‘豫济’山桐子人工林林分调查与土壤理化性质分析

李鹏程,王艳梅*,任军战,乔王铁,刘震,靳超,李志,蔡齐飞,耿晓东

‘豫济’山桐子人工林林分调查与土壤理化性质分析

李鹏程1,王艳梅1*,任军战2,乔王铁2,刘震1,靳超1,李志1,蔡齐飞1,耿晓东1

1. 河南农业大学林学院, 河南 郑州 450002 2. 济源产城融合示范区林业局, 河南 济源 459000

分析探讨‘豫济’山桐子林的生长状况、树种组成及土壤养分含量，为山桐子林地土壤的可持续管理提供参考。本文以生长于河南省济源市愚公林场的19年生‘豫济’山桐子人工林为研究对象，调查‘豫济’山桐子的林分组成，测定山桐子的树高、胸径、枝下高；分析不同海拔下不同土层深度山桐子林下土壤养分。结果表明：1) 19 a生‘豫济’山桐子林的雌雄比为3:5，郁闭度达0.8以上，平均树高为11.75 m，枝下高6.17 m，胸径12.79 cm，林木个体生长状况良好，无明显病虫害；2)同一海拔高度，不同土层间土壤的全碳、硝态氮和有机质含量差异不显著（>0.05），有效钾含量差异显著（<0.05）；同一土层深度，不同海拔高度土壤的全C、全N、硝态氮、有机质、有效磷和有效钾含量差异显著（<0.05）。以上结果表明，不同海拔高度和土层深度的‘豫济’山桐子林下土壤理化性质存在差异，相比于土层深度，海拔高度对土壤养分的影响更大。

‘豫济’山桐子; 林分调查; 土壤理化性质

山桐子（Maxim.）是大风子科（Flacourtiaceae）山桐子属（）的落叶乔木，高8～21 m，雌雄异株或杂性，叶薄革质或厚纸质，花黄绿色，单性，有芳香，花期4～5月，浆果成熟期红色，扁圆形，果熟期10～11月，种子红棕色，圆形[1]。山桐子属于阳性速生树种，对气候、土壤、降水等环境条件要求不严，抗性强，适应范围广，常见于海拔900～1400 m的落叶阔叶林和针阔叶混交林中，在朝鲜、日本南部也有分布[2]。山桐子的果实和种子都可供榨油，果肉含油率为43.6%，种子含油率为22.4～25.9%[3]，被誉为“美丽的树上油库”，有“中国橄榄油”之称[4]。山桐子还可以作为优良的园林树种[5,6]、用材林与经济林用树[7]、蜜源资源植物等。

土壤是陆地生态系统的重要组成部分，是植物生长发育所需营养元素的主要来源[8]，是支持森林生长和发展的基础[9]；此外，森林土壤肥力是确定森林生产力的主要因素，是土壤物化特性的综合反映。张剑锋等[10]对4种不同林分类型的土壤进行研究，发现不同林分类型的土壤性质存在差异，同一林分类型不同土层深度的土壤营养元素含量也存在差异，说明土壤化学性质受林分类型和土层深度的影响；李惠萍等[11]对小泷山林区3种林分类型的土壤理化性质进行研究后得出，该林区较好的森林经营树种和模式是锐齿栎林；除了林分类型和土层深度，土壤的物化性质也受海拔、坡度和地面凹凸度等因素的影响[12]。目前关于山桐子的研究主要集中在生物学形态学特性[1,2]、生长规律[13,14]以及加工利用[15,16]等方面，鲜见有关于山桐子林分及林下土壤理化性质的研究报道。本研究通过实地调查济源市愚公林场‘豫济’山桐子人工林的林分现状、树种组成，测定不同海拔不同土层深度山桐子林下土壤养分含量，以期为山桐子林地土壤的可持续管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2004年栽植2 a生山桐子实生苗于河南省济源市愚公林场（原蟒河林场），行间距为3 m×5 m。2014年被认定为林木良种‘豫济’山桐子，2020年被审定为林木良种‘豫济’山桐子（‘Yuji’）。

