四川盆周山地5種典型林分土壤理化性質比較

曾亞蘭，李紹才，孫海龍

（1.四川大學生命科學學院，四川成都 610065；2.四川大學水利水電學院，四川成都 610065）

森林土壤為植被提供必要的物質基礎，提供植被生長所需的水分和各種營養元素，同時林地植物與土壤生態是相互影響的，植被也參與土壤的形成，改善著土壤的性狀［1］。目前，國外研究人員對林地土壤的研究主要關注于林地土壤質量的演化、林地土壤生態指標的指數作用、林地土壤與林地植物之間的關系，以及不同植被類型的土壤質量差異與影響成因和關鍵因素等［2-4］。國內研究方向主要是杉木人工純林易出現林地地力衰退等一系列問題，在針對杉木純林、杉闊混交林及闊葉純林3 種人工林生態系統對林地土壤質量影響的比較研究中，發現杉木純林的土壤質量最差［5-6］。通過對土壤理化性質的比較，可以為有針對性地提出森林的適宜撫育措施提供依據。因此，研究不同林分類型下的土壤特性對于促進土壤系統及森林系統的維持和發展具有重要意義。

1 研究區概況

研究區位于四川省彭州市龍門山鎮團山村，距彭州市中心約50 km，屬于四川盆周西緣山地。該區域夏無酷暑，7 月平均溫度一般不超過25 ℃，1 月平均溫度在0 ℃以下，一般12 月份開始有霜凍，可延續至翌年3 月初，全年無霜期約250 d；土壤類型屬四川盆地山地濕潤亞熱帶山地黃壤和山地黃棕壤，各林分的地理位置接近，氣候、土壤、水文等條件基本一致。

2 研究方法

2.1 樣地調查與設置

2018 年7—8 月，在龍門山鎮分別選取林齡相近、林分不同的5 塊典型標準樣地，林地類型分別為杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林、人工-天然混交林和天然次生林。在5 種典型標準樣地中各選取1 個面積為50 m×50 m 的林分樣地。將各研究區劃分為4個標準樣地，面積20 m×20 m，在標準樣地內沿對角線方向采集3 個土壤表層樣，每個研究樣區采集12 個土壤表層樣，采集深度0～15 cm。將林木周圍土壤混合，去除塊根和石塊等雜質后，使用四分法取樣，低溫冷藏帶回實驗室自然風干；同時，采用環刀法取土樣，深度0～10 cm，每個環刀的容積100 cm3。分別采集60個土壤混合樣和土壤環刀樣。

2.2 土壤理化性質測定

環刀取樣測定土壤物理性質，包括土壤容重、田間持水量。采集的土樣經過自然風干，去除雜質，磨細過孔徑為0.154 mm 的土壤篩，用于測定土壤有機質、pH 值、氮、磷、鉀。有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；pH 值采用酸度計法（水土比為2.5∶1）；全氮采用半微量凱氏定氮法；堿解氮采用堿解-擴散吸收法；有效磷采用鹽酸-硫酸浸提，鉬銻抗比色法；速效鉀采用原子吸收分光光度法［7］。

2.3 數據處理與分析

采用單因素方差分析比較土壤理化性質指標在不同林分間的差異程度，并進行LSD 多重比較，顯著性水平設置為0.05。數據統計分析在SPSS 20.0 中進行，采用Origin 2017軟件作圖。

3 結果與分析

3.1 不同林分土壤物理性質比較

一般情況下土壤容重的變化范圍在0.9～1.7 g·cm-3。由圖1 可見，本研究區內不同林分樣地的土壤容重多在1.04～1.38 g·cm-3范圍。容重越大說明透水性和通氣性較差，通常表現為土壤板結［8］。各不同林分土壤容重大小關系為：杉木純林（1.38 g·cm-3）＞柳杉純林（1.32 g·cm-3）＞杉木-柳杉混交林（1.12 g·cm-3）＞人工天然混交林（1.14 g·cm-3）＞天然次生林（1.04 g·cm-3），即混交林和天然次生林的土壤透水通氣性優于純林。兩種純林、兩種混交林的土壤容重顯著高于天然次生林（P＜0.05），說明混交模式和樹種組成，以及人為干擾對土壤容重都有一定的影響。田間持水量是指毛管水達到最大時的土壤含水量。不同林型的土壤田間持水量的大小關系為：杉木-柳杉混交林（22.71%）＞人工天然混交林（21.25%）＞天然次生林（20.99%） ＞柳杉純林（18.82%） ＞杉木純林（15.40%），總體來看，混交林和天然林的田間持水量較大，杉木純林的田間持水能力最弱，單因素方差分析結果顯示，杉木-柳杉混交林與杉木純林的存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖1 不同林分類型的土壤容重及田間持水量

