 mg·kg⁻¹)，前三者处理较CK分别提升20.25%、16.87%和8.17%。

2.2.2   不同处理的硝态氮季节性变化

同铵态氮相似，土壤硝态氮含量各处理在冬季无显著差异，在夏、秋、春季差异显著。一年中，硝态氮含量变化趋势与铵态氮不同。由图3可知，硝态氮含量在冬季出现峰值，施肥处理在夏季过后土壤硝态氮含量始终小于CK，铲草和铲+施处理的土壤硝态氮含量均大于CK。夏季铲草、施肥和铲+施处理的土壤硝态氮含量较CK分别增加12.59%、18.06%和3.95%；秋季土壤硝态氮含量：铲草和铲+施处理较CK分别增加35.02%和46.81%，施肥处理较CK减少12.93%；冬季土壤硝态氮含量：铲草和铲+施处理较CK分别增加2.71%和2.21%，施肥处理较CK减少1.10%；春季土壤硝态氮含量：铲草和铲+施处理较CK分别增加2.32%和61.11%，施肥处理较CK减少20.14%。

图  3  不同处理对土壤硝态氮含量的影响

相同季节柱子上方的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’ s法)

Figure  3.  Effects of different treatments on soil nitrate nitrogen content

Different lowercase letters on the bars of the same season indicated significant differences among different treatments(P<0.05, Duncan’ s test)

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土壤硝态氮含量变化受季节影响显著(P<0.05)，土壤硝态氮平均质量分数从大到小依次为：冬季(10.05 mg·kg⁻¹)、秋季(7.17 mg·kg⁻¹)、夏季(7.16 mg·kg⁻¹)、春季(4.25 mg·kg⁻¹)，各处理的硝态氮含量在冬季达到最大值。各处理年平均硝态氮质量分数从大到小依次为：铲+施(8.04 mg·kg⁻¹)>铲草(7.46 mg·kg⁻¹)>CK(6.62 mg·kg⁻¹)>施肥(6.50 mg·kg⁻¹)，铲草、铲+施处理较CK分别增加12.69%和21.45%，施肥较CK减少1.81%。

2.3   不同处理的有效磷季节性变化

由图4可知，不同处理土壤有效磷含量在夏、秋、冬季均出现显著差异，春季差异不显著。土壤有效磷含量在夏季达到峰值，之后出现下降，经过夏、秋两季后，在冬、春季节逐渐有所回升。铲+施处理的有效磷含量增加最为明显，其土壤有效磷含量在夏、秋、冬、春季分别较CK增加25.20%、164.06%、75.64%和26.07%，铲草和施肥处理的土壤有效磷含量在夏季较CK下降21.30%和5.67%，在秋季较CK增加64.41%和142.48%，在冬季较CK增加16.76%和32.36%。

图  4  不同处理对土壤有效磷含量的影响

相同季节柱子上方的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’ s法)

Figure  4.  Effects of different treatments on soil available phosphorus content

Different lowercase letters on the bars of the same season indicated significant differences among different treatments(P<0.05, Duncan’ s test)

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土壤有效磷含量受季节变化影响显著(P<0.05)，土壤有效磷平均质量分数从大到小依次为：夏季(81.31 mg·kg⁻¹)、秋季(39.20 mg·kg⁻¹)、春季(38.53 mg·kg⁻¹)、冬季(31.34 mg·kg⁻¹)。各处理年平均有效磷质量分数从大到小依次为：铲+施(61.32 mg·kg⁻¹)>施肥(48.68 mg·kg⁻¹)>CK(40.71 mg·kg⁻¹)>铲草(39.68 mg·kg⁻¹)，铲+施、施肥处理分别较CK增加50.63%和19.58%，铲草较CK减少2.53%。

