不同立地因子對泡桐人工林生長量及土壤理化性質的影響1)

龐宏東 李玲 崔鴻俠 曾祥福 唐萬鵬

(湖北省林業(yè)科學研究院，武漢，430075)

泡桐(Paulownia)是我國特有的重要的優(yōu)質速生用材樹種之一，在國內25個省市自治區(qū)有自然分布和人工栽培[1]。因其具有分布廣泛、種質資源豐富、優(yōu)質、速生、繁殖容易、適應性強、用途廣泛并適于農林復合經營等優(yōu)良特性，而一直受到國際社會的重視[2]。湖北為泡桐原產地之一，野生泡桐資源豐富，鄂西地區(qū)是泡桐屬的多度中心、多樣化中心和次生起源中心[3]。湖北省作為泡桐最佳適生分布區(qū)，栽培歷史悠久，至2009年湖北省泡桐人工林栽培面積累計近1.33萬hm2，咸寧、荊門、黃岡、黃石、荊州等地區(qū)為主要栽培區(qū)[4]。隨著泡桐在南方丘陵山地的推廣種植，對立地條件不加選擇就盲目種植的情況日益突出，嚴重違背了“適地適樹”的科學規(guī)律。因此，研究確定影響泡桐生長的主導立地因子，選擇出適宜培育泡桐大徑材林的最佳立地條件，是解決泡桐在南方丘陵山地推廣種植的首要問題。

立地是多種自然環(huán)境因子綜合作用而形成的，能夠體現(xiàn)不同立地因子的宜林地段[5]，立地質量的高低，對于林木生長的具有重要影響[6]。因此，不同立地因子對林木生長的影響一直是林業(yè)科研的熱點[7-10]，但關于立地因子對泡桐人工林生長影響的研究較少。本研究以荊門地區(qū)的泡桐人工林為研究對象，研究坡度、坡向、坡位等不同立地因子對泡桐人工林生長量及對土壤理化性質的影響，篩選出最適合泡桐生長的坡度、坡向、坡位等立地條件，為南方低山丘陵區(qū)泡桐大徑材的培育提供技術支持。

1 研究區(qū)概況

調查區(qū)域為湖北省荊門市，位于湖北省中部，漢江中下游，地理坐標為東經111°51′～113°29′，北緯30°32′～31°36′，轄鐘祥市、京山市、沙洋縣及東寶區(qū)、掇刀區(qū)等2個市轄區(qū)。東、西、北三面高，中、南部低，呈向南敞開形，兼有低山坳谷區(qū)、丘崗沖溝區(qū)和平原湖區(qū)。最高點海拔1 050 m，最低點海拔27 m。屬北亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期，雨量充沛，陽光充足，無霜期長，年均氣溫15.9 ℃，年降水量804～1 067 mm。丘陵山地土壤主要以黃壤、紅壤等為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置及調查方法

在鐘祥市、京山市及荊門市轄區(qū)等地不同立地類型的泡桐人工林中設置20 m×20 m標準樣地31塊(見表1)，其中鐘祥市14塊、京山市8塊，荊門市轄區(qū)7塊。詳細記錄每塊樣地的坡向、坡位、坡度、海拔、土壤類型、土層厚度、石礫含量、地形地貌等立地因子以及林齡、品種、造林密度、撫育管護等林分基本情況。對樣地內所有泡桐進行每木調查，調查指標包括胸徑(D1.3)、樹高2.6 m處的直徑(D2.6)、苗干高(H1)、接干高(H2)、接干0.5 m處的直徑(D0.5)和接干1.5 m處的直徑(D1.5)等。在每個調查樣地內，挖開1個典型土壤剖面，調查樣地土壤名稱、土層厚度、石礫含量、腐殖質層厚度、母質層狀況等；將土壤剖面機械分為3層(>0～10、>10～30、>30 cm)，用環(huán)刀分層采集土樣帶回實驗室測定土壤的密度、最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度等物理性質指標；每個土壤剖面取混合土樣1份，帶回實驗室測定全氮、全磷、全鉀、水解性氮、速效鉀、有效磷、有機質、pH值等化學性質指標。

