湖南不同混交林模式對土壤物理性質(zhì)的影響

陳 瑞，童方平，劉振華，吳 敏，李 貴

（湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004）

湖南不同混交林模式對土壤物理性質(zhì)的影響

陳 瑞，童方平，劉振華，吳 敏，李 貴

（湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004）

通過對湖南省三處試驗地內(nèi)不同混交模式混交林的土壤物理特性進行研究，發(fā)現(xiàn)不同混交林模式土壤物理性質(zhì)之間無顯著差異，相關性分析表明混交林較純林土壤疏松多孔，說明混交林比純林更能提高林分涵養(yǎng)水分的能力。

混交林；土壤物理性質(zhì)

杉木是我國南方最重要的用材樹種［1-3］，全國杉木人工林面積達 1 239.1 萬 hm2，占全國人工林面積的 26.55%［4］，由于高密度的集約經(jīng)營，大部分林分樹種單一，大面積皆伐后繼續(xù)栽植杉木，導致杉木人工林生產(chǎn)力下降和地力衰退［5-9］。很多學者一致認為，合理的選擇混交樹種可以有效改善土壤肥力，進而促進杉木生長［10-13］。20 世紀 60 年代至今，湖南各地普遍重視營造針闊混交林以恢復和提高林地肥力［14］。

大部分研究選取的混交模式種類不多，不能提供合理混交模式。本文選取了立地條件相對一致的杉木純林，分別與馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、南酸棗（Choerospondias axillaria (Roxb.)Burtt et Hill）、木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）、馬褂木（Liriodendron chinense (Hemsl.)Sarg.）、楠木（Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei）等構成的不同混交模式的林地和純林的林下土壤物理特性進行了調(diào)查分析，以期揭示不同混交林與純林對土壤物理性質(zhì)改善的程度，為以后營建混交林提供合理的樹種配比的混交模式，為提高地力提供科學依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地分別位于安化縣、新寧縣以及金洞國有林場。

試驗地點一為安化縣馬路口鎮(zhèn)謝家溪村林場（N 28°25'29.21''，E 110°59'32.15''），為丘陵區(qū)，砂巖發(fā)育紅壤，土層厚度 75 cm。該區(qū)氣候屬熱帶季風性濕潤氣候，年均降雨量在 1 706.1 mm，年平均氣溫 16.2 ℃。試驗設計為：①模式 1：7 杉木 2 紅櫸 1 閩楠；②模式 2：3 杉木 2 馬尾松 3 閩楠 2 紅櫸；③模式3：6 杉木 2 紅櫸 2 南酸棗；④純紅櫸林（CK 1）；⑤純杉木林（CK 2）。株間混交，150 株小區(qū)，三次重復。造林時間為 2003年春，株行距為 2×2.5 m，立地條件基本一致。

試驗地點二為新寧縣國有東嶺林場（N 26°15'22''，E 110°45'00''），在山區(qū)中下部，花崗巖發(fā)育紅壤，土層厚度 80 cm。該區(qū)氣候屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，年均降水量為 1 326 mm，年平均氣溫 17 ℃。試驗設計為：① 8 杉木 2 馬褂木；②純杉木林（CK）。株間混交，80 株小區(qū)，三次重復。造林時間為 2003 年春，株行距為 2×2.5 m，立地條件基本一致。

試驗點三為國有金洞林場（N 26°13'28''，E 111°15'38''），在山區(qū)下部，板頁巖發(fā)育紅壤，土層厚度 90 cm。該區(qū)氣候屬中亞熱帶東南季風濕潤氣候，年均降水量為 1 600 - 1 900 mm，年平均氣溫 16.3 - 17.7 ℃。試驗設計為：① 6.5 杉木 2.5 閩楠 1 木荷；②純杉木林（CK）。株間混交，80 株小區(qū)，三次重復。造林時間為 2001 年春，株行距為 2×3 m，立地條件基本一致。

2 研究方法

2.1 土壤采樣及測定方法

土壤采樣和樣品處理方法參照《（LY/T 1210-1999）森林土壤樣品的采集與制備》［15］。于2015 年 12 月到 2016 年 3 月期間在不同造林模式類型的林分內(nèi)分別設置 1 塊 20 m×20 m 的樣地，按照上中下選擇采樣點。每個采樣點在 20 cm 左右的土層用環(huán)刀采集采樣點不同位置的 2 個土樣，帶回實驗室進行土壤含水率、土壤孔隙度以及土壤飽和度等的測定。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 做基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用 SPSS 10 軟件對不同地區(qū)混交林土壤物理性質(zhì)及生物量等進行相關性分析。

