不同紅松混交林內土壤改良效果研究

高明娟

（遼寧省本溪市明山區林場，遼寧 本溪 117000）

土壤的形成受到多種因子的綜合影響，包括植被類型、地形、氣候、母質等，不同的林分內可形成具有不同理化性質的土壤類型[1]。土壤理化性質改善的基礎即為林間生物的旺盛積累過程，改善后的土壤又對植物生長起到積極的作用，為生物物質的良性循環創造條件[2-3]。因此，對各種林分條件下土壤理化性質差異的研究有助于更好地指導森林植被的更新、恢復等。

遼寧省東部地區的地帶性頂級植被群落即為紅松闊葉混交林。當地的森林多年來經歷了多次大規模破壞，森林生態系統失衡，出現了逆行演替，導致天然林的低質、低效。近些年，為了實現山區的經濟發展，當地在經營天然次生林過程中經營措施多數以取材為單一目標，進一步加劇了對次生林的破壞，林下植被等生物多樣性破壞嚴重，明顯削弱了森林生態系統的功能、降低了森林在涵養水源方面的功能[4-5]。為了逐步實現紅松闊葉林頂級群落的恢復，一項重要的手段即為人工營建紅松闊葉混交林。早在20世紀60年代，遼寧省就采取了人工栽植紅松林、撫育階段對林下的闊葉類樹木進行適當選留等，或者在次生林的林冠下栽植紅松等方式，進行紅松混交林的營建。經過多年培養，目前遼東南地區存在各種類型的紅松混交林，不同的人工混交培養方式下土壤性質出現了不同變化，為了對不同類型紅松混交林改善土壤效果進行深入了解，特開展了此研究，為更好地發揮出紅松混交林在涵養水源等方面的功效提供理論參考。

1 研究區概況

試驗地點選擇在遼寧東部山區的本溪縣草河口鎮，為溫帶大陸性季風氣候，土壤類型以暗棕色、棕色森林土為主，土層厚平均在40 cm以上，以紅松為主的針闊混交林類型為主；年均溫在4～7 ℃，降水量年均700 mm以上，蒸發量年均1200～1600 mm，無霜期平均130 d左右，試驗林間海拔平均500 m左右，≥5 ℃積溫年均值3300 ℃。試驗林地內混交林主要為紅松與胡桃楸、水曲柳、槺椴混交，造林時間在1990年左右，采取的混交方式包括帶狀混交和塊狀混交。每種混交林2種混交方式均營建2塊林作為重復，同期還種植了紅松純林作為對照處理。造林時紅松選擇生長3年的移植苗，闊葉類選擇生長1年的播種幼苗。造林后5年每個林分內每年進行撫育，1～5年內分別進行2、2、1、1、1次撫育；闊葉類樹木在其生長2～3年時結合特性需要進行平茬；所有林分生長9～10年后對林間的雜灌、藤蔓等進行清理。所有林分郁閉后開展為了3次間伐措施，分別在2003年、2012年和2020年，主要伐除對紅松生長產生影響的闊葉類樹以及長勢不佳、培養前途不佳的紅松樹，為混交林的健康生長創造空間、透氣、光照等環境條件[6-8]。各處理林間的林分情況見表1。

表1 各種紅松混交林概況

2 研究方法

2.1 調查樣地的選擇

在試驗區域內選擇不同的、具有當地典型植被特征的紅松混交林，每個處理標準樣地的布設面積為600 m2（20 m×30 m），每個處理設置4個標準樣地作為重復，帶狀混交、塊狀混交方式的樣地分別2個。

2.2 調查項目及方法

土壤物理性質的調查選擇土壤容重、土壤總孔隙度、最大含水量3個主要指標開展分析。土壤化學性質的調查選擇pH值、全氮、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀作為主要指標開展分析，分別采取電位法、凱氏蒸餾法、重鉻酸鉀-硫酸氧化測定法、擴散吸收法、碳酸氫銨法、火焰光度計法[8]。

土壤的取樣采取環刀法，在每個重復標準樣地內隨機選擇采樣點3個，分別取0～20、20～40 cm深度的土層樣品，帶回實驗室分析，各處理林分3個重復標準地內3個采樣點共計9個數據最后取平均值分析[9]。

