不同混交比例對馬尾松-卷莢相思混交林生長及土壤物理性質的影響

何善飛

（福清市龍江街道林業工作站，福建 福清 350300）

0 引言

我國“三北”防護林工程已開展了四十余年，相關領域學者對修復生態系統所用樹木的種類及數量已有了較為成熟的研究成果，這為我國各省（自治區、直轄市）深入推進城鄉及村鎮生態建設提供了良好的理論基礎。目前，我國自然生態環境狀況依然不容樂觀，不止西北、華北和東北地區受到水土流失等問題困擾，長江以南地區由于受圍湖造田和海洋周邊污染等問題影響，生態環境同樣亟待改善。

作為全球光合作用及碳循環的主要組成部分，森林生態系統需要引起社會大眾的高度重視。“三北”防護林工程的混交林種植經驗在全國范圍內適用，但由于不同地區地理和氣候條件不同，其所適宜的優勢林種可能不同，種植密度要求也不盡相同［1］。基于此，筆者以我國福建省福清市小南洋村為例，通過實地種植試驗，探究不同比例混交林的生長狀況及其影響因素，以期為我國生態系統的恢復和建設提供參考。

1 試驗地與試驗方法

1.1 試驗地概況

試驗地選取福清市小南洋村，其地理位置為東經119°61′、北緯25°96′，地處福清市城關東南方向，地形以丘陵、低山為主，屬南亞熱帶海洋性氣候，年平均溫度21 ℃，年平均降水量1 525 mm，霜期短，土壤以紅壤為主。

1.2 樣地設置

筆者于2013年4月在福清市小南洋村舊采坑生態修復初步治理區，選擇立地條件基本一致的坡面，按照株行距2 m×2 m 混交種植馬尾松和卷莢相思1年生實生苗，馬尾松與卷莢相思混交比例分別為1∶1（M1）、5∶1（M5），并設置馬尾松純林（M0）為對照。每種混交類型布設3 塊20 m×20 m 的標準地，共設置9 塊試驗樣地。馬尾松與卷莢相思混交林試驗樣地基本概況如表1所示。

表1 馬尾松與卷莢相思混交林試驗樣地基本概況

1.3 測定方法

1.3.1 馬尾松與卷莢相思生長調查方法。筆者于2021年4月對馬尾松與卷莢相思混交林生長情況及土壤物理性質進行調查。樹木生長量采用生物量方程進行定量計算。生物量方程的主要理論依據是異速生長理論。該理論需要選取較容易測量的樹木生長測定因子構建方程，計算相關因子與樹木生長量之間的關系。在對試驗數據進行選擇記錄時，筆者選取樹枝、樹葉、樹干作為觀察對象，對9 塊試驗樣地內所有馬尾松和卷莢相思分別進行每木檢尺調查，用超聲波測高儀測量樹高H，用圍徑尺測量胸徑D，根據生物量方程模型分別計算馬尾松和卷莢相思樹枝、樹葉、樹干生物量W［2-3］。

根據所設方程W=axb+ε 建模，根據SPSS 數據分析軟件得出具體方程模型。反向推導可知，馬尾松樹枝、樹葉、樹干生物量計算公式為W馬枝=0.101 8D1.6364，W馬葉=0.244 3D0.9929，W馬干=0.039 5（D2H）0.9318；卷莢相思樹枝、樹葉、樹干生物量計算公式為W卷枝=0.498D1.262，W卷葉=0.085（D2H）0.500，W卷干=0.225D2.103。

1.3.2 土壤物理性質測定方法。在每塊樣地4 個角及對角線中心處挖取土壤剖面，分別按0～20 cm和20～40 cm 土層深度，用200 cm3規格的環刀取土樣，共計90 個土樣。將土樣盡快帶回實驗室，用環刀法［4］測定土壤容重、最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度及總孔隙度物理指標。

1.4 數據處理與分析

通過Microsoft Excel 2013 整理數據。用SPSS 19.0 軟件進行ANOVA 單因素方差分析及獨立樣本t檢驗，對數據進行標準化及綜合評價分析。應用Origin 2018 軟件繪制相關圖形。