2.4   不同处理的速效钾季节性变化

由图5可知，各处理的土壤速效钾含量在不同季节均存在显著差异，全年各处理土壤速效钾含量均较CK显著增加，增幅由大到小依次为：铲+施、铲草、施肥，夏季到秋季呈增加趋势，秋季到第2年春季呈下降趋势。铲草、施肥和铲+施处理的土壤速效钾质量分数在夏季分别较CK高出105.09%、45.65%和133.33%，秋季分别较CK高出209.56%、77.99%和215.98%，冬季分别较CK高出79.42%、59.55%和126.17%，春季分别较CK高出79.39%、46.89%、97.93%。

图  5  不同处理对土壤速效钾含量的影响

相同季节柱子上方的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’ s法)

Figure  5.  Effects of different treatments on soil available potassium content

Different lowercase letters on the bars of the same season indicated significant differences among different treatments(P<0.05, Duncan’ s test)

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季节变化对土壤速效钾含量有显著影响(P<0.05)，土壤速效钾平均质量分数从大到小依次为：秋季(134.04 mg·kg⁻¹)、冬季(109.88 mg·kg⁻¹)、春季(98.71 mg·kg⁻¹)、夏季(84.29 mg·kg⁻¹)。各处理年平均土壤速效钾质量分数从大到小依次为：铲+施(144.29 mg·kg⁻¹)>铲草(129.20 mg·kg⁻¹)>施肥(93.94 mg·kg⁻¹)>CK(59.49 mg·kg⁻¹)，前三者处理分别较CK高出142.54%、117.18%和57.91%。

2.5   土壤pH和速效养分各指标相关性分析

Pearson相关性分析结果（表2）显示，土壤硝态氮含量与pH在0.01水平显著负相关，土壤速效钾含量与pH在0.01水平显著正相关，速效钾含量与铵态氮含量在0.01水平显著正相关，铵态氮含量与有效磷含量在0.05水平显著负相关，速效钾含量与硝态氮含量在0.05水平显著正相关。

表  2  土壤各指标相关性分析¹⁾

Table  2.  Correlation analyses of soil indexes

指标 Index	pH	铵态氮 Ammonium nitrogen	硝态氮 Nitrate nitrogen	有效磷 Available phosphorus	速效钾 Available potassium
pH	1
铵态氮 Ammonium nitrogen	−0.023	1
硝态氮 Nitrate nitrogen	−0.347**	−0.028	1
有效磷 Available phosphorus	0.229	−0.248*	−0.122	1
速效钾 Available potassium	0.343**	0.443**	0.301*	−0.05	1
1)“*”和“**”分别表示相关性达到0.05和0.01的显著水平 　1)“*”and“**”indicated significant correlation at 0.05 and 0.01 levels, respectively

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3.   讨论与结论

在土壤含有的众多元素中，氮、磷、钾的含量与植被、微生物及土壤动物活动联系尤其紧密^[18]。因此，分析土壤中有效氮、速效磷、速效钾等元素含量可以反映出土壤肥力水平。土壤速效养分变动是一个极其复杂的动态过程，这一过程与外界干扰、土壤自身物理特性、微生物学特性等有着密切关联，任何一个因素的变动都会引起土壤速效养分的变化。本研究发现，土壤速效养分在不同季节对铲草施肥抚育措施的响应程度不同。

土壤pH与植物生长联系紧密，是森林土壤发育和演替的重要因子^[19-20]。铲草施肥一系列处理后，土壤pH略有提升，但差异不明显，分析发现土壤pH与硝态氮和速效钾含量有极显著相关性，可能是铲草施肥改变了土壤中硝态氮和速效钾的含量。张玉红等^[21]研究发现，土壤中金属阳离子的增加会中和土壤中的酸性，提升土壤pH。铲草施肥后，植被分解和肥料施用向土壤中输入大量钾离子，导致土壤pH升高。随着秋、冬季硝态氮含量的增加，土壤pH呈下降趋势，冬、春季硝态氮含量减少，pH呈升高趋势，这一结果与沈灵凤等^[22]研究结果一致，但由于土壤自身对pH的缓冲能力，土壤pH整体波动不大。

