林分改造对湿地松和桉树林土壤理化性质的影响

尤龙辉，聂森，陈金章，梁国清，陈世军，黄金林

(1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.泉州市林业科技推广中心，福建 泉州 362000；3.南安五台山国有林场，福建 泉州 362322)

土壤肥力影响林木生长，决定林分质量，是森林生产力的重要评价指标之一。长期单树种人工纯林经营会导致地力衰退，进而影响林木的正常生长，降低林分的生态功能[1,2]。库区水源涵养林对调节区域水文循环，改善水文状况及保护饮用水水源等具有重要作用[3]。但水源涵养林人工纯林经营所占比重大，其林下树种组成较单一，林龄逐渐老化，林下灌草稀少，生物多样性较低等问题导致水源涵养林生态功能低下。因此，亟需开展对单树种经营的水源涵养林进行林相改造的相关研究，以提高其林分质量和生态功能。本文以南安五台山林场山美工区山美水库库周湿地松和桉树林两种水源涵养林林分类型为研究对象，通过择伐、皆伐等疏伐方式套种不同阔叶树种，监测不同改造模式对林地土壤理化性质的影响，以期为南方红壤丘陵区水库库周低质低效水源涵养林分改造提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于南安山美水库五台山林场，地理位置为118°24′20″ E，25°16′45″ N，与永春交界，海拔80～1 000 m。属亚热带海洋性季风气候，年平均气温为19.5～21.0 ℃，最热月平均气温达26～29 ℃；年降雨量为1 000～1 800 mm，3—9月降水量占全年的80%，无霜期350 d。土壤为沙页岩发育的赤红壤。林场工区内水源涵养林以湿地松、巨尾桉和木荷(Schimasuperba)人工林为主，林下灌木主要有毛冬青(Ilexpubescens)、石斑木(Rhaphiolepisindica)、轮叶蒲桃(Syzygiumgrijsii)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)等为主，草本主要有铁芒萁(Dicranopterislinearis)、玉叶金花(Mussaendapubescens)等。

1.2 研究方法

1.2.1 林分改造模式 本研究所选湿地松人工林植于1976年，现有密度为225 株·hm-2；巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林植于2006年，前茬是马尾松(Pinusmassoniana)林，现有密度为450株·hm-2。2014年进行林分改造试验。选取9种典型林分改造模式进行监测跟踪试验，包括：湿地松纯林均匀择伐30%后按1∶1套种闽粤栲(Castanopsisfissa)和杨梅(Myricarubra)(A)；湿地松纯林均匀择伐30%后按1∶1套种台湾相思(AcaciaconfusaMerr.)和杨梅(B)；湿地松纯林均匀择伐30%后按1∶1套种闽粤栲和台湾相思(C)；不进行择伐处理保留原有湿地松林，作为试验对照(CK1)；巨尾桉纯林皆伐后按1∶1套种马占相思(Acaciamangium)和火力楠(Micheliamacclurei)(D)；巨尾桉纯林皆伐后按1:1套种马占相思和枫香(Liquidambarformosana)(E)巨尾桉纯林皆伐后按1:1套种马占相思和台湾相思(F)；巨尾桉纯林择伐30%后按1∶1套种马占相思和火力楠(G)；不进行择伐处理保留原有桉树林，作为试验对照(CK2)。种植当年对补种树木进行追肥和抚育管理，整个监测试验期内及时补植枯、病死树木。

1.2.2 试验分析方法 2018年8月份，在每种改造模式林分内布设的标准径流小区东北、东南和西北3个角点2 m外，分别挖掘土壤剖面，分0～20 cm和20～40 cm土层，先用环刀采样，每个土层取3～4个环刀，然后分土层用铝盒取鲜土约500 g带回实验室测定土壤理化性质。土壤水分-物理性质用环刀法测定；pH值用酸度计法；全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾和有机质含量的测定方法参照中华人民共和国林业行业标准LY/T 1228～1237-1999。

