人工闊葉紅松混交林改良土壤效果分析

盧正茂

(遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧 丹東 118002)

闊葉紅松林是中國東北東部山區(qū)的地帶性頂極森林植被類型，是溫帶針闊混交林的典型代表[1-3]，經(jīng)過長期掠奪式采伐和人為活動(dòng)的不斷增加，原始群落所剩無幾。由于長期大面積采伐天然林，導(dǎo)致天然林資源越采越少，越采質(zhì)量越差，生物多樣性遭到了嚴(yán)重破壞，森林涵養(yǎng)水源能力等生態(tài)功能逐年下降。為了快速恢復(fù)闊葉紅松林資源，人工營建闊葉紅松混交林是重要手段之一，從20世紀(jì)80年代開始，遼寧省森林經(jīng)營研究所在本溪滿族自治縣偏嶺地區(qū)人工營造闊葉紅松混交林[4]。經(jīng)過30多年的生長，人工培育的闊葉紅松混交林對(duì)土壤的影響發(fā)生了較大變化。為深入了解人工闊葉紅松混交林對(duì)土壤的改良效果，對(duì)5種不同類型的人工闊葉紅松混交林的土壤理化性質(zhì)及土壤的滲透速度進(jìn)行測(cè)定，為研究人工闊葉紅松混交林的土壤變化及多種生態(tài)功能等提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于遼寧省本溪縣高官鎮(zhèn)新農(nóng)村境內(nèi)，其地理位置為123°30′～125°50′E、40°～42°50′N，海拔500～700 m，屬溫帶大陸性氣候區(qū)，年均氣溫5.8 ℃，≥5 ℃年有效積溫3 232 ℃，年降水量700～1 000 mm，無霜期147 d，土壤為棕色森林土，土層厚度30～50 cm，植被屬長白植物區(qū)系，試驗(yàn)地造林前為殘次林采伐跡地，以山楊Populusdavidiana、樺樹Betulaspp.為主。

試驗(yàn)林分為紅松Pinuskoraiensis與白樺Betulaplatyphylla、色赤楊A(yù)lnustinctoria、刺楸Kalopanaxseptemlobus、水曲柳Fraxinusmandshurica、紫椴Tiliaamurensis進(jìn)行營造的混交林，同時(shí)營造紅松純林為對(duì)照區(qū)。該林分于1982年、1984年造林，混交方式為塊狀混交、帶狀混交，各混交方式3次重復(fù)，同時(shí)營造紅松純林1～2 hm2作為對(duì)照區(qū)。紅松苗齡為3年生移植苗，闊葉樹苗齡為1年生播種苗。造林后連續(xù)撫育5年7次，前2年每年2次，后3年每年1次。對(duì)于混交林中的闊葉樹在2～3年生時(shí)依據(jù)生物學(xué)特性進(jìn)行必要的平茬，同時(shí)當(dāng)混交林長到9～10 a，進(jìn)行林分撫育，清理雜灌及纏藤。林分郁閉后分別在1997、2008、2013年進(jìn)行撫育間伐。撫育間伐主要是伐除影響紅松生長的闊葉樹及無培育前途的紅松，保證闊葉紅松林的正常生長。林分生長基本情況見表1。

表1 人工闊葉紅松混交林基本情況

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2017年7月，在各類型林分內(nèi)選擇立地條件基本一致、林相完整、有代表性的地段設(shè)置臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地，在不同類型紅松闊葉混交林中設(shè)置面積為30 m×30 m的樣地3塊，共設(shè)18塊標(biāo)準(zhǔn)地。在紅松與闊葉樹銜接的位置設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地，紅松與闊葉樹均勻分布在標(biāo)準(zhǔn)地的兩側(cè)，所占面積與比例一致。

2.2 土壤物理及化學(xué)性質(zhì)測(cè)定

2.2.1 土壤物理性質(zhì)

在樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)，挖土壤剖面，分別用土壤環(huán)刀取樣，取樣深度為0～10 cm、10～20 cm，在土壤剖面中間部位取樣，每個(gè)部位重復(fù)取樣3次，用一次取樣，連續(xù)測(cè)定的方法，測(cè)定土壤的容重、含水率、毛管孔隙度、總孔隙度及土壤持水能力，采用雙環(huán)入滲實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤的初滲速率和終滲速率。