3 結果與分析

3.1 不同實驗點土壤物理性質(zhì)方差分析

從表 1 可以看出，除了新寧縣混交模式四與杉木純林之間持水量有顯著差異外，不同實驗點不同混交類型土壤物理特性之間沒有顯著差異。

表1 不同實驗點不同混交模式之間土壤物理性質(zhì)方差分析Tab.1Variance analysis of the physical properties of soil in different experimental points

3.2 安化縣不同混交模式林分土壤物理特性

由圖 1、2 可以看出，模式一（杉木+楠木+櫸木）與杉木和紅櫸純林對比，土壤含水量高2.93%、22.1%；土壤容重低 0.92%、1.98%；總孔隙度高 3.96%、0.56%；毛管孔隙度高 2.79%、0.75%；田間持水量高 5.82%、6.7%。

圖1 安化不同混交模式林分類型土壤物理特性Fig.1 The soil physical characteristics of the different mixed forest modes in Anhua

圖2 安化不同混交模式林分類型土壤容重特性Fig.2 The volume weight characteristics of different types of soil of Anhua

模式二（杉木+楠木+櫸木+馬尾松）與杉木和紅櫸純林對比，土壤含水量高 2.89%、22.04%；土壤容重高 6.66%、5.52%；總孔隙度高 6.79%、3.3%；毛管孔隙度高 6.92%、4.79%；田間持水量高 0.82%、1.66%。

模式三（杉木+南酸棗+櫸木）與杉木和紅櫸純林對比土壤含水量低 3.78%、高 14.13%；容重高 3.82 %、2.71%；總孔隙度高 5.73%、2.28%；毛管孔隙度高 3.65%、1.59%；田間持水量高1.31%、2.16%。

3.3 新寧縣不同混交模式林分土壤物理特性

圖3 新寧不同混交模式林分類型土壤物理特性Fig.3 The soil physical characteristics of the different mixed forest modes in Xinning

圖4 新寧不同混交模式林分類型土壤容重特性Fig.4 The volume weight characteristics of different types of soil of Xinning

由圖 3、4 可以看出，模式四（杉木+馬褂木）與杉木純林對比，土壤含水量高 33.15%，土壤容重低 8.65%，總孔隙度高 5.33%，毛管孔隙度高 13.09%，田間持水量高 27.31%。

3.4 金洞林場不同混交模式林分土壤物理特性

由圖 5、6 可以看出，模式五（杉木+木荷+楠木）與杉木純林對比，土壤含水量低 3.76%，土壤容重低 5.51%，總孔隙度高 8.36%，毛管孔隙度高 4.92%，田間持水量高 14.22%。

圖5 金洞不同混交模式林分類型土壤物理特性Fig.5 The soil physical characteristics of the different mixed forest modes of Jindong

圖6 金洞不同混交模式林分類型土壤容重特性Fig.6 The volume weight characteristics of different types of soil of Jindong

3.5 安化丘陵區(qū)不同混交林土壤物理特性與生物量的相關性分析

由表 2 可以看出，在安化丘陵區(qū)不同混交模式土壤物理特性與生物量相關分析中，總孔隙度和毛管孔隙度與總生物量和年均生物量在 0.05 水平上成顯著正相關，與杉木林分蓄積成顯著負相關；土壤含水量與杉木樹高在 0.05 水平上成顯著負相關。

在安化丘陵地區(qū)，三種混交模式中，總孔隙度及毛管孔隙度都比杉木及紅櫸純林要高，而總孔隙度，和毛管孔隙度與總生物量、年均生物量成顯著正相關性，表明混交林模式能更大的改良土壤性狀，使得土壤肥沃利于喬木生長，所以要獲得比較高的生物量應首選混交造林。同時三種混交模式中總孔隙度及毛管孔隙度以模式二（杉木+楠木+櫸木+馬尾松）的為最高，表明在丘陵地區(qū)要獲得比較大的生物量需營造模式二的混交林。

表2 安化丘陵區(qū)不同混交模式土壤物理特性與生物量的相關性分析Tab.2 The correlation analysis of soil physical properties and biomass of different mixed patterns in Anhua hill area