2 結果與分析

2.1 馬尾松與卷莢相思不同混交比例對其生長的影響

2.1.1 不同混交比例混交林生長狀況分析。3 組試驗樣地樹木生長狀況如圖1所示。由圖1可知，在與卷莢相思混交后，馬尾松的胸徑與樹高都有不同程度的增長，可見混交可以更好地促進林木生長。通過大致計算兩種樹木樹高和胸徑的增長比例可知，馬尾松與卷莢相思的種植比例為1∶1 時，與對照組相比，馬尾松樹高增幅為5.0%左右，樹木胸徑增幅為20.0%左右；馬尾松與卷莢相思的種植比例為5∶1 時，與對照組相比，馬尾松樹高增幅為25.0%左右，樹木胸徑增幅為28.0%左右；與混交比例1∶1 相比，混交比例為5∶1 的M5組卷莢相思生長狀況更加良好，其中卷莢相思樹高增幅在7.3%左右，胸徑增幅在6.5%左右。混交比例為5∶1 時，兩種樹木的生長狀況最優。

圖1 不同混交比例下馬尾松和卷莢相思的生長情況

2.1.2 不同混交比例下兩種樹木的生物量分析。上文對于3 組混交林生長狀況的分析只是定性得出M5組的混交比例對馬尾松和卷莢相思的生長較為有利，下一步需要根據建立的參數方程進行更加細致地分析。3 組試驗樣地樹木具體生物量如表2所示。

由表2可知，在通過了小樣本的t檢驗后，當P＜0.05 時，3 組不同混交比例的混交林中，馬尾松的枝生物量、葉生物量和干生物量都存在顯著性差異，其中M5組的枝生物量、葉生物量和干生物量均值最高，分別為4.83、2.59、20.69 t/hm2；卷莢相思在兩種混交比例下的枝生物量、葉生物量和干生物量也存在顯著性差異，其中M1組的枝生物量、葉生物量和干生物量均值最高，分別為8.82、2.74、37.36 t/hm2。由表2可知，不同混交比例混交林對不同樹木的生長存在一定影響：混交比例為5∶1，即種植更多的馬尾松時，更有利于馬尾松的生長和生物量的增加；混交比例為1∶1，即卷莢相思種植比例與馬尾松持平時，卷莢相思的生長更為茂盛，生物量比馬尾松更多，尤其是卷莢相思的干生物量增長趨勢最為明顯。

表2 不同混交比例下馬尾松和卷莢相思的生物量 t/hm2

2.2 馬尾松與卷莢相思不同混交比例對土壤物理性質的影響

土壤的物理性質主要體現在其內部結構和肥力狀況。因此，筆者對土壤容重、土層間孔隙和通氣性進行對比研究，通過對上述3 種主要指標的測算，分析3 塊試驗樣地土壤的物理性質。

2.2.1 土壤容重。土壤容重大小反映土壤結構、透氣性、透水性能及保水能力的高低。土壤容重越小，說明土壤結構、透氣透水性能越好［5］。試驗樣地0～20 cm 和20～40 cm 兩種深淺不同的土層容重大小如圖2所示。

圖2 馬尾松與卷莢相思不同混交比例對土壤容重的影響

由圖2可知，在通過了小樣本的t檢驗后，當P＜0.05 時，0～20 cm 土層中，M5樣地的土壤容重與M1、M0有顯著性差異，M5的土壤容重小于M1和M0；在20～40 cm 土層，3 塊試驗樣地的土壤容重沒有顯著性差異。這說明純馬尾松樹林的土質密度比混交林的土質密度大，具有更強的黏性，且土質密度并不隨著馬尾松種植比例的提高而增加。

2.2.2 土壤孔隙和通氣度。土層間孔隙的多少代表著土壤疏松程度，土層間的孔隙越多，土質越疏松，就能吸收更多的水分［6-7］。土壤通氣度在一定程度上反映了土地的持水時間，土壤通氣度越好，其持水效果就越好。試驗樣地0～20 cm 和20～40 cm土層土壤孔隙和通氣度如圖3所示。

圖3 馬尾松與卷莢相思不同混交比例對土壤孔隙和通氣度的影響

從0～20 cm 的土層持水表現來看，在通過了小樣本的t檢驗后，當P＜0.05 時，3 組試驗樣地土壤的最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度和總孔隙度沒有顯著性差異，基本維持在同一水平線上下小幅波動。而更深的20～40 cm 土層中，3 組試驗樣地土壤最大持水率、非毛管孔隙度和總孔隙度沒有顯著性差異；毛管持水率有顯著性差異，按照持水率大小排序為M5＞M1＞M0。

