杉木優(yōu)良家系試驗(yàn)林土壤基本肥力性狀研究

葉代全

(福建省洋口國(guó)有林場(chǎng)， 福建 順昌 353211)

1 引言

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)作為我國(guó)南方人工林的重要樹(shù)種，具有速生、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、高效等特點(diǎn)[1]，在福建、江西、湖南等地廣泛栽種，對(duì)緩解我國(guó)木材緊張狀況和促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用[2]。隨著杉木人工林種植面積的快速增長(zhǎng)，各地因多代連載、短期輪伐、煉山等不合理的經(jīng)營(yíng)管理方式，不同程度地出現(xiàn)了諸如：林地土壤肥力下降、林木生長(zhǎng)緩慢、生長(zhǎng)勢(shì)衰退等一系列問(wèn)題[3～5]，甚至明顯出現(xiàn)了“一代不如一代”的現(xiàn)象[6～8]。如何克服地力衰退、增強(qiáng)杉木耐瘠薄性、改善杉木生長(zhǎng)狀況、促進(jìn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展已成為亟待解決的問(wèn)題[9～12]。研究選育耐瘠薄杉木優(yōu)良家系作為保障杉木人工林持續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要技術(shù)途徑之一[13]，對(duì)促進(jìn)杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，因此，對(duì)杉木優(yōu)良家系營(yíng)建的人工林進(jìn)行土壤基本肥力狀況調(diào)查，為杉木家系的耐瘠薄評(píng)估提供一定依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究地概況

研究地設(shè)在福建省南平市順昌縣境內(nèi)的福建洋口國(guó)有林場(chǎng)、沙縣境內(nèi)的沙縣國(guó)有林場(chǎng)、將樂(lè)縣境內(nèi)的將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)的杉木優(yōu)良家系試驗(yàn)林，林下常見(jiàn)植被有芒草(Miscanthusfloridulus(Labill.) Warb. ex Schum. Et)、鐵芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊蕨(Woodwardiajaponica)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-venerisLinn.)等。研究區(qū)域?yàn)槲湟纳街}的低山丘陵地貌，屬于杉木中心產(chǎn)區(qū)，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫約18.5 ℃，最高溫40.5 ℃，最低溫-6.8 ℃，最冷月份為1～2月份，最熱月份為7～8月份，≥10 ℃的年有效積溫5388～5659 ℃，年平均降雨量1880 mm，無(wú)霜期280 d，雨日160 d，年日照時(shí)數(shù)1740.7 h，相對(duì)濕度82%。土壤為花崗巖風(fēng)化母質(zhì)上發(fā)育而成的山地紅壤，土層厚度中等。研究樣地的具體情況見(jiàn)表1。

表1 杉木良種試驗(yàn)林樣地基本情況

2.2 研究方法

2.2.1 土樣采集與處理

于2018年9月初，在福建沙縣國(guó)有林場(chǎng)的官莊工區(qū)、將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)的明頭山工區(qū)及洋口國(guó)有林場(chǎng)的白露亭道坪工區(qū)、場(chǎng)部對(duì)面道坪工區(qū)、南山新林地南元工區(qū)等5個(gè)杉木優(yōu)良家系試驗(yàn)林的典型地段分別在上坡、中坡、下坡設(shè)置代表性的樣地，每個(gè)樣地內(nèi)隨機(jī)選取樣點(diǎn)挖掘土壤剖面，按0～25 cm(上層)、25～50 cm(中層)、50～75 cm(下層)土層采集環(huán)刀樣品供土壤物理性質(zhì)測(cè)定，同時(shí)分層采集剖面分析土樣供土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定，重復(fù)3次。分析土樣經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩、裝袋備用。

2.2.2 土樣測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤物理性質(zhì)采用環(huán)刀法測(cè)定，pH采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，全N采用半微量凱氏定氮法，水解性N采用堿解-擴(kuò)散法，有效P采用0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-鉬銻抗比色法，速效K采用乙酸銨浸提-火焰光度法[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤容重、持水量及孔隙狀況

土壤容重指自然狀態(tài)下(包括粒間孔隙)，單位容積土壤的烘干質(zhì)量(g/cm3或t/m3)，通常容重越大的土壤，其總孔隙度越小、最大持水量越低，同等質(zhì)地條件下的土壤越緊實(shí)板結(jié)，土壤肥力低、利用條件差、生產(chǎn)力低、植物生長(zhǎng)困難。土壤毛管孔隙度越大則表明持水、保水能力越強(qiáng)、毛管持水量越大；非毛管孔隙度越大則土壤越疏松，且通氣、透水性能越好[15]。

