不同经营模式对马尾松天然次生林土壤理化性质的影响

吴天乐, 戴成栋， 袁 巍, 皮 兵, 马丰丰

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410004 )

不同经营模式对马尾松天然次生林土壤理化性质的影响

吴天乐1, 戴成栋2， 袁 巍1, 皮 兵1, 马丰丰1

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410004 )

以慈利县二坊坪乡马尾松天然次生林为研究对象，比较其在不同经营模式下土壤理化性质的变化规律。结果表明：马尾松次生林经过1年的经营改造，Ⅱ处理(马尾松密度为900株/hm2)的土壤理化性质得到了改善，表现在土壤养分的提高，特别是土壤速效养分得到了较大的增加；而传统经营模式的土壤理化性质基本上所有指标均存在递减趋势。这说明合理的经营模式对马尾松次生林土壤肥力的维持和提高起到了积极作用，过大或过小的林分密度不利于土壤结构的改良和养分的循环与累积。

近自然林业； 马尾松； 次生林； 土壤理化性质

马尾松是我国亚热带地区荒山绿化造林的先锋树种之一，这些地区的原生植被遭到破坏后形成不同的次生环境，马尾松通过风媒传播和强大的天然繁殖能力，侵入到这些次生环境形成马尾松天然次生林。但由于长期的粗放经营，导致了绝大多数的马尾松林分多处于慢生低产状态，表现出林分结构差、密度偏大、地力衰退、林分质量和产量下降等问题，严重影响其长期生产力和可持续发展[1-2]。保持和提高土壤质量是林地可持续发展的基础[3-5]，其中土壤理化性质是评价土壤肥力和质量的重要指标[6-15]。因此，我们以湖南省慈利县马尾松天然次生林为研究对象，分析不同经营模式对马尾松天然次生林土壤理化性质的影响，以期为维护、提高土壤肥力和正确选择马尾松次生林经营模式提供理论参考。

1 试验区概况

试验区位于湖南省慈利县东南部的二坊坪乡双联村，地处东经110°45′、北纬29°18′，属雪峰山脉北端中亚热带季风湿润气候区，雨水充沛，日照充足，年平均气温18.2℃，年日照时数1482.8h，年降水量1615.1mm，全年无霜期为302天，相对湿度75.8%；地形地貌为丘陵，成土母岩为板页岩，土壤为红壤，林地土壤有机质含量较高，土层较薄，pH 4.4～5.0，立地条件中等。马尾松林分是从1998年开始飞播造林陆续形成的次生林，伴生的阔叶树种有青冈栎(Castanopsisglauca)、樟树(Cinnamomumcamphora)、白栎(Quercusfabri)、合欢(Albiziajulibrissin)、石栎(Lithocarpusglaber)、小叶栎(Quercuschenii)、麻栎(Quercusacutissima)、冬青(Ilexchinensis)、苦槠(Castanopsissclerophylla)等，林分密度约为2200株/hm2。

2 研究方法

2.1 试验设计

于2012年在马尾松天然次生林中，根据不同的马尾松密度以及针阔混交比例，设计4个处理(即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、CK)，以标准地为单位，进行间伐、择伐等设计。每1个处理重复3～6次，共设置20m×30m投影面积为600m2的标准地18个，所有标准地处于同一经营小班，造林地的生境因子基本一致。标准地设置情况详见表1。

2.2 土壤样品的采集与分析

2012年5月和2013年10月，分别对上述各标准地经营前后进行土壤采样。采样时先清除地被物，每块标准地按对角线随机布设3个点，挖取土壤剖面，同时用环刀取土测定土壤物理性质，并根据土壤厚度，按 0～10cm、10～20cm采集土样，每层各取1kg混合土样，放入土壤布袋带回室内，经风干、碾碎、过筛等处理，进行分析测定。

表1 马尾松标准地概况Tab.1 GeneralsituationofsampleplotsofPinusmassoniana标准地处理坡位坡度(°)马尾松密度(株/hm2)阔叶树密度(株/hm2)针阔混交比1Ⅰ上204503203∶22Ⅱ上209002507∶23Ⅰ上154503203∶24Ⅱ上209002507∶25Ⅱ中209002507∶26Ⅲ上2513501509∶17Ⅲ上2513501509∶18Ⅰ上204503203∶29Ⅲ中1513501509∶110Ⅱ中159002507∶211Ⅰ上254503203∶212CK上1516501809∶113Ⅱ上209002507∶214Ⅱ上159002507∶215Ⅰ上154503203∶216CK上15210013016∶1 17Ⅰ上254503203∶218CK上25175018010∶1

土壤物理化学性质测定采用国家林业行业标准方法，有机质用重铬酸钾氧化-外加热法测定；全氮用半微量凯式法测定；全磷用碱熔-钼锑抗比色法测定；速效氮用碱解扩散法测定；速效磷用氟化铵-盐酸浸提法测定；速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定；pH值用电位法测定；土壤容重用环刀法测定。

