套种华盖木、亮叶木莲、红豆杉对杉木生长和土壤理化性质的初期影响

刘 涛，左秋玉，杨 梅

(1.广西国有高峰林场，广西 南宁 530001；2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)是我国南方重要的用材树种和造林树种，具有生长迅速、木材结构细、纹理通直、耐腐能力强、成林迅速的特点[1-2].杉木在林业产业中拥有不可替代的地位，但单一化种植、连栽及全树利用等经营方式导致一系列生态问题.比如，杉木连栽会引起人工林地土壤持水能力、渗透能力、保肥能力、pH、主要养分含量及林分生物量显著下降，土壤质量恶化、生产力下降等问题凸显，严重制约了杉木人工林的可持续发展[3-5].针对杉木纯林和连栽带来的弊端，可以通过混交和轮栽等经营模式缓解土壤质量退化问题，达到恢复土壤肥力，提高杉木人工林可持续生产力的目的.研究显示，混交林相对于纯林可以改善土壤营养状况，提升林地肥力，进而促进林木生长，提高林地生产力.林地土壤养分与林分生长关系密切，杉木混交林能够提高土壤有机质和养分含量；土壤pH 和有机质含量对杉木的胸径和树高影响显著，全氮含量对杉木树高影响显著[6-9].合理选择混交树种可以有效改善土壤肥力，促进杉木生长[10-11].

广西南宁地区属杉木分布的边缘产区，高温潮湿的气候环境下杉木林的长势远不及杉木中心产区以及桂北地区.为提高杉木纯林的林分质量和林地生产力，广西国有高峰林场对1995年种植的杉木人工林采取了间伐措施，2014年在杉木林下套种红豆杉、华盖木、亮叶木莲.本次研究以广西国有高峰林场杉木纯林及其与珍贵树种的混交林为研究对象，分析混交3 a后杉木的生长状况以及土壤理化性质，探讨合理、科学的杉木造林模式，为杉木人工林经营管理与培育提供基础材料和科学依据.

1 材料与方法

1.1 林分概况

广西国有高峰林场地理坐标为北纬22°49′～23°15′，东经108°08′～108°53′，位于南宁市盆地北缘，属大明山山脉，赤红壤.属热带北缘气候，雨量充足，年平均气温21 ℃左右，极端最低气温-2 ℃，极端最高气温40 ℃，年降雨量1 200～1 500 mm.

调查林分为1995年种植的杉木，初植密度为200株/hm2，造林后全铲抚育3 a，2003年、2008年、2013年各间伐1次，杉木最终保留600株/hm2，2014年按照750株/hm2密度在杉木林下套种红豆杉、华盖木、亮叶木莲，每年扩坎施肥1～2次，全林分割灌抚育1～2次.

1.2 样地设置及样品采集

2017年7月，在观测林分内的林地坡顶、坡中、坡底设置3块20 m×20 m样地，每木检尺，用VERTEX超声波测高器测量树高，用围径尺测量胸径，计算样地平均胸径和平均树高.在每块样地用对角线法按上、中、下位置设置3个样点，采集0～20 cm、20～40 cm土层样品，测定土壤养分.采用环刀法测定各土层物理性质.

1.3 测定方法

参照GB 7848～7858—78《森林土壤养分分析》处理土壤样品.用全自动间断化学元素仪测定全氮、全磷，火焰光度计测定全钾、速效钾，钼蓝比色法测定速效磷，苯酚-次氯酸盐比色法测定水解氮.土壤酶活性的测定参照关松荫[13]的测定方法.用高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，扩散法测定脲酶活性，对硝基苯磷酸钠法测定酸性磷酸酶活性，比色法测定蔗糖酶活性.

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件统计数据，SPSS 20.0分析软件进行方差分析、LSD多重比较及相关性分析.

2 结果与分析

2.1 不同林分类型杉木生长情况

在杉木林引入不同珍贵树种，杉木的平均树高和平均胸径都为杉木×华盖木>杉木×亮叶木莲>杉木×红豆杉>杉木纯林.由表1可知：3种混交林中杉木树高均明显高于杉木纯林.其中，杉木×华盖木混交林中的杉木树高最高，显著高于杉木纯林与杉木×红豆杉混交林，分别高出杉木纯林15.49%，杉木×红豆杉混交林10.88%；杉木×亮叶木莲混交林中杉木树高也显著高于杉木纯林与杉木×红豆杉混交林，分别高出杉木纯林7.43%，高出杉木×红豆杉混交林2.37%.分析4种林分杉木胸径数据可知，3种混交林下杉木胸径均高于纯林，且杉木×华盖木混交林中杉木胸径最大，为20.97 cm，大于杉木纯林14.03%，大于杉木×红豆杉中的杉木10.21%，并且两者之间存在显著差异；杉木胸径在杉木×亮叶木莲混交林中也大于杉木×红豆杉混交林4.67%，大于杉木纯林7.18%.综上可知，在杉木×华盖木混交林中杉木的生长情况最佳.

表1 4种林分杉木生长情况

2.2 不同林分类型对土壤容重的影响

各林地土壤容重见图1.由图1可知：在杉木林中引入华盖木、亮叶木莲后，0～20 cm、20～40 cm土层容重均明显下降，土壤变得较为疏松，物理性质得到一定改善.与杉木纯林相比，杉木×华盖木混交林土壤容重下降幅度最大，0～20 cm、20～40 cm土层分别下降29.3%和27.7%；而杉木×红豆杉混交林与杉木纯林林地土壤容重差异不显著，对土壤物理性质的改良效果不明显.

