林分改造對濕地松和桉樹林土壤理化性質的影響

尤龍輝，聶森，陳金章，梁國清，陳世軍，黃金林

(1.福建省林業科學研究院，福建 福州 350012；2.泉州市林業科技推廣中心，福建 泉州 362000；3.南安五臺山國有林場，福建 泉州 362322)

土壤肥力影響林木生長，決定林分質量，是森林生產力的重要評價指標之一。長期單樹種人工純林經營會導致地力衰退，進而影響林木的正常生長，降低林分的生態功能[1,2]。庫區水源涵養林對調節區域水文循環，改善水文狀況及保護飲用水水源等具有重要作用[3]。但水源涵養林人工純林經營所占比重大，其林下樹種組成較單一，林齡逐漸老化，林下灌草稀少，生物多樣性較低等問題導致水源涵養林生態功能低下。因此，亟需開展對單樹種經營的水源涵養林進行林相改造的相關研究，以提高其林分質量和生態功能。本文以南安五臺山林場山美工區山美水庫庫周濕地松和桉樹林兩種水源涵養林林分類型為研究對象，通過擇伐、皆伐等疏伐方式套種不同闊葉樹種，監測不同改造模式對林地土壤理化性質的影響，以期為南方紅壤丘陵區水庫庫周低質低效水源涵養林分改造提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于南安山美水庫五臺山林場，地理位置為118°24′20″ E，25°16′45″ N，與永春交界，海拔80～1 000 m。屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫為19.5～21.0 ℃，最熱月平均氣溫達26～29 ℃；年降雨量為1 000～1 800 mm，3—9月降水量占全年的80%，無霜期350 d。土壤為沙頁巖發育的赤紅壤。林場工區內水源涵養林以濕地松、巨尾桉和木荷(Schimasuperba)人工林為主，林下灌木主要有毛冬青(Ilexpubescens)、石斑木(Rhaphiolepisindica)、輪葉蒲桃(Syzygiumgrijsii)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)等為主，草本主要有鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、玉葉金花(Mussaendapubescens)等。

1.2 研究方法

1.2.1 林分改造模式 本研究所選濕地松人工林植于1976年，現有密度為225 株·hm-2；巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林植于2006年，前茬是馬尾松(Pinusmassoniana)林，現有密度為450株·hm-2。2014年進行林分改造試驗。選取9種典型林分改造模式進行監測跟蹤試驗，包括：濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種閩粵栲(Castanopsisfissa)和楊梅(Myricarubra)(A)；濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種臺灣相思(AcaciaconfusaMerr.)和楊梅(B)；濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種閩粵栲和臺灣相思(C)；不進行擇伐處理保留原有濕地松林，作為試驗對照(CK1)；巨尾桉純林皆伐后按1∶1套種馬占相思(Acaciamangium)和火力楠(Micheliamacclurei)(D)；巨尾桉純林皆伐后按1:1套種馬占相思和楓香(Liquidambarformosana)(E)巨尾桉純林皆伐后按1:1套種馬占相思和臺灣相思(F)；巨尾桉純林擇伐30%后按1∶1套種馬占相思和火力楠(G)；不進行擇伐處理保留原有桉樹林，作為試驗對照(CK2)。種植當年對補種樹木進行追肥和撫育管理，整個監測試驗期內及時補植枯、病死樹木。

1.2.2 試驗分析方法 2018年8月份，在每種改造模式林分內布設的標準徑流小區東北、東南和西北3個角點2 m外，分別挖掘土壤剖面，分0～20 cm和20～40 cm土層，先用環刀采樣，每個土層取3～4個環刀，然后分土層用鋁盒取鮮土約500 g帶回實驗室測定土壤理化性質。土壤水分-物理性質用環刀法測定；pH值用酸度計法；全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質含量的測定方法參照中華人民共和國林業行業標準LY/T 1228～1237-1999。

2 結果與分析

2.1 不同改造模式林下土壤物理性質

2.1.1 濕地松林擇伐套種鄉土闊葉樹種對林地土壤物理性質的影響 套種鄉土闊葉樹種均可以明顯降低濕地松林地的土壤容重，但不同改造模式間差異不顯著(表1)。各模式0～20 cm土層的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度顯著高于模式CK1，20～40 cm土層僅模式A和B的改善效果較明顯。

