湖南不同混交林模式对土壤物理性质的影响

陈 瑞，童方平，刘振华，吴 敏，李 贵

（湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

湖南不同混交林模式对土壤物理性质的影响

陈 瑞，童方平，刘振华，吴 敏，李 贵

（湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

通过对湖南省三处试验地内不同混交模式混交林的土壤物理特性进行研究，发现不同混交林模式土壤物理性质之间无显著差异，相关性分析表明混交林较纯林土壤疏松多孔，说明混交林比纯林更能提高林分涵养水分的能力。

混交林；土壤物理性质

杉木是我国南方最重要的用材树种［1-3］，全国杉木人工林面积达 1 239.1 万 hm2，占全国人工林面积的 26.55%［4］，由于高密度的集约经营，大部分林分树种单一，大面积皆伐后继续栽植杉木，导致杉木人工林生产力下降和地力衰退［5-9］。很多学者一致认为，合理的选择混交树种可以有效改善土壤肥力，进而促进杉木生长［10-13］。20 世纪 60 年代至今，湖南各地普遍重视营造针阔混交林以恢复和提高林地肥力［14］。

大部分研究选取的混交模式种类不多，不能提供合理混交模式。本文选取了立地条件相对一致的杉木纯林，分别与马尾松（Pinus massoniana Lamb.）、南酸枣（Choerospondias axillaria (Roxb.)Burtt et Hill）、木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）、马褂木（Liriodendron chinense (Hemsl.)Sarg.）、楠木（Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei）等构成的不同混交模式的林地和纯林的林下土壤物理特性进行了调查分析，以期揭示不同混交林与纯林对土壤物理性质改善的程度，为以后营建混交林提供合理的树种配比的混交模式，为提高地力提供科学依据。

1 试验地概况

试验地分别位于安化县、新宁县以及金洞国有林场。

试验地点一为安化县马路口镇谢家溪村林场（N 28°25'29.21''，E 110°59'32.15''），为丘陵区，砂岩发育红壤，土层厚度 75 cm。该区气候属热带季风性湿润气候，年均降雨量在 1 706.1 mm，年平均气温 16.2 ℃。试验设计为：①模式 1：7 杉木 2 红榉 1 闽楠；②模式 2：3 杉木 2 马尾松 3 闽楠 2 红榉；③模式3：6 杉木 2 红榉 2 南酸枣；④纯红榉林（CK 1）；⑤纯杉木林（CK 2）。株间混交，150 株小区，三次重复。造林时间为 2003年春，株行距为 2×2.5 m，立地条件基本一致。

试验地点二为新宁县国有东岭林场（N 26°15'22''，E 110°45'00''），在山区中下部，花岗岩发育红壤，土层厚度 80 cm。该区气候属中亚热带季风性湿润气候，年均降水量为 1 326 mm，年平均气温 17 ℃。试验设计为：① 8 杉木 2 马褂木；②纯杉木林（CK）。株间混交，80 株小区，三次重复。造林时间为 2003 年春，株行距为 2×2.5 m，立地条件基本一致。

试验点三为国有金洞林场（N 26°13'28''，E 111°15'38''），在山区下部，板页岩发育红壤，土层厚度 90 cm。该区气候属中亚热带东南季风湿润气候，年均降水量为 1 600 - 1 900 mm，年平均气温 16.3 - 17.7 ℃。试验设计为：① 6.5 杉木 2.5 闽楠 1 木荷；②纯杉木林（CK）。株间混交，80 株小区，三次重复。造林时间为 2001 年春，株行距为 2×3 m，立地条件基本一致。

2 研究方法

2.1 土壤采样及测定方法

土壤采样和样品处理方法参照《（LY/T 1210-1999）森林土壤样品的采集与制备》［15］。于2015 年 12 月到 2016 年 3 月期间在不同造林模式类型的林分内分别设置 1 块 20 m×20 m 的样地，按照上中下选择采样点。每个采样点在 20 cm 左右的土层用环刀采集采样点不同位置的 2 个土样，带回实验室进行土壤含水率、土壤孔隙度以及土壤饱和度等的测定。

2.2 数据处理

采用 Excel 做基本数据统计，用 SPSS 10 软件对不同地区混交林土壤物理性质及生物量等进行相关性分析。

3 结果与分析

3.1 不同实验点土壤物理性质方差分析

从表 1 可以看出，除了新宁县混交模式四与杉木纯林之间持水量有显著差异外，不同实验点不同混交类型土壤物理特性之间没有显著差异。

表1 不同实验点不同混交模式之间土壤物理性质方差分析Tab.1Variance analysis of the physical properties of soil in different experimental points

