我国落叶松人工林土壤肥力研究现状及改善措施的研究

吴振廷，黄卫丽，莎仁图雅，王春颖，鲁 敏，武永智，刘雪锋，杨 沫

(1.内蒙古自治区林业科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区沙地(沙漠)生态系统与生态工程重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010010)

森林土壤是人工林非常重要的组成部分，是林木生长的重要场所，富含多种营养元素与微生物，对森林生态系统的健康具有十分重要的意义。土壤肥力是指森林土壤维持森林生态系统生产力和动植物健康生长所提供养分物质的能力[1]。土壤肥力的高低及其变化直接影响着林木生长状况的好坏以及提供林木生长发育过程中所必需的营养元素的多少。研究林地土壤肥力的变化规律、科学综合评价土壤肥力及影响因素、维持土壤肥力长期发挥作用是当前林业科学研究的热点。

1 我国落叶松人工林土壤肥力研究现状

由于人类日益增长的木材需求，人工林逐步替代天然林。但人工林密度大，植被生长需要消耗大量的土壤养分[2]，且没有相应措施来防止养分流失，导致土壤养分发生衰退现象，从而直接影响树木生长发育[3-6]。树木生产力较低的林分一般土壤肥力也比较低[7]。国外对于土壤地力衰退的研究较早，德国在1883年便发现云杉连栽后第2代生产力出现下降，1942年Laurie通过对柚木的研究、1958年Champion通过对桉树的研究、1966年Asada对日本落叶松的研究和Keeves对辐射松的研究都发现，经过连栽后林木产量均下降[8]。为了促进人工林更好地生长发育，防止土壤肥力的下降，改善土壤地力，研究人工林土壤肥力的变化情况十分必要[9-12]。目前我国对于落叶松人工林土壤肥力的研究主要是从以下几个方面进行：

1.1 以不同林龄落叶松人工林土壤为研究对象

很多研究表明林龄对落叶松人工林土壤肥力质量影响显著，营造落叶松人工纯林易导致地力衰退，随林龄增加，土壤养分含量有下降的趋势，地力衰退趋势加剧[10,13-16]。在近些年的报道中发现，落叶松人工林土壤各养分含量随林龄增大呈先下降后上升趋势[17-19]，赵海燕等[20]对秦岭地区华北落叶松人工林的研究发现进入近熟林后土壤肥力有一定的恢复，而在中幼龄阶段土壤养分比较缺乏，尤其是氮磷。此外，杨晓娟[21]对长白落叶松人工林土壤肥力状况的研究发现，中龄林土壤的肥力最高、近熟林土壤的肥力最低，幼龄林与成熟林的土壤肥力居中。

1.2 以不同林分类型落叶松人工林土壤为研究对象

林分类型对土壤的物理、化学以及生物学特性影响显著，但其在不同林分下的变化程度不同[22-23]。邓娇娇等[24]对落叶松人工林与红松人工林进行研究，认为选择落叶松人工林比红松人工林更有利于提高土壤肥力。阎品初[25]选取了辽东山区长白落叶松人工纯林、长白落叶松-水曲柳人工混交林和次生林3个林分类型为研究对象，得出各林分类型表层土壤的总有机碳、全氮、微生物量碳、碳氮比均为次生林最高，长白落叶松人工纯林最低。邵森[26]认为混交林土壤养分含量要高于纯林，落叶松人工纯林要高于油松纯林，混交林的土壤养分要高于纯林的土壤养分。王慧元等[27]对5种不同林分类型的人工纯林(白桦纯林、核桃楸纯林、蒙古栎纯林、油松纯林、落叶松纯林)的土壤养分进行了综合评价，得出白桦人工纯林土壤养分的综合评价指数最大，落叶松人工纯林综合评价指数最小，阔叶林土壤养分含量大于针叶林。杨晓娟等[28]通过研究4种不同林分类型(包括天然针阔混交林、长白落叶松天然林、长白落叶松人工林、天然阔叶混交林)，认为不同林分类型对土壤肥力的影响不同，并通过分析林地土壤肥力发现：天然针阔混交林的土壤肥力状况在4种林分类型中最好，天然阔叶混交林的土壤肥力状况最差。

