我國落葉松人工林土壤肥力研究現(xiàn)狀及改善措施的研究

吳振廷，黃衛(wèi)麗，莎仁圖雅，王春穎，魯 敏，武永智，劉雪鋒，楊 沫

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)沙地(沙漠)生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)工程重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

森林土壤是人工林非常重要的組成部分，是林木生長的重要場所，富含多種營養(yǎng)元素與微生物，對森林生態(tài)系統(tǒng)的健康具有十分重要的意義。土壤肥力是指森林土壤維持森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和動植物健康生長所提供養(yǎng)分物質(zhì)的能力[1]。土壤肥力的高低及其變化直接影響著林木生長狀況的好壞以及提供林木生長發(fā)育過程中所必需的營養(yǎng)元素的多少。研究林地土壤肥力的變化規(guī)律、科學(xué)綜合評價土壤肥力及影響因素、維持土壤肥力長期發(fā)揮作用是當(dāng)前林業(yè)科學(xué)研究的熱點。

1 我國落葉松人工林土壤肥力研究現(xiàn)狀

由于人類日益增長的木材需求，人工林逐步替代天然林。但人工林密度大，植被生長需要消耗大量的土壤養(yǎng)分[2]，且沒有相應(yīng)措施來防止養(yǎng)分流失，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分發(fā)生衰退現(xiàn)象，從而直接影響樹木生長發(fā)育[3-6]。樹木生產(chǎn)力較低的林分一般土壤肥力也比較低[7]。國外對于土壤地力衰退的研究較早，德國在1883年便發(fā)現(xiàn)云杉連栽后第2代生產(chǎn)力出現(xiàn)下降，1942年Laurie通過對柚木的研究、1958年Champion通過對桉樹的研究、1966年Asada對日本落葉松的研究和Keeves對輻射松的研究都發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過連栽后林木產(chǎn)量均下降[8]。為了促進(jìn)人工林更好地生長發(fā)育，防止土壤肥力的下降，改善土壤地力，研究人工林土壤肥力的變化情況十分必要[9-12]。目前我國對于落葉松人工林土壤肥力的研究主要是從以下幾個方面進(jìn)行：

1.1 以不同林齡落葉松人工林土壤為研究對象

很多研究表明林齡對落葉松人工林土壤肥力質(zhì)量影響顯著，營造落葉松人工純林易導(dǎo)致地力衰退，隨林齡增加，土壤養(yǎng)分含量有下降的趨勢，地力衰退趨勢加劇[10,13-16]。在近些年的報道中發(fā)現(xiàn)，落葉松人工林土壤各養(yǎng)分含量隨林齡增大呈先下降后上升趨勢[17-19]，趙海燕等[20]對秦嶺地區(qū)華北落葉松人工林的研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)入近熟林后土壤肥力有一定的恢復(fù)，而在中幼齡階段土壤養(yǎng)分比較缺乏，尤其是氮磷。此外，楊曉娟[21]對長白落葉松人工林土壤肥力狀況的研究發(fā)現(xiàn)，中齡林土壤的肥力最高、近熟林土壤的肥力最低，幼齡林與成熟林的土壤肥力居中。