3.6 新寧、金洞山區(qū)不同混交模式土壤物理特性與生物量的相關性分析

從表 3 可以看出，在新寧、金洞山區(qū)不同混交模式土壤物理特性與生物量的相關分析中，土壤含水量和毛管孔隙度與田間持水量在 0.05 水平上成顯著正相關；容重與土壤含水量、總孔隙度及毛管孔隙度在 0.05 水平上成顯著負相關，與田間持水量在 0.01 水平上成顯著負相關；總孔隙度與毛管孔隙度及田間持水量在 0.05 水平上成顯著正相關；毛管孔隙度與田間持水量在 0.01 水平上成顯著正相關；林分蓄積與杉木胸徑及杉木單株材積在 0.05 水平上成顯著正相關；總生物量與年均生物量在 0.05 水平上成顯著正相關；杉木胸徑與杉木單株材積在 0.01 水平上成顯著正相關。但是總體上，在新寧、金洞山區(qū)不同混交模式土壤物理性質(zhì)與生物量沒有顯著相關性。

容重對高有機質(zhì)含量的土壤影響顯著［16］，容重越低有機質(zhì)含量越高。在山區(qū)，模式四（杉木+馬褂木）及模式五（杉木+木荷+楠木）土壤容重都比杉木純林要低，表明混交林土壤中有機質(zhì)含量高于純林，而土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，通常被作為衡量土壤肥力水平高低的重要指標。有機質(zhì)增加，土壤的容重降低，持水能力增加，在水分入滲的過程中，容重改變了土壤的空隙狀況，所以在山區(qū)容重和土壤含水量、總孔隙度、毛管孔隙度、田間持水量成顯著負相關。同時土壤含水量影響著土壤結構的形成及土壤結構的穩(wěn)定性，是表征土壤肥力的重要指標之一。表明山區(qū)營造混交林模式比純林能夠大幅度提高土壤肥力。

表3 新寧、金洞山區(qū)不同混交模式土壤物理特性與生物量的相關性分析Tab.3 The correlation analysis of soil physical characteristics and biomass of different mixed patterns in Xinning and Jindong mountains

4 結論

森林土壤是水分貯蓄的主要場所，林地土壤持水量是反映森林涵養(yǎng)水源能力的重要指標之一［17］。林地土壤持水量與土壤質(zhì)地、土壤結構等密切相關，一般來說，有機質(zhì)含量較高、土壤較為疏松多孔、團聚體水穩(wěn)性能良好的土壤貯水能力強。通過對湖南不同地區(qū)混交林土壤物理性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)山區(qū)的混交林土壤容重低于純林，而丘陵地區(qū)的混交林土壤容重高于純林，可能是由于丘陵地區(qū)不同林分地下土壤被人為翻墾擾動有關。但總孔隙度、毛管孔隙度以及土壤含水量方面比純林高，通過相關性分析表明混交林較純林土壤疏松多孔，說明混交林比純林更能提高林分涵養(yǎng)水分的能力。

通過相關性分析可知，在山區(qū)土壤物理特性與生長量相關性不顯著，說明混交林模式在丘陵區(qū)比在山區(qū)更能改良土壤物理性狀。但是不論是在山區(qū)還是丘陵地區(qū)營造混交林相對于營造純林在降低土壤容重，提高總孔隙度、毛管孔隙度以及土壤含水量方面更加有效。

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（文字編校：龔玉子）

The effect of different mixed forests on soil physical properties in Hunan

CHEN Rui，TONG Fangping，LIU Zhenhua，WU Min，LI Gui
（Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China）

In this paper，mixed soil physical properties of different mixed models in three experimental field at Hunan Province was studied.It was found that there was no significant difference between different mixed mode of soil physical property，the correlation analysis showed that mixed forest soil is more porous than pure forest soil，that means mixed forest is better than pure forest to improve the ability of forest water conservation.

mixed forest；soil physical properties

S 714

A

1003-5710（2017）03-0033 -05

10.3969/j.issn.1003-5710.2017.03.006

2017-04-18

湖南省林業(yè)科技計劃項目（2017-2019）

陳 瑞（1984-），女，湖南省岳陽市人，碩士研究生，助理研究員，主要從事森林生態(tài)學研究

童方平，研究員，博士；E-mail：tongfangping@sina.com