1.3 以不同林分密度落叶松人工林土壤为研究对象

郝磊[29]对不同经营措施下的华北落叶松人工林土壤的调查发现，林分密度进行科学合理的调整，不仅能够改善林地土壤的养分状况，而且还有利于林地土壤养分的循环。赵伟文等[30]对河北省木兰围场内不同林分密度落叶松人工林进行的研究中表明，随着林分密度的增大，土壤的有机质含量、全氮含量、全磷含量呈现先增大后减小的趋势。杨梦[31]分析山西省七里峪林场不同林分密度条件下华北落叶松人工林得出：在同一个土壤剖面中，随着土层深度的增加，低密度和高密度人工林的土壤含水量、土壤全碳和全氮含量均减小，且低密度人工林含量均大于高密度人工林含量；对土壤全磷的研究中发现，随着土层的加深，较低林分密度的含量呈现先减少后上升的趋势，而较高林分密度的含量呈上升趋势，并且较高林分密度的含量均高于较低林分密度的含量。邵英男等[32]在黑龙江省东南部宁安县境内的江山娇实验林场以不同林分密度长白落叶松人工林为研究对象，得出林分密度在750～900株·hm-2时，土壤多种养分含量显著高于其他林分密度土壤养分含量，有利于该地区林地系统土壤养分特征的维持。同样，任丽娜等[33]以华北落叶松人工林为对象，发现林分密度增大到2 170株·hm-2时，土壤有机碳含量及碳密度显著增加至最大，并且土壤全氮、全磷及速效钾含量均保持在一个相对较高的水平。不同林分类型的林分密度使得土壤养分的变化规律不尽一致[34]。

1.4 以不同海拔梯度落叶松人工林土壤为研究对象

赵伟文等[35]对关帝山不同海拔梯度华北落叶松人工林土壤的研究表明，土壤养分含量大体上均随海拔梯度的增加而增加，土壤铵态氮含量与土壤总氮和有机质含量随海拔梯度变化趋势相同。此外，赵心苗等[36]对冀北山地不同海拔的华北落叶松人工林土壤养分的研究中表明，土壤的一些养分指标含量均在海拔为1 800 m时的华北落叶松林地最高。

2 改善土壤肥力的措施

目前人工林土壤肥力下降的现象普遍存在，改善土壤肥力对人工林的可持续经营是十分重要的。土壤肥力下降的原因主要是树种的生物学特性和栽培措施不合理。大部分研究表明，对于改善土壤肥力状况主要有两大措施：

2.1 人为进行干预，主要对土壤肥力下降的林地进行施肥灌溉

张宏等[37]的研究中表明科学合理的施肥不仅可以增加微生物的含量，而且能有效提高土壤肥力。牛瑞龙[38]认为施肥可以改善土壤可利用氮缺乏和磷缺乏状况。王伟东[18]通过研究得出合理施肥可以有效缓解华北落叶松林地力的衰退。同样，姜惠武[39]通过合理施用高效优质的微生物肥料，提供活微生物，发挥其在土壤中的作用，提高土壤肥力，进而提高林地生产力水平。此外，郭晓敏等[40]还认为平衡(合理)施肥应当成为林业实现21世纪目标进行高度集约化经营林地的一种重要手段。

2.2 自然干预为主，人为干预为辅，科学经营管理土壤肥力衰退的林地，营造针阔混交林与轮作造林

2.2.1营造针阔混交林是改善土壤肥力的良好举措

研究表明，营造针阔混交林[41-43]是改善土壤肥力的良好举措。孙鹏跃[44]认为调整林分结构类型，营造混交林林分，使已经发生地力衰退的林地逐步恢复其生产力水平。杨晓娟[21,28]通过研究建议在今后种植或者对现有的长白落叶松人工林进行改善时，应该合理控制幼龄林和中龄林的林分密度，在对近熟林与成熟林进行采伐时应该控制强度，发现林下不自然更新或更新较差时，及时进行人工补植更新，不要营造人工纯林，应科学营造针阔混交林，对长白落叶松人工林土壤肥力的保持与恢复有很好的帮助。尤建民[45]对落叶松人工林的研究中发现：在经营管理林地时，主要营造比较成功的落叶松与白桦的混交林外，还应该探索落叶松与其他阔叶树种的新混交模式。郭振明等[46]在对内蒙古地区的华北落叶松的调查研究中发现落叶松纯林的地力衰退，导致林地落叶松成片枯死，而华北落叶松与白桦或山杨的混交林中，华北落叶松枯死的现象却不多见，因而建议尽快将落叶松纯林变为针阔混交林，减少枯死现象。

2.2.2轮作造林可改善土壤肥力

马雪松[47]通过研究土壤解磷微生物类群演变动态，阐明了轮作和撂荒可以增加土壤中可利用磷的供应，改善林地生产力。陈礼清等[48]在研究中发现：落叶松林地和杉木林地或其他林地的采伐迹地上，采取木本与豆科树种或者多树种交替轮作造林，或在林地种植1 a生豆科植物的方法来恢复地力。

3 结论

今后，我们在对落叶松人工林土壤肥力的研究中，应该进行多方面的考虑，包括林龄、林分密度、林分类型、海拔梯度等因素，运用先进的计算机软件与数学模型，建立科学合理的综合评价模式，得出土壤肥力的评价标准。此外，由于我国人工林种植面积大，本文认为一是通过自然干预可以大大减少人力及财力的消耗，二是进行科学合理的造林经营管理，可以防止土壤肥力下降，这可为落叶松人工林可持续发展提供有力的支撑。