異齡混交對馬尾松林分生長及林地生態因子的影響

梁廷熙

(廣東省德慶縣林業局，廣東 德慶 526600)

1 引言

馬尾松(Pinusmassoniana)屬松科松屬針葉樹種，其不僅是優良的建筑用材，還是優良的造紙及人造纖維板原料，此外還可用于生產松香、松節油等化工產品，在廣東、廣西、江西、安徽、福建、浙江等我國南方17個省(區)均有分布。馬尾松利用價值高，用途廣泛，目前已成為我國南方主要造林樹種[1，2]。然而，長期單一樹種純林模式研究，導致立地衰退、林地生產力下降[3，4]。同時，大面積馬尾松純林極易遭受病蟲害[5，6]，尤其近年來日趨嚴重的松材線蟲病[7]，致使全國多地實施了“限松令”，松樹產業發展遭受了明顯的遏制。馬尾松作為優良的脂材兩用樹種，在水源涵養、水土保持、地力維護等生態功能方面效益顯著。在當下林業發展堅持綠水青山就是金山銀山和生態優先的理念下，提升森林生態系統穩定性及林分質量是推進馬尾松產業發展的前提與保障。

與純林相比，混交林生態系統穩定，生態功能強大[8，9]。以往研究表明，馬尾松作為高氮需求樹種，與闊葉樹特別是與枯落物豐富、氮歸還量高、耐蔭能力較強的闊葉樹種混交，其不僅有效提升了林分養分歸還和水源涵養能力，增加了土壤肥力，同時有效提升了林分生長量[10，12]。因此，進行混交林營造是解決馬尾松林分生態系統脆弱、林分質量不高問題的關鍵，而將現有馬尾松純林改造成異齡混交林則更為實際與亟需。基于此，本文以紅錐為混交樹種，通過設置不同比例馬尾松林下異齡混交模式，分析了馬尾松林分生長及相關林地生態因子的變化，以期為將馬尾松純林改造為混交林提供科學參考。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

研究區位于廣東省德慶縣，地理位置位于111°41′10″E，23°8′42″N，氣候屬亞熱帶季風氣候類型，年平均氣溫21 ℃，年降水量1500 mm，年平均相對濕度81%。試驗林地海拔為200～250 m，坡度20～25°，土壤為黃棕壤，土層厚度40～60 cm。林下植被以灌木、草本為主，主要有山烏桕(Sapiumdiscolor)、菝葜(Smilaxchina)、三叉苦(Evodialepta)、粽葉蘆(Thysanolaenamaxima)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、懸鉤子(Rubuscorchorifolius)等。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗林改造

研究區馬尾松純林為2012年營建的馬尾松實生苗植苗林，株行距2 m×2 m，種植密度167株/畝。待馬尾松林分形成整齊林相時，在保留木空間位置均勻的前提下，于2017年采用下層疏伐法進行林分間伐，去弱留強，設置4種保留密度：120、100、80、60株/畝。間伐后清理砍伐剩余物，在穴狀整地后以一年生紅錐容器苗進行馬尾松林下紅錐套種，套種密度為0、20、40、60株/畝。最終形成4種混交比例的馬尾松×紅錐異齡混交林，即紅錐混交比例0、1/6、1/3、1/2，林分密度均為120株/畝。套種后連續3年，每年進行砍灌割草、追肥(復合肥250 g/株，N∶P∶K=15∶15∶15)各1次。

2.2.2 數據收集

以馬尾松純林為對照(CK，P0)，1/6(P1)、1/3(P2)、1/2(P3)為馬尾松×紅錐混交林試驗處理，各林分中分別設置3個20 m×25 m大小固定樣地。2021年底采用每木檢尺進行各樣地樹高、胸徑調查，用完全隨機方式，以樣地中高徑生長量與平均值相差10%以內的植株作為采樣目標樹種，將距離樹干基部50 cm處上坡位作為取樣區。每個樣地設5個取樣區，在每個取樣區內設置30 cm×30 cm小樣方，采用環刀采集小樣方內0～20 cm土壤樣品1 kg左右。將各林分每個樣地中5個取樣區中土壤樣品混勻后分成2份帶回實驗室，一份貯存于4 ℃冰箱用于微生物多樣性分析，另一份用于土壤持水性及養分含量分析。

