杉木优良家系试验林土壤基本肥力性状研究

叶代全

(福建省洋口国有林场， 福建 顺昌 353211)

1 引言

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)作为我国南方人工林的重要树种，具有速生、优质、丰产、高效等特点[1]，在福建、江西、湖南等地广泛栽种，对缓解我国木材紧张状况和促进林业经济发展起着重要作用[2]。随着杉木人工林种植面积的快速增长，各地因多代连载、短期轮伐、炼山等不合理的经营管理方式，不同程度地出现了诸如：林地土壤肥力下降、林木生长缓慢、生长势衰退等一系列问题[3～5]，甚至明显出现了“一代不如一代”的现象[6～8]。如何克服地力衰退、增强杉木耐瘠薄性、改善杉木生长状况、促进林业可持续发展已成为亟待解决的问题[9～12]。研究选育耐瘠薄杉木优良家系作为保障杉木人工林持续经营的重要技术途径之一[13]，对促进杉木人工林的可持续发展具有重要意义，因此，对杉木优良家系营建的人工林进行土壤基本肥力状况调查，为杉木家系的耐瘠薄评估提供一定依据。

2 材料与方法

2.1 研究地概况

研究地设在福建省南平市顺昌县境内的福建洋口国有林场、沙县境内的沙县国有林场、将乐县境内的将乐国有林场的杉木优良家系试验林，林下常见植被有芒草(Miscanthusfloridulus(Labill.) Warb. ex Schum. Et)、铁芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊蕨(Woodwardiajaponica)、铁线蕨(Adiantumcapillus-venerisLinn.)等。研究区域为武夷山支脉的低山丘陵地貌，属于杉木中心产区，属中亚热带海洋性季风气候，年平均气温约18.5 ℃，最高温40.5 ℃，最低温-6.8 ℃，最冷月份为1～2月份，最热月份为7～8月份，≥10 ℃的年有效积温5388～5659 ℃，年平均降雨量1880 mm，无霜期280 d，雨日160 d，年日照时数1740.7 h，相对湿度82%。土壤为花岗岩风化母质上发育而成的山地红壤，土层厚度中等。研究样地的具体情况见表1。

表1 杉木良种试验林样地基本情况

2.2 研究方法

2.2.1 土样采集与处理

于2018年9月初，在福建沙县国有林场的官庄工区、将乐国有林场的明头山工区及洋口国有林场的白露亭道坪工区、场部对面道坪工区、南山新林地南元工区等5个杉木优良家系试验林的典型地段分别在上坡、中坡、下坡设置代表性的样地，每个样地内随机选取样点挖掘土壤剖面，按0～25 cm(上层)、25～50 cm(中层)、50～75 cm(下层)土层采集环刀样品供土壤物理性质测定，同时分层采集剖面分析土样供土壤化学性质测定，重复3次。分析土样经风干、磨碎、过筛、装袋备用。

2.2.2 土样测定项目与方法

土壤物理性质采用环刀法测定，pH采用电位法，有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法，全N采用半微量凯氏定氮法，水解性N采用碱解-扩散法，有效P采用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-钼锑抗比色法，速效K采用乙酸铵浸提-火焰光度法[14]。

3 结果与分析

3.1 土壤容重、持水量及孔隙状况

土壤容重指自然状态下(包括粒间孔隙)，单位容积土壤的烘干质量(g/cm3或t/m3)，通常容重越大的土壤，其总孔隙度越小、最大持水量越低，同等质地条件下的土壤越紧实板结，土壤肥力低、利用条件差、生产力低、植物生长困难。土壤毛管孔隙度越大则表明持水、保水能力越强、毛管持水量越大；非毛管孔隙度越大则土壤越疏松，且通气、透水性能越好[15]。

各样地土壤的容重、最大持水量、毛管持水量、田间持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度等主要物理性状如表2所示。

表2 土壤物理性质

由表2看出，各样点土壤物理性质存在较为明显的垂直变化特征，从上层往下层的土壤容重大多变大，而最大持水量、毛管持水量、田间持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度都有变小趋势。上层(0～25 cm)土壤容重大都为1.0 g/cm3左右，总孔隙度50%左右、非毛管孔隙度15%左右、毛管孔隙度35%左右，既有较好的通气透水性能、又有较强的持水保水能力，最大持水量、毛管持水量和田间持水量较大，有利于植物生长；中层(25～50 cm)土壤容重大都为1.2 g/cm3左右，总孔隙度大多45%左右、非毛管孔隙度10%～15%左右、毛管孔隙度30%～35%左右，土壤既能通气透水、又能持水保水，最大持水量、毛管持水量和田间持水量相对较好，能满足植物生长需求；下层(50～75 cm)土壤容重偏大，大都在1.3 g/cm3左右、个别高达1.4 g/cm3，因而总孔隙度明显降低、大多为40%左右，毛管孔隙度30%左右，非毛管孔隙度10%左右甚至更低，影响土壤通气性和透水性能，该层虽然毛管持水和田间持水性能基本正常，但因土壤容重偏大、总孔隙度偏小、非毛管孔隙度也较为偏低，导致土壤不同程度存在紧实、板结、最大持水能力低、通气透水性能较差等物理性问题。所以，对植物生长、特别是后期生长造成较大影响。