各樣地土壤的容重、最大持水量、毛管持水量、田間持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、總孔隙度等主要物理性狀如表2所示。

表2 土壤物理性質(zhì)

由表2看出，各樣點(diǎn)土壤物理性質(zhì)存在較為明顯的垂直變化特征，從上層往下層的土壤容重大多變大，而最大持水量、毛管持水量、田間持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度都有變小趨勢(shì)。上層(0～25 cm)土壤容重大都為1.0 g/cm3左右，總孔隙度50%左右、非毛管孔隙度15%左右、毛管孔隙度35%左右，既有較好的通氣透水性能、又有較強(qiáng)的持水保水能力，最大持水量、毛管持水量和田間持水量較大，有利于植物生長(zhǎng)；中層(25～50 cm)土壤容重大都為1.2 g/cm3左右，總孔隙度大多45%左右、非毛管孔隙度10%～15%左右、毛管孔隙度30%～35%左右，土壤既能通氣透水、又能持水保水，最大持水量、毛管持水量和田間持水量相對(duì)較好，能滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需求；下層(50～75 cm)土壤容重偏大，大都在1.3 g/cm3左右、個(gè)別高達(dá)1.4 g/cm3，因而總孔隙度明顯降低、大多為40%左右，毛管孔隙度30%左右，非毛管孔隙度10%左右甚至更低，影響土壤通氣性和透水性能，該層雖然毛管持水和田間持水性能基本正常，但因土壤容重偏大、總孔隙度偏小、非毛管孔隙度也較為偏低，導(dǎo)致土壤不同程度存在緊實(shí)、板結(jié)、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問(wèn)題。所以，對(duì)植物生長(zhǎng)、特別是后期生長(zhǎng)造成較大影響。

因此，5個(gè)樣地土壤主要物理性狀是：上層土壤既有較好的通氣透水性能、又有較強(qiáng)的持水保水能力，最大持水量、毛管持水量和田間持水量較大，有利于植物生長(zhǎng)；中層土壤既能通氣透水、又能持水保水，最大持水量、毛管持水量和田間持水量相對(duì)較好，能滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需求；而下層土壤則因容重偏大、總孔隙度偏小、非毛管孔隙度也較為偏低，導(dǎo)致土壤不同程度存在緊實(shí)、板結(jié)、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問(wèn)題，對(duì)植物生長(zhǎng)、特別是后期生長(zhǎng)造成較大影響。雖然只有下層土壤的物理性質(zhì)存在問(wèn)題，但必然影響整體土壤(上層、中層、下層)的總效應(yīng)，因此，5個(gè)樣地的土壤物理性質(zhì)不甚理想，總體為中等偏差。

3.2 土壤pH值和有機(jī)質(zhì)狀況

土壤pH值是土壤酸堿性的重要指標(biāo)。土壤活性酸度(H2O浸提的pH值)是由于土壤溶液中游離的H+所表現(xiàn)的酸度，是土壤酸性的強(qiáng)度指標(biāo)；土壤代換性酸(KCl浸提的pH值)則是反映土壤潛性酸的強(qiáng)弱。土壤酸堿性直接影響土壤微生物活性、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化以及土壤膠體帶電性狀，從而影響土壤養(yǎng)分的有效性、遷移及吸附固定等，因此對(duì)土壤肥力及植物生長(zhǎng)都有重要影響[15]。由各樣地土壤的活性酸、代換性酸狀況看出(表3)，土壤活性酸的pH值多為4.5及偏下，根據(jù)土壤酸堿度的常規(guī)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[14]，土壤為強(qiáng)酸性(4.5～5.5)至極強(qiáng)酸性(<4.5)，且代換性酸較強(qiáng)，在地處中亞熱帶的地區(qū)屬于較為正常或正常略微偏酸的土壤反應(yīng)。

表3 土壤pH值及有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)化合物，它主要包括土壤中各種動(dòng)物、植物殘?bào)w，微生物體及其分解、合成的各種有機(jī)化合物，對(duì)土壤肥力和生態(tài)環(huán)境都有特殊作用。土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。不同地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的含量差異較大，低者少于10 g/kg，多者可高達(dá)200 g/kg。