土壤铵态氮、硝态氮分别在秋季和冬季出现高峰，与唐泽家^[23]、卢萍等^[24]的研究结果相似。黄显淦等^[25]也研究发现土壤速效氮的第1次高峰以铵态氮为主，第2次高峰则以硝态氮为主，与本试验结果一致。土壤温、湿度是影响氮素矿化的最重要的环境因子^[26-27]，对氮矿化速率有强烈的控制作用，且呈正相关^[28]，9月份雨热条件有利于氮素矿化，此时土壤含水量较高，通气性较差，淋溶作用也较为强烈，韦高玲等^[29]研究发现氮素主要以硝态氮的形式发生淋溶迁移，所以此时土壤氮素以铵态氮为主。周才平等^[30]研究发现，在低温时硝化作用占较明显优势，而随着温度的升高，这种优势逐渐减弱。12月进入冬季，雨热下降，土壤矿化能力减弱，相应植被对氮素利用也减弱，而此时土壤通气性较好，易于硝化作用进行，硝态氮出现累积。从铲草施肥各处理对土壤铵态氮和硝态氮的整体影响来看，铲+施配合处理的效果最好，铲草和施肥各自单独处理次之。研究发现，还田后的秸秆需要通过土壤微生物繁殖才能进行腐解转化，该过程需要适宜的养分比例，其中碳氮比(C/N)是主要影响因素之一^[31]。一般来说，当还田的秸秆C/N较大时，在腐解的初始阶段，首先需要进行土壤氮素的生物固定；随着腐解过程的进行，被腐解秸秆残体C/N逐渐降低，微生物较易获取的能源物质逐渐被利用殆尽，导致部分微生物的死亡，部分秸秆有机氮则被分解转化为矿质氮^[32]。试验地大多为火炭母和华南鳞盖蕨等C/N较大的植物，故而前期分解微生物大量繁殖，从土壤中固持氮素，后期释放氮素，铲+施处理补充了前期微生物大量繁殖时氮素的不足，后期又释放大量氮素，故而效果最好。

试验发现夏季土壤有效磷含量普遍高于其他季节，各处理及CK的有效磷含量都出现不同程度的增加，王艮梅等^[33]研究发现，7、8月份土壤磷酸酶会大量增加，造成土壤有效磷含量增加。马亚娟等^[15]研究发现，施肥可以显著提高土壤速效磷含量，与本试验结果一致。王建红等^[34]发现土壤胶体对土壤有效磷有很强的吸附作用，进入土壤的有效磷会很快被土壤胶体吸附，而本研究发现铲草施肥各处理土壤有效磷含量变化与CK土壤有效磷含量变化相比较为缓慢，说明铲草施肥各处理在一定程度上可以减弱土壤胶体对土壤有效磷的吸附作用，且铲+施处理效果最好。

土壤中的钾完全以矿质态存在，没有有机态，是土壤肥力的重要衡量指标之一^[35]，主要包括土壤中可被植物吸收利用的水溶性钾和胶体吸附的交换性钾(占90%以上)^[36]。本研究发现，各处理的土壤速效钾含量较CK都显著增加，且铲+施处理的效果最好，说明铲草施肥抚育措施在一定程度上可以提升土壤的释钾能力。

综上所述，不同季节由于水热条件及外界干扰因子变化，降香黄檀和檀香混交林下土壤速效养分对各处理响应程度不同，但都具有鲜明的季节性变化特征。土壤铵态氮和硝态氮四季变化较大，峰值分别出现在秋季和冬季；土壤有效磷含量夏季最高，之后呈下降趋势，冬季时开始回升；土壤速效钾含量相对较为平稳。全年来看，铲草施肥各处理中铲+施处理效果最好，土壤速效养分普遍增加；单一施肥会导致土壤硝态氮的少量减少；单一铲草会导致土壤有效磷少量减少；各处理土壤速效钾含量增加最为明显，说明铲草施肥抚育措施促进了土壤的释钾。因此铲草+施肥能大大改善降香黄檀和檀香混交林下土壤的养分状况。