不同紅松混交林內(nèi)土壤改良效果研究

高明娟

（遼寧省本溪市明山區(qū)林場，遼寧 本溪 117000）

土壤的形成受到多種因子的綜合影響，包括植被類型、地形、氣候、母質(zhì)等，不同的林分內(nèi)可形成具有不同理化性質(zhì)的土壤類型[1]。土壤理化性質(zhì)改善的基礎(chǔ)即為林間生物的旺盛積累過程，改善后的土壤又對植物生長起到積極的作用，為生物物質(zhì)的良性循環(huán)創(chuàng)造條件[2-3]。因此，對各種林分條件下土壤理化性質(zhì)差異的研究有助于更好地指導(dǎo)森林植被的更新、恢復(fù)等。

遼寧省東部地區(qū)的地帶性頂級植被群落即為紅松闊葉混交林。當(dāng)?shù)氐纳侄嗄陙斫?jīng)歷了多次大規(guī)模破壞，森林生態(tài)系統(tǒng)失衡，出現(xiàn)了逆行演替，導(dǎo)致天然林的低質(zhì)、低效。近些年，為了實(shí)現(xiàn)山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，當(dāng)?shù)卦诮?jīng)營天然次生林過程中經(jīng)營措施多數(shù)以取材為單一目標(biāo)，進(jìn)一步加劇了對次生林的破壞，林下植被等生物多樣性破壞嚴(yán)重，明顯削弱了森林生態(tài)系統(tǒng)的功能、降低了森林在涵養(yǎng)水源方面的功能[4-5]。為了逐步實(shí)現(xiàn)紅松闊葉林頂級群落的恢復(fù)，一項(xiàng)重要的手段即為人工營建紅松闊葉混交林。早在20世紀(jì)60年代，遼寧省就采取了人工栽植紅松林、撫育階段對林下的闊葉類樹木進(jìn)行適當(dāng)選留等，或者在次生林的林冠下栽植紅松等方式，進(jìn)行紅松混交林的營建。經(jīng)過多年培養(yǎng)，目前遼東南地區(qū)存在各種類型的紅松混交林，不同的人工混交培養(yǎng)方式下土壤性質(zhì)出現(xiàn)了不同變化，為了對不同類型紅松混交林改善土壤效果進(jìn)行深入了解，特開展了此研究，為更好地發(fā)揮出紅松混交林在涵養(yǎng)水源等方面的功效提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在遼寧東部山區(qū)的本溪縣草河口鎮(zhèn)，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤類型以暗棕色、棕色森林土為主，土層厚平均在40 cm以上，以紅松為主的針闊混交林類型為主；年均溫在4～7 ℃，降水量年均700 mm以上，蒸發(fā)量年均1200～1600 mm，無霜期平均130 d左右，試驗(yàn)林間海拔平均500 m左右，≥5 ℃積溫年均值3300 ℃。試驗(yàn)林地內(nèi)混交林主要為紅松與胡桃楸、水曲柳、槺椴混交，造林時(shí)間在1990年左右，采取的混交方式包括帶狀混交和塊狀混交。每種混交林2種混交方式均營建2塊林作為重復(fù)，同期還種植了紅松純林作為對照處理。造林時(shí)紅松選擇生長3年的移植苗，闊葉類選擇生長1年的播種幼苗。造林后5年每個(gè)林分內(nèi)每年進(jìn)行撫育，1～5年內(nèi)分別進(jìn)行2、2、1、1、1次撫育；闊葉類樹木在其生長2～3年時(shí)結(jié)合特性需要進(jìn)行平茬；所有林分生長9～10年后對林間的雜灌、藤蔓等進(jìn)行清理。所有林分郁閉后開展為了3次間伐措施，分別在2003年、2012年和2020年，主要伐除對紅松生長產(chǎn)生影響的闊葉類樹以及長勢不佳、培養(yǎng)前途不佳的紅松樹，為混交林的健康生長創(chuàng)造空間、透氣、光照等環(huán)境條件[6-8]。各處理林間的林分情況見表1。

表1 各種紅松混交林概況

2 研究方法

2.1 調(diào)查樣地的選擇

在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)選擇不同的、具有當(dāng)?shù)氐湫椭脖惶卣鞯募t松混交林，每個(gè)處理標(biāo)準(zhǔn)樣地的布設(shè)面積為600 m2（20 m×30 m），每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地作為重復(fù)，帶狀混交、塊狀混交方式的樣地分別2個(gè)。

2.2 調(diào)查項(xiàng)目及方法

土壤物理性質(zhì)的調(diào)查選擇土壤容重、土壤總孔隙度、最大含水量3個(gè)主要指標(biāo)開展分析。土壤化學(xué)性質(zhì)的調(diào)查選擇pH值、全氮、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀作為主要指標(biāo)開展分析，分別采取電位法、凱氏蒸餾法、重鉻酸鉀-硫酸氧化測定法、擴(kuò)散吸收法、碳酸氫銨法、火焰光度計(jì)法[8]。

土壤的取樣采取環(huán)刀法，在每個(gè)重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)隨機(jī)選擇采樣點(diǎn)3個(gè)，分別取0～20、20～40 cm深度的土層樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室分析，各處理林分3個(gè)重復(fù)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)3個(gè)采樣點(diǎn)共計(jì)9個(gè)數(shù)據(jù)最后取平均值分析[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分內(nèi)土壤物理性質(zhì)比較