1.2 试验区概况

济源市愚公林场九里沟林区位于河南省济源市西北40 km处，地理位置为东经112°29′、北纬35°15′，属中温带大陆性季风型气候，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热、多雨潮湿，秋季秋高气爽，冬季干燥寒冷。年平均气温14.1 ℃，极端最低气温-20 ℃，极端最高气温43.4 ℃，≥10 ℃的活动积温为4539.6 ℃，无霜期平均223 d，年均日照时数2375.4 h，日照率54%，年均降水量650 mm。

1.3 试验方法

实地踏查‘豫济’山桐子林的树种组成、生长况状，测量林场中山桐子的胸径、树高和枝下高，并统计计算雌雄比例。在不同海拔上共随机选取了217株。

取样的土壤深度为0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm，以挖取剖面的方式进行取样，取样海拔为650 m、690 m、720 m，每个土层深度取500 g的土壤作为一个样品，每个海拔取3块地，共9块地，45个样品，取完置于室内自然阴干，用于土壤常规理化性质测定。土壤pH采用电位法（1:2.5），全C/全N采用全自动元素分析仪（EURO EA3000）测定，硝态氮和有机质含量采用土壤养分状况系统研究法（ASI法），有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，有效钾含量采用土壤养分速测仪（TPY-8A）测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016进行试验数据的初步整理，利用软件SPSS 19.0进行单因素ANOVA和LSD分析，Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 ‘豫济’山桐子林基本调查状况

2.1.1 个体生长与性别调查在所踏查的‘豫济’山桐子林中，发现除了有19 a生的树木外，还有部分非19 a生的幼龄树木，这些非19 a生树木包括林下自然更新以及林场工作人员后期补栽的树木。在所随机选取的217株‘豫济’山桐子中，雄株共120株，雌株72株，未知性别25株（有些非19 a生树木树龄较小，未进入开花结实阶段，无法判断雌雄），该林分的雌雄比为3:5。树木个体生长情况良好，无明显病虫害，林分密度适中，郁闭度较高，可达0.8以上。由表1可知，19 a生‘豫济’山桐子林的胸径在2.36～27.92 cm之间，平均胸径为12.79 cm，树高5.60～16.50 m，平均树高11.75 m，枝下高2.20～12.30 m，平均枝下高6.17 m。

表1 ‘豫济’山桐子林基本调查表

注： Ⅰ. 19 a生树木， Ⅱ. 非19 a生树木

Note: Ⅰ 19-year-old trees, Ⅱ Non-19-year-old trees

2.1.2 树种组成调查‘豫济’山桐子林的树种组成见表2。从表2可以看出，‘豫济’山桐子林内树种组成多样，乔灌草种类丰富，构成的生态系统较为稳定。除此之外，‘豫济’山桐子林下生长着的连翘、淫羊藿和黄精等中药材长势良好，这也为将来山桐子林下经营提供了潜在方向。

表2 ‘豫济’山桐子林树种组成调查表

2.2 ‘豫济’山桐子林下土壤养分指标分析

2.2.1 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤pH的变化由图1可知，在650 m和720 m的海拔高度上，不同土层深度间的土壤pH差异不显著（>0.05）。在690 m的海拔高度上，30～40 cm土层深度的土壤pH值与10～20 cm差异显著（<0.05）。其中，650 m和720 m海拔上的土壤pH随着土层的加深，表现出“下降-上升-下降-上升”的趋势，而690 m海拔pH的变化趋势为“下降-上升-下降”；此外，在10～20 cm的土层深度范围内，650 m海拔上的土壤pH值与690 m差异显著（<0.05），30～40 cm土层深度范围内，690 m海拔上的土壤pH值与720 m差异显著（<0.05）。

图1 不同海拔高度下土壤pH的变化

注：大写字母(ABC)表示同一海拔不同土层深度的差异显著(<0.05)，小写字母(abc)表示同一土层深度不同海拔的差异显著(<0.05)，下同。

Note: capital letters (ABC) indicate significant differences between different soil depths at the same altitude (< 0.05), and lowercase letters (abc) indicate significant differences between different altitudes at the same soil depth (< 0.05), the same below.