表1 泡桐調查樣地概況

2.2 立地因子選擇

影響人工林生長的立地因子眾多且復雜，本研究主要選擇了坡度、坡向、坡位等3個主要立地指標作為研究對象。

調查樣地坡度基本上在25°之內，將坡度分為3個等級，分別為平坡0°～5°，緩坡6°～15°，斜坡16°～25°。根據(jù)樣地范圍地面朝向分為陽坡(SE45°～SW45°，無坡向)、陰坡(NE45°～NW45°)及半陰半陽坡(除陽坡、陰坡外其他坡向)等3個坡向。根據(jù)樣地所在部位分為上坡位、中坡位、下坡位和平地等4類。

2.3 土壤理化性質的測定

土壤密度及土壤水分物理性質的測定依據(jù)林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1215-1999，采用環(huán)刀法測定；全氮、水解性氮質量分數(shù)依據(jù)標準LY/T1228-2015的方法測定，全磷、有效磷質量分數(shù)依據(jù)標準LY/T1232-2015的方法測定，全鉀質量分數(shù)依據(jù)標準LY/T1256-1999的方法測定，速效鉀質量分數(shù)依據(jù)標準LY/T1234-2015的方法測定，有機質質量分數(shù)依據(jù)標準LY/T1237-1999的方法測定，pH值依據(jù)標準LY/T1239-1999的方法測定。

2.4 泡桐單株立木材積

3 結果與分析

3.1 立地因子對泡桐生長量的影響

從表2可知，不同坡位間泡桐人工林年均單位面積蓄積量存在顯著差異(P<0.05)，上坡年均單位面積蓄積量最大，顯著大于中坡、下坡和平地，平地的泡桐林各種生長量指標值均最小，中坡的泡桐林年均單株材積值最大。坡度、坡向等立地因子對泡桐人工林平均胸徑、年均胸徑、年均單株材積、年均單位面積蓄積等生長量指標均無顯著差異。不同坡度間，斜坡的平均胸徑和年均單株材積生長量最大，緩坡的年均單位面積蓄積最大。不同坡向間，陰坡年均胸徑生長量最大，半陰半陽坡的年均單株材積和年均單位面積蓄積量最大。

表2 不同立地因子泡桐人工林生長量

對不同立地因子進行主體間效益的檢驗(見表5)，結果也表明僅有坡位因子對年均單位面積蓄積量存在顯著影響，對平均胸徑、年均胸徑、年均單株材積等生長量指標無顯著影響；坡度、坡向因子對所有生長量指標均無顯著影響。

3.2 立地因子對土壤化學性質的影響

由表3可知，不同坡位間泡桐人工林在全氮、水解性氮、有機質、pH值等指標上均存在顯著差異(P<0.05)；全氮及有機質含量下坡最高，顯著高于上坡；水解性氮含量中坡最高，顯著高于上坡；pH值平地最高，顯著高于中坡和下坡；在全磷、全鉀、速效鉀、有效磷等指標上無顯著差異。不同坡向間泡桐人工林僅在速效鉀含量上存在顯著差異，陽坡顯著高于半陰半陽坡；全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有機質、pH值等指標無顯著差異。不同坡度間泡桐人工林8個土壤化學性質指標無顯著差異；斜坡泡桐人工林全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有機質等含量最高，其次為緩坡，平坡最低；速效鉀含量與pH值以平坡的為最高，其次為斜坡，緩坡最低。

表3 不同立地因子泡桐人工林土壤化學性質

對不同立地因子進行主體間效益的檢驗(見表5)，坡位因子對土壤有機質含量存在顯著影響，對全氮含量等其他化學性質指標無顯著影響；坡度、坡向因子對所有土壤化學指標均無顯著影響。

3.3 立地因子對土壤物理性質的影響

從表4可知，不同坡位間土壤密度、最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度等指標存在顯著差異(P<0.05)。土壤密度上坡最大，中坡最小，二者間存在顯著差異；下坡、平地與上坡、中坡間無顯著差異；中坡的最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度最大，顯著大于上坡。坡度、坡向對泡桐人工林土壤物理性質指標無顯著差異。不同坡度間，平坡土壤密度值最大；斜坡的最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度等指標值最大，其次為緩坡，平坡的最小。不同坡向間，土壤密度陰坡最大，陽坡的最小；最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、非毛管孔隙度等指標值陽坡的最大。

