不同立地因子对泡桐人工林生长量及土壤理化性质的影响1)

庞宏东 李玲 崔鸿侠 曾祥福 唐万鹏

(湖北省林业科学研究院，武汉，430075)

泡桐(Paulownia)是我国特有的重要的优质速生用材树种之一，在国内25个省市自治区有自然分布和人工栽培[1]。因其具有分布广泛、种质资源丰富、优质、速生、繁殖容易、适应性强、用途广泛并适于农林复合经营等优良特性，而一直受到国际社会的重视[2]。湖北为泡桐原产地之一，野生泡桐资源丰富，鄂西地区是泡桐属的多度中心、多样化中心和次生起源中心[3]。湖北省作为泡桐最佳适生分布区，栽培历史悠久，至2009年湖北省泡桐人工林栽培面积累计近1.33万hm2，咸宁、荆门、黄冈、黄石、荆州等地区为主要栽培区[4]。随着泡桐在南方丘陵山地的推广种植，对立地条件不加选择就盲目种植的情况日益突出，严重违背了“适地适树”的科学规律。因此，研究确定影响泡桐生长的主导立地因子，选择出适宜培育泡桐大径材林的最佳立地条件，是解决泡桐在南方丘陵山地推广种植的首要问题。

立地是多种自然环境因子综合作用而形成的，能够体现不同立地因子的宜林地段[5]，立地质量的高低，对于林木生长的具有重要影响[6]。因此，不同立地因子对林木生长的影响一直是林业科研的热点[7-10]，但关于立地因子对泡桐人工林生长影响的研究较少。本研究以荆门地区的泡桐人工林为研究对象，研究坡度、坡向、坡位等不同立地因子对泡桐人工林生长量及对土壤理化性质的影响，筛选出最适合泡桐生长的坡度、坡向、坡位等立地条件，为南方低山丘陵区泡桐大径材的培育提供技术支持。

1 研究区概况

调查区域为湖北省荆门市，位于湖北省中部，汉江中下游，地理坐标为东经111°51′～113°29′，北纬30°32′～31°36′，辖钟祥市、京山市、沙洋县及东宝区、掇刀区等2个市辖区。东、西、北三面高，中、南部低，呈向南敞开形，兼有低山坳谷区、丘岗冲沟区和平原湖区。最高点海拔1 050 m，最低点海拔27 m。属北亚热带季风气候区，四季分明，雨热同期，雨量充沛，阳光充足，无霜期长，年均气温15.9 ℃，年降水量804～1 067 mm。丘陵山地土壤主要以黄壤、红壤等为主。

2 研究方法

2.1 样地设置及调查方法

在钟祥市、京山市及荆门市辖区等地不同立地类型的泡桐人工林中设置20 m×20 m标准样地31块(见表1)，其中钟祥市14块、京山市8块，荆门市辖区7块。详细记录每块样地的坡向、坡位、坡度、海拔、土壤类型、土层厚度、石砾含量、地形地貌等立地因子以及林龄、品种、造林密度、抚育管护等林分基本情况。对样地内所有泡桐进行每木调查，调查指标包括胸径(D1.3)、树高2.6 m处的直径(D2.6)、苗干高(H1)、接干高(H2)、接干0.5 m处的直径(D0.5)和接干1.5 m处的直径(D1.5)等。在每个调查样地内，挖开1个典型土壤剖面，调查样地土壤名称、土层厚度、石砾含量、腐殖质层厚度、母质层状况等；将土壤剖面机械分为3层(>0～10、>10～30、>30 cm)，用环刀分层采集土样带回实验室测定土壤的密度、最大持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度等物理性质指标；每个土壤剖面取混合土样1份，带回实验室测定全氮、全磷、全钾、水解性氮、速效钾、有效磷、有机质、pH值等化学性质指标。

