四川盆周山地5种典型林分土壤理化性质比较

曾亚兰 李绍才 孙海龙

摘 要 为研究四川盆周山地的杉木纯林、柳杉纯林、杉木-柳杉混交林、人工天然混交林和天然次生林这5种地理位置相近、林龄相近的不同林型的土壤理化性质指标差异，在研究区选取五个样地分别采集土样，对土壤物理性质指标选择土壤容重、田间持水量，化学性质指标选择土壤pH值及有机质、全氮、碱解氮、有效磷和有效钾含量进行研究。结果表明：5种不同典型林型的土壤物理性质整体均较好，天然林比人工林更好，混交林比纯林更佳，其中天然次生林最优，杉木纯林最差;各林型的土壤均呈酸性，杉木纯林、柳杉纯林和杉木-柳杉混交林三种人工林的土壤pH值间无显著差异。有机质、全氮、碱解氮、有效磷的含量，均是柳杉纯林最高，人工天然混交林最低;有效钾的含量，则是柳杉纯林最低，天然次生林最高。

关键词 土壤理化性质;杉木纯林;柳杉纯林;杉木-柳杉混交林;人工-天然混交林;天然次生林

森林土壤为植被提供必要的物质基础，提供植被生长所需的水分和各种营养元素，同时林地植物与土壤生态是相互影响的，植被也参与土壤的形成，改善着土壤的性状[1]。目前，国外研究人员对林地土壤的研究主要关注于林地土壤质量的演化、林地土壤生态指标的指数作用、林地土壤与林地植物之间的关系，以及不同植被类型的土壤质量差异与影响成因和关键因素等[2-4]。国内研究方向主要是杉木人工纯林易出现林地地力衰退等一系列问题，在针对杉木纯林、杉阔混交林及阔叶纯林3种人工林生态系统对林地土壤质量影响的比较研究中，发现杉木纯林的土壤质量最差[5-6]。通过对土壤理化性质的比较，可以为有针对性地提出森林的适宜抚育措施提供依据。因此，研究不同林分类型下的土壤特性对于促进土壤系统及森林系统的维持和发展具有重要意义。

1 研究区概况

研究区位于四川省彭州市龙门山镇团山村，距彭州市中心约50 km，属于四川盆周西缘山地。该区域夏无酷暑，7月平均温度一般不超过25 ℃，1月平均温度在0 ℃以下，一般12月份开始有霜冻，可延续至翌年3月初，全年无霜期约250 d;土壤类型属四川盆地山地湿润亚热带山地黄壤和山地黄棕壤，各林分的地理位置接近，气候、土壤、水文等条件基本一致。

2 研究方法

2.1 样地调查与设置

2018年7—8月，在龙门山镇分别选取林龄相近、林分不同的5块典型标准样地，林地类型分别为杉木纯林、柳杉纯林、杉木-柳杉混交林、人工-天然混交林和天然次生林。在5种典型标准样地中各选取1个面积为50 m × 50 m的林分样地。将各研究区划分为4个标准样地，面积20 m ×20 m，在标准样地内沿对角线方向采集3个土壤表层样，每个研究样区采集12个土壤表层样，采集深度0～15 cm。将林木周围土壤混合，去除块根和石块等杂质后，使用四分法取样，低温冷藏带回实验室自然风干;同时，采用环刀法取土样，深度0～10 cm，每个环刀的容积100 cm3。分别采集60个土壤混合样和土壤环刀样。

2.2 土壤理化性质测定

环刀取样测定土壤物理性质，包括土壤容重、田间持水量。采集的土样经过自然风干，去除杂质，磨细过孔径为0.154 mm的土壤筛，用于测定土壤有机质、pH值、氮、磷、钾。有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法;pH值采用酸度计法（水土比为2.5∶1）;全氮采用半微量凯氏定氮法;碱解氮采用碱解-扩散吸收法;有效磷采用盐酸-硫酸浸提，钼锑抗比色法;速效钾采用原子吸收分光光度法[7]。

2.3 数据处理与分析

采用单因素方差分析比较土壤理化性质指标在不同林分间的差异程度，并进行LSD多重比较，显著性水平设置为0.05。数据统计分析在SPSS 20.0中进行，采用Origin 2017软件作图。

