樹種組成對福建柏人工混交林生長及土壤物理性質的影響

陳水玉

(福建省安溪豐田國有林場，福建 泉州 362411)

1 引言

純林雖然具有較高的生產力且經營管理簡單易操作，但在如今氣候多變與“雙碳”目標背景下，長期單一樹種造林及管理帶來一系列生態問題，營造混交林及管理越來越受到人們的關注[1]。選擇相互促生的多樹種混交造林可顯著改變大面積種植針葉純林后引起的林地地力衰退現狀，甚至提高林地生產力[2]。森林經營中，基于樹種組成的樹木空間結構及其相互作用在控制森林生態系統功能方面發揮著重要作用[3]。福建柏(Fokieniahodginsii)，屬柏科(Cupressaceae)福建柏屬，是我國Ⅱ級重點保護的單型屬常綠樹種，具有樹形美、生長快、適應性較強等特點，為南方優良的造林樹種，在我國以福建中部最多[4]。根據已有研究結果分析，我國已經在福建柏栽培技術方面進行了一定的研究及探索，也有少量福建柏混交林生長與土壤物理性質相互關系的研究[5～8]。陳克銘[9]，馮國偉[10]等對福建柏人工混交林生長效果及土壤理化性質研究，結果得出，淺根系的福建柏與深根系樹種混交能夠從深層次改善土壤肥力，促進福建柏生長，顯著提高林分生產力。本研究以福建省安溪豐田國有林場為試驗區，以不同樹種組成的福建柏人工混交林為研究對象，通過比較和分析3種典型福建柏人工林林分生長特性、土壤物理性質的差異，探討福建柏林地樹種配置對林分生長和土壤物理性質的影響，以期為福建柏人工林經營管理提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 試驗區概況

本試驗在福建省安溪豐田國有林場內開展，試驗區位于北緯25°16′～25°20′、東經118°1′～118°57′，地處福建省東南沿海，屬于亞熱帶季風氣候。該試驗區為低山丘陵地貌，具有顯著的季風氣候，氣候條件溫和，年降雨量充沛，年均降水量1800 mm，全年平均氣溫19.5 ℃，最高37 ℃ ，最低0 ℃，全年無霜日330 d，冰霜日較少。土壤為黃紅壤，土層較厚，可達60 cm。該試驗區林下植被主要有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、箬竹(Indocalamustessellatus)、深綠卷柏(Selaginelladoederleinii)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、烏毛蕨(Blechnumorientale)等。

2.2 樣地設置和調查

2021年7月，在全面踏查的基礎上，在試驗區選擇林齡相同，坡度、坡向等立地條件基本一致的不同樹種配置的3種9年生福建柏人工林類型作為研究對象，包括福建柏-刨花潤楠混交林(Ⅰ)和福建柏-桉樹混交林(Ⅱ)、福建柏純林(Ⅲ)，福建柏與刨花潤楠、桉樹的混交比例均為6∶4，混交方式均為株間混交。在每種林分類型中設置3個20 m×20 m標準地，共9個標準地，樣地之間的間隔超過30 m。記錄樣地坡度、坡向和海拔等基本信息，見表1。對每個標準地的所有林木進行每木檢尺，記錄胸徑、樹高、冠幅、郁閉度及株數，計算林分總密度。

表1 樣地基本情況

2.3 土壤樣品采集與處理

在設置的每個標準地中按照對角線等距布設3個土壤采樣點，在每個采樣點去除土壤表面雜草、枯枝落葉和石礫后挖取深度至少60 cm的土壤剖面，記錄土壤質地情況，見表1。按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm用標準環刀分層采集原狀土，取樣位置為每層土壤的中間部位，每個采樣點每個土壤層采集2個環刀土，9個標準地共162個環刀土，用烘箱烘干和浸泡等方法處理測定土壤密度、含水量等主要物理性質[11]。

2.4 數據處理與分析

采用Excel 2010軟件對試驗數據進行處理，每個標準地每層土壤物理性質取3個采樣點的平均值作為統計值，利用SPSS 20.0進行統計分析，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)對人工林生長指標及土壤物理性質指標差異性進行分析，同時采用LSD最小顯著差法進行多重比較，數據均以平均值±標準差表示。

3 結果與分析

3.1 不同福建柏人工混交林生長特性差異

由表2可知，3種人工林中福建柏胸徑、樹高、冠幅及林分郁閉度均表現為Ⅰ最大，分別為13.4 cm、8.87 m、2.63 m和0.82，Ⅲ最小，分別為10.8 cm、7.27 m、2.10 m和0.62；其中，Ⅰ和Ⅱ福建柏胸徑、冠幅均無顯著差異，但均與Ⅲ間差異顯著；Ⅱ和Ⅲ樹高不存在顯著差異，均與Ⅰ差異顯著；Ⅱ林分總密度最大，為1194株/hm2，Ⅲ最小，為990株/hm2。方差分析結果(表3)表明，3種人工林福建柏胸徑、樹高、總密度和郁閉度差異達到極顯著水平(P<0.01)，冠幅差異達到顯著水平(P<0.05)。