2 结果与分析

2.1 不同改造模式林下土壤物理性质

2.1.1 湿地松林择伐套种乡土阔叶树种对林地土壤物理性质的影响 套种乡土阔叶树种均可以明显降低湿地松林地的土壤容重，但不同改造模式间差异不显著(表1)。各模式0～20 cm土层的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度显著高于模式CK1，20～40 cm土层仅模式A和B的改善效果较明显。

2.1.2 桉树林择伐、皆伐套种乡土阔叶树种对林地土壤物理性质的影响 桉树林只有改造模式G显著降低林地土壤容重。改造模式E和G在0～20 cm土层毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度均较高，且只有模式G的孔隙度与模式CK2没有达到显著差异；模式D和F较小，与模式CK2相比较没有明显的变化规律。各模式20～40 cm土层的土壤孔隙度均没有明显的变化规律。

此外，无论是湿地松林改造模式，还是桉树林改造模式，0～20 cm土层的容重均小于20～40 cm土层，而土壤孔隙度则呈相反的趋势。

表1 不同林分改造模式土壤孔隙度及其贮水量

2.2 不同改造模式林下土壤化学性质

2.2.1 湿地松林择伐套种乡土阔叶树种对林下土壤化学性质的影响 由图1a可以看出，不同改造模式对湿地松林下0～20 cm及20～40 cm土层的土壤pH值均没有显著影响，各模式0～20 cm土层土壤pH值低于20～40 cm土层。由图2b可以看出，0～20 cm土层，模式A、B和C的有机质含量均显著高于模式CK1，模式A最大，达到19.121 g·kg-1。20～40 cm土层，只有模式A和B的有机质含量显著高于模式CK1，其中模式A有机质含量为14.16 g·kg-1。

a.pH值 b.有机质含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全钾含量 h.速效钾含量

0～20 cm土层，模式A和C的全氮、水解氮含量显著高于模式CK1，其中模式A的全氮和水解氮含量最高，分别为1.26 g·kg-1和126.72 mg·kg-1，模式B与模式CK1差异不显著(图1c)。20～40 cm土层，模式A和C的全氮含量显著高于模式CK1，水解氮只有模式A显著高于模式CK1，模式A的全氮和水解氮的含量分别为1.04 g·kg-1和104.52 mg·kg-1，其他模式与模式CK1差异不显著(图1d)。

由图1e可看出，0～20 cm和20～40 cm土层，模式A、B和C的全磷和速效磷的含量均显著高于模式CK1。其中，0～20 cm土层，不同改造模式全磷含量从大到小依次为模式A(0.71 g·kg-1)>模式C(0.52 g·kg-1)>模式B(0.42 g·kg-1)>模式CK1(0.32 g·kg-1)；速效磷含量则表现为模式C(8.82 mg·kg-1)>模式A(8.52 mg·kg-1)>模式B(6.82 mg·kg-1)>模式CK1(3.93 mg·kg-1)。20～40 cm土层，不同改造模式全磷含量从大到小依次为模式C(0.78 g·kg-1)>模式A(0.58 g·kg-1)>模式B(0.51 g·kg-1)>模式CK1(0.35 g·kg-1)，速效磷含量则表现为模式A(11.37 mg·kg-1)>模式C(10.47 mg·kg-1)>模式B(9.13 mg·kg-1)>模式CK1(4.38 mg·kg-1)。(图1f)

由图1g可看出，0～20 cm土层，各模式全钾和速效钾含量的变化趋势与全氮和水解氮相似，模式A和C的全钾和速效钾含量显著高于模式CK1，模式B全钾含量与模式CK1差异不显著，但速效钾含量有显著差异(图1h)。模式A的全钾和速效钾含量分别为17.25 g·kg-1、107.45 mg·kg-1。20～40 cm土层，只有模式A与模式CK1有显著差异，含量分别为15.38 g·kg-1、132.13 mg·kg-1。

2.2.2 桉树林择伐或皆伐套种乡土阔叶树种对林下土壤化学性质的影响 由图2a可看出，不同改造模式对桉树林下0～20 cm及20～40 cm土层的土壤pH值也没有显著影响。由图2b可看出，0～20 cm土层，除模式G有机质含量(18.23 g·kg-1)显著高于模式CK2，其他模式差异不显著。20～40 cm土层，各模式间有机质含量均没有显著差异。