表1 泡桐调查样地概况

2.2 立地因子选择

影响人工林生长的立地因子众多且复杂，本研究主要选择了坡度、坡向、坡位等3个主要立地指标作为研究对象。

调查样地坡度基本上在25°之内，将坡度分为3个等级，分别为平坡0°～5°，缓坡6°～15°，斜坡16°～25°。根据样地范围地面朝向分为阳坡(SE45°～SW45°，无坡向)、阴坡(NE45°～NW45°)及半阴半阳坡(除阳坡、阴坡外其他坡向)等3个坡向。根据样地所在部位分为上坡位、中坡位、下坡位和平地等4类。

2.3 土壤理化性质的测定

土壤密度及土壤水分物理性质的测定依据林业行业标准LY/T 1215-1999，采用环刀法测定；全氮、水解性氮质量分数依据标准LY/T1228-2015的方法测定，全磷、有效磷质量分数依据标准LY/T1232-2015的方法测定，全钾质量分数依据标准LY/T1256-1999的方法测定，速效钾质量分数依据标准LY/T1234-2015的方法测定，有机质质量分数依据标准LY/T1237-1999的方法测定，pH值依据标准LY/T1239-1999的方法测定。

2.4 泡桐单株立木材积

3 结果与分析

3.1 立地因子对泡桐生长量的影响

从表2可知，不同坡位间泡桐人工林年均单位面积蓄积量存在显著差异(P<0.05)，上坡年均单位面积蓄积量最大，显著大于中坡、下坡和平地，平地的泡桐林各种生长量指标值均最小，中坡的泡桐林年均单株材积值最大。坡度、坡向等立地因子对泡桐人工林平均胸径、年均胸径、年均单株材积、年均单位面积蓄积等生长量指标均无显著差异。不同坡度间，斜坡的平均胸径和年均单株材积生长量最大，缓坡的年均单位面积蓄积最大。不同坡向间，阴坡年均胸径生长量最大，半阴半阳坡的年均单株材积和年均单位面积蓄积量最大。

表2 不同立地因子泡桐人工林生长量

对不同立地因子进行主体间效益的检验(见表5)，结果也表明仅有坡位因子对年均单位面积蓄积量存在显著影响，对平均胸径、年均胸径、年均单株材积等生长量指标无显著影响；坡度、坡向因子对所有生长量指标均无显著影响。

3.2 立地因子对土壤化学性质的影响

由表3可知，不同坡位间泡桐人工林在全氮、水解性氮、有机质、pH值等指标上均存在显著差异(P<0.05)；全氮及有机质含量下坡最高，显著高于上坡；水解性氮含量中坡最高，显著高于上坡；pH值平地最高，显著高于中坡和下坡；在全磷、全钾、速效钾、有效磷等指标上无显著差异。不同坡向间泡桐人工林仅在速效钾含量上存在显著差异，阳坡显著高于半阴半阳坡；全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有机质、pH值等指标无显著差异。不同坡度间泡桐人工林8个土壤化学性质指标无显著差异；斜坡泡桐人工林全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有机质等含量最高，其次为缓坡，平坡最低；速效钾含量与pH值以平坡的为最高，其次为斜坡，缓坡最低。

表3 不同立地因子泡桐人工林土壤化学性质

对不同立地因子进行主体间效益的检验(见表5)，坡位因子对土壤有机质含量存在显著影响，对全氮含量等其他化学性质指标无显著影响；坡度、坡向因子对所有土壤化学指标均无显著影响。

3.3 立地因子对土壤物理性质的影响

从表4可知，不同坡位间土壤密度、最大持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度等指标存在显著差异(P<0.05)。土壤密度上坡最大，中坡最小，二者间存在显著差异；下坡、平地与上坡、中坡间无显著差异；中坡的最大持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度最大，显著大于上坡。坡度、坡向对泡桐人工林土壤物理性质指标无显著差异。不同坡度间，平坡土壤密度值最大；斜坡的最大持水量、毛管持水量、总孔隙度、毛管孔隙度等指标值最大，其次为缓坡，平坡的最小。不同坡向间，土壤密度阴坡最大，阳坡的最小；最大持水量、毛管持水量、总孔隙度、非毛管孔隙度等指标值阳坡的最大。