2.2.2 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤全C的变化由图2可知，在海拔高度一定时，不同土层深度间的土壤全C差异不显著（>0.05）。其中，650 m和690 m海拔上的土壤全C随着土层的加深，表现出“下降-上升-下降”的趋势，而720 m海拔全C的变化趋势为“下降-上升-下降-上升”；此外，在土层深度一定时，650 m和720 m海拔上的土壤全C与690 m差异显著（<0.05）。不同海拔中，基本以720 m的土壤全C为最大值。

图2 不同海拔高度下土壤全C的变化

2.2.3 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤全N的变化由图3可知，在690 m和720 m的海拔高度上，不同土层深度间的土壤全N差异不显著（>0.05）。在650 m的海拔高度上，0～10 cm土层深度的土壤全N与40～50 cm差异显著（<0.05）。650 m海拔上的土壤全N随着土层的加深持续下降，690 m表现为先下降后上升，720 m为“下降-上升-下降”；在0～40 cm的土层范围内，720 m海拔的土壤全N与650 m和690 m差异显著（<0.05），40～50 cm范围内，720 m海拔的土壤全N与650 m差异显著（<0.05）。不同海拔的土壤全N以较高海拔（720 m）和表层土壤（0～10 cm）为最大值。

图3 不同海拔高度下土壤全N的变化

2.2.4 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤硝态氮含量的变化由图4可知，在海拔高度一定时，不同土层深度间的土壤硝态氮含量差异不显著（>0.05）。其中，650 m和720 m海拔上的土壤硝态氮含量随着土层的加深，表现出“下降-上升-下降”的趋势，而690 m海拔硝态氮含量的变化为先上升后下降；此外，在0～50 cm的土层范围内，720 m海拔的土壤硝态氮含量与650 m差异显著（<0.05）。在0～40 cm的土层范围内，不同海拔的土壤硝态氮含量是以较高海拔（720 m）为最大值，其次是690 m和650 m。

图4 不同海拔高度下土壤硝态氮含量的变化

2.2.5 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤有机质含量的变化由图5可知，在650 m和720 m的海拔高度上，不同土层深度间的土壤有机质含量差异不显著（>0.05）。其中，650 m海拔上的土壤有机质含量随着土层的加深表现为“下降-上升-下降”的趋势，690 m海拔的有机质含量表现为“上升-下降-上升-下降”，而720 m为平稳上升；此外，在土层深度一定时，650 m海拔的土壤有机质含量与690 m和720 m差异显著（<0.05）。不同海拔的土壤有机质含量是以较低海拔（650 m）为最大值，其次是690 m和720 m。

图5 不同海拔高度下土壤有机质含量的变化

2.2.6 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤有效磷含量的变化由图6可知，在650 m和720 m的海拔高度上，不同土层深度间的土壤有效磷含量差异不显著（>0.05）。在690 m的海拔高度上，0～20 cm土层深度的土壤有效磷含量与30～50 cm差异显著（<0.05）。其中，650 m海拔的土壤有效磷含量随着土层的加深变现为先下降后上升的趋势，690 m为持续下降，720 m为“下降-上升-下降”；此外，在0～10 cm的土层范围内，650 m海拔的土壤有效磷含量与690 m和720 m差异显著（<0.05），在30～50 cm的土层范围内，650 m和720 m海拔的土壤有效磷含量与690 m差异显著（<0.05）。不同海拔土壤有效磷含量的最大值出现在较低海拔（650 m）以及土壤表层（0～10 cm）。

图6 不同海拔高度下土壤有效磷含量的变化

2.2.7 不同海拔高度下‘豫济’山桐子林下土壤有效钾含量的变化由图7可知，在650 m的海拔高度上，0～20 cm土层深度的土壤有效钾含量与20～50 cm差异显著（<0.05），20～30 cm与30～50 cm差异显著（<0.05）。在690 m的海拔高度上，0～10 cm土层深度的土壤有效钾含量与10～50 cm差异显著（<0.05）。在720 m的海拔高度上，0～10 cm土层深度的土壤有效钾含量与10～50 cm差异显著（<0.05），10～40 cm与40～50 cm差异显著（<0.05）。650 m海拔的土壤有效钾含量随着土层的加深，表现为“上升-下降-上升”的趋势，690 m和720 m表现为持续下降；此外，在10～30 cm和40～50 cm的土层深度范围内，650 m海拔的土壤有效钾含量与690 m和720 m差异显著（<0.05）。不同海拔中，以较低海拔（650 m）的土壤有效钾含量为最大。

