广西南部地区不同林龄马尾松及其混交林理化性质研究

2018-04-28郝中明吴水荣郭文福

广东农业科学 2018年1期

郝中明，吴水荣，覃林，谭玲，郭文福

（1. 广西大学林学院，广西南宁 530004；2. 中国林业科学研究院林业科技信息研究所，北京 100091；3. 中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西凭祥 532600）

目前，国内外森林土壤研究总趋势是研究森林土壤质量演化及其与土壤功能变化的关系；从世界林业发展近况来看，天然林面积在逐渐缩小，人工混交林面积在逐渐增大［1］。大量研究表明，混交林能有效提高林分生产力［2］。据报道，俄罗斯营造的47年欧洲松纯林蓄积为260 m3/hm2，而营造的欧洲松与椴树混交林，蓄积则到达610 m3/hm2，混交林的林分生长量远大于纯林［3］。混交林能有效改善林分生态条件、提高林分的稳定性，能较好地发挥森林防护效益；同时改善立地条件，有利于改善林内小气候、提高土壤肥力。与天然林相比，人工林在组成、林分结构等方面都存在一定缺失，一定程度上影响该地区的生物多样性、土壤肥力、林分生产力［4-7］。

在我国南亚热带地区，长期以来的杉木（Cunninghamia lanceolata）和马尾松（Pinus massoniana）单一人工林培育模式，以及近20年来桉树（Eucalyptus）短周期工业用材林的快速发展，导致地力衰退和生产力下降等问题制约了林地的持续利用［8-10］。20世纪80年代开始，很多研究都已集中在不同人工林更新类型对土壤理化性质的影响等方面［11-12］。本研究以广西壮族自治区凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心为试验地，以多种不同年龄马尾松纯林与其混交林为研究对象，对其土层的土壤理化性质进行比较，旨在为正确认识和评估其特征，为该地区人工林的合理经营及土地利用方式选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

研究区位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心伏波实验场，地理坐标22°02′～22°04′N、106°51′～106°53′E；地貌类型以低山丘陵为主，海拔430～680 m，地带性土壤为山地红壤，属南亚热带季风型半湿润-湿润气候，日照时间长，降雨量充足，干湿季节明显，10月至翌年3月为干季，4～9月为湿季。

6种不同林分类型包括3个马尾松纯林和3个马尾松与其他阔叶树种混交林。3个马尾松纯林的造林年限分别为1958、1983、1993年，其中59年生马尾松纯林（林1）和34年生马尾松纯林（林2）都经历了3次间伐，而24年生马尾松林（林3）只经历1次间伐；3种混交林分别为59年生马尾松与34年生红椎混交林（林4）、34年生马尾松与红椎混交林（林5）、24年生马尾松与7年生红椎香梓楠混交林（林6）。59年生马尾松与红椎异龄混交林，经历3次间伐。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集每种林分类型按不同坡位（上、中、下）分别设置20 m×20 m样地1块，在每块样地对角线上随机选取3个点，按0～20、20～40、40～60 cm 挖取土壤剖面，同层土壤充分混合后按4分法取土壤样品，并将土壤样品分两份：一份装入聚乙烯保鲜袋并用生物冰袋保存，一份装入布袋；同时在各土层用环刀（容积100 cm3）和铝盒取样。

1.2.2 指标测定土壤含水率、容重、孔隙度等物理性质采用环刀法测定（GB7835-87）；土壤pH值采用电位法（GB7859-87）测定。土壤总有机碳含量采用MultiN/C 3400-HT1300有机碳总氮分析仪（Analytik Jena，Germany）测定。土壤全P、全K采用H2SO4-HClO4消解，使土壤中P转化为正磷酸盐形式，消解液中的P含量采用SmartChem 200全自动化学元素分析仪测定，K含量采用火焰光度计测定。土壤中的速效P含量采用SmartChem 200测定，采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L 1/2 H2SO4浸提，水土比5∶1（GB7853-87）；速效K含量采用1 mol/L乙酸铵浸提，采用火焰光度计测定，水土比为10∶1（GB7859-87）。