1.2 以不同林分類型落葉松人工林土壤為研究對象

林分類型對土壤的物理、化學(xué)以及生物學(xué)特性影響顯著，但其在不同林分下的變化程度不同[22-23]。鄧嬌嬌等[24]對落葉松人工林與紅松人工林進(jìn)行研究，認(rèn)為選擇落葉松人工林比紅松人工林更有利于提高土壤肥力。閻品初[25]選取了遼東山區(qū)長白落葉松人工純林、長白落葉松-水曲柳人工混交林和次生林3個林分類型為研究對象，得出各林分類型表層土壤的總有機碳、全氮、微生物量碳、碳氮比均為次生林最高，長白落葉松人工純林最低。邵森[26]認(rèn)為混交林土壤養(yǎng)分含量要高于純林，落葉松人工純林要高于油松純林，混交林的土壤養(yǎng)分要高于純林的土壤養(yǎng)分。王慧元等[27]對5種不同林分類型的人工純林(白樺純林、核桃楸純林、蒙古櫟純林、油松純林、落葉松純林)的土壤養(yǎng)分進(jìn)行了綜合評價，得出白樺人工純林土壤養(yǎng)分的綜合評價指數(shù)最大，落葉松人工純林綜合評價指數(shù)最小，闊葉林土壤養(yǎng)分含量大于針葉林。楊曉娟等[28]通過研究4種不同林分類型(包括天然針闊混交林、長白落葉松天然林、長白落葉松人工林、天然闊葉混交林)，認(rèn)為不同林分類型對土壤肥力的影響不同，并通過分析林地土壤肥力發(fā)現(xiàn)：天然針闊混交林的土壤肥力狀況在4種林分類型中最好，天然闊葉混交林的土壤肥力狀況最差。

1.3 以不同林分密度落葉松人工林土壤為研究對象

郝磊[29]對不同經(jīng)營措施下的華北落葉松人工林土壤的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林分密度進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整，不僅能夠改善林地土壤的養(yǎng)分狀況，而且還有利于林地土壤養(yǎng)分的循環(huán)。趙偉文等[30]對河北省木蘭圍場內(nèi)不同林分密度落葉松人工林進(jìn)行的研究中表明，隨著林分密度的增大，土壤的有機質(zhì)含量、全氮含量、全磷含量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。楊夢[31]分析山西省七里峪林場不同林分密度條件下華北落葉松人工林得出：在同一個土壤剖面中，隨著土層深度的增加，低密度和高密度人工林的土壤含水量、土壤全碳和全氮含量均減小，且低密度人工林含量均大于高密度人工林含量；對土壤全磷的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著土層的加深，較低林分密度的含量呈現(xiàn)先減少后上升的趨勢，而較高林分密度的含量呈上升趨勢，并且較高林分密度的含量均高于較低林分密度的含量。邵英男等[32]在黑龍江省東南部寧安縣境內(nèi)的江山嬌實驗林場以不同林分密度長白落葉松人工林為研究對象，得出林分密度在750～900株·hm-2時，土壤多種養(yǎng)分含量顯著高于其他林分密度土壤養(yǎng)分含量，有利于該地區(qū)林地系統(tǒng)土壤養(yǎng)分特征的維持。同樣，任麗娜等[33]以華北落葉松人工林為對象，發(fā)現(xiàn)林分密度增大到2 170株·hm-2時，土壤有機碳含量及碳密度顯著增加至最大，并且土壤全氮、全磷及速效鉀含量均保持在一個相對較高的水平。不同林分類型的林分密度使得土壤養(yǎng)分的變化規(guī)律不盡一致[34]。

1.4 以不同海拔梯度落葉松人工林土壤為研究對象

趙偉文等[35]對關(guān)帝山不同海拔梯度華北落葉松人工林土壤的研究表明，土壤養(yǎng)分含量大體上均隨海拔梯度的增加而增加，土壤銨態(tài)氮含量與土壤總氮和有機質(zhì)含量隨海拔梯度變化趨勢相同。此外，趙心苗等[36]對冀北山地不同海拔的華北落葉松人工林土壤養(yǎng)分的研究中表明，土壤的一些養(yǎng)分指標(biāo)含量均在海拔為1 800 m時的華北落葉松林地最高。

2 改善土壤肥力的措施

目前人工林土壤肥力下降的現(xiàn)象普遍存在，改善土壤肥力對人工林的可持續(xù)經(jīng)營是十分重要的。土壤肥力下降的原因主要是樹種的生物學(xué)特性和栽培措施不合理。大部分研究表明，對于改善土壤肥力狀況主要有兩大措施：