2.3 数据处理

采用Excel 2007对试验数据进行整理和初步计算，并应用SPSS 21.0统计分析软件对数据进行差异显著性分析。

3 结果与分析

3.1 不同经营模式对土壤容重的影响

土壤容重是土壤的一个最基本的物理性质，综合反映了土壤质地、孔隙状况、松紧程度和保蓄性等，对土壤的透气性、入渗性能、持水能力以及土壤的抗侵蚀能力均有非常大的影响[7]。从图1可以看出，与传统经营CK相比，马尾松次生林经过改造经营后，0～10cm层的土壤容重值出现了下降的趋势。从改良效果来看，以Ⅱ处理最好，容重降低了1.52%；其次是Ⅲ处理，容重降低了0.78%；Ⅰ处理和CK处理的土壤容重则出现了增大趋势，分别提高了0.75%和1.47%。这说明Ⅱ和Ⅲ处理能起到降低土壤容重，改善土壤结构的作用；Ⅰ处理对其土壤容重的改良能力相对较弱，可能是因为乔木层马尾松密度较小，马尾松枯枝落叶和根系密度减小，对土壤结构的改良能力也小； CK处理因为林分密度大，导致林下植物的覆盖度及其生物量较小，引起土壤结构不良。马尾松林分密度的过小或过大均导致土壤容重变差，这可能是林下植物和马尾松乔木层共同作用的结果。此外，对各模式下不同土层作相关性分析的结果显示，土壤容重与土壤深度呈显著正相关(P<0. 05)，说明土壤容重随土层深度增加而逐渐增大。但因为经营时间较短的缘故，10～20cm土层的容重值以及其它的理化性质基本没有发生变化，故我们仅对0～10cm土层作比较分析。

图1 不同经营模式对土壤容重的影响(0～10cm土层)Fig.1 Effect of different management modes on the soil bulk density

3.2 不同经营模式对土壤孔隙度的影响

土壤总孔隙度反映了空气和水能在土壤中存在的总容积，直接关系到土壤的通气状况，也是土壤的主要物理特性之一。土壤孔隙按大小可分为毛管孔隙和非毛管孔隙。毛管孔隙度决定着土壤保肥蓄水功能的高低，而非毛管孔隙度决定着土壤通透功能的强弱，两者的数量及比例决定着土壤孔隙及水肥状况[8]。由表2可知，0～10cm层的土壤孔隙状况的变化与土壤容重的变化基本一致，Ⅱ处理和Ⅲ处理均有不同程度的改善，其中以Ⅱ处理最佳，总孔隙度和非毛管孔隙度与经营前相比分别提高了1.77%和12.75%，毛管孔隙度减少了0.43%。毛管孔隙减少在一定程度上提高了土壤持水能力，这说明该经营模式改善了土壤的通气透水性，可提高土壤的水源涵养功能。此外，对不同土层作相关性分析，土壤孔隙与土壤深度呈显著负相关(P<0.05)，说明土壤孔隙随土层深度增加而逐渐减小。

表2 不同经营模式对土壤孔隙度的影响(0～10cm土层)Tab.2 Effectofdifferentmanagementmodesonthesoilporosity(%)处理总孔隙度毛管孔隙度非毛管孔隙度总孔隙度与经营前相比增减与对照相比增减毛管孔隙度与经营前相比增减与对照相比增减非毛管孔隙度与经营前相比增减与对照相比增减Ⅰ44.89-1.190.5735.380.08-0.389.51-5.653.52Ⅱ45.341.773.5337.02-0.43-0.848.3112.7521.74Ⅲ49.550.982.7441.09-0.12-0.538.476.8113.48CK44.07-1.76—34.660.41—9.41-8.99—

3.3 不同经营模式对土壤养分的影响

土壤养分是植物生命过程的重要保证，它为植物生长发育提供了所需要的营养，确保了植物正常的生命活动，而植物在生长过程中通过枯枝落叶和根系分泌物等将养分回到土壤，对土壤肥力产生作用[9]。森林就是通过凋落物和林下植物的分解所产生各种营养物质归还土壤，从而对土壤肥力造成影响[10]。从表3可以看出，马尾松天然次生林经过经营改造后， 0～10cm土层的土壤养分发生了一定程度的变化，但差异不显著，这和经营时间不长有关。从改良土壤养分来看，Ⅱ处理的改良效果最好，其中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量分别比经营前提高了1.69%、2.02%、2.16%、12.34%、11.28%、9.40%，土壤速效养分含量增加幅度较大，pH值变化不大，略提高了0.25%；其次是Ⅲ处理，但提高幅度不大；Ⅰ处理的土壤养分指标则出现了下降趋势，但降幅小于传统经营的林分CK；而CK处理的土壤养分指标出现全面下降，其中有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾和pH分别比经营前降低了1.90%、1.84%、3.18%、9.22%、9.04%、8.75%、2.04%。此外，对不同土层作相关性分析，土壤养分与土壤深度呈极显著负相关(P<0.01)，说明土壤养分随土层深度增加而显著减小。