1.2.3 数据分析数据采用Excel 2007进行处理，用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）和最小差异法（LSD）检验同一林分不同土层间或不同林分间土壤理化性质差异。

2 结果与分析

2.1 马尾松纯林与混交林的土壤物理性质

图1 不同林龄马尾松与混交林的土壤含水率比较

2.1.1 含水率从图1可以看出，无论是纯林还是混交林，土壤含水率总体是34年生马尾松林＞59年生马尾松林＞24年生马尾松林，这可能与林下植物多样性和地上枯落物有关。实地采样中34年生马尾松与红椎同龄混交林林下植被以及地上枯落物量明显多于其他两种林分，枯落物有利于保持水分、抑制地表蒸发、提高地表层土壤水分的有效性［13-14］。

2.1.2 容重图2显示，各林分中层（20～40 cm）、底层（40～60 cm）的土壤容重大于各自表层。相比之下，表层土壤容重最小，说明土壤表层比较疏松，可能与林地土壤表层枯落物积累量以及微生物对其分解有关。分析是由于微生物的作用，使得表层枯落物被分解，腐烂后增加了土壤中腐殖质含量，土壤结构多趋向于团粒结构［15-17］，因为单粒间形成小孔隙、团聚体间形成大孔隙，与单粒结构相比较，其总孔隙度较大、容重较小。

图2 不同林龄马尾松与混交林的土壤容重比较

2.1.3 孔隙度从图3可以看出，各林分土壤表层（0～20 cm）、底层（40～60 cm）的土壤孔隙度大于中层（20～40 cm）。相比之下，表层土壤孔隙度最大，说明土壤表层较疏松。除59年生马尾松纯林各土层的土壤孔隙度均大于混合林外，其他林龄的马尾松混合林各土层土壤孔隙度均大于纯林。表明在同等林龄下，混交林能有效改善土壤的通气性和透水性，使土壤质地疏松、团粒结构增多、孔隙度变大，进而使植物对林地养分的利用转化吸收速率加快，极大促进植物根的吸收功能，有利于促进地上部分的生长发育。

图3 不同林龄马尾松与混交林的土壤孔隙度比较

2.2 马尾松纯林与混交林的土壤化学性质

2.2.1 pH值由图4可知，6种林分的土壤pH值均在4.35～4.95之间且变化不大，但34年生马尾松林各土层土壤pH均大于其他两个年份。仅从马尾松纯林看，34年生马尾松纯林各层土壤pH值明显高于其他两个年份。pH值是土壤酸碱度的直观反映，是影响土壤养分的重要因素之一，直接影响土壤中养分的存在状态、转化和有效性［18-19］。初步分析，59年林龄的马尾松成熟林受人为干扰很少，有很厚的腐殖质层，且该林分乔木郁闭度很大，林下灌草较少，这可能是导致其土壤pH值较低的主要原因。

图4 不同林龄马尾松与混交林的土壤pH值比较

2.2.2 有机质含量由表1可知，6种林分各层土壤有机质变化规律一致，即表层土壤＞中层土壤＞底层土壤，且各土层间差异显著。分析是因为表层土壤较疏松、通气性良好，且表层土壤中根系分布较为密集、温度相对较高、微生物活动频繁，对枯落物进行分解形成大量腐殖质，导致有机质含量较高。随着土层增加，下层土经过成土过程，枯枝落叶等动植物残体在该层的分布逐渐减少，其养分含量也随之减少［12，20-21］。同林龄比较而言，34年生马尾松与红椎同龄混交林高于同年马尾松纯林，但差异不显著，24年、59年生的两种林分未呈现此规律。