2.1.2 桉樹林擇伐、皆伐套種鄉土闊葉樹種對林地土壤物理性質的影響 桉樹林只有改造模式G顯著降低林地土壤容重。改造模式E和G在0～20 cm土層毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度均較高，且只有模式G的孔隙度與模式CK2沒有達到顯著差異；模式D和F較小，與模式CK2相比較沒有明顯的變化規律。各模式20～40 cm土層的土壤孔隙度均沒有明顯的變化規律。

此外，無論是濕地松林改造模式，還是桉樹林改造模式，0～20 cm土層的容重均小于20～40 cm土層，而土壤孔隙度則呈相反的趨勢。

表1 不同林分改造模式土壤孔隙度及其貯水量

2.2 不同改造模式林下土壤化學性質

2.2.1 濕地松林擇伐套種鄉土闊葉樹種對林下土壤化學性質的影響 由圖1a可以看出，不同改造模式對濕地松林下0～20 cm及20～40 cm土層的土壤pH值均沒有顯著影響，各模式0～20 cm土層土壤pH值低于20～40 cm土層。由圖2b可以看出，0～20 cm土層，模式A、B和C的有機質含量均顯著高于模式CK1，模式A最大，達到19.121 g·kg-1。20～40 cm土層，只有模式A和B的有機質含量顯著高于模式CK1，其中模式A有機質含量為14.16 g·kg-1。

a.pH值 b.有機質含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全鉀含量 h.速效鉀含量

0～20 cm土層，模式A和C的全氮、水解氮含量顯著高于模式CK1，其中模式A的全氮和水解氮含量最高，分別為1.26 g·kg-1和126.72 mg·kg-1，模式B與模式CK1差異不顯著(圖1c)。20～40 cm土層，模式A和C的全氮含量顯著高于模式CK1，水解氮只有模式A顯著高于模式CK1，模式A的全氮和水解氮的含量分別為1.04 g·kg-1和104.52 mg·kg-1，其他模式與模式CK1差異不顯著(圖1d)。

由圖1e可看出，0～20 cm和20～40 cm土層，模式A、B和C的全磷和速效磷的含量均顯著高于模式CK1。其中，0～20 cm土層，不同改造模式全磷含量從大到小依次為模式A(0.71 g·kg-1)>模式C(0.52 g·kg-1)>模式B(0.42 g·kg-1)>模式CK1(0.32 g·kg-1)；速效磷含量則表現為模式C(8.82 mg·kg-1)>模式A(8.52 mg·kg-1)>模式B(6.82 mg·kg-1)>模式CK1(3.93 mg·kg-1)。20～40 cm土層，不同改造模式全磷含量從大到小依次為模式C(0.78 g·kg-1)>模式A(0.58 g·kg-1)>模式B(0.51 g·kg-1)>模式CK1(0.35 g·kg-1)，速效磷含量則表現為模式A(11.37 mg·kg-1)>模式C(10.47 mg·kg-1)>模式B(9.13 mg·kg-1)>模式CK1(4.38 mg·kg-1)。(圖1f)

由圖1g可看出，0～20 cm土層，各模式全鉀和速效鉀含量的變化趨勢與全氮和水解氮相似，模式A和C的全鉀和速效鉀含量顯著高于模式CK1，模式B全鉀含量與模式CK1差異不顯著，但速效鉀含量有顯著差異(圖1h)。模式A的全鉀和速效鉀含量分別為17.25 g·kg-1、107.45 mg·kg-1。20～40 cm土層，只有模式A與模式CK1有顯著差異，含量分別為15.38 g·kg-1、132.13 mg·kg-1。

2.2.2 桉樹林擇伐或皆伐套種鄉土闊葉樹種對林下土壤化學性質的影響 由圖2a可看出，不同改造模式對桉樹林下0～20 cm及20～40 cm土層的土壤pH值也沒有顯著影響。由圖2b可看出，0～20 cm土層，除模式G有機質含量(18.23 g·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著。20～40 cm土層，各模式間有機質含量均沒有顯著差異。

