遼東典型次生林和紅松人工林土壤養(yǎng)分狀況研究

王淑坤

(遼寧省鳳城市青山保護局，遼寧 丹東 118100)

遼東典型次生林和紅松人工林土壤養(yǎng)分狀況研究

王淑坤

(遼寧省鳳城市青山保護局，遼寧 丹東 118100)

通過采用主成分分析方法對遼東典型次生林和紅松人工林土壤養(yǎng)分狀況進行了分析，結(jié)果顯示：紅松人工林和次生林在養(yǎng)分特征方面存在較大的差異，次生林土壤養(yǎng)分狀況明顯高于紅松人工林；森林土壤養(yǎng)分狀況主要受土壤有機質(zhì)和全氮的影響。建議應(yīng)該積極開展紅松人工林與闊葉樹種混交造林工作，以提高林地的土壤肥力和水源涵養(yǎng)功能。

遼東；典型次生林；紅松人工林；土壤養(yǎng)分

在遼東地區(qū)，森林植被主要是次生闊葉混交林和人工針葉林，次生林主要以生態(tài)林提高水源涵養(yǎng)功能為營林方向，紅松人工林以生產(chǎn)木材和林副產(chǎn)品為經(jīng)營目標(biāo)。由于人為的干擾和營林方向不同，林地的土壤肥力隨植被類型的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。本文旨在通過探討次生林和紅松人工林肥力對比的差異性，為調(diào)整林分樹種結(jié)構(gòu)和提高林地肥力，防止森林土壤退化和水土流失提供依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地位于長白山余脈千山至龍崗支脈低山丘陵區(qū),長白和華北及蒙古植物區(qū)系交匯區(qū)[1]，林地海拔為150～800 m，屬暖溫帶亞濕潤氣候，年降雨量860 mm，年蒸發(fā)量1 293 mm，境內(nèi)有山羊峪、草河、八道河等水溪自西北向東南注入鴨綠江水系叆河。土壤以棕色森林土為主，土層厚度20～60 cm，pH 5.7～6.5，坡度15°～35°。

2 研究方法

在遼東山區(qū)國有林場選擇地形和坡度相似的地段進行土壤調(diào)查，為了盡量減少因地形和坡度等因子差異造成的較大差別，每一個調(diào)查地點的海拔和坡向盡量保持一致，同一因子調(diào)查盡量不跨水系，盡量保持坡向、坡位、土層厚度、坡度及母巖等立地因子的相似原則。

2.1 樣點布置和采樣方法

采樣時間為雨季前的5月中下旬，分別在次生林和紅松人工林選擇標(biāo)準(zhǔn)地，避開樹木根系，挖土壤剖面時，剖面觀察面向陽，進行剖面根系分布、硬度、顏色、石質(zhì)含量、土壤層次等項目的記載，然后從剖面下部至上部分層進行取樣，每層整片取土1 kg置于土袋中，置標(biāo)簽，混勻風(fēng)干備用。

2.2 試樣制備與分析方法

試樣制備方法：采集的土樣帶回試驗室后，置于白瓷盤，攤薄風(fēng)干，撿去樹根草根雜物，研磨全部通過2 mm分樣篩，用于測定速效性養(yǎng)分，從2 mm顆粒土樣中分出適量土樣研磨，過0.25 mm分樣篩，用于測定全量養(yǎng)分。分析方法采用森林土壤分析方法[2]。土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀油浴外加熱法；土壤pH值采用酸度計電位法；土壤全氮采用凱氏定氮法;土壤水解氮采用堿解擴散法；土壤全磷采用銀坩堝氫氧化鈉消解鉬銻抗比色法;土壤速效磷采用雙酸浸提鉬銻抗比色法；蛋白酶采用三酮比色法[3]；轉(zhuǎn)化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[4]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤肥力因子測定

土壤全氮和全磷水平高低反映土壤貯藏氮素和磷素養(yǎng)分水平狀況，土壤全氮含無機態(tài)氮和有機態(tài)氮，有機態(tài)氮在土壤酶和土壤動物的作用下，降解成為可供樹木吸收利用的無機態(tài)氮。所以了解土壤全氮含量，不但可以作為施肥的參考，而且可以判斷土壤肥力高低，據(jù)此擬定施肥增產(chǎn)措施。

