杉木人工純林與混交林下幾種土壤養(yǎng)分對比及與生長的關(guān)系

衣曉丹，王新杰

（北京林業(yè)大學(xué)，北京100083）

杉木人工純林與混交林下幾種土壤養(yǎng)分對比及與生長的關(guān)系

衣曉丹，王新杰

（北京林業(yè)大學(xué)，北京100083）

對杉木純林以及杉木分別與馬尾松、毛竹、火力楠、木荷、油桐構(gòu)成的混交林下的土壤養(yǎng)分進行了對比，并對土壤養(yǎng)分和杉木生長因子進行相關(guān)分析。結(jié)果表明：⑴杉木馬尾松混交林可以提高土壤中氮素、磷素和有機質(zhì)含量，降低土壤pH；杉木毛竹混交林可以提高土壤中的氮素和鉀含量；杉木油桐混交林可以提高土壤氮素和有機質(zhì)含量，降低土壤pH；杉木木荷混交林可以提高土壤pH。⑵土壤pH和有機質(zhì)含量對杉木的胸徑和樹高影響顯著，全氮含量對杉木樹高影響顯著，五種混交林分類型對于杉木生長因子的提高程度從高到低依次為杉×馬＞杉×油＞杉×毛＞杉×火，杉木木荷混交林沒有促進杉木生長的作用。

杉木；純林；混交林；土壤養(yǎng)分；相關(guān)分析

杉木Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.為我國特有樹種，素以分布廣、生長快、繁殖易、病蟲害少、材質(zhì)好、產(chǎn)量高、栽培歷史悠久而聞名，是我國重要的用材樹種[1-3]。在全國，杉木人工林面積達1 239.1萬hm2，占全國人工林面積26.55%，其發(fā)展能極大地緩解我國實行“天然林保護工程”后產(chǎn)生的森林資源短缺，木材供應(yīng)不足等問題，具有重要的戰(zhàn)略意義。然而，近幾十年來，由于高度的集約經(jīng)營，伴隨著某些不正確的森林經(jīng)營、育林和耕作措施，同時對土壤投入較少，杉木人工林的地力衰退現(xiàn)象十分嚴重，具體表現(xiàn)為林木產(chǎn)量逐代下降，土壤性質(zhì)惡化[4]。對于土壤性質(zhì)惡化的原因，學(xué)者們比較統(tǒng)一的觀點是，杉木純林連栽是導(dǎo)致地力衰退的主因[5-7]。

很多學(xué)者研究了通過混交林的合理栽植以改善杉木人工林的土壤肥力。研究一致認為，合理的選擇混交樹種可以有效改善土壤肥力狀況[8-12，15]，進而促進杉木生長[13-15]。但是，大部分的研究選取的混交模式種類不多，基于此認識，本文選取了立地條件較一致的杉木純林，杉木分別與馬尾松Pinus massoniana、毛竹Phyllostachys heterocycla、火力楠Michelia macclurel、木荷Schima superba、油桐Vernicia fordii構(gòu)成的混交林下的土壤進行了測定和對比分析，旨在為適地適樹、樹種選擇、合理施肥提供參考依據(jù)。

1 研究地概況

研究地位于福建省三明市將樂國有林場。將樂 縣（117°05′～ 117°40′E，26°26′～ 27°04′N）位于福建省西北部，屬于中亞熱帶季風(fēng)區(qū)，具有海洋性和大陸性氣候特點。境內(nèi)地勢復(fù)雜，平均坡度為27°，平均海拔258 m。年平均氣溫19.8℃，年平均降水量2 027 mm。境內(nèi)夏季時間長，冬天較溫暖，無霜期273 d，生長期長。境內(nèi)多山，森林資源豐富，全縣山地面積19.2 萬hm2，其中有林地面積18.87萬hm2，森林覆蓋率達84.5%，林木蓄積量1 598萬m3。根據(jù)將樂縣森林資源調(diào)查報告，全縣土壤有6個土類15亞類44個土屬，其中紅壤類占總面積的81.52%，而且水濕條件比較好，適宜栽培杉木。

試驗點位于將樂國有林場北京林業(yè)大學(xué)南方基地的試驗示范區(qū)，所選樣地伐前為天然雜木林，在1990年劈草煉山后，選擇同齡苗進行帶狀混交造林，混交模式為：杉木×馬尾松 (3∶1)、杉木×毛竹（1∶1）、杉木×火力楠（4∶1）、杉木×木荷（4∶1）、杉木×油桐（3∶1），于2010年夏在各林分下采取土樣進行測定。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

充分考慮土壤類型、海拔、坡向、坡位、坡度等立地因子，選取杉木純林（杉純）、杉木與馬尾松 (杉×馬)、毛竹（杉×毛）、火力楠（杉×火）、木荷（杉×木）、油桐（杉×油）組成的混交林六種林分類型作為研究對象，進行每木檢尺，樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic conditions of sample plots

2.2 土壤取樣

每種林分類型各設(shè)置3塊標準地（20 m×30 m），在每塊標準地中杉木平均木周圍挖取土壤剖面，分別取0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm以及40～50 cm的土壤樣品，進行風(fēng)干過篩處理[16]。