3 結果與分析

3.1 不同林分內土壤物理性質比較

土壤物理性質與狀態很大程度上受到土壤顆粒大小、土壤中三相物質分布情況以及礦物質等多種因素共同作用的影響，因此土壤物理特性的反映指標通常選擇土壤容重、孔隙度等[1]。自然狀態下單位容積的土壤經過烘干至恒重后的質量即為土壤的容重，此性質為土壤最基本的物理性質，該值影響到土壤的孔隙度情況，對土壤的滲透性、保水性產生影響[3]。在相同或者類似的土壤質地情況下，土壤容重與孔隙度呈反比，容重越大，土壤越板結，團粒結構缺乏，反之則表明土壤越疏松、吸水性越佳[6]。土壤孔隙用于物質與能量儲存、交換，植物根系養分、水分獲取也通過孔隙，其狀況與土壤的通氣情況、根系生長、土壤透水能力等密切相關，很大程度上影響到土壤的肥力情況[7]。

不同紅松混交林內土壤主要物理性質統計結果見表2。根據表2可知，混交林分不同的林間土壤容重表現出不同程度的差異，整體均表現為隨著土壤的增厚而逐漸降低的趨勢，分析其原因可能在于表層的枯落物等比較多、腐殖質含量豐富，土壤相對疏松多孔；0～20 cm土層內，混交林以紅松+槺椴的處理土壤容重為最低，土壤孔隙度最大、最大含水量最高；紅松+胡桃楸的混交林內土壤容重最大，孔隙度最小；20～40 cm土層內，土壤容重按照從大到小順序排列依次為紅松純林＞紅松+胡桃楸＞紅松+水曲柳＞紅松+槺椴，總孔隙度依次為紅松+槺椴＞紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松純林，最大含水量依次為紅松+水曲柳＞紅松+槺椴＞紅松+胡桃楸＞紅松純林。由此可知，各混交林內土壤容重均小于紅松純林的對照林、土壤孔隙度、最大含水量均＞對照處理，表明混交林可一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤保水能力。

表2 各紅松混交林處理林間土壤主要物理性質分析

3.2 不同林分內土壤化學性質比較

有機質是土壤重要組分，來源于動植物等所有的非礦物質，是植物生長養分的重要源泉，其形成多數來源于植物的枯枝落葉脫落在地表經過微生物代謝及各種綜合作用分解、腐殖化[10]。各紅松混交林內土壤有機質含量均高于紅松純林的對照（表3），分析原因在于枯枝落葉的回歸作用，混交林內枯枝落葉等相對更多；0～20 cm土層中的有機質含量均高于20～40 cm土層，分析其原因可能在于表面枯枝落葉分布更多，分解后主要分布在表層，按照從高到低排列依次為紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林。

植物的生長離不開氮元素，直接對植物的生長發育產生影響，土壤中積累的氮元素主要有以下幾個原因：動植物殘體的分解代謝、施入的肥料[3]。根據表3可知，所有混交林處理的土壤全氮、堿解氮含量較紅松純林對照均有不同程度的增加，且以0～20 cm土層的氮元素含量高于20～40 cm土層；全氮含量各混交林處理以紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林，堿解氮含量以紅松+槺椴＞紅松+水曲柳+紅松+胡桃楸＞紅松純林。

磷元素在植物生長發育、新陳代謝中起著重要作用，植物生長所需要的磷元素主要來源于土壤，土壤中速效磷的含量直接反映出土壤供應磷元素的能力[5]。根據表3可知，各混交林處理的土壤速效磷含量均高于紅松純林處理，且以0～20 cm 土層的含量更高；各混交林以紅松+水曲柳＞紅松+槺椴＞紅松+胡桃楸＞紅松純林。

鉀元素對植物的生長必不可少，土壤中速效鉀含量是土壤鉀元素供應能力的反映。根據表3可知，各混交林處理林間土壤速效鉀含量均高于對照處理，且以0～20 cm土層的含量更高；以紅松+水曲柳＞紅松+胡桃楸＞紅松+槺椴＞紅松純林。

pH值也是土壤化學性質中重要的因素之一，與腐殖質等養分的分解有著密切的關系。根據表3可知，各混交林處理林間土壤pH值均大于對照處理，且20～40 cm土層pH值＞0～20 cm。

表3 各紅松混交林處理林間土壤主要化學性質分析

4 結 論

通過分析，各種紅松混交林內土壤容重均低于紅松純林對照，以紅松+槺椴混交的林分土壤容重最低，且隨著土壤深度的增加，土壤容重隨之增加；土壤的孔隙度、最大含水量各混交林均大于紅松對照林，隨著土層加深而逐漸降低，以紅松+槺椴混交林分孔隙度最大、最大含水量最高；土壤的pH值、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均以混交林大于紅松純林，且0～20 cm土層的pH值小于20～40 cm，其余含量均為0～20 cm為更高。綜合各養分含量比較，混交林中以紅松+水曲柳、紅松+槺椴2種林分改善土壤的效果更好，在降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤最大含水量、增加土壤養分含量等方面有著更明顯的作用。