2.2.3 指標測定

微生物多樣性測定。參照鮑佳書等[13]方法，采用Biolog-ECO微平板培養10 d的數據進行統計分析，計算林地中微生物多樣性指數和豐富度指數。

土壤持水性測定。以采環刀浸泡法，用100 cm3環刀從上至下分層采集樣品，在室內環刀浸泡，參照羅斯生[14]等方法測定土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量。

土壤養分含量測定。全氮用凱氏定氮法測定，全磷及有效磷用鉬銻抗比色法測定，全鉀用火焰原子吸收分光光度法測定，堿解氮用堿解擴散法測定，速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法測定。

2.3 數據處理

數據采用Excel 2007進行制圖，用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析和相關性分析，多重比較采用LSD法(p<0.05)。

3 結果與分析

3.1 對林分生長的影響

由圖1可以看出，不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對馬尾松樹高、胸徑生長量影響差異顯著。與馬尾松純林(P0)相比，1/6紅錐混交比例(P1)試驗林中馬尾松樹高、胸徑無顯著增加，而1/3(P2)和1/2(P3)紅錐混交比例林分中馬尾松高徑生長量均明顯增加，分別較馬尾松純林的樹高、胸徑增加了20.4%～24.5%和18.7%～21.3%。這說明，以1/3～1/2紅錐混交比例能顯著提升馬尾松樹高、胸徑生長量。

注：圖中不同小寫字母表示不同混交比例林分間達差異顯著水平(p<0.05)，下同

3.2 對林地微生物多樣性的影響

微生物是林地生態系統中重要生態因子，參與枯落物分解，改變土壤理化性質。研究證明，微生物多樣性直接反映了微生物群落穩定性及土壤質量[13,15]。由圖2可知，隨著紅錐混交比例增大，林地微生物多樣性指數與豐富度指數均呈線性增加的趨勢。相關性分析結果表明，林地微生物多樣性指數、豐富度指數與紅錐混交比例均為極顯著的正相關線性關系(R2=0.99)。這表明，馬尾松與紅錐異齡混交顯著增加了林地微生物群落的穩定性。

圖2 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對林地微生物多樣性的影響

3.3 對林地土壤持水性的影響

水是一切生命活動的基礎，土壤持水能力是衡量森林生態功能的一個關鍵因素。土壤容重反映土壤緊實度，容重越大，土壤越緊實，土壤越板結嚴重，持水性越差，不利于植物生長。土壤孔隙度與土壤貯水能力有關。通常，土壤孔隙度越大，貯水能力越強。土壤持水量則直接代表土壤持水能力[14,16]。從表1可以看出，隨著紅錐混交比例增大，土壤容重逐漸減小，而土壤孔隙度和土壤持水量逐漸增大。結果表明，在供試4種試驗林中，以1/2紅錐混交比例林分中土壤持水能力最強，說明與紅錐混交能有效改善林地土壤持水性，且混交比例越大效果越好。

表1 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對林地土壤持水性的影響

3.4 對林地土壤養分含量的影響

氮、磷、鉀是植物生長發育中三大主要營養元素，土壤中氮、磷、鉀元素的含量反映了林地養分供給能力，即土壤肥力情況。不同紅錐混交比例林分中，林地土壤氮磷鉀元素含量差異顯著(表2)。從各林分元素含量大小來看，全氮、堿解氮表現為：P3>P2>P1>P0，全磷、全鉀為：P3≈P2>P1≈P0，有效磷、速效鉀為：P3≈P2>P1>P0。整體上，以1/3～1/2紅錐混交比例林地土壤中氮磷鉀元素含量明顯偏高。這說明，馬尾松與紅錐異齡混交能有效提升林地土壤肥力。