2.3 營養(yǎng)元素分析方法[16]

采用凱式法測定全氮、鉬銻抗比色法測有效磷、火焰光度計法測速效鉀、重鉻酸鉀外加熱法測有機質(zhì)、酸度計法測pH（水浸）。

2.4 數(shù)據(jù)分析方法

運用Excel進行數(shù)據(jù)計算和圖表繪制，用SPSS進行方差分析和相關(guān)性分析。

3 結(jié)果分析

3.1 不同林分類型下土壤大量元素供應(yīng)情況

土壤的氮、磷、鉀三要素在不同程度上常成為林木生長的限制因子[17]，因此成為林業(yè)科研人員診斷土壤養(yǎng)分基本狀況的重要因子。在各林分類型中，土壤全氮、有效磷、速效鉀含量都呈現(xiàn)出隨著土層厚度的增加而降低的趨勢（見表2、表3和表4），符合一般規(guī)律。

表2的方差分析結(jié)果表明，林分類型對于土壤全氮含量的影響是顯著的，尤其是在0～5 cm和5～10 cm，杉×馬、杉×毛、杉×油三種林分類型土壤中的全氮含量顯著高于杉木純林，隨著土層厚度的增加，林分類型對于全氮含量的影響不再顯著。土壤中全氮含量是土壤氮素潛在供應(yīng)能力的較好指標[17]，因此可以推斷，杉木與馬尾松、毛竹、油桐混交可以在一定程度上改善杉木純林土壤中的氮素含量，這與姚慶端的研究是一致的[8]。

表2 不同林分類型下土壤全氮含量?Table 2 Soil total nitrogen contents of different forest types g/kg

表3 不同林分類型下土壤有效磷含量Table 3 Soil available phosphorus contents of different forest types mg/kg

土壤有效磷是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標，土壤磷素含量高低在一定程度上反映了土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。從表3可以看出，杉×馬在0～5 cm和5～10 cm的有效磷含量顯著高于杉木純林，原因是馬尾松這一先鋒樹種能轉(zhuǎn)化并利用土壤中的一些緩效態(tài)磷[9]。與杉木純林相比，其他林分類型對有效磷含量的影響都不顯著，或者顯著低于杉木純林。有效磷含量能較好地反映出近期內(nèi)土壤磷元素的供應(yīng)情況[17]，因此可以推斷，杉木馬尾松混交林在近期內(nèi)土壤磷元素的供應(yīng)情況比較好。

從表4可以看出：杉×毛的土壤速效鉀含量在0～5 cm、20～30 cm、40～50 cm顯著高于杉木純林，分別高出25.02%、21.94%和29.49%，在其他層次也高于杉木純林，但是并不顯著。其他林分類型影響不顯著，或者顯著低于杉木純林。土壤中速效鉀含量能較好地反映出近期內(nèi)土壤鉀元素的供應(yīng)情況[17]，所以可以推斷，杉木毛竹混交林在近期內(nèi)土壤鉀元素的供應(yīng)情況比較好。

表4 不同林分類型下土壤速效鉀含量Table 4 Soil available potassium contents of different forest types mg/kg

3.2 不同林分類型下土壤pH和有機質(zhì)含量

從圖1可以看出，在各林分類型中，隨著土層厚度的增加，土壤pH均呈現(xiàn)上升趨勢，杉×木的pH在各層都顯著高于杉木純林，杉×毛和杉×火兩種類型對于土壤pH有所提高但不顯著，而杉×馬和杉×油兩種類型的pH在各層均低于杉木純林。土壤酸堿度不僅影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)及有效性，還影響肥料的利用和土壤微生物的活性[17]。據(jù)研究，pH為6～8時，有機物中氮素的礦化最好，有效氮的供應(yīng)最多，在pH為6以下時，固氮菌的活動降低；在pH為6.5以下時，隨著pH的降低，磷元素有效性降低[18]。因此，提高酸性土壤的pH可以增強土壤肥力的有效性。據(jù)此可以推斷，杉木木荷混交林可以在一定程度上促進土壤養(yǎng)分的有效性。

由表5可以看出，在不同林分類型下，土壤有機質(zhì)含量均隨著土層厚度的增加而降低，符合一般規(guī)律。方差分析結(jié)果表明，林分類型對有機質(zhì)的影響是顯著的，在0～20 cm各土層中，杉×馬、杉×油兩種林分類型土壤中的有機質(zhì)含量顯著高于杉木純林，隨著土層厚度增加，林分類型影響不再顯著，而其他林分類型的影響不顯著或者顯著低于杉木純林。土壤有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，因此可以推斷，杉木與馬尾松、油桐混交可以在一定程度上提高土壤有機質(zhì)含量，進而提高土壤養(yǎng)分。

圖1 不同林分類型下土壤pHFig.1 Soil pH of different forest types

表5 不同林分類型下土壤有機質(zhì)含量Table 5 Soil organic matter contents of different forest types g/kg