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表1 不同林龄马尾松及其混交林的有机质含量和养分含量

2.2.3 全P与速效P含量从表1可以看出，6种林分的全P含量表层大于中底层，且差异不显著。同林龄比较而言，差异都不显著，林分的上中层土壤全P含量均表现为混交林大于纯林，下层土壤全P含量表现为纯林≥混交林。就马尾松纯林而言，差异均不显著，34年生纯林＞24年生纯林＞59年生纯林。速效P含量在6种林分不同土层间均表现为随土壤深度增加而减小趋势，且各林分的表层与中层、底层差异显著，而中层与底层差异均不显著。

不同林龄纯林比较，各土层速效P含量规律性明显，表现为59年生纯林＞24年生纯林＞34年生纯林，其中34年生纯林表层土、底层土与其他两种林分差异显著，其余土层间差异不显著；不同林龄混交林比较，24年生混交林＞34年生混交林＞59年生混交林，24年生混交林底层土壤与其他两种林分差异显著，其余林分间差异不显著。

2.2.4 全K与速效K含量从表1可以看出，6种林分的全K含量土层间规律不明显，差异不显著。同年比较，59年生及24年生的林分各土层全K含量混交林大于纯林，而34年生混交林各土层全K含量大于同龄纯林。就马尾松纯林而言，土壤的全K含量表现为24年生纯林＞59年生纯林＞34年生纯林，而马尾松混交林上、下层土壤全K含量表现为为34年生纯林＞59年生纯林＞24年生纯林，中层土壤全K含量表现为34年生纯林＞24年生纯林＞59年生纯林。

速效K含量在6种林分的不同土层间表现为随土壤深度增加而减小趋势，其中34年生与24年生马尾松纯林的土壤上层与中层差异显著，其余林分各土层土壤速效K含量差异不显著。就同龄林分而言，59年生纯林各土层土壤速效K含量均大于59年生混交林，其中上层土含量差异显著；而34年生和24年生马尾松林均表现为混交林各土层速效K含量大于纯林，但差异不显著。

3 结论与讨论

本研究结果表明，在土壤含水率、容重及孔隙度等物理性质方面，表层土壤明显优于中底层土壤，同林龄的马尾松纯林与混交林相比，34年生及24年生的马尾松混交林有明显优于马尾松纯林的趋势，说明马尾松混交林有利于土壤蓄水，能提高土壤的疏松程度。

土壤化学性质方面，除59年生马尾松混交林各层土壤pH均高于同林龄的马尾松纯林外，其余均表现为马尾松混交林略小于纯林，说明混交林对土壤酸性的改良效果短时间内不显著。就马尾松纯林来说，34年生马尾松纯林各层土壤pH明显高于其他两个年份，差异显著；马尾松混交林也出现同样情况。本研究认为，这是由各林龄受到人为干扰程度不同造成，34年生马尾松林由于受人为干扰活动大［20-21］，且林下植被较其他两种林分更丰富、物种更多样，因此pH值较大。

速效P、速效K含量在6种林分的不同土层间均表现为随土壤深度增加而减小的趋势，尽管各林分土壤化学性质随土层的加深有一定规律，但是在同林龄马尾松纯林及其混交林间并未表现出相同的变化趋势，影响土壤化学性质的因素是多样的、过程是复杂的，土壤的化学性质与植物的生长发育相互影响，枯落物的数量和质量差异也是导致不同林分土壤养分含量差异的重要原因。

同林龄马尾松纯林与混交林的比较尽管未呈现相同规律，但土壤理化性质大部分都显示马尾松混交林对土壤理化性质有一定改善作用，马尾松混交林较纯林相比林下物种多样性更高、枯落物种类更丰富，其养分分解能力及转化速率加快，因而提高了混交林地的土壤肥力、改善了土壤结构，更有利于混交林植物的生长。但是，马尾松纯林及其混交林土壤化学性质的差异还有待进一步深入研究，为准确评估马尾松混交人工林改善林地土壤肥力的效应提供科学依据。

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