商洛地区不同林龄油松人工林土壤理化性质研究

张 洋，刘 华，王得祥，王宇超，吴 昊，张丽楠，黄青平

（1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌712100；2.陕西商南金丝峡管委会，陕西 商南726300）

油松（Pinus tabulae formis）为常绿乔木，是我国特有种，因其耐干旱、根系发达、抵御不利环境强的特点，在我国的华北、西北广大地区都有分布，成为防风和水土保持林营造的主要树种之一。油松也是我国暖温带湿润半湿润地区地带性植被，在山地植被恢复中占据着极其重要的位置［1］，但是由于其造林密度偏大、经营管理粗放等原因，油松林分生长衰退和地力退化现象严重［2－3］。秦岭林区广泛分布着油松天然次生林和人工林［4］，目前有关油松水分生理特征［5－7］、林分防止侵蚀功能［3，8－11］和水文生态特征［12－15］方面的研究报道较多，但是，有关油松人工林土壤养分时空特征的研究还并不多见。本研究以秦岭南坡商洛地区油松人工林为研究对象，调查和测定不同林龄土壤养分特征的变化规律，旨在揭示油松林在演替过程中养分变化的动态特征，为该地区油松人工林的地力恢复、科学经营和管理提供依据。

1 研究区概况

研究区位于陕西商洛地区，属秦岭南坡，地理位置在东经108°34′20″—111°1′25″，北纬33°2′30″—34°24′40″，总面积19 293km2，地跨长江黄河两大流域［16］，属于暖温带半湿润季风气候，呈现出四季分明，雨热同季，冬干夏湿，干湿分明的气候特征。年平均气温7.8～13.9℃，极端最高气温40.8℃，极端最低气温－21.6℃。降水量年均710～930mm，日照1 860～2 130h，无霜期为210d。植被具有从南向北过渡的特征，主要有落叶阔叶混交林、松栎混交林等，人工林有油松林、栓皮栎林、板栗林及药用木本植物等。土壤类型以黄棕壤为主。

2 研究方法

2.1 样地选择

2009年5月至6月于商洛地区商南、洛南、丹凤三县设置立地条件相似的20m×20m油松人工林样地12块，林龄分别为16，19，22，27，30，33a，进行群落结构调查以及土壤采集和分析。试验样地概况见表1。

表1 试验地概况

2.2 森林群落结构调查

在每个标准样地内对所有乔木进行每木检尺，测定各株胸径、树高、枝下高、冠幅和群落郁闭度等林分特征，对林下植被做生物学调查。记录样方内灌木和草本的物种组成、数量、盖度、高度和地径。

2.3 土壤样品采集与测定

在每个样地进行每木检尺的基础上找出标准木，并在标准木下挖掘采样的土壤剖面。每个样地选取3个剖面，由上向下分3个层次（0—20cm，20—40 cm，40—60cm）取样，取完土样依次回填。将取回的土样在自然条件下阴干，除去石块、根系和土壤动物等杂物后磨碎，然后分别过筛，用于土壤养分的测定。

按常规方法测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效氮、速效钾含量［17］以及pH值。有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮采用硫酸消解—流动注射测定；全磷采用硫酸消解—流动注射分析仪测定；全钾采用硫酸消解—火焰光度计测定；速效氮采用1mol氯化钾浸提流动注射分析仪测定；速效磷采用0.5mol／L碳酸氢钠—722分光光度计测定；速效钾采用1mol乙酸氨浸提—火焰光度计法测定；pH值用梅特勒pH计测定。

2.4 数据处理方法

运用SPSS 17.0软件对不同林龄油松人工林土壤理化性质进行单因素方差分析；用Correlate的Bivariate分析各理化性质指标间的相关性。

3 结果与分析

3.1 土壤理化性质与林龄的关系

森林土壤是森林生态系统的重要组成部分，是森林生态过程的物质基础［18－19］，其理化性质是表征土壤肥力的重要指标，对森林生产力具有重要影响。

3.1.1 0—20cm土壤理化性质变化规律 由表2可知，16，19，22，27，30，33a生油松人工林0—20cm土壤有机质、全氮的平均含量以及pH值均呈逐渐递减趋势，而全钾、速效氮、速效磷、速效钾的平均含量则表现出一定的波动。其中，有机质和全氮含量的变化较为明显，33a生林分较16a生分别减少了28.62%和30.77%，土壤pH值则变化轻微，只减小了13.89%。

由方差分析可知，有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾的含量以及pH值（p值均小于0.01）随林龄均有显著性差异。经回归分析和统计学检验，除全钾含量与林龄不相关外（p＞0.05），其他各指标均与林龄显著相关。

3.1.2 20—40cm土壤理化性质变化规律 由表2可知，16，19，22，27，30，33a生油松人工林20—40cm土壤有机质、全氮和pH值随林龄逐渐减少，三个指标33a生林分分别较16a生减少了20.20%，46.99%和12.45%，其他各指标则表现出一定的波动。经方差分析，除速效钾（p＝0.045）随林龄未达到极显著