表1 遼東山區(qū)不同樣點土壤肥力因子測定結(jié)果

土壤全磷在地殼中磷素的平均含量大約為0.28%(按P2O5計)[5],大多數(shù)土壤的全磷含量均低于這一數(shù)值，土壤中全磷低于某一水平時，意味著磷素供應(yīng)不足。速效氮和速效磷養(yǎng)分狀況直接反映土壤可供給氮素和磷素水平，也是植被和土壤微生物與環(huán)境互相作用的結(jié)果，是可供樹木吸收利用的有效性養(yǎng)分。土壤有機質(zhì)是植被和土壤生物作用的產(chǎn)物，碳氮比值是關(guān)系其分解速度的重要因素。土壤中的酶對土壤有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化和利用發(fā)揮重要作用。森林土壤中，對土壤肥力起著關(guān)鍵性作用的是疏松表土層。次生林下的表層土壤有機質(zhì)、速效性水解氮、土壤蛋白酶和土壤轉(zhuǎn)化酶的含量均高于紅松人工林，說明次生林的養(yǎng)分貯量要高于紅松人工林，這個結(jié)果進一步說明不同樹種對養(yǎng)分的降解速度是不同的。次生林樹種混交度高，闊葉樹種比重較大，歸還給土壤的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量高。而紅松人工林均為單一針葉樹種，歸還給土壤的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量少。針葉樹種次生代謝產(chǎn)物對酶的活性有顯著的抵制作用，Tang 等[6]發(fā)現(xiàn)苯甲酸及肉桂酸等羧基化合物能顯著抑制以鄰苯二酚等酚類化合物為底物的多酚氧化酶的活性，就人工針葉純林而言，土壤微生物酶含量較低，見表1。

由表1看出。剖面A層土壤養(yǎng)分普遍大于B層，AB層又普遍大于B層，養(yǎng)分大小由上向下遞減。碳氮比值表現(xiàn)是剖面上層高于下層，顯示出碳的含量由上層往下層遞減的趨勢。還可以看出，次生林的土壤養(yǎng)分狀況明顯要好于紅松人工林，在8個養(yǎng)分指標(biāo)中均表現(xiàn)一致。這點說明，闊葉次生混交林有改善土壤化學(xué)性質(zhì)的作用，肥力狀況較好，而人工針葉純林，無論在養(yǎng)分狀況還是酶的活性大小方面，均低于次生闊葉林。從水源涵養(yǎng)及防止地力衰退考慮，保持一定面積次生林有利于提高土壤肥力水平，具有防止水土流失、增加水量和改善水質(zhì)作用。

3.2 2種林型肥力狀況的對比結(jié)果分析

鑒別土壤肥力時往往考慮許多肥力因子，在肥力因子中不免存在一定的相關(guān)性，所反映的信息分散和重疊，不能簡要地表征肥力主要關(guān)鍵因子，通過采用主成分分析和聚類分析，可將問題簡明化，由原來的眾多信息，化簡成幾個主要信息，但又不損失較大的信息量。

不同采樣區(qū)土壤剖面混合層次養(yǎng)分狀態(tài)見表2。為實現(xiàn)肥力因子的主成分和聚類分析，首先對次生林和紅松人工林的土壤剖面養(yǎng)分值進行數(shù)學(xué)量綱的轉(zhuǎn)化，消除量綱所產(chǎn)生的差異，把原始數(shù)據(jù)按公式[7]X=(Xij-Xj)/Sj進行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化，式中Xij養(yǎng)分變量，Xj是平均值，Sj是標(biāo)準(zhǔn)差。對用量綱轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)進行主成分分析和聚類分析。8個土壤養(yǎng)分特征根值及主成分貢獻率分析結(jié)果見表3。從表3中看出前2個特征值的信息量達到74.02%，用前2個特征的信息量基本反映土壤養(yǎng)分狀況。

表2 不同采樣區(qū)土壤剖面混合層次養(yǎng)分狀況

表3 8個特征根值及貢獻率

從表4主成分因子第1載荷量看出，土壤有機質(zhì)、土壤全氮、水解氮、蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶的水平對第1主成分貢獻率最大。分析結(jié)果表明，土壤有機質(zhì)、土壤全氮、蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶在土壤肥力水平中起著關(guān)鍵性的作用，其他養(yǎng)分值的高低有賴于土壤有機質(zhì)的高低，在某種程度上，其他幾項肥力因子水平與土壤有機質(zhì)的含量水平有著較高的依存關(guān)系。

表4 2個主成分因子載荷量

從第2載荷量看出，土壤全磷和土壤pH有較高的因子載荷量，進一步說明土壤全磷和土壤酸堿度在第2主成分中起到顯著作用，應(yīng)把這2個養(yǎng)分指標(biāo)作為化學(xué)分析關(guān)鍵因子，土壤pH特征值的正向負荷，對有機質(zhì)和氮的積累起著一定的作用，pH的降低有利于防止有機質(zhì)過快的降解和氮素的損失。