3 结果与分析

3.1 不同林分土壤物理性质比较

一般情况下土壤容重的变化范围在0.9～1.7 g·cm-3。由图1可见，本研究区内不同林分样地的土壤容重多在1.04～1.38 g·cm-3范围。容重越大说明透水性和通气性较差，通常表现为土壤板结[8]。各不同林分土壤容重大小关系为：杉木纯林（1.38 g·cm-3）>柳杉纯林（1.32 g·cm-3）>杉木-柳杉混交林（1.12 g·cm-3）>人工天然混交林（1.14 g·cm-3）>天然次生林（1.04 g·cm-3），即混交林和天然次生林的土壤透水通气性优于纯林。两种纯林、两种混交林的土壤容重显著高于天然次生林（P<0.05），说明混交模式和树种组成，以及人为干扰对土壤容重都有一定的影响。田间持水量是指毛管水达到最大时的土壤含水量。不同林型的土壤田间持水量的大小关系为：杉木-柳杉混交林（22.71%）>人工天然混交林（21.25%）>天然次生林（20.99%）>柳杉纯林（18.82%）>杉木纯林（15.40%），总体来看，混交林和天然林的田间持水量较大，杉木纯林的田間持水能力最弱，单因素方差分析结果显示，杉木-柳杉混交林与杉木纯林的存在显著性差异（P<0.05）。

3.2 不同林分土壤化学性质比较

土壤有机质对土壤形成、土壤肥力、环境保护及林业可持续发展等方面都有重要的意义[9]。图2结果显示，有机质含量大小关系为：柳杉纯林（9.40%）>杉木-柳杉混交林（8.32%）>天然次生林（7.19%）>杉木纯林（6.72%）>人工天然混交林（6.26%）;杉木纯林、天然次生林和人工天然混交林间土壤有机质含量无显著性差异（P>0.05），且这三种林型都显著低于柳杉纯林（P<0.05）。不同pH值的土壤适合不同的植物生长，适宜的酸碱性有利于土壤微生物活动，加速枯落物分解，从而促进林木生长。不同林型的土壤pH值大小关系为：天然次生林（5.41）>人工天然混交林>（4.92）>杉木纯林（4.57）>柳杉纯林（4.55）=杉木-柳杉混交林（4.55）。五种典型林分土壤都属于酸性土壤（4.50.05）。

由图3可见，土壤是植物氮素营养的主要来源，土壤的全氮含量代表着土壤氮素的总贮量和供氮潜力。不同林型的土壤全氮含量大小关系为：柳杉纯林（3.91 g·kg-1）>天然次生林（3.68 g·kg-1）>杉木-柳杉混交林（3.09 g·kg-1）>杉木纯林（3.04 g·kg-1）>人工天然混交林（2.97 g·kg-1），柳杉纯林与天然次生林全氮含量无显著性差异（P>0.05），与其余三种林型差异显著（P<0.05）。土壤碱解氮在较短的时间内能为植物所吸收利用，可反映近期内土壤氮的供应状况和氮的释放速度。不同林型的土壤碱解氮大小关系为：柳杉纯林（450.68 mg·kg-1）>杉木-柳杉混交林（392.32 mg·kg-1）>天然次生林（386.52 mg·kg-1）>杉木纯林（368.79 mg·kg-1）>人工天然混交林（337.83 mg·kg-1）;柳杉纯林碱解氮含量最高，并且与其他不同林分类型之间有显著差异（P<0.05）。

由图4可见，土壤有效磷是衡量土壤磷素养分供应水平高低的直接指标，也是植物生长发育的主要限制因子[10]。不同林型的土壤有效磷含量大小关系为：柳杉纯林（10.30 mg·kg-1）>杉木纯林（9.34 mg·kg-1）>天然次生林（8.97 mg·kg-1）>杉木-柳杉混交林（6.62 mg·kg-1）>人工天然混交林（5.99 mg·kg-1）。杉木-柳杉混交林和人工天然混交林有效磷含量显著低于其他各林型（P<0.05）。土壤有效钾是土壤中可以被植物直接吸收利用的钾，其含量受施肥、基质、气候条件等影响，供应不足会影响植物的代谢过程与抗病虫能力[11]。不同林型的土壤有效钾含量大小关系为：天然次生林（152.93 mg·kg-1）>人工天然混交林（131.11 mg·kg-1）>杉木-柳杉混交林（87.06 mg·kg-1）>杉木纯林（79.92 mg·kg-1）>柳杉纯林（75.89 mg·kg-1）。柳杉纯林的土壤有效钾含量最低，天然次生林的土壤有效钾含量最高，天然次生林和人工天然混交林的有效钾含量没有显著差异（P>0.05），与两种人工纯林和杉木-柳杉混交林有显著差异（P<0.05）。

