杉木優良家系試驗林土壤基本肥力性狀研究

葉代全

(福建省洋口國有林場， 福建 順昌 353211)

1 引言

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)作為我國南方人工林的重要樹種，具有速生、優質、豐產、高效等特點[1]，在福建、江西、湖南等地廣泛栽種，對緩解我國木材緊張狀況和促進林業經濟發展起著重要作用[2]。隨著杉木人工林種植面積的快速增長，各地因多代連載、短期輪伐、煉山等不合理的經營管理方式，不同程度地出現了諸如：林地土壤肥力下降、林木生長緩慢、生長勢衰退等一系列問題[3～5]，甚至明顯出現了“一代不如一代”的現象[6～8]。如何克服地力衰退、增強杉木耐瘠薄性、改善杉木生長狀況、促進林業可持續發展已成為亟待解決的問題[9～12]。研究選育耐瘠薄杉木優良家系作為保障杉木人工林持續經營的重要技術途徑之一[13]，對促進杉木人工林的可持續發展具有重要意義，因此，對杉木優良家系營建的人工林進行土壤基本肥力狀況調查，為杉木家系的耐瘠薄評估提供一定依據。

2 材料與方法

2.1 研究地概況

研究地設在福建省南平市順昌縣境內的福建洋口國有林場、沙縣境內的沙縣國有林場、將樂縣境內的將樂國有林場的杉木優良家系試驗林，林下常見植被有芒草(Miscanthusfloridulus(Labill.) Warb. ex Schum. Et)、鐵芒萁(Dicranopterisdichotoma)、狗脊蕨(Woodwardiajaponica)、鐵線蕨(Adiantumcapillus-venerisLinn.)等。研究區域為武夷山支脈的低山丘陵地貌，屬于杉木中心產區，屬中亞熱帶海洋性季風氣候，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，無霜期280 d，雨日160 d，年日照時數1740.7 h，相對濕度82%。土壤為花崗巖風化母質上發育而成的山地紅壤，土層厚度中等。研究樣地的具體情況見表1。

表1 杉木良種試驗林樣地基本情況

2.2 研究方法

2.2.1 土樣采集與處理

于2018年9月初，在福建沙縣國有林場的官莊工區、將樂國有林場的明頭山工區及洋口國有林場的白露亭道坪工區、場部對面道坪工區、南山新林地南元工區等5個杉木優良家系試驗林的典型地段分別在上坡、中坡、下坡設置代表性的樣地，每個樣地內隨機選取樣點挖掘土壤剖面，按0～25 cm(上層)、25～50 cm(中層)、50～75 cm(下層)土層采集環刀樣品供土壤物理性質測定，同時分層采集剖面分析土樣供土壤化學性質測定，重復3次。分析土樣經風干、磨碎、過篩、裝袋備用。

2.2.2 土樣測定項目與方法

土壤物理性質采用環刀法測定，pH采用電位法，有機質采用重鉻酸鉀氧化-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下(包括粒間孔隙)，單位容積土壤的烘干質量(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，同等質地條件下的土壤越緊實板結，土壤肥力低、利用條件差、生產力低、植物生長困難。土壤毛管孔隙度越大則表明持水、保水能力越強、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

由表2看出，各樣點土壤物理性質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。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；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較好，能滿足植物生長需求；下層(50～75 cm)土壤容重偏大，大都在1.3 g/cm3左右、個別高達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，導致土壤不同程度存在緊實、板結、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問題。所以，對植物生長、特別是后期生長造成較大影響。

因此，5個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；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較好，能滿足植物生長需求；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，導致土壤不同程度存在緊實、板結、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問題，對植物生長、特別是后期生長造成較大影響。雖然只有下層土壤的物理性質存在問題，但必然影響整體土壤(上層、中層、下層)的總效應，因此，5個樣地的土壤物理性質不甚理想，總體為中等偏差。

3.2 土壤pH值和有機質狀況

土壤pH值是土壤酸堿性的重要指標。土壤活性酸度(H2O浸提的pH值)是由于土壤溶液中游離的H+所表現的酸度，是土壤酸性的強度指標；土壤代換性酸(KCl浸提的pH值)則是反映土壤潛性酸的強弱。土壤酸堿性直接影響土壤微生物活性、有機質轉化以及土壤膠體帶電性狀，從而影響土壤養分的有效性、遷移及吸附固定等，因此對土壤肥力及植物生長都有重要影響[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，根據土壤酸堿度的常規分級標準[14]，土壤為強酸性(4.5～5.5)至極強酸性(<4.5)，且代換性酸較強，在地處中亞熱帶的地區屬于較為正常或正常略微偏酸的土壤反應。

表3 土壤pH值及有機質

土壤有機質是指存在于土壤中的所有含碳的有機化合物，它主要包括土壤中各種動物、植物殘體，微生物體及其分解、合成的各種有機化合物，對土壤肥力和生態環境都有特殊作用。土壤有機質含量的多少，基本上可以反映土壤肥力水平的高低。不同地區土壤有機質的含量差異較大，低者少于10 g/kg，多者可高達200 g/kg。

從表3看出，各樣地土壤的有機質，表層土壤都在20.0 g/kg以上，達到該地區土壤有機質的正常或平均水平，但中層和下層土壤有機質水平較低，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，所調查的土壤有機質狀況屬于較低水平[15]。

3.3 土壤養分狀況

土壤養分狀況直接影響到土壤提供并滿足植物生長所需營養的能力，土壤氮、磷、鉀作為植物生長的必需營養元素，對植物生長發育起著重要作用。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，根據全氮豐缺指標(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，除第3、第4、第5號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，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，堪稱十分貧瘠。

表4 土壤的養分狀況

表5 土壤N、P、K 的豐缺標準[14]

3 結論與建議

(1)福建沙縣國有林場的官莊工區、將樂國有林場的明頭山工區及洋口國有林場的白露亭道坪工區、場部對面道坪工區、南山新林地南元工區等5個杉木優良家系試驗林土壤物理性質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，導致土壤不同程度存在緊實、板結、最大持水能力低、通氣透水性能較差等物理性問題，對植物生長、特別是后期生長將會造成一定影響。

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

(3)各試驗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，有效磷嚴重缺乏，堪稱十分貧瘠。

土壤肥力是水分、養分、空氣、熱量狀況的綜合體現。杉木優良家系各試驗林土壤的基本肥力性狀屬于相差狀況，但杉木的生長指標總體不差，說明優良家系杉木對立地要求總體而言并不太高，具有一定耐瘠薄性能，所以生長狀況較好。建議以后開展生長指標跟蹤調查分析，以便為揭示杉木優良家系耐瘠薄性能和選育耐瘠速生杉木良種提供進一步依據。