图7 不同海拔高度下土壤有效钾含量的变化

3 讨论与结论

河南省济源市愚公林场的‘豫济’山桐子林属于人工林，雌雄比3:5，郁闭度达0.8以上，林木个体生长状况良好，无明显病虫害。19 a生‘豫济’山桐子林的平均胸径为12.79 cm，最大可达27.92 cm，平均树高11.75 m，最高达16.50 m，平均枝下高6.17 m，最高12.30 m。林分中树种组成丰富，乔灌草种类多样，生态系统较为稳定。除山桐子外，还有常绿树种（刺柏）、开花树种（山茱萸、玉兰、忍冬、连翘）、珍稀树种（红豆杉）、攀援植物（络石）、药用植物（淫羊藿、黄精）等。

土壤酸碱度是土壤的重要化学性质，土壤pH值的大小可控制和影响土壤中微生物区系的改变，从而左右着绝大多数营养元素的转化方向、过程、形态及其有效性[17]。不同海拔的‘豫济’山桐子林下土壤pH值在7.85～7.94，属于弱碱性土壤，土壤pH受海拔高度和土层深度的影响不大，且并未随着海拔或土层深度的变化而表现出明显规律。王瑞永等[18]对青藏高原高寒草地研究后发现，土壤pH值会随着海拔高度的增加而递减。张黎明等[19]对五指山土壤的研究表明，在不同海拔高度下pH会随采样深度的增加基本呈明显的增大趋势。造成与其它研究结果不同的原因可能是所选试验材料不同，也可能是取样的海拔高度较低且相邻海拔间相差不大造成的。

碳和氮是土壤主要的养分成分，对生态系统生产力、碳汇潜力以及气候变化的响应机制具有重要作用[8]。本研究发现，不同海拔的‘豫济’山桐子林下土壤的全C受土层深度的影响不大，土壤全C趋于恒定，这一点与吕金林等[20]的研究结果一致；此外，其他学者研究表明，土壤全N会随着土层深度的增加而明显下降[8,19]。本研究中650 m和720 m海拔高度上的土壤全N会随着土层深度的增加有下降趋势，但并不明显，690 m海拔在20～50 cm的深度范围内出现上升趋势，推测与该海拔的环境因素有关，也可能是土层顺序变化造成的。本研究还发现，不同海拔的土壤全N最大值均出现在土壤表层。这是由于枯枝落叶主要覆盖在表层，故所含的全N较高[21]。除枯枝落叶的影响外，微生物的活动性降低，有机物不易分解，也会使土壤表层全N含量增加[19]。不同海拔‘豫济’山桐子林中，以720 m的土壤全N为最多，650 m次之，690 m最少，与“土壤全N随海拔高度的增加而升高”的研究结果[19]不同，猜测可能是650 m海拔处人为活动较频繁，使土壤中的全N含量增加。

氮、磷、钾是植物生长所必需的矿质元素，对植物生长发育有重要意义[18]。在本研究中，不同土层深度间的土壤硝态氮含量差异不显著（>0.05），且土壤硝态氮含量随采样深度的增加无明显变化，这一点与张巧明等[20]研究结果一致。此外，不同海拔土壤硝态氮含量是以720 m为最大，其次是690 m和650 m，海拔高度对土壤硝态氮含量有影响；侯琳等[21]研究天然次生油松林（）林地后发现，有效磷含量会随土壤深度增加而减小。而在‘豫济’山桐子林下土壤中只有690 m海拔处观察到类似的规律，其它海拔该规律不明显，猜测可能与林分类型、成土母质有关。此外，本研究发现，低海拔的土壤有效磷含量丰富，土壤表层有效磷含量丰富；‘豫济’山桐子林下土壤中的有效钾含量随着采样深度的增加呈明显的下降趋势，该规律与张巧明等[20]研究结果一致。土壤有效钾含量受海拔高度的影响，650 m海拔处的有效钾含量较为丰富，而党坤良等[22]对秦岭南坡土壤肥力进行研究后发现，土壤有效钾含量在海拔800～2000 m处随海拔升高而降低，在海拔2000～2800 m处随着海拔升高而升高，猜测与不同海拔范围内土壤母质类型不同及土壤pH值相对较低有关。本研究中，‘豫济’山桐子林下土壤中的有效钾含量随着海拔的升高，并未出现明显的规律，可能是所选海拔较低、较少，海拔梯度不大造成的。