2.2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

在每個(gè)樣方中按對(duì)角線隨機(jī)設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)，首先去除土壤表面的凋落物和腐殖質(zhì)層，利用直徑5 cm的土鉆，按0～10 cm(表層)和10～20 cm(亞表層)分層取樣，將同一土層的9個(gè)取樣點(diǎn)取得的土壤樣品混合放入一個(gè)自封袋內(nèi)，作為一個(gè)混合樣。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后去除可見的植物細(xì)根及凋落物，并過2 mm孔徑的篩。過篩后的土樣分為兩份，一份于4 ℃冰箱內(nèi)保存，用于測(cè)定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；一份風(fēng)干保存，用于測(cè)定土壤pH值、土壤全碳、全氮、全磷和有效磷等。

2.2.3 混交林分凋落物現(xiàn)存量及持水能力

在每塊標(biāo)準(zhǔn)地四角及中心位置，布設(shè)5個(gè)1 m×1 m的小樣方，測(cè)定凋落物厚度，然后一次性收集小樣方內(nèi)的全部凋落物，稱凋落物鮮質(zhì)量，帶回實(shí)驗(yàn)室取部分樣品烘干(80 ℃)至恒質(zhì)量，計(jì)算凋落物單位面積的現(xiàn)存量；同時(shí)在每塊樣地選2個(gè)面積30 cm×30 cm的凋落物小樣方，按凋落物未分解層和半分解層分別裝入尼龍袋，迅速稱鮮質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室烘干(80 ℃)至恒質(zhì)量，分別計(jì)算凋落物未分解層與半分解層的自然含水率。

將上述烘干后的凋落物放入水中，分別浸泡0.5，1，1.5，2，4，6，8，10，24 h后，撈起并靜置5 min至凋落物不滴水時(shí)稱量其質(zhì)量，測(cè)定質(zhì)量變化。每個(gè)樣品重復(fù)3次，分別計(jì)算有效攔蓄量、凋落物吸水速率和持水量以及它們之間的關(guān)系。用公式擬合凋落物持水量、凋落物吸水速率與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算凋落物有效攔蓄量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同混交類型林分凋落物現(xiàn)存量及持水能力

不同混交類型林分的凋落物現(xiàn)存量、最大持水量及有效攔蓄量測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 不同混交類型林下凋落物現(xiàn)存量及持水量

從表2看出，混交林由于凋落物分解比純林快，所以各類型人工闊葉紅松混交林凋落物現(xiàn)存量均低于紅松純林，其中白樺-紅松的凋落物現(xiàn)存量為紅松純林的91.9%，而紫椴-紅松混交林的凋落物現(xiàn)存量僅為紅松純林的35.7%；除白樺-紅松未分解凋落物現(xiàn)存量與紅松純林相近外，其余各混交類型林分的凋落物未分解、半分解均低于紅松純林，說明紅松純林結(jié)構(gòu)單一，凋落物不易分解。

由于不同林型樹種組成不同，林下環(huán)境、凋落物的組成和分解情況也不同，導(dǎo)致林下凋落物的持水特征有較大差異。其中，紅松人工純林凋落物有效攔蓄量最高25.0 t·hm-2，紫椴-紅松混交林最低4.7 t·hm-2；不同林型半分解層凋落物的最大持水量和最大持水率均高于未分解層，紅松人工林凋落物最大持水量22.8 t·hm-2，最大持水率2.84%，均高于闊葉紅松混交林。

3.2 不同混交林型的土壤貯水能力

不同林型的土壤滲透能力，在人工闊葉紅松混交林林型中，土壤0～10 cm，10～20 cm層的初滲速度和終滲速度都高于紅松純林。紅松與色赤楊混交林土壤0～10 cm的初滲速度比紅松純林提高8%，土壤10～20 cm提高30%；終滲速度土壤0～10 cm提高21.7%，土壤10～20 cm提高16.6%。說明紅松與色赤楊混交林土壤水分的滲透能力高于人工紅松純林，提高了土壤的滲透能力。

3.3 土壤物理性質(zhì)