3.3 不同林分類型下土壤養(yǎng)分含量與杉木生長因子的相關(guān)分析

土壤養(yǎng)分是反映土壤肥力的重要指標，是林木生長發(fā)育所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)，一般來說，土壤養(yǎng)分與植物生長速度有很好的相關(guān)關(guān)系。從表6可以看出，在本研究中的六種林分類型中，杉木的平均胸徑與土壤pH呈極顯著負相關(guān)，與土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；杉木的平均樹高與土壤全氮含量和有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與土壤pH呈顯著負相關(guān)；而杉木的平均胸徑和平均樹高與土壤中的有效磷含量和速效鉀含量的相關(guān)性不大。說明在研究范圍內(nèi)，土壤pH和有機質(zhì)含量對杉木的胸徑和樹高生長影響明顯，土壤全氮含量對杉木樹高生長影響明顯。

4 小 結(jié)

（1） 在所有林分類型中，土壤全氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量均隨著土層厚度的增加而降低，土壤pH均隨著土層厚度的增加而增加。

表6 表層（0～5 cm）土壤養(yǎng)分含量與杉木生長因子的相關(guān)分析Table 6 Correlation analysis of soil nutrition content in 0～5 cm layer and China fir growth factor

（2）在本研究的五種混交模式中，杉木馬尾松混交林可以提高土壤中氮素含量、磷素含量和有機質(zhì)含量，降低土壤pH；杉木毛竹混交林可以提高土壤中的氮素含量和速效鉀含量；杉木油桐混交林可以提高土壤氮素含量和有機質(zhì)含量，降低土壤pH;杉木木荷混交林可以提高土壤pH；而杉木火力楠混交林對于改善土壤養(yǎng)分的作用不大。

（3）土壤養(yǎng)分與杉木生長因子的相關(guān)分析表明，土壤pH和有機質(zhì)含量對杉木的胸徑和樹高影響顯著，全氮含量對杉木樹高影響顯著。結(jié)合各混交模式對于土壤養(yǎng)分的影響，可以推斷，混交林分類型對于杉木生長的促進程度由高到低依次為杉×馬＞杉×油＞杉×毛＞杉×火，而杉木木荷混交林并沒有促進杉木的生長。杉木是喜酸樹種，在本研究中，杉木生長與土壤pH呈顯著負相關(guān)，而從理論上來講，提高酸性土壤的pH可以增強土壤肥力的有效性，對于如何平衡土壤pH與杉木生長和增強土壤肥力有效性需要進一步研究。

（4） 營造杉木與其他樹種的混交林是防止因多代連栽杉木純林導(dǎo)致地力衰退的有效措施之一。杉木與馬尾松、毛竹、油桐混交均可以在一定程度上改善土壤養(yǎng)分狀況，應(yīng)該提倡營造?；鹆﹂湍竞墒堑湫偷姆阑饦浞N，而且與杉木混交并不能改善土壤養(yǎng)分狀況，因此應(yīng)該營造純林作為防火林帶。在選擇混交樹種時，應(yīng)該依據(jù)造林目的，兼顧造林地土地肥力，因地制宜。

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Comparison of several soil nutritions in pure Cunninghamia lanceolata plantations and mixed forests, and relationship between nutrition and growth factors

YI Xiao-dan, WANG Xin-jie
(Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

After comparing the soil nutritions in pure Cunninghamia lanceolata plantations and mixed forests of C. lanceolata and Pinus massoniana, Phyllostachys heterocycla, Michelia macclurel, Schima superba and Vernicia fordii, the correlation analysis on soil nutrition content and C. lanceolata growth factor was conducted. The results are as followings: ⑴The nitrogen, phosphorus and organic matter contents raised and the soil pH decreased in mixed forests of C. lanceolata and Pinus massoniana; the nitrogen and potassium contents increased in mixed forests of C. lanceolata and P. heterocycla; the nitrogen and organic matter contents increased and the soil pH decreased in mixed forests of C. lanceolata and V. fordii; the soil pH raised in mixed forests of C. lanceolata and S. superba. ⑵There were signif i cantly inf l uences of soil pH, organic contents on DBH, height of C. lanceolata. And there was a signif i cantly inf l uence of nitrogen content on height of C. lanceolata. The stimulative inf l uences of fi ve forest stand types on growth factors of C. lanceolata ordered from high to low as following: P. massoniana ＞ V. fordii ＞ P. heterocycla＞ M. macclurel. And the mixed forests of C. lanceolata and S. superba can’t improve the growth of C. lanceolata.

Cunninghamia lanceolata; pure forest; mixed forest; soil nutrition; correlation analysis

S791.27

A

1673-923X(2013)02-0034-05

2012-11-08

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(200904003-1)

衣曉丹(1987-)，女，山東人，碩士研究生，主要研究方向：森林資源監(jiān)測與評價

王新杰(1970-)，男，河南人，副教授, 主要研究方向：森林資源調(diào)查、監(jiān)測及林業(yè)3S綜合應(yīng)用；E-mail: xinjiew@bjfu.edu.cn

[本文編校：吳 彬]