3.2 安化县不同混交模式林分土壤物理特性

由图 1、2 可以看出，模式一（杉木+楠木+榉木）与杉木和红榉纯林对比，土壤含水量高2.93%、22.1%；土壤容重低 0.92%、1.98%；总孔隙度高 3.96%、0.56%；毛管孔隙度高 2.79%、0.75%；田间持水量高 5.82%、6.7%。

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

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

模式二（杉木+楠木+榉木+马尾松）与杉木和红榉纯林对比，土壤含水量高 2.89%、22.04%；土壤容重高 6.66%、5.52%；总孔隙度高 6.79%、3.3%；毛管孔隙度高 6.92%、4.79%；田间持水量高 0.82%、1.66%。

模式三（杉木+南酸枣+榉木）与杉木和红榉纯林对比土壤含水量低 3.78%、高 14.13%；容重高 3.82 %、2.71%；总孔隙度高 5.73%、2.28%；毛管孔隙度高 3.65%、1.59%；田间持水量高1.31%、2.16%。

3.3 新宁县不同混交模式林分土壤物理特性

图3 新宁不同混交模式林分类型土壤物理特性Fig.3 The soil physical characteristics of the different mixed forest modes in Xinning

图4 新宁不同混交模式林分类型土壤容重特性Fig.4 The volume weight characteristics of different types of soil of Xinning

由图 3、4 可以看出，模式四（杉木+马褂木）与杉木纯林对比，土壤含水量高 33.15%，土壤容重低 8.65%，总孔隙度高 5.33%，毛管孔隙度高 13.09%，田间持水量高 27.31%。

3.4 金洞林场不同混交模式林分土壤物理特性

由图 5、6 可以看出，模式五（杉木+木荷+楠木）与杉木纯林对比，土壤含水量低 3.76%，土壤容重低 5.51%，总孔隙度高 8.36%，毛管孔隙度高 4.92%，田间持水量高 14.22%。

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

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

3.5 安化丘陵区不同混交林土壤物理特性与生物量的相关性分析

由表 2 可以看出，在安化丘陵区不同混交模式土壤物理特性与生物量相关分析中，总孔隙度和毛管孔隙度与总生物量和年均生物量在 0.05 水平上成显著正相关，与杉木林分蓄积成显著负相关；土壤含水量与杉木树高在 0.05 水平上成显著负相关。

在安化丘陵地区，三种混交模式中，总孔隙度及毛管孔隙度都比杉木及红榉纯林要高，而总孔隙度，和毛管孔隙度与总生物量、年均生物量成显著正相关性，表明混交林模式能更大的改良土壤性状，使得土壤肥沃利于乔木生长，所以要获得比较高的生物量应首选混交造林。同时三种混交模式中总孔隙度及毛管孔隙度以模式二（杉木+楠木+榉木+马尾松）的为最高，表明在丘陵地区要获得比较大的生物量需营造模式二的混交林。

表2 安化丘陵区不同混交模式土壤物理特性与生物量的相关性分析Tab.2 The correlation analysis of soil physical properties and biomass of different mixed patterns in Anhua hill area

3.6 新宁、金洞山区不同混交模式土壤物理特性与生物量的相关性分析

从表 3 可以看出，在新宁、金洞山区不同混交模式土壤物理特性与生物量的相关分析中，土壤含水量和毛管孔隙度与田间持水量在 0.05 水平上成显著正相关；容重与土壤含水量、总孔隙度及毛管孔隙度在 0.05 水平上成显著负相关，与田间持水量在 0.01 水平上成显著负相关；总孔隙度与毛管孔隙度及田间持水量在 0.05 水平上成显著正相关；毛管孔隙度与田间持水量在 0.01 水平上成显著正相关；林分蓄积与杉木胸径及杉木单株材积在 0.05 水平上成显著正相关；总生物量与年均生物量在 0.05 水平上成显著正相关；杉木胸径与杉木单株材积在 0.01 水平上成显著正相关。但是总体上，在新宁、金洞山区不同混交模式土壤物理性质与生物量没有显著相关性。