不同混交類型林分土壤容重、孔隙組成情況見表3。由表3可見，各混交林的土壤容重均小于紅松純林，表明闊葉紅松混交林的土壤結(jié)構(gòu)良好。

表3 不同混交類型林分土壤孔隙組成情況

不同類型的闊葉紅松混交林土壤總孔隙度均小于紅松純林；除紫椴-紅松混交林外，人工闊葉紅松林的非毛管孔隙度均小于紅松純林；除色赤楊-紅松混交林外，各闊葉紅松林的毛管孔隙度均小于紅松純林；除紫椴-紅松混交林外，各闊葉紅松林非毛管孔隙度/總孔隙度的比值均低于紅松純林。由此可見，闊葉紅松混交林的林下物種及枯枝落葉豐富，且容易分解，土壤中的微生物增多，促進(jìn)了土壤的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，改善了土壤結(jié)構(gòu)，從而增加了土壤肥力。

3.4 土壤化學(xué)性質(zhì)

不同類型林分土壤pH值與有機(jī)質(zhì)狀況見表4。人工紅松純林的土壤pH值最低5.8，土壤偏酸性，各類型的人工闊葉紅松林的土壤pH值均高于紅松純林，其中以水曲柳-紅松、紫椴-紅松混交林土壤pH值較高，接近中性。不同類型的闊葉紅松林土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于紅松純林，其中，以紫椴-紅松混交林的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高。

不同類型的人工闊葉紅松林不同土層的全氮、全磷均高于紅松人工純林，其中紫椴-紅松混交林不同土層的全氮、全磷含量最高，其次是白樺-紅松混交林；只有白樺-紅松、色赤楊-紅松、紫椴-紅松混交林10～20 cm土層土壤的全鉀含量高于紅松純林，其它類型的人工闊葉紅松林的全鉀含量均低于紅松純林，其中水曲柳-紅松混交林的全鉀含量最低。

不同土層不同類型人工闊葉紅松林的堿解氮含量均高于人工紅松純林，其中紫椴-紅松林的堿解氮含量最高；各人工闊葉紅松林速效磷、速效鉀含量均高于人工紅松純林，水曲柳-紅松混交林不同土層速效磷含量最高，色赤楊-紅松混交林不同土層速效鉀含量最高，分別達(dá)到50.62～68.38 mg·kg-1、298.44～333.4 mg·kg-1。

4 結(jié) 論

4.1 本文以遼東山區(qū)人工營造的5種典型闊葉紅松混交林為研究對(duì)象，以紅松純林為對(duì)照。分別對(duì)白樺、色赤楊、水曲柳、刺楸、紫椴與紅松混交林土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明：各類型人工闊葉紅松混交林單位面積凋落物現(xiàn)存量(未分解和半分解)均低于人工紅松純林，其中白樺-紅松的凋落物現(xiàn)存量為紅松純林的91.9%，而紫椴-紅松混交林的凋落物現(xiàn)存量僅為紅松純林的35.7%。

4.2 紅松人工純林凋落物有效攔蓄量25.0 t·hm-2，均高于各類型混交林；人工闊葉紅松混交林能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，改善土壤的通氣性，利于植物根系生長，同時(shí)較高的孔隙度也能提高土壤水分滲透性，增加土壤蓄水能力。

不同類型的闊葉紅松林土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于人工紅松純林，其中紫椴-紅松混交林的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高。

不同土層不同類型人工闊葉紅松林的堿解氮含量均高于人工紅松純林，其中以紫椴-紅松的堿解氮含量最高；各人工闊葉紅松林速效磷、速效鉀含量均高于人工紅松純林，水曲柳-紅松混交林不同土層速效磷含量最高，色赤楊-紅松混交林不同土層速效鉀含量最高，分別達(dá)到50.62～68.38 mg·kg-1、298.44～333.4 mg·kg-1。

人工紅松純林的土壤pH值最低5.8，土壤偏酸性，各類型的人工闊葉紅松林的土壤pH值均高于紅松純林，營造闊葉紅松混交林能夠防止針葉純林土壤酸化，不但可以改良土壤理化性質(zhì)，也是防止針葉純林地力衰退一個(gè)很好的措施。