3.2 不同林分土壤化學性質比較

圖2 不同林分類型的土壤有機質及pH值

土壤有機質對土壤形成、土壤肥力、環境保護及林業可持續發展等方面都有重要的意義［9］。圖2 結果顯示，有機質含量大小關系為：柳杉純林（9.40%）＞杉木-柳杉混交林（8.32%）＞天然次生林（7.19%）＞杉木純林（6.72%）＞人工天然混交林（6.26%）；杉木純林、天然次生林和人工天然混交林間土壤有機質含量無顯著性差異（P＞0.05），且這三種林型都顯著低于柳杉純林（P＜0.05）。不同pH 值的土壤適合不同的植物生長，適宜的酸堿性有利于土壤微生物活動，加速枯落物分解，從而促進林木生長。不同林型的土壤pH 值大小關系為：天然次生林（5.41）＞人工天然混交林＞（4.92）＞杉木純林（4.57）＞柳杉純林（4.55）=杉木-柳杉混交林（4.55）。五種典型林分土壤都屬于酸性土壤（4.5＜pH＜6.5）。三種人工林（杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林）間土壤pH 值無顯著性差異（P＞0.05）。

由圖3 可見，土壤是植物氮素營養的主要來源，土壤的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力。不同林型的土壤全氮含量大小關系為：柳杉純林（3.91 g·kg-1）＞天然次生林（3.68 g·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（3.09 g·kg-1）＞杉木純林（3.04 g·kg-1）＞人工天然混交林（2.97 g·kg-1），柳杉純林與天然次生林全氮含量無顯著性差異（P＞0.05），與其余三種林型差異顯著（P＜0.05）。土壤堿解氮在較短的時間內能為植物所吸收利用，可反映近期內土壤氮的供應狀況和氮的釋放速度。不同林型的土壤堿解氮大小關系為：柳杉純林（450.68 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（392.32 mg·kg-1）＞天然次生林（386.52 mg·kg-1）＞杉木純林（368.79 mg·kg-1）＞人工天然混交林（337.83 mg·kg-1）；柳杉純林堿解氮含量最高，并且與其他不同林分類型之間有顯著差異（P＜0.05）。

圖3 不同林分類型的土壤全氮及堿解氮

由圖4 可見，土壤有效磷是衡量土壤磷素養分供應水平高低的直接指標，也是植物生長發育的主要限制因子［10］。不同林型的土壤有效磷含量大小關系為：柳杉純林（10.30 mg·kg-1）＞杉木純林（9.34 mg·kg-1）＞天然次生林（8.97 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（6.62 mg·kg-1）＞人工天然混交林（5.99 mg·kg-1）。杉木-柳杉混交林和人工天然混交林有效磷含量顯著低于其他各林型（P＜0.05）。土壤有效鉀是土壤中可以被植物直接吸收利用的鉀，其含量受施肥、基質、氣候條件等影響，供應不足會影響植物的代謝過程與抗病蟲能力［11］。不同林型的土壤有效鉀含量大小關系為：天然次生林（152.93 mg·kg-1）＞人工天然混交林（131.11 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（87.06 mg·kg-1）＞杉木純林（79.92 mg·kg-1）＞柳杉純林（75.89 mg·kg-1）。柳杉純林的土壤有效鉀含量最低，天然次生林的土壤有效鉀含量最高，天然次生林和人工天然混交林的有效鉀含量沒有顯著差異（P＞0.05），與兩種人工純林和杉木-柳杉混交林有顯著差異（P＜0.05）。

圖4 不同林分類型的土壤有效磷及有效鉀

4 討論與結論

4.1 討論

綜合土壤容重、田間持水量這兩個土壤的物理性質指標來看，5 種典型林型的土壤物理性質均較好。這可能是由于研究區林地之前為森林，后被毀林開荒后再次種植，其土壤結構原本就比較適合林木的生長。但人工林的土壤物理性質對比優良林地的土壤條件，依然有待進一步改善。天然次生林和混交林的土壤通氣性、透水性和蓄水能力更好，純林較差，這與植物根系的生長及凋落物等分解對土層土壤的影響有很大關系，天然次生林和混交林根系發育良好，擴大了根系在土層的穿插空間，使土壤緊實度變小、疏松而富有孔隙，物理性質得到有效改善。其中，天然次生林物理性質最優，除有機質對其有一定影響外，該林地林分郁閉度較小、人為干擾較少也是原因之一。

本研究結果顯示，三種人工林（杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林）間pH 值無顯著差異（P＞0.05），天然次生林和人工-天然混交林的土壤pH值顯著高于其他三種人工林林型，這與前人的研究結果較為一致，即大多數的針葉純林會使土壤酸化，土壤的物理和化學性質都變得惡劣，從而不利于土壤養分的積累，影響土壤肥力［12］。

4.2 結論

5 種不同典型林型的土壤物理性質整體均較好，天然林比人工林更好，混交林比純林更佳，其中天然次生林最優，杉木純林最差。

各林型的土壤均呈酸性，杉木純林、柳杉純林和杉木-柳杉混交林三種人工林的土壤pH 值間無顯著差異。有機質、全氮、堿解氮、有效磷的含量，均是柳杉純林最高，人工天然混交林最低；有效鉀的含量，則是柳杉純林最低，天然次生林最高。