通過對上述不同土層和不同樹木種植比例的樣地土壤容重和持水率情況分析可知，樹木種植比例的不同不影響淺層土壤的通氣性和持水效果，純種馬尾林深層土壤的總持水效果不如混交林。在雨水相對較少的情況下，混交林木可利用發達的根系吸收更深層的水分持續生長，進而改善土壤物理性質。

2.3 馬尾松與卷莢相思不同混交比例對混交林生長及土壤物理性質的綜合影響

前文分開分析了馬尾松與卷莢相思在不同混交比例下的生長狀況和生物量，以及3 塊試驗樣地不同土層的土壤容重、總孔隙度和通氣度等土壤物理性質。下面筆者利用正交分析法，將多種相關影響因素轉換為兩種主成分因子進行綜合分析，研究馬尾松與卷莢相思不同混交比例對混交林木生長及土壤物理性質的影響，分析結果如表3所示。

表3 不同混交比例混交林生長及土壤物理性質主成分解釋的總方差分析 %

由表3可知，兩種主要成分的特征值相差無幾，方差貢獻率也與特征值成正比，最終正交得出這兩種主成分累計貢獻率達到100%，說明該方程中擬合的主要成分對所有影響因素的變量解釋非常契合。

由于主成分因子方程擬合效果較好，所以可綜合3 個試驗分組的主成分得分，得出綜合影響分數，并排出相應名次（見表4）。

表4 不同混交類型生長及土壤物理性質的綜合得分比較

通過對表中M0、M1和M53 組兩種主成分的得分進行加總，可知在M5的混交比例下，樹木與土壤結合的綜合評分最高，為0.700 610；在M1的混交比例下，綜合得分第二，為0.012 819；純種馬尾松的綜合得分甚至是負數。由此可見，營造馬尾松純林不利于森林生態系統良好發展。

3 討論

3.1 不同混交比例對林分生長的影響

在構建生長量回歸方程時，試驗人員規避了不可測量的因素對于樹木生長的影響，盡量保證外界日照、溫度和濕度相同，用可測得的樹高、胸徑、枝干和樹葉代入，在整體模擬中差異性較為顯著。由此得知，混交林比馬尾松純林在樹木生長和生物量方面均有較大優勢，但對于混交林中馬尾松和卷莢相思的具體種植比例還需要進一步探索。從試驗分組中所給出的對照比例來看，M1組兩種樹種的長勢不如M5組，但M1組中卷莢相思的長勢和生長速度都相對高于M5組的卷莢相思，推斷分析可能是卷莢相思作為一種常綠闊葉喬木更加適合我國東南沿海地區的氣候條件，所以在種植比例相同的情況下更具生長優勢。

而在不同混交比例的林木生物量方面，情況則有所不同。混交比例不同的差異性較為顯著。但在M5的混交比例下，馬尾松生物量更多；在M1的混交比例下，卷莢相思生物量遠遠多于相同數量的馬尾松。這也從側面印證了卷莢相思更適應我國東南部地區的生長環境，更有利于促進當地的碳循環。

3.2 不同混交比例對土壤特性的影響

在研究不同混交比例對不同土層最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度和總孔隙度的影響時，在保持95%的置信區間時，淺層0～20 cm 土壤的相關研究因素都沒有因為混交比例不同而產生顯著性差異。在20～40 cm 土層中，也只有毛管持水率在不同混交比例之間存在顯著性差異，且M1混交比例下毛管持水率均值最大。這說明卷莢相思的種植比例有一定程度增大時，會提高種植土地的持水效果，因而此種樹種適合在我國東南部地區生長。

4 結論

我國不同地區的土壤理化特質不同，所以其所適宜栽種的樹種不同。該試驗研究表明，對于我國東南部地區，營造混交林比純林更利于樹木生長，且混交林所產生的生物量更多，而且以5∶1 的混交比例種植馬尾松與卷莢相思更利于林木生長。從土壤物理性質的相關研究來看，卷莢相思更適合在我國東南部地區的土壤條件下生長，對于土地的滋養效果也更好。

筆者所做的試驗只是為給我國東南沿海等地區的森林生態系統建設提供思路，后續還需要選擇不同樹種進行更多混交種植比例的試驗，尋找出更加完善的森林生態系統保護方案，為我國實現“雙碳”目標做出貢獻。