從表3看出，各樣地土壤的有機(jī)質(zhì)，表層土壤都在20.0 g/kg以上，達(dá)到該地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的正?；蚱骄?，但中層和下層土壤有機(jī)質(zhì)水平較低，基本都在20.0 g/kg以下，有的甚至不足10.0 g/kg，因此，就土壤總體而言，所調(diào)查的土壤有機(jī)質(zhì)狀況屬于較低水平[15]。

3.3 土壤養(yǎng)分狀況

土壤養(yǎng)分狀況直接影響到土壤提供并滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的能力，土壤氮、磷、鉀作為植物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用。由各樣地土壤的全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀狀況(表4)看出，土壤全N最高為2.74 g/kg、最低為0.55 g/kg，上層土壤全氮在1.25～2.74 g/kg，根據(jù)全氮豐缺指標(biāo)(表5)[14]，屬于中等及偏高水平，但是中層和下層土壤的全氮基本都<1 g/kg，屬于低水平狀況。土壤水解性氮最高的為148.72 mg/kg、最低的為34.64 mg/kg，按表5的水解性氮豐缺指標(biāo)，除第3、第4、第5號(hào)樣地的上層土壤水解性氮屬于較高水平外，其余樣地及土層的水解性氮均在30～100 mg/kg之間，即屬于中等水平狀況。土壤速效鉀大多在60～100 mg/kg之間，即屬于中等水平狀況。而所有樣地各土層的有效磷含量均<3 mg/kg，按表5的有效磷豐缺指標(biāo)，杉木林土壤的有效磷大都處于極低水平，尤其是中層和下層土壤有效磷尤為缺乏，含量低至0.1 mg/kg左右，堪稱(chēng)十分貧瘠。

表4 土壤的養(yǎng)分狀況

表5 土壤N、P、K 的豐缺標(biāo)準(zhǔn)[14]

3 結(jié)論與建議

(1)福建沙縣國(guó)有林場(chǎng)的官莊工區(qū)、將樂(lè)國(guó)有林場(chǎng)的明頭山工區(qū)及洋口國(guó)有林場(chǎng)的白露亭道坪工區(qū)、場(chǎng)部對(duì)面道坪工區(qū)、南山新林地南元工區(qū)等5個(gè)杉木優(yōu)良家系試驗(yàn)林土壤物理性質(zhì)總體上屬于中等偏差。土壤容重隨土層加深而增大，而總孔隙度和非毛管孔隙度逐漸減小，特別是下層土壤容重偏大、總孔隙度偏小、非毛管孔隙度也較為偏低，導(dǎo)致土壤不同程度存在緊實(shí)、板結(jié)、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問(wèn)題，對(duì)植物生長(zhǎng)、特別是后期生長(zhǎng)將會(huì)造成一定影響。

(2)各試驗(yàn)林土壤的酸性很強(qiáng)，屬于強(qiáng)酸性至極強(qiáng)酸性；土壤有機(jī)質(zhì)狀況屬于較低水平，尤其中層和下層土壤有機(jī)質(zhì)水平更低，大多處在10.0 g/kg左右。

(3)各試驗(yàn)林土壤全氮除上層土壤外，中層和下層土壤的全氮基本都<1 g/kg，屬于低水平狀況。土壤水解性氮大多也在30～100 mg/kg之間，屬于中等水平狀況；土壤速效鉀大多在60～100 mg/kg之間，屬于中等水平狀況；而所有土層的有效磷含量均<3 mg/kg，都處于極低水平，含量低的僅為0.1 mg/kg左右，有效磷嚴(yán)重缺乏，堪稱(chēng)十分貧瘠。

土壤肥力是水分、養(yǎng)分、空氣、熱量狀況的綜合體現(xiàn)。杉木優(yōu)良家系各試驗(yàn)林土壤的基本肥力性狀屬于相差狀況，但杉木的生長(zhǎng)指標(biāo)總體不差，說(shuō)明優(yōu)良家系杉木對(duì)立地要求總體而言并不太高，具有一定耐瘠薄性能，所以生長(zhǎng)狀況較好。建議以后開(kāi)展生長(zhǎng)指標(biāo)跟蹤調(diào)查分析，以便為揭示杉木優(yōu)良家系耐瘠薄性能和選育耐瘠速生杉木良種提供進(jìn)一步依據(jù)。