因此，5个样地土壤主要物理性状是：上层土壤既有较好的通气透水性能、又有较强的持水保水能力，最大持水量、毛管持水量和田间持水量较大，有利于植物生长；中层土壤既能通气透水、又能持水保水，最大持水量、毛管持水量和田间持水量相对较好，能满足植物生长需求；而下层土壤则因容重偏大、总孔隙度偏小、非毛管孔隙度也较为偏低，导致土壤不同程度存在紧实、板结、最大持水能力低、通气透水性能较差等物理性问题，对植物生长、特别是后期生长造成较大影响。虽然只有下层土壤的物理性质存在问题，但必然影响整体土壤(上层、中层、下层)的总效应，因此，5个样地的土壤物理性质不甚理想，总体为中等偏差。

3.2 土壤pH值和有机质状况

土壤pH值是土壤酸碱性的重要指标。土壤活性酸度(H2O浸提的pH值)是由于土壤溶液中游离的H+所表现的酸度，是土壤酸性的强度指标；土壤代换性酸(KCl浸提的pH值)则是反映土壤潜性酸的强弱。土壤酸碱性直接影响土壤微生物活性、有机质转化以及土壤胶体带电性状，从而影响土壤养分的有效性、迁移及吸附固定等，因此对土壤肥力及植物生长都有重要影响[15]。由各样地土壤的活性酸、代换性酸状况看出(表3)，土壤活性酸的pH值多为4.5及偏下，根据土壤酸碱度的常规分级标准[14]，土壤为强酸性(4.5～5.5)至极强酸性(<4.5)，且代换性酸较强，在地处中亚热带的地区属于较为正常或正常略微偏酸的土壤反应。

表3 土壤pH值及有机质

土壤有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机化合物，它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解、合成的各种有机化合物，对土壤肥力和生态环境都有特殊作用。土壤有机质含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。不同地区土壤有机质的含量差异较大，低者少于10 g/kg，多者可高达200 g/kg。

从表3看出，各样地土壤的有机质，表层土壤都在20.0 g/kg以上，达到该地区土壤有机质的正常或平均水平，但中层和下层土壤有机质水平较低，基本都在20.0 g/kg以下，有的甚至不足10.0 g/kg，因此，就土壤总体而言，所调查的土壤有机质状况属于较低水平[15]。

3.3 土壤养分状况

土壤养分状况直接影响到土壤提供并满足植物生长所需营养的能力，土壤氮、磷、钾作为植物生长的必需营养元素，对植物生长发育起着重要作用。由各样地土壤的全氮、水解性氮、有效磷、速效钾状况(表4)看出，土壤全N最高为2.74 g/kg、最低为0.55 g/kg，上层土壤全氮在1.25～2.74 g/kg，根据全氮丰缺指标(表5)[14]，属于中等及偏高水平，但是中层和下层土壤的全氮基本都<1 g/kg，属于低水平状况。土壤水解性氮最高的为148.72 mg/kg、最低的为34.64 mg/kg，按表5的水解性氮丰缺指标，除第3、第4、第5号样地的上层土壤水解性氮属于较高水平外，其余样地及土层的水解性氮均在30～100 mg/kg之间，即属于中等水平状况。土壤速效钾大多在60～100 mg/kg之间，即属于中等水平状况。而所有样地各土层的有效磷含量均<3 mg/kg，按表5的有效磷丰缺指标，杉木林土壤的有效磷大都处于极低水平，尤其是中层和下层土壤有效磷尤为缺乏，含量低至0.1 mg/kg左右，堪称十分贫瘠。

表4 土壤的养分状况

表5 土壤N、P、K 的丰缺标准[14]

3 结论与建议

(1)福建沙县国有林场的官庄工区、将乐国有林场的明头山工区及洋口国有林场的白露亭道坪工区、场部对面道坪工区、南山新林地南元工区等5个杉木优良家系试验林土壤物理性质总体上属于中等偏差。土壤容重随土层加深而增大，而总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐减小，特别是下层土壤容重偏大、总孔隙度偏小、非毛管孔隙度也较为偏低，导致土壤不同程度存在紧实、板结、最大持水能力低、通气透水性能较差等物理性问题，对植物生长、特别是后期生长将会造成一定影响。

(2)各试验林土壤的酸性很强，属于强酸性至极强酸性；土壤有机质状况属于较低水平，尤其中层和下层土壤有机质水平更低，大多处在10.0 g/kg左右。

(3)各试验林土壤全氮除上层土壤外，中层和下层土壤的全氮基本都<1 g/kg，属于低水平状况。土壤水解性氮大多也在30～100 mg/kg之间，属于中等水平状况；土壤速效钾大多在60～100 mg/kg之间，属于中等水平状况；而所有土层的有效磷含量均<3 mg/kg，都处于极低水平，含量低的仅为0.1 mg/kg左右，有效磷严重缺乏，堪称十分贫瘠。

土壤肥力是水分、养分、空气、热量状况的综合体现。杉木优良家系各试验林土壤的基本肥力性状属于相差状况，但杉木的生长指标总体不差，说明优良家系杉木对立地要求总体而言并不太高，具有一定耐瘠薄性能，所以生长状况较好。建议以后开展生长指标跟踪调查分析，以便为揭示杉木优良家系耐瘠薄性能和选育耐瘠速生杉木良种提供进一步依据。