容重对高有机质含量的土壤影响显著［16］，容重越低有机质含量越高。在山区，模式四（杉木+马褂木）及模式五（杉木+木荷+楠木）土壤容重都比杉木纯林要低，表明混交林土壤中有机质含量高于纯林，而土壤有机质是土壤的重要组成部分，通常被作为衡量土壤肥力水平高低的重要指标。有机质增加，土壤的容重降低，持水能力增加，在水分入渗的过程中，容重改变了土壤的空隙状况，所以在山区容重和土壤含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量成显著负相关。同时土壤含水量影响着土壤结构的形成及土壤结构的稳定性，是表征土壤肥力的重要指标之一。表明山区营造混交林模式比纯林能够大幅度提高土壤肥力。

表3 新宁、金洞山区不同混交模式土壤物理特性与生物量的相关性分析Tab.3 The correlation analysis of soil physical characteristics and biomass of different mixed patterns in Xinning and Jindong mountains

4 结论

森林土壤是水分贮蓄的主要场所，林地土壤持水量是反映森林涵养水源能力的重要指标之一［17］。林地土壤持水量与土壤质地、土壤结构等密切相关，一般来说，有机质含量较高、土壤较为疏松多孔、团聚体水稳性能良好的土壤贮水能力强。通过对湖南不同地区混交林土壤物理性质的研究，发现山区的混交林土壤容重低于纯林，而丘陵地区的混交林土壤容重高于纯林，可能是由于丘陵地区不同林分地下土壤被人为翻垦扰动有关。但总孔隙度、毛管孔隙度以及土壤含水量方面比纯林高，通过相关性分析表明混交林较纯林土壤疏松多孔，说明混交林比纯林更能提高林分涵养水分的能力。

通过相关性分析可知，在山区土壤物理特性与生长量相关性不显著，说明混交林模式在丘陵区比在山区更能改良土壤物理性状。但是不论是在山区还是丘陵地区营造混交林相对于营造纯林在降低土壤容重，提高总孔隙度、毛管孔隙度以及土壤含水量方面更加有效。

［1］俞新妥.中国杉木研究［J］.福建林学院学报，1988，8（3）：203-220.

［2］彭长辉，钟晓青.杉木林中氮、磷、钾元素的动态模拟分析［J］.中南林学院学报，1990，10（2）：155-164.

［3］曾亮忠，陈丽娟，黄清麟.限制人工杉木林生长的土壤因子［J］.福建林学院学报，1994，14（1）：11-15.

［4］衣晓丹，王新杰.杉木人工纯林与混交林下几种土壤养分对比及与生长的关系［J］.中南林业科技大学学报，2013，33（2）：34-38.

［5］俞元春.杉木林土壤肥力变化和长期生产力维持研究［C］.南京：南京林业大学，1999.

［6］张鼎华.人工林地力的衰退与维护［M］.北京：中国林业出版社，2001.

［7］俞新妥.杉木连栽林地土壤生化特征及肥力的研究［J］.福建林学院学报，1989，9（3）：263-271.

［8］杨玉盛，何宗明，陈光水，等.杉木多代连载后土壤肥力变化［J］.土壤与环境，2001，10（1）：33-38.

［9］杨承栋.杉木人工林地力衰退的原因机制及其防治措施［J］.世界林业研究，1997（4）：34-39.

［10］王光玉.杉木混交林水源涵养和土壤性质研究［J］.林业科学，2003，39（1）：15-20.

［11］苏宝川.几种人工杉木混交林土壤肥力对比分析［J］.湖北林业科技，2007，36（4）：18-21.

［12］翁金粦.红豆树、杉木不同混交比例造林方式的效果研究［J］.安徽农学通报，2008，14（19）：157-159.

［13］吴兴德.杉木枫香混交林生长及其效应研究［J］.福建林业科技，2006，33（3）：73-76.

［14］俞新妥.杉木林地持续利用问题的研究和看法［J］.世界林业研究，1993，6（3）：80-86.

［15］森林土壤样品的采集与制备［Z］（LY/T 1210-1999）.

［16］吴军虎，张铁刚，赵 伟，等.容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响［J］.水土保持学报，2013，27（3）：63-67.

［17］郭 泺，夏北成，倪国祥.不同森林类型的土壤持水能力及其环境效应研究［J］.中山大学学报：自然科学版，2005，44（s1）：327-330.

（文字编校：龚玉子）

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

湖南省林业科技计划项目（2017-2019）

陈 瑞（1984-），女，湖南省岳阳市人，硕士研究生，助理研究员，主要从事森林生态学研究

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