土壤物理性質(zhì)與狀態(tài)很大程度上受到土壤顆粒大小、土壤中三相物質(zhì)分布情況以及礦物質(zhì)等多種因素共同作用的影響，因此土壤物理特性的反映指標(biāo)通常選擇土壤容重、孔隙度等[1]。自然狀態(tài)下單位容積的土壤經(jīng)過烘干至恒重后的質(zhì)量即為土壤的容重，此性質(zhì)為土壤最基本的物理性質(zhì)，該值影響到土壤的孔隙度情況，對土壤的滲透性、保水性產(chǎn)生影響[3]。在相同或者類似的土壤質(zhì)地情況下，土壤容重與孔隙度呈反比，容重越大，土壤越板結(jié)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)缺乏，反之則表明土壤越疏松、吸水性越佳[6]。土壤孔隙用于物質(zhì)與能量儲(chǔ)存、交換，植物根系養(yǎng)分、水分獲取也通過孔隙，其狀況與土壤的通氣情況、根系生長、土壤透水能力等密切相關(guān)，很大程度上影響到土壤的肥力情況[7]。

不同紅松混交林內(nèi)土壤主要物理性質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。根據(jù)表2可知，混交林分不同的林間土壤容重表現(xiàn)出不同程度的差異，整體均表現(xiàn)為隨著土壤的增厚而逐漸降低的趨勢，分析其原因可能在于表層的枯落物等比較多、腐殖質(zhì)含量豐富，土壤相對疏松多孔；0～20 cm土層內(nèi)，混交林以紅松+槺椴的處理土壤容重為最低，土壤孔隙度最大、最大含水量最高；紅松+胡桃楸的混交林內(nèi)土壤容重最大，孔隙度最??；20～40 cm土層內(nèi)，土壤容重按照從大到小順序排列依次為紅松純林＞紅松+胡桃楸＞紅松+水曲柳＞紅松+槺椴，總孔隙度依次為紅松+槺椴＞紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松純林，最大含水量依次為紅松+水曲柳＞紅松+槺椴＞紅松+胡桃楸＞紅松純林。由此可知，各混交林內(nèi)土壤容重均小于紅松純林的對照林、土壤孔隙度、最大含水量均＞對照處理，表明混交林可一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤保水能力。

表2 各紅松混交林處理林間土壤主要物理性質(zhì)分析

3.2 不同林分內(nèi)土壤化學(xué)性質(zhì)比較

有機(jī)質(zhì)是土壤重要組分，來源于動(dòng)植物等所有的非礦物質(zhì)，是植物生長養(yǎng)分的重要源泉，其形成多數(shù)來源于植物的枯枝落葉脫落在地表經(jīng)過微生物代謝及各種綜合作用分解、腐殖化[10]。各紅松混交林內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于紅松純林的對照（表3），分析原因在于枯枝落葉的回歸作用，混交林內(nèi)枯枝落葉等相對更多；0～20 cm土層中的有機(jī)質(zhì)含量均高于20～40 cm土層，分析其原因可能在于表面枯枝落葉分布更多，分解后主要分布在表層，按照從高到低排列依次為紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林。

植物的生長離不開氮元素，直接對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，土壤中積累的氮元素主要有以下幾個(gè)原因：動(dòng)植物殘?bào)w的分解代謝、施入的肥料[3]。根據(jù)表3可知，所有混交林處理的土壤全氮、堿解氮含量較紅松純林對照均有不同程度的增加，且以0～20 cm土層的氮元素含量高于20～40 cm土層；全氮含量各混交林處理以紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林，堿解氮含量以紅松+槺椴＞紅松+水曲柳+紅松+胡桃楸＞紅松純林。

磷元素在植物生長發(fā)育、新陳代謝中起著重要作用，植物生長所需要的磷元素主要來源于土壤，土壤中速效磷的含量直接反映出土壤供應(yīng)磷元素的能力[5]。根據(jù)表3可知，各混交林處理的土壤速效磷含量均高于紅松純林處理，且以0～20 cm 土層的含量更高；各混交林以紅松+水曲柳＞紅松+槺椴＞紅松+胡桃楸＞紅松純林。

鉀元素對植物的生長必不可少，土壤中速效鉀含量是土壤鉀元素供應(yīng)能力的反映。根據(jù)表3可知，各混交林處理林間土壤速效鉀含量均高于對照處理，且以0～20 cm土層的含量更高；以紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林。

pH值也是土壤化學(xué)性質(zhì)中重要的因素之一，與腐殖質(zhì)等養(yǎng)分的分解有著密切的關(guān)系。根據(jù)表3可知，各混交林處理林間土壤pH值均大于對照處理，且20～40 cm土層pH值＞0～20 cm。

表3 各紅松混交林處理林間土壤主要化學(xué)性質(zhì)分析

4 結(jié) 論

通過分析，各種紅松混交林內(nèi)土壤容重均低于紅松純林對照，以紅松+槺椴混交的林分土壤容重最低，且隨著土壤深度的增加，土壤容重隨之增加；土壤的孔隙度、最大含水量各混交林均大于紅松對照林，隨著土層加深而逐漸降低，以紅松+槺椴混交林分孔隙度最大、最大含水量最高；土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均以混交林大于紅松純林，且0～20 cm土層的pH值小于20～40 cm，其余含量均為0～20 cm為更高。綜合各養(yǎng)分含量比較，混交林中以紅松+水曲柳、紅松+槺椴2種林分改善土壤的效果更好，在降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤最大含水量、增加土壤養(yǎng)分含量等方面有著更明顯的作用。