2.3 不同林分类型对土壤养分的影响

土壤养分含量见表2.由表2可见：所有混交林各土层土壤全氮、全磷、全钾含量及速效养分的变化规律相似，均比杉木纯林地有所增加，其中，全氮及水解氮含量增加幅度最大.华盖木×杉木混交林中的全氮、全磷及有效养分含量最高，与杉木纯林相比，在0～20 cm土层，全氮、全磷分别增加了176.9%、94.6%，水解氮、有效磷分别增加了96.7%、59.6%；在20～40 cm土层，全氮、全磷分别增加了96.7%、59.6%，水解氮和速效磷分别增加了64.5.7%、102.3%.亮叶木莲×杉木混交林土壤全钾含量最高，0～20 cm、20～40 cm土层比杉木纯林相同土层增加30.4%、15.3%，速效钾则分别增加了40.2%、60.5%；而杉木×红豆杉混交林土壤各元素全量及速效养分元素含量在3个混交林中均最低，且与杉木纯林相差不大.由各林分土壤养分含量可知，2个木兰科树种可以提升林地土壤肥力，有较好的改良效果，而引入针叶树红豆杉对杉木纯林土壤的影响较弱.

表2 4种林分土壤养分含量

2.4 不同林分类型对土壤酶活性的影响

2.4.1 不同林分类型对土壤酸性磷酸酶活性的影响

不同混交模式下的酸性磷酸酶活性见图2.由图2可知：4种林分0～20 cm与20～40 cm土层厚度土壤磷酸酶活性相差较大，杉木×亮叶木莲混交林0～20 cm土壤中磷酸酶活性最大，为0.903 U/g，较杉木纯林高61.25%，并与杉木纯林间存在显著差异；杉木×华盖木混交林20～40 cm土层土壤磷酸酶活性最大为0.543 U/g，较杉木纯林高34.21%，并与杉木纯林之间存在显著差异；4种林分的混交林林地0～20 cm土层均大于20～40 cm土层的土壤酸性磷酸酶活性.

2.4.2 不同林分类型对土壤脲酶活性的影响

不同混交模式下的土壤脲酶活性见图3.由图3可知：4种林分0～20 cm与20～40 cm土层的土壤脲酶活性差异也较大，杉木×华盖木混交林林地0～20 cm土层的土壤脲酶活性最大，为0.81 U/g，与杉木纯林之间存在显著差异，林间土壤20～40 cm土层的4种林分土壤脲酶活性之间不存在显著差异，其中，杉木×华盖木混交林林间土壤脲酶活性最高，为0.29 U/g.4种林分土壤脲酶活性均表现为0～20 cm土层大于20～40 cm土层.

2.4.3 不同林分类型对土壤中过氧化氢酶活性的影响

不同混交模式下的过氧化氢酶活性见图4.由图4可知：土层深度为0～20 cm时，以杉木×红豆杉混交林过氧化氢酶活性最大，但与杉木纯林无显著差异，均大于杉木×华盖木、杉木×亮叶木莲混交林；土层深度为20～40 cm时，过氧化氢酶活性依次为杉木纯、杉木×红豆杉、杉木×华盖木、杉木×亮叶木莲.可见，3个林分类型的过氧化氢酶浓度与杉木纯林相比没有显著差异，在杉木林中套种红豆杉、华盖木、亮叶木莲并不能促使林地土壤中的过氧化氢酶活性增加.

2.4.4 不同林分类型对土壤中蔗糖酶活性的影响

不同造林模式下的蔗糖酶活性见图5.由图5可知：土层深度为0～20 cm时，杉木×华盖木、杉木×亮叶木莲混交林的蔗糖酶活性显著高于杉木纯林，分别为35.78、35.12 U/g，其他林分类型与杉木纯林差别不大；土层深度为20～40 cm时，各混交林的蔗糖酶活性与杉木纯林差异不显著.

3 结 论

1)在杉木林下套种珍贵树种后，杉木平均树高和平均胸径以杉木×华盖木混交林为最高，其次为杉木×亮叶木莲混交林、杉木×红豆杉混交林，杉木纯林的生长量最低.由此表明：在杉木林中套种珍贵树种对杉木胸径、树高的生长发育有促进作用，其中以木兰科的两个树种促进效果最好，而且华盖木和亮叶木莲在幼树期喜荫，在杉木林中混交有利于形成互相促进的种间关系.

2)在杉木林中套种珍贵树种3 a后，土壤物理性质有所改善，土壤持水量、孔隙度和通气性能均有所提升.土壤最大持水量、毛管持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度均以杉木×红豆杉混交林最高，并均与杉木×华盖木、杉木×亮叶木莲及杉木纯林3种林分的差异达到显著水平，这可能与混交树种的根型、嗜肥性等因素有关.

3)在杉木林中混种乡土树种，可以增加土壤养分含量.3种套种方式都能够显著提高土壤中的全氮、全磷、全钾、水解氮和速效钾含量.红豆杉属于针叶树种，凋落叶分解慢，而木兰科的华盖木、亮叶木莲叶片较大、易掉落、分解快，有利于养分回归土壤.

4)土壤酶对土壤肥力起着重要作用，其活性可作为判断土壤生物化学过程强度及评价土壤肥力的指标之一.杉木×亮叶木莲混交林能显著提高土壤酸性磷酸酶和土壤蔗糖酶的活性，杉木×华盖木混交林能显著提高土壤脲酶和土壤蔗糖酶的活性.杉木与木兰科树种混交有利于改变林地的化学环境，易形成互利关系，从而促进林木生长.