0～20 cm土層，除模式D全氮含量與模式CK2沒有顯著差異，其他模式均顯著高于模式CK2。其中，模式F全氮含量最高，達到1.04 g·kg-1(圖2c)。模式G的水解氮含量(110.24 mg·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著。20～40 cm土層，除模式E的全氮與水解氮含量(分別為1.16 g·kg-1和82.12 mg·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著(圖2d)。

由圖2e、圖2f可看出，可看出，0～20 cm土層，模式E和G的全磷和速效磷含量顯著高于模式CK2，其他模式沒有顯著差異。其中，模式G的全磷和速效磷含量最高，分別為0.41 g·kg-1和7.71 mg·kg-1。20～40 cm土層，除了模式E全磷含量與模式CK2差異不顯著外，其他模式的全磷含量和速效磷含量均顯著高于的模式CK2。其中模式F的全磷含量最大，為0.47 g·kg-1，模式G的速效磷含量最大，為8.04 mg·kg-1。

a.pH值 b.有機質含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全鉀含量 h.速效鉀含量

由圖2g、圖2h可看出，0～20 cm土層，模式D、E、F和G的全鉀、速效鉀含量均顯著高于模式CK2。其中模式G的全鉀、速效鉀含量最高，分別為12.11 g·kg-1和82.19 mg·kg-1。20～40 cm土層，模式D、E、F和G的速效鉀含量也顯著高于模式CK2，但全鉀含量差異不顯著。其中，模式D的全鉀含量最大，為12.50 g·kg-1，模式F的速效鉀含量最高，為87.36 mg·kg-1。

3 結論與討論

近年來，對單樹種純林進行疏伐套種闊葉樹種改造后，影響林地土壤肥力的研究不在少數。翁琳琳[4]發現對針葉林套種闊葉樹后，不僅可以改善林地土壤水分物理性質，也可以一定程度提升林地減少產流產沙量的效能。詹學齊[5]對馬尾松林下疏伐套種了木荷，阿丁楓等改造試驗后，林地土壤孔隙度、水穩性團聚體及氮、磷、鉀素含量有顯著提高。顏耀[6]發現在短期內，在土壤侵蝕區馬尾松林下套種楓香、山杜英及無患子等闊葉樹種后，土壤的孔隙度及其貯水能力有一定改善，但土壤pH值及養分元素含量沒有顯著差異。

本研究結果表明，濕地松林擇伐套種闊葉樹后，0～20 cm土層，各模式土壤孔隙度、全氮、全磷、有機質、速效磷、速效鉀含量顯著高于濕地松純林，且套種了閩粵栲的改造模式改善效果較好。20～40 cm土層，除了套種閩粵栲和楊梅的改造模式對土壤孔隙度和養分含量改良效果較好，其他模式總體上差異不顯著。這可能是由于閩粵栲的凋落葉凋落量較大，分解速率快，養分歸還效率較高有關[7,8]。本研究調查發現，補種的闊葉樹種凋落物凋落現存量從大到小依次為閩粵栲(1.47 t·hm-2)>楊梅(1.26 t·hm-2)>臺灣相思(0.84 t·hm-2)。

桉樹林皆伐后，除了套種馬占相思和楓香的改造模式林地各層土壤的孔隙度、氮素、磷素、鉀素和有機質顯著高于桉樹純林外，其他模式差異總體上不顯著。桉樹林擇伐套種馬占相思和楓香改造模式林地各層土壤的全磷、有機質、水解氮含量顯著高于桉樹林皆伐套種馬占相思和楓香的改造模式。這與孫東婧[9]對杉木林不同間伐強度套種闊葉樹對林地土壤養分含量的影響類似，這是因為桉樹林皆伐后，套種的闊葉樹種林齡較小，郁閉度較低，容易在強降雨的情況下造成水土及其養分元素流失，但隨著林分改造時間的推移，這種情況將逐漸改善[10]，但還需更長時間的跟蹤監測加以驗證。