的差异外，其他各指标均达到极显著的差异，速效钾含量与林龄相关性不显著（p＞0.05）。

3.1.3 40—60cm土壤理化性质变化规律 由表2可知，16，19，22，27，30，33a生油松人工林40—60 cm土壤各指标均未呈现明显变化规律，方差分析结果显示，除全钾（p值为0.098）外，速效氮、速效钾随林龄呈现显著差异，其余各指标达到极显著水平。但经回归分析和统计学检验，只有全氮、速效氮和pH与林龄显著相关，其余各指标与林龄相关性不显著（p＞0.05）。

表2 0－60cm土壤理化性质

3.2 土壤各理化性质之间的相关性分析

土壤是植物群落的主要环境因子之一，其理化性质影响着植被发生、发育和演替的速度，同时也会随着植被的演替而发生变化。土壤的酸碱度及有机质含量直接或间接影响着土壤其他各种营养元素的有效性。由表3可知，有机质与全氮以及pH之间存在着显著（0.05水平）正相关关系，全氮与pH之间相关性则达到极显著（0.01水平）。其他各指标之间无明显的相关性。

表3 土壤养分与pH值之间的相关性

4 结论与讨论

林地生产主要靠土壤自然肥力，一方面土壤为林木生长提供养分，另一方面林木生长发育过程中通过凋落物和根系分泌物等的作用，对林地土壤肥力产生明显的作用［20］。由研究结果可知，随林龄的增加，油松人工林土壤有机质、全氮含量及pH值在0—40cm土层深度下呈现逐渐降低趋势，40—60cm土层深度下，全氮含量及pH值也呈现减小趋势。原因可能是表层为土壤动物和微生物种群数量最多、植物根系密度最大的一层，土层越深，微环境越差，越不利于土壤动物、微生物生存及植物根系的生长，因此从表层到深层，有机养分产生量逐渐减少，生物固氮作用减弱和生物残体减少，致使土壤有机质、氮素含量减少。

随着林龄的增加，有机质、全氮等营养元素的含量逐渐减少，这与李国雷等［1］以及展军礼等［21］的研究结果一致。从油松生活周期来看，16，19，22a生的油松人工林还基本上处于幼龄林阶段，林分前一段的发育是由单株向郁闭方向发展，个体间竞争较为平缓，林分对土壤肥力要求较低。而27，30，33a生油松土壤养分降低的最直接原因可能有两个：其一是27，30，33a生油松造林密度较幼龄林大，养分竞争激烈，经过近30a的生长发育，对土壤肥力消耗过大导致土壤质量下降；其次，油松中龄林、近熟林的针叶中与分解速率密切相关的木质素／N或C／N增大，导致凋落物分解速度缓慢，养分循环过程漫长，养分的补给速度慢于植物吸收的速度，从而最终导致营养元素含量的降低。pH值随林龄的增加呈现逐渐减小的趋势，这可能是由于林地内物种过于单一，针叶树种比例太大，土壤表层的枯枝落叶以针叶为主，这些凋落物在长期的分解过程当中产生大量单宁、有机酸等酸性物质，降低了土壤的pH值，这一变化趋势与李国雷等［1］、耿曾超等［22］的研究结果一致。但李国雷、耿增超等的研究结果并未出现土壤酸化，这可能有两方面的原因：首先，研究区所处的地理环境不同，土壤质地本身存在差异，加上气候条件的不同造成土壤表层微生物活动的差异，而最终导致pH值的变化趋势不同；其次，人工林不同的经营措施和人为干扰也会造成土壤pH值的差异。

土壤养分之间的相关关系对于分析土壤肥力有重要的意义，可作为土壤肥力观测和评价指标，同时对指导森林的合理经营具有重要作用。对油松人工林土壤养分指标之间相关分析结果表明，有机质、全氮、pH值之间均有不同程度的相关性。这与刘世全等［23］、张振国等［24］的分析研究结果较为一致。土壤有机质是土壤中各种营养元素特别是氮的重要来源，表层凋落物以及动物残体的分解会在一定程度上增加N的水平，因此，有机质与全N表现出显著的正相关性。酸碱度的大小影响土壤表层微生物酶的活性，进而影响到其对土壤表层凋落物和动物残体的分解，因此，有机质、全氮均表现出与pH值的显著相关性。

本文按照传统习惯将林分按年龄分组进行讨论，发现不同林龄油松人工林之间土壤的理化性质存在显著性差异，并呈现出不同变化规律。这为我们今后对油松人工林近自然经营与改造提供了理论基础与技术支撑。但是，林龄对土壤理化性质的影响是一个极其复杂的过程，本文只是从宏观尺度认识它们之间的变化规律，还未涉及它们之间的深入关系，如林龄是怎样造成土壤微生物活动和枯枝落叶分解的不同，从而进一步造成土壤肥力不同。关于这些问题，还需要广大科研工作者继续深入探讨。

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