表3 不同经营模式对土壤养分含量的影响(0～10cm土层)Tab.3 Effectofdifferentmanagementmodesonthesoilnutrientcontent处理经营阶段有机质(g/kg)全氮(g/kg)全磷(g/kg)速效氮(mg/kg)速效磷(mg/kg)速效钾(mg/kg)pH经营前46.322.110.97109.791.4578.934.62Ⅰ经营后46.032.100.95105.911.3981.724.59增减率(%)-0.63-0.65-1.80-3.53-4.313.54-0.58经营前49.502.090.9297.891.3295.434.64Ⅱ经营后51.152.130.94109.971.47104.404.65增减率(%)1.692.022.1612.3411.289.400.25经营前52.882.080.94101.791.5084.054.60Ⅲ经营后53.362.100.94105.141.4584.224.59增减率(%)0.911.1003.29-3.590.20-0.22经营前39.281.780.9685.131.46103.244.90CK经营后38.301.750.9377.281.3394.204.80增减率(%)-1.90-1.84-3.18-9.22-9.04-8.75-2.04 注:增减率为负数代表减少。

4 结论与讨论

研究结果表明，传统经营模式CK的土壤理化性质基本上所有指标均存在递减趋势。与传统经营方式相比，采取改造经营的马尾松林分，其土壤理化性质得到了改善，但基本局限于土壤的0～10cm层。从改善土壤水分物理性质和养分的程度看，以Ⅱ处理(马尾松密度为900株/hm2)最佳，改良效果要好于Ⅰ处理(马尾松密度为450株/hm2)和Ⅲ处理(马尾松密度为1350株/hm2)。这表明该经营模式对土壤肥力的维持和提高起到了积极作用，主要有以下两个方面的原因：一是林分中的阔叶乡土树种的枯落物及其分解增加了土壤的有机物质和养分含量；二是林下植被覆盖度的增大, 减少了林地的水土流失，以及林下植被具有促进营养元素在地表富集的作用, 林下植物本身从土壤下层吸收养分, 通过凋落物途径归还土壤表层, 并促进马尾松枯枝落叶的分解, 从而导致了土壤物质循环加速和养分的累积[11]。

由于过大或过小的林分密度均不利于人工林群落养分的循环，可见密度控制是实现人工针叶林向天然林恢复的重要手段，因为它是人工林形成群落结构的基础，直接影响到人工林群落的水、光、热[12]。目前我省马尾松林的经营还比较粗放，在高密度条件下，林下植被覆盖度和生物量减少，引起土壤结构不良，同时，土壤养分含量也随之降低，土壤肥力下降。因此，在对大面积分布的马尾松次生林进行植被恢复改造过程中，必须根据林分生长状况不断调整密度。对于过疏的林分，可人为补植部分常绿阔叶树种, 增加林分密度, 改善林分结构；对于过密的林分，则可通过疏伐减少密度，加速林下多物种的发育和演替，从而改善林地的土壤肥力状况，实现林分结构与功能的有效恢复。

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EffectofdifferentmanagementmodesonthesoilphysicalandchemicalpropertiesofsecondaryPinusmassonianaforest

WU Tianle1， DAI Chengdong2, YUAN Wei1， PI Bing1， MA Fengfeng1

(1.Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China; 2.Forestry Department of Hunan Province Changsha 410004, China)

Taken the secondaryPinusmassonianaforest in Erfangping Village of Cili County as research object, the soil physical and chemical properties of secondaryPinusmassonianaforest under different management modes were compared. The results showed that, after one year of management on secondaryPinusmassonianaforest, the physical and chemical properties of soil with treatment II (stand density 900 plant/hm2) were improved, which was manifested in the increase of soil nutrient content, especially the large increase of soil available nutrient content. While all indices of soil physical and chemical properties under conventional management exhibited a progressive decrease. This demonstrated that rational management played a positive role to maintain and improve soil fertility, and low or high stand density was not good for improvement of soil structure and cycle and accumulation of nutrient.

close-to-natural forestry;Pinusmassoniana; secondary forest; soil physical and chemical properties

2014-02-14

中德财政合作项目“湖南近自然森林经营试验与示范”(2012-HNLYKY-01)。

吴天乐(1982-)，男，湖南省长沙市人，助理研究员，主要从事土壤学研究。

S 714

A

1003 — 5710(2014)02 — 0060 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 02. 015

(文字编校：张 珉)