对不同立地因子进行主体间效益的检验(见表5)，坡位因子对毛管持水量和毛管孔隙度存在显著影响，对土壤密度等其他土壤物理性质无显著影响，而坡度、坡向因子对所有土壤物理性质无显著影响。

3.4 立地因子互作效应影响

从表5可知，坡度、坡向、坡位等不同立地因子间的交互作用在大部分测量指标上均不存在显著差异；年均胸径生长量指标在坡度、坡向间的交互作用存在显著差异(P<0.05)；而坡度、坡向这2个立地因子在所有测量指标上均不存在显著差异，这是样地数量偏少的原因导致，能满足平坡与阴坡、半阴半阳坡交互的样地都仅有1个，在统计上不具有代表性。表明坡度、坡向、坡位等3个立地因子的交互作用对泡桐人工林生长量、土壤化学性质、土壤物理性质的影响均不大。

表5 不同立地因子及交互作用的相关性

4 结论与讨论

坡位对泡桐人工林年均单位面积蓄积量、土壤有机质质量分数、毛管持水量和毛管孔隙度等指标存在显著影响。坡位是地形要素中最重要的因子，不仅是一个位置的概念，它代表着水分、养分等的生态梯度的变化，也是影响土壤养分状况的关键因子，它直接影响着水肥的再分配[12-13]。张顺平等[14]研究表明，坡位对泡桐人工林土壤有机质质量分数、全氮质量分数、有效钾质量分数和有效磷质量分数等存在显著影响；涂佳[15]在研究了泡桐人工林不同立地因子与蓄积量的关系后发现，坡位可作为影响泡桐人工林立地质量的主导因子；陈国府[16]研究发现坡位是影响青冈栎人工林林生长最主要的立地因子之一。一般情况下，下坡位土层厚度大，养分积累较多，有利于林木的生长，上坡位是水土流失区，土层较薄，养分贫瘠，不利于林木的生长。卢立华等[17]研究了坡位对灰木莲生长的影响，发现灰木莲的胸径、树高、材积生长量均随坡位上升而下降，由于坡位影响了土壤养分的再分配，从而导致了灰木莲在不同坡位生长的差异。但也并非所有树种在下坡位生长最好；梁淑娟等[18]研究发现胡桃楸在中、上坡位生长最好。本研究发现下坡位的泡桐人工林全氮及有机质质量分数显著高于上坡位，上坡位大部分土壤养分指标值均最小，但在年均单位面积蓄积量却是上坡位的显著高于其他坡位，这是由于所调查样地中，上坡位泡桐样地数量最多，种植密度大导致，上坡样地泡桐栽植平均密度为827株/hm2，分别是中坡和下坡平均密度的1.4倍和1.3倍。

坡度、坡向等立地因子对泡桐人工林的生长量、土壤化学性质和土壤物理性质等影响较小，坡度、坡向因子对所有测量指标均无显著影响。涂佳[15]研究表明，坡度、海拔和坡向对蓄积量影响不显著，均不是影响泡桐蓄积量增长的立地主导因子，这与本研究结果较为相一致。王大来[19]研究了立地因子对楠竹生长的影响，发现坡向对楠竹的生长影响较小，没有显著差异。

影响人工林生长的因素众多且较为复杂，除了立地条件外，造林苗木的品种品系、造林方式方法以及林地管护水平都对人工林生长有重大影响。由于所调查的泡桐人工林多为私人老板所造，多为异龄林，造林密度也不一致，林地的管护水平更是差异巨大。而本研究只对坡度、坡向、坡位等立地因子进行了比较分析，并没有考虑其他因素的影响，因此，会导致分析结果与实际情况存在一定的差异。且大部分泡桐林地均位于地势较为平坦、土层深厚的丘陵坡地上，立地条件较为接近，立地因子的差异性也较小，这是导致大部分分析结果差异性不显著的原因。本研究所调查的区域仅局限于荆门市，调查样地也只有31块，调查结果仅能代表荆门市泡桐人工林的现实情况。在广大的南方丘陵山地，影响泡桐人工林生长的主要立地因子还需要扩大调查范围，增加样地数量，并考虑更多的影响因素，才能得出准确的结论。