表2 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對林地土壤養分含量的影響

4 結論與討論

馬尾松是我國南方生態建設和造林用材主要樹種，人工林面積發展迅速[2]，其經營模式主要以純林為主。由于長期的馬尾松人工純林營建，病蟲害問題極為突出，尤其近幾年爆發的松材線蟲病，傳染性強，防治效果不明顯，被稱為松樹癌癥[7]。為阻止該病害的進一步傳播，多個省區已明令禁止馬尾松的種植。松樹產業在我國林業經濟建設中占有舉足輕重的地位，提升林分生態穩定性，增強林分抗性，是推進產業發展的關鍵。國內外大量研究證實，通過混交能有效提升森林生態系統穩定性，增強抗逆能力。目前有關馬尾松混交方面的研究大多關于同齡混交，而將現有馬尾松林分改造為異齡混交林方面研究仍鮮少見。馬尾松為強陽性速生樹種，但早期生長較為緩慢[1]，具有“三年不見樹，五年不見人”的生長習性。本試驗以剛郁閉、林相較為整齊的5年生馬尾松林分為改造對象，以經濟價值高、土壤改良效果好的鄉土闊葉樹種紅錐為異齡混交樹種，在混交林改建4年后探索了不同混交比例馬尾松生長及林地生態因子的變化。研究發現，以1/3～1/2紅錐混交比例，馬尾松高徑生長量顯著提升，林地生態系統穩定性增強，說明今后可選擇以紅錐為混交樹種進行馬尾松純林的改造。

在林地生態系統中，微生物是土壤生態系統的重要組成部分，也是森林生態系統的重要組成部分，是森林生態恢復與重建的重要參與者[17]。微生物影響著有機質分解、養分循環和植物養分利用過程，微生物參數被認為是土壤質量變化的重要指標之一。微生物多樣性指數和豐富度指數被視為最關鍵的兩個參數，其中多樣性指數表明土壤中微生物群落的多樣性，而豐富度指數反映了微生物利用碳源種類數的不同，表明土壤微生物功能的多樣性，以多樣性指數和豐富度指數可表征林地土壤微生物的多樣性。林地微生物依賴于植被發育，植被通過根系、地上和地下等生物過程影響土壤微生物多樣性。本試驗研究結果表明，紅錐混交比例與林地微生物多樣性指數和豐富度指數均呈顯著的正相關線性關系，其R2值均達0.99。從微生物群落多樣性的區域格局來看，土壤微生物群落多樣性與覆蓋于土壤上的植物群落多樣性呈正相關[17]。這表明，相較馬尾松純林，馬尾松×紅錐混交林更利于微生物群落的發展。紅錐為高氮歸還樹種[18]，而馬尾松對氮素需求較高[19]，一方面通過枯落物養分歸還，增加林地氮儲量促進馬尾松生長，另一方面相較馬尾松枯落物，紅錐凋落物易分解且氮含量高，利于增加微生物多樣性，是一種優良的馬尾松混交樹種，這與以往有關凋落物對馬尾松生長影響方面的研究結果是相似的[20]。

土壤持水性與養分含量是反映森林生態功能最為重要的兩個指標[19,21]。筆者發現，紅錐混交比例與土壤持水能力、氮含量變化趨勢一致，即紅錐混交比例越大，土壤持水能力越強，氮含量越高。這顯示紅錐在改良土壤持水性與氮儲量方面功能顯著。然而，值得一提的是，馬尾松生長量并未隨著紅錐混交比例增大而增大，在紅錐混交比例為1/3和1/2時，并未發現馬尾松高徑生長量在統計學上的顯著差異。從土壤中磷、鉀養分含量變化來看，在紅錐混交比例為1/3和1/2時，全磷/有效磷、全鉀/速效鉀含量均無顯著差異。這暗示了磷、鉀可能是進一步提升馬尾松生長質量的關鍵，今后進行馬尾松×紅錐的混交林改造時，可適當補充一定的磷鉀肥以促進馬尾松生長。