0～20 cm土层，除模式D全氮含量与模式CK2没有显著差异，其他模式均显著高于模式CK2。其中，模式F全氮含量最高，达到1.04 g·kg-1(图2c)。模式G的水解氮含量(110.24 mg·kg-1)显著高于模式CK2，其他模式差异不显著。20～40 cm土层，除模式E的全氮与水解氮含量(分别为1.16 g·kg-1和82.12 mg·kg-1)显著高于模式CK2，其他模式差异不显著(图2d)。

由图2e、图2f可看出，可看出，0～20 cm土层，模式E和G的全磷和速效磷含量显著高于模式CK2，其他模式没有显著差异。其中，模式G的全磷和速效磷含量最高，分别为0.41 g·kg-1和7.71 mg·kg-1。20～40 cm土层，除了模式E全磷含量与模式CK2差异不显著外，其他模式的全磷含量和速效磷含量均显著高于的模式CK2。其中模式F的全磷含量最大，为0.47 g·kg-1，模式G的速效磷含量最大，为8.04 mg·kg-1。

a.pH值 b.有机质含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全钾含量 h.速效钾含量

由图2g、图2h可看出，0～20 cm土层，模式D、E、F和G的全钾、速效钾含量均显著高于模式CK2。其中模式G的全钾、速效钾含量最高，分别为12.11 g·kg-1和82.19 mg·kg-1。20～40 cm土层，模式D、E、F和G的速效钾含量也显著高于模式CK2，但全钾含量差异不显著。其中，模式D的全钾含量最大，为12.50 g·kg-1，模式F的速效钾含量最高，为87.36 mg·kg-1。

3 结论与讨论

近年来，对单树种纯林进行疏伐套种阔叶树种改造后，影响林地土壤肥力的研究不在少数。翁琳琳[4]发现对针叶林套种阔叶树后，不仅可以改善林地土壤水分物理性质，也可以一定程度提升林地减少产流产沙量的效能。詹学齐[5]对马尾松林下疏伐套种了木荷，阿丁枫等改造试验后，林地土壤孔隙度、水稳性团聚体及氮、磷、钾素含量有显著提高。颜耀[6]发现在短期内，在土壤侵蚀区马尾松林下套种枫香、山杜英及无患子等阔叶树种后，土壤的孔隙度及其贮水能力有一定改善，但土壤pH值及养分元素含量没有显著差异。

本研究结果表明，湿地松林择伐套种阔叶树后，0～20 cm土层，各模式土壤孔隙度、全氮、全磷、有机质、速效磷、速效钾含量显著高于湿地松纯林，且套种了闽粤栲的改造模式改善效果较好。20～40 cm土层，除了套种闽粤栲和杨梅的改造模式对土壤孔隙度和养分含量改良效果较好，其他模式总体上差异不显著。这可能是由于闽粤栲的凋落叶凋落量较大，分解速率快，养分归还效率较高有关[7,8]。本研究调查发现，补种的阔叶树种凋落物凋落现存量从大到小依次为闽粤栲(1.47 t·hm-2)>杨梅(1.26 t·hm-2)>台湾相思(0.84 t·hm-2)。

桉树林皆伐后，除了套种马占相思和枫香的改造模式林地各层土壤的孔隙度、氮素、磷素、钾素和有机质显著高于桉树纯林外，其他模式差异总体上不显著。桉树林择伐套种马占相思和枫香改造模式林地各层土壤的全磷、有机质、水解氮含量显著高于桉树林皆伐套种马占相思和枫香的改造模式。这与孙东婧[9]对杉木林不同间伐强度套种阔叶树对林地土壤养分含量的影响类似，这是因为桉树林皆伐后，套种的阔叶树种林龄较小，郁闭度较低，容易在强降雨的情况下造成水土及其养分元素流失，但随着林分改造时间的推移，这种情况将逐渐改善[10]，但还需更长时间的跟踪监测加以验证。