表2 福建柏人工林生長特性

表3 不同福建柏人工混交林生長指標的方差分析

3.2 不同福建柏人工混交林土壤物理性質差異

森林土壤空隙性、貯蓄水特征等物理性質是土壤質量的重要決定因子，能夠有效影響土壤中營養物質的貯存和供應能力[12]。由表4可知，在0～60 cm各層土壤中，3種福建柏人工林的土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度均表現為林分類型Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，土壤密度則為林分類型Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，其中，0～20 cm、40～60 cm土層的最大持水量和孔隙度及0～20 cm土壤密度在3種人工林間存在顯著差異，0～20 cm土層的田間持水量、20～40 cm土層的最大持水量、田間持水量和孔隙度在林分類型Ⅰ和Ⅱ間差異不顯著，但Ⅰ、Ⅱ均顯著高于Ⅲ，40～60 cm土層的土壤密度在林分類型Ⅰ和Ⅱ間不存在顯著差異，但Ⅰ、Ⅱ均顯著小于Ⅲ，20～40 cm土層土壤密度、40～60 cm土層土壤田間持水量在Ⅰ與Ⅲ間差異顯著；3種人工林0～40 cm土層土壤體積含水量表現為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，40～60 cm土層土壤體積含水量為Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，其中，3種人工林間0～20 cm土壤體積含水量差異顯著，20～40 cm土壤體積含水量在林分類型Ⅰ、Ⅱ間無顯著差異，但均顯著高于Ⅲ，40～60 cm土壤體積含水量在林分類型Ⅱ、Ⅲ間差異不顯著，但均顯著低于Ⅰ。方差分析結果(表5)表明，3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和土壤孔隙度差異達到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)。

隨著土層的加深，3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度均不斷降低，土壤密度不斷增大，其中，林分類型Ⅱ、Ⅲ的0～20 cm土層最大持水量、孔隙度均與20～40 cm、40～60 cm差異顯著，林分類型Ⅱ的0～20 cm土層田間持水量顯著高于其它兩個土層，林分類型Ⅰ 、Ⅱ的0～20 cm土層土壤密度顯著小于20～60土層。林分類型Ⅰ的土壤體積含水量隨土壤深度增加而升高，林分類型Ⅱ不斷降低，林分類型Ⅲ在20～40 cm土層最小，40～60 cm土層最大，林分類型Ⅰ、Ⅲ土壤體積含水量在各層土壤間差異不顯著，林分類型Ⅱ的0～20 cm土層土壤體積含水量顯著高于20～60 cm土層。方差分析結果(表6)表明，3種人工林不同土層土壤密度差異達到極顯著水平(P<0.01)。

表4 福建柏人工林土壤物理性質

表5 不同福建柏人工混交林土壤物理性質的方差分析

3.3 福建柏人工混交林生長指標與土壤物理性質相關關系

福建柏人工林土壤物理性質與林分生長指標的相關系數見表7。福建柏冠幅、林分郁閉度均與土壤最大持水量、田間持水量、孔隙度存在顯著正相關性，土壤密度與福建柏冠幅、林分總密度、郁閉度表現一定的負相關性。福建柏胸徑、樹高與最大持水量、田間持水量關系密切，呈顯著正相關。體積含水量與福建柏生長指標、林分生長特性間無顯著相關性，其它土壤物理性質指標與福建柏生長指標、林分生長特性間也無顯著相關性。

表6 福建柏人工混交林不同深度土壤物理性質的方差分析

表7 福建柏人工林生長特性與土壤物理性質相關分析

4 結論與討論

基于不同樹種組成的合理林分結構是維持林地生產力和提高森林生態系統功能的重要條件，相比于純林，針闊混交林在改善林內環境、提高土壤理化性質和增加植物多樣性等方面發揮著重要作用[13～16]。本研究中，選擇了福建柏純林、福建柏與刨花潤楠、桉樹的混交林進行對比研究，發現混交林中福建柏胸徑、樹高等生長狀況明顯優于福建柏純林，而且以福建柏-刨花潤楠混交林生長最好。林分總密度與福建柏生長在不同林分類型間變化存在差異，福建柏-桉樹混交林總密度最大，福建柏-刨花潤楠混交林郁閉度最大，而福建柏純林總密度與郁閉度均最小，這可能是由于福建柏純林垂直結構單一，林木都處于同一水平層次，種內競爭較大，部分個體被淘汰，密度大幅度減小，隨之形成林窗，導致林分郁閉進程比混交林慢[17]。

森林土壤主要理化性質對我國森林生態系統的發育演化過程、空間格局形成和綜合生態功能評價具有重要影響[18]。近些年來，關于森林土壤物理性質研究在不斷深入且取得了一定的成果，研究范圍廣，分析內容深[19]，對于森林經營管理具有重要的指導意義。對3種福建柏人工林土壤物理性質進行對比分析可知，0～60 cm各土層的最大持水量、田間持水量和土壤孔隙度均有福建柏-刨花潤楠混交林最大，福建柏純林最小，而土壤密度則呈現相反的變化趨勢，福建柏純林最大，福建柏-刨花潤楠混交林最小，這與陳乾等[20]的研究結果基本一致，福建柏純林的土壤密度高于混交林，而土壤密度與容重存在密切的關聯性；各土層土壤體積含水量在不同林分類型間變化較大，0～40 cm土層體積含水量在福建柏-桉樹混交林中最大，福建柏純林中最小，40～60 cm土層則在福建柏-刨花潤楠混交林中最大，福建柏-桉樹混交林最小。3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度隨著土壤深度增加不斷降低，土壤密度則呈增大的趨勢，而土壤體積含水量在不同土層間的變化趨勢存在較大的差異。

本研究通過相關性分析發現，福建柏冠幅、林分郁閉度是土壤物理性質的主導因子，福建柏冠幅、林分郁閉度與土壤最大持水量、田間持水量、孔隙度存在顯著正相關性，福建柏冠幅、林分郁閉度與土壤密度呈顯著負相關。本研究僅討論了部分林分特征、土壤物理性質及其相關性，除樹種組成影響福建柏人工林土壤物理性質外，可能還有其他環境因子影響福建柏人工林土壤物理性質，如氣候、光照和降雨等因素[21，22]，后續可綜合考慮這些因素，進一步研究福建柏人工林土壤理化性質與環境因子間的關系。