土壤有机质既是驱动土壤养分持续供给的重要动力，也是改善土壤结构的关键因素[23]。土壤有机质性质活跃且时空异质性明显，对地形、气候和人类活动等多种因素极为敏感[24]。在森林土壤中，凋落物是土壤有机物的主要来源，也是每年补充有机质的主要方式[17]。研究[20]认为：土壤中有机质含量随海拔的升高而升高的原因在于，高海拔地区表层土壤有机质分解较为缓慢，针叶较低海拔的阔叶不易分解，较易积累有机质。且随着海拔高度增加温度较低，土壤微生物的活动受到抑制，也有利于有机质的积累[25]。王长庭等[26]的研究结果表明，土壤有机质的含量不仅与温度、降水量等环境因子有关，而且与土壤特性、土地利用方式、植被特征及人类的干扰程度有关。本研究中，同一土层深度不同海拔土壤有机质含量差异显著（<0.05），且以650 m的含量为最高，720 m的最低，这一点与他人[19,20,22]的研究结果正好相反，并非是随着海拔的升高而增加，反而是下降。作者认为存在差异的原因在于：‘豫济’山桐子林生长在愚公林场，而该林场位于济源市的一处风景名胜区内，再加上林地内有多种中药材，导致650 m和690 m海拔处人为活动较明显，从而在一定程度上扰乱了有机质含量的自然分布规律。

总体而言，不同海拔不同土层深度‘豫济’山桐子林下土壤的理化性质存在差异，相比于土层深度，海拔高度对土壤养分的影响更大。低海拔处人为活动较为明显，其造成的影响程度对山桐子林是否利弊还有待进一步验证。建议在之后的研究工作中对该林区更多不同海拔的山桐子林下土壤进行调查，掌握土壤的动态变化，并结合当地森林植被状况等多方面因子，因地制宜地利用和推广‘豫济’山桐子，以改善林地生态环境，维护森林的可持续发展。

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Forest Investigation and Soil Physical and Chemical Properties Analysis of‘Yuji’ Plantation Forest

LI Peng-cheng1, WANG Yan-mei1*, REN Jun-zhan2, QIAO Wang-tie2, LIU Zhen1, JIN Chao1, LI Zhi1, CAI Qi-fei1, GENG Xiao-dong1

1.450002,2.459000,

The growth status, tree species composition and soil nutrient content of‘Yuji’ forest were analyzed and discussed, to provide reference for sustainable management of soil inforest land. Taking the 19-year-oldplantation forest in Yugong Forest Farm of Jiyuan City, Henan Province as the research object, the stand composition offorest was investigated, and the tree height, DBH and height under branches were measured; the soil nutrients under theforest at different altitudes and different soil depths were analyzed. The results showed that 1) The ratio of female to male of 19-year-oldforest is 3:5, the canopy density is more than 0.8, the average tree height is 11.75 m, the height under branches is 6.17 m, and the DBH is 12.79 cm, individual tree growth condition is good, no obvious disease and insect pest. 2) At the same altitude, there was no significant difference in the contents of total C, nitrate N and Organic between different soil depths (>0.05), but there was significant difference in the contents of available P (<0.05); the contents of total C, total N, nitrate N, Organic, available P and available K in the same soil depth and at different altitudes were significantly different (<0.05). The above results indicated that there were differences in soil physical and chemical properties under theforest at different altitudes and soil depths. Compared with soil depth, altitude had a greater impact on soil nutrients.

‘Yuji’; stand investigation; soil physical and chemical properties

S714.2

A

1000-2324(2021)06-0964-07

2021-09-09

2021-09-20

林业科技发展项目(生物安全与遗传资源管理项目)山桐子遗传资源遗传多样性调查与评价(KJZXSA2019041)

李鹏程(1998-),男,在读硕士研究生,主要研究方向为森林培育. E-mail:1003591156@qq.com

通讯作者:Author for correspondence. E-mail:390107193@qq.com