2.1 人為進(jìn)行干預(yù)，主要對土壤肥力下降的林地進(jìn)行施肥灌溉

張宏等[37]的研究中表明科學(xué)合理的施肥不僅可以增加微生物的含量，而且能有效提高土壤肥力。牛瑞龍[38]認(rèn)為施肥可以改善土壤可利用氮缺乏和磷缺乏狀況。王偉東[18]通過研究得出合理施肥可以有效緩解華北落葉松林地力的衰退。同樣，姜惠武[39]通過合理施用高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料，提供活微生物，發(fā)揮其在土壤中的作用，提高土壤肥力，進(jìn)而提高林地生產(chǎn)力水平。此外，郭曉敏等[40]還認(rèn)為平衡(合理)施肥應(yīng)當(dāng)成為林業(yè)實現(xiàn)21世紀(jì)目標(biāo)進(jìn)行高度集約化經(jīng)營林地的一種重要手段。

2.2 自然干預(yù)為主，人為干預(yù)為輔，科學(xué)經(jīng)營管理土壤肥力衰退的林地，營造針闊混交林與輪作造林

2.2.1營造針闊混交林是改善土壤肥力的良好舉措

研究表明，營造針闊混交林[41-43]是改善土壤肥力的良好舉措。孫鵬躍[44]認(rèn)為調(diào)整林分結(jié)構(gòu)類型，營造混交林林分，使已經(jīng)發(fā)生地力衰退的林地逐步恢復(fù)其生產(chǎn)力水平。楊曉娟[21,28]通過研究建議在今后種植或者對現(xiàn)有的長白落葉松人工林進(jìn)行改善時，應(yīng)該合理控制幼齡林和中齡林的林分密度，在對近熟林與成熟林進(jìn)行采伐時應(yīng)該控制強度，發(fā)現(xiàn)林下不自然更新或更新較差時，及時進(jìn)行人工補植更新，不要營造人工純林，應(yīng)科學(xué)營造針闊混交林，對長白落葉松人工林土壤肥力的保持與恢復(fù)有很好的幫助。尤建民[45]對落葉松人工林的研究中發(fā)現(xiàn)：在經(jīng)營管理林地時，主要營造比較成功的落葉松與白樺的混交林外，還應(yīng)該探索落葉松與其他闊葉樹種的新混交模式。郭振明等[46]在對內(nèi)蒙古地區(qū)的華北落葉松的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)落葉松純林的地力衰退，導(dǎo)致林地落葉松成片枯死，而華北落葉松與白樺或山楊的混交林中，華北落葉松枯死的現(xiàn)象卻不多見，因而建議盡快將落葉松純林變?yōu)獒橀熁旖涣?，減少枯死現(xiàn)象。

2.2.2輪作造林可改善土壤肥力

馬雪松[47]通過研究土壤解磷微生物類群演變動態(tài)，闡明了輪作和撂荒可以增加土壤中可利用磷的供應(yīng)，改善林地生產(chǎn)力。陳禮清等[48]在研究中發(fā)現(xiàn)：落葉松林地和杉木林地或其他林地的采伐跡地上，采取木本與豆科樹種或者多樹種交替輪作造林，或在林地種植1 a生豆科植物的方法來恢復(fù)地力。

3 結(jié)論

今后，我們在對落葉松人工林土壤肥力的研究中，應(yīng)該進(jìn)行多方面的考慮，包括林齡、林分密度、林分類型、海拔梯度等因素，運用先進(jìn)的計算機軟件與數(shù)學(xué)模型，建立科學(xué)合理的綜合評價模式，得出土壤肥力的評價標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于我國人工林種植面積大，本文認(rèn)為一是通過自然干預(yù)可以大大減少人力及財力的消耗，二是進(jìn)行科學(xué)合理的造林經(jīng)營管理，可以防止土壤肥力下降，這可為落葉松人工林可持續(xù)發(fā)展提供有力的支撐。