4 讨论与结论

4.1 讨论

综合土壤容重、田间持水量这两个土壤的物理性质指标来看，5种典型林型的土壤物理性质均较好。这可能是由于研究区林地之前为森林，后被毁林开荒后再次种植，其土壤结构原本就比较适合林木的生长。但人工林的土壤物理性质对比优良林地的土壤条件，依然有待进一步改善。天然次生林和混交林的土壤通气性、透水性和蓄水能力更好，纯林较差，这与植物根系的生长及凋落物等分解对土层土壤的影响有很大关系，天然次生林和混交林根系发育良好，扩大了根系在土层的穿插空间，使土壤紧实度变小、疏松而富有孔隙，物理性质得到有效改善。其中，天然次生林物理性质最优，除有机质对其有一定影响外，该林地林分郁闭度较小、人为干扰较少也是原因之一。

本研究结果显示，三种人工林（杉木纯林、柳杉纯林、杉木-柳杉混交林）间pH值无显著差异（P>0.05），天然次生林和人工-天然混交林的土壤pH值显著高于其他三种人工林林型，这与前人的研究结果较为一致，即大多数的针叶纯林会使土壤酸化，土壤的物理和化学性质都变得恶劣，从而不利于土壤养分的积累，影响土壤肥力[12]。

4.2 结论

5种不同典型林型的土壤物理性质整体均较好，天然林比人工林更好，混交林比纯林更佳，其中天然次生林最优，杉木纯林最差。

各林型的土壤均呈酸性，杉木纯林、柳杉纯林和杉木-柳杉混交林三种人工林的土壤pH值间无显著差异。有机质、全氮、碱解氮、有效磷的含量，均是柳杉纯林最高，人工天然混交林最低;有效钾的含量，则是柳杉纯林最低，天然次生林最高。

参考文献：

[1] 张飞，陈云明，王耀凤，等.黄土丘陵半干旱区柠条林对土壤物理性质及有机质的影响[J].水土保持研究，2010，17（03）：105-109.

[2] Torsten W Berger， Christian Neubauer， Gerhard Glatzel. Factors controlling soil carbon and nitrogen stores in pure stands of Norway spruce （Picea abies） and mixed species stands in Austria[J]. Forest Ecology and Management， 2002， 159（01-02）： 3-14.

[3] Karsten Kalbitz， Klaus Kaiser. Contribution of dissolved organic matter to carbon storage in forest mineral soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2008，171（01）： 52-60.

[4] Wei Zhang， Wenjing Qiao， Dexin Gao， et al. Relationship between soil nutrient properties and biological activities along a restoration chronosequence of Pinus tabulaeformis plantation forests in the Ziwuling Mountains，China[J].Catena，2018，161： 85-95.

[5] 黃宇，汪思龙，冯宗炜，等.不同人工林生态系统林地土壤质量评价[J].应用生态学报，2004（12）：2199-2205.

[6] 马祥庆，黄宝龙.人工林地力衰退研究综述[J].南京林业大学学报，1997（02）：79-84.

[7] 国家林业局.中华人民共和国林业行业标准-森林土壤分析方法[M].北京：中国标准出版社，1999.

[8] 刘占锋，傅伯杰，刘国华，等.土壤质量与土壤质量指标及其评价[J].生态学报，2006（03）：901-913.

[9] 黄馨，刘君昂，周国英，等.降香黄檀不同混交模式土壤肥力的比较研究[J].土壤通报，2014，45（05）：1130-1136.

[10] 蒋文伟，周国模，余树全，等.安吉山地主要森林类型土壤养分状况的研究[J].水土保持学报，2004（04）：73-76，100.

[11] 刘跃建，李强，马明东.四川西北部主要森林植被类型土壤养分库比较研究[J].水土保持学报，2010，24（05）：146-152.

[12] 孙嘉，王海燕，丁国栋，等.不同密度华北落叶松人工林土壤理化性质研究[J].林业资源管理，2011（01）：62-66.

（责任编辑：丁志祥）