為了進一步了解遼東山區(qū)次生林和紅松人工林的土壤養(yǎng)分分布狀況，把不同地點的土壤養(yǎng)分進行聚類分析，以了解不同林型土壤養(yǎng)分的分布規(guī)律。從次生林和紅松人工林不同地點的聚類圖1中看出，不同地點的代碼，奇數(shù)和偶數(shù)分為兩大簇塊，奇數(shù)代表不同地點的次生林，偶數(shù)代表不同地點的紅松人工林，從中可明顯看出兩種林型對土壤養(yǎng)分的影響關(guān)系，次生林屬于闊葉混交林，按照闊葉混交林普遍規(guī)律來講，次生林生態(tài)系統(tǒng)總體植物多樣性水平較高[8]土壤養(yǎng)分狀況較好。而紅松人工林，由于林相結(jié)構(gòu)單一，處于單層林結(jié)構(gòu)，生物多樣性與次生混交林相比較差，土壤化學(xué)養(yǎng)分狀況較差。

圖1 次生林和紅松人工林不同地點的聚類圖

4 結(jié)論與討論

紅松人工林和次生林在養(yǎng)分特征方面存在較大的差異，次生林土壤養(yǎng)分狀況明顯高于紅松人工林，主成分分析結(jié)果表明，8項養(yǎng)分因子中，土壤有機質(zhì)、土壤全氮、水解氮、蛋白酶、轉(zhuǎn)化酶的水平對第一主成分貢獻率最大。從中看出森林土壤的養(yǎng)分狀況主要受土壤有機質(zhì)和全氮的影響最大，因為他們主要取決于森林植被狀況和枯落物蓄量水平以及土壤微生物代謝水平的影響，土壤的養(yǎng)分狀況與喬木層樹種混交度有關(guān)，一定的森林樹種結(jié)構(gòu)和立地條件決定著林下的土壤發(fā)育狀況，除此之外，氣候條件也是土壤發(fā)育的必要條件[9]。

從聚類分析結(jié)果看出，紅松人工林和次生林養(yǎng)分分布的顯著差異主要體現(xiàn)在不同的林分類型上，次生林的枯落物凋落量和分解率相對較高，因為次生林樹種混交度高。在北方冬季闊葉樹種樹葉和部分細枝全部脫落，枯落物年凋落量較高，歸還給土壤的有機殘體量較大。土壤有機質(zhì)除了蓄積在土壤表土層中以外，還受土壤酶和微生物的影響，部分有機質(zhì)降解之后，提供土壤全量和速效性養(yǎng)分，成為培肥地力的重要因子。而紅松人工林在冬季，較少把當(dāng)年生長的針葉脫落歸還給土壤，加之針葉含有油脂，分解速度受到影響，歸還給土壤的養(yǎng)分較少，這也是紅松人工林地土壤養(yǎng)分較之次生林土壤養(yǎng)分較差的一個重要因素。

次生林生物多樣性和樹種混交度均較高，從建設(shè)穩(wěn)定的生態(tài)體系考慮，建議應(yīng)該積極開展紅松人工林與闊葉樹種混交造林工作，在林隙空間，成熟林和老熟林冠下栽植闊葉樹種，或針葉林下栽闊葉樹種，形成針闊混交林，開展?fàn)I林技術(shù)研究，在針葉林下誘導(dǎo)闊葉萌生，形成針闊復(fù)層混交林，以提高林地的土壤肥力和水源涵養(yǎng)功能[10,11]。

[1] 李延生.遼寧樹木志[M].北京：中國林業(yè)出版社，1990

[2] GB 7830-7892-87，森林土壤分析方法[S]，1987

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[4] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究方法[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1983

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[9] 熊順貴.基礎(chǔ)土壤學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2009.1

[10] 顧宇書，邢兆凱，韓友志，等.渾河上游四種典型林分類型枯落物持水特征[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,37(1):31-36

[11] 顧宇書,邢兆凱,韓友志,等.渾河上游4 種典型水源林土壤物理性質(zhì)及其水源涵養(yǎng)功能[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,41 (1 ):37-41

Soil Nutrients in Typical Secondary Forests and
Plantations ofPinuskoraiensisin Eastern Liaoning Province

Wang Shukun

(Qingshan Bureau of Protection Agency,Fengcheng City,Liaoning Province,Dandong 118100,China)

Soil nutrient of the typical secondary forests and plantations ofPinuskoraiensisin eastern Liaoning Province were analyzed by using principal component analysis.Result shows that plantation and secondary forests ofPinuskoraiensishave significant differences in terms of nutrient characteristics.Chemical nutrients of soil in secondary forest ofPinuskoraiensisare significantly higher than that ofPinuskoraiensisplantation.Chemical nutrients in forest soils were greatly affected by organic matter and total N of soil.Mixed afforestation work betweenPinuskoraiensisplantation and broad-leaved species were proposed to be conduct so as to improve soil fertility and water conservation function in forest land.

eastern Liaoning Province;typical secondary forest;Pinuskoraiensisplantations;soil nutrients

1005-5215(2015)03-0050-04

2015-01-29

王淑坤(1969-)，女，遼寧鳳城人，大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事林業(yè)管理工作.

S791.247

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.03.019