對不同立地因子進行主體間效益的檢驗(見表5)，坡位因子對毛管持水量和毛管孔隙度存在顯著影響，對土壤密度等其他土壤物理性質無顯著影響，而坡度、坡向因子對所有土壤物理性質無顯著影響。

3.4 立地因子互作效應影響

從表5可知，坡度、坡向、坡位等不同立地因子間的交互作用在大部分測量指標上均不存在顯著差異；年均胸徑生長量指標在坡度、坡向間的交互作用存在顯著差異(P<0.05)；而坡度、坡向這2個立地因子在所有測量指標上均不存在顯著差異，這是樣地數(shù)量偏少的原因導致，能滿足平坡與陰坡、半陰半陽坡交互的樣地都僅有1個，在統(tǒng)計上不具有代表性。表明坡度、坡向、坡位等3個立地因子的交互作用對泡桐人工林生長量、土壤化學性質、土壤物理性質的影響均不大。

表5 不同立地因子及交互作用的相關性

4 結論與討論

坡位對泡桐人工林年均單位面積蓄積量、土壤有機質質量分數(shù)、毛管持水量和毛管孔隙度等指標存在顯著影響。坡位是地形要素中最重要的因子，不僅是一個位置的概念，它代表著水分、養(yǎng)分等的生態(tài)梯度的變化，也是影響土壤養(yǎng)分狀況的關鍵因子，它直接影響著水肥的再分配[12-13]。張順平等[14]研究表明，坡位對泡桐人工林土壤有機質質量分數(shù)、全氮質量分數(shù)、有效鉀質量分數(shù)和有效磷質量分數(shù)等存在顯著影響；涂佳[15]在研究了泡桐人工林不同立地因子與蓄積量的關系后發(fā)現(xiàn)，坡位可作為影響泡桐人工林立地質量的主導因子；陳國府[16]研究發(fā)現(xiàn)坡位是影響青岡櫟人工林林生長最主要的立地因子之一。一般情況下，下坡位土層厚度大，養(yǎng)分積累較多，有利于林木的生長，上坡位是水土流失區(qū)，土層較薄，養(yǎng)分貧瘠，不利于林木的生長。盧立華等[17]研究了坡位對灰木蓮生長的影響，發(fā)現(xiàn)灰木蓮的胸徑、樹高、材積生長量均隨坡位上升而下降，由于坡位影響了土壤養(yǎng)分的再分配，從而導致了灰木蓮在不同坡位生長的差異。但也并非所有樹種在下坡位生長最好；梁淑娟等[18]研究發(fā)現(xiàn)胡桃楸在中、上坡位生長最好。本研究發(fā)現(xiàn)下坡位的泡桐人工林全氮及有機質質量分數(shù)顯著高于上坡位，上坡位大部分土壤養(yǎng)分指標值均最小，但在年均單位面積蓄積量卻是上坡位的顯著高于其他坡位，這是由于所調查樣地中，上坡位泡桐樣地數(shù)量最多，種植密度大導致，上坡樣地泡桐栽植平均密度為827株/hm2，分別是中坡和下坡平均密度的1.4倍和1.3倍。

坡度、坡向等立地因子對泡桐人工林的生長量、土壤化學性質和土壤物理性質等影響較小，坡度、坡向因子對所有測量指標均無顯著影響。涂佳[15]研究表明，坡度、海拔和坡向對蓄積量影響不顯著，均不是影響泡桐蓄積量增長的立地主導因子，這與本研究結果較為相一致。王大來[19]研究了立地因子對楠竹生長的影響，發(fā)現(xiàn)坡向對楠竹的生長影響較小，沒有顯著差異。

影響人工林生長的因素眾多且較為復雜，除了立地條件外，造林苗木的品種品系、造林方式方法以及林地管護水平都對人工林生長有重大影響。由于所調查的泡桐人工林多為私人老板所造，多為異齡林，造林密度也不一致，林地的管護水平更是差異巨大。而本研究只對坡度、坡向、坡位等立地因子進行了比較分析，并沒有考慮其他因素的影響，因此，會導致分析結果與實際情況存在一定的差異。且大部分泡桐林地均位于地勢較為平坦、土層深厚的丘陵坡地上，立地條件較為接近，立地因子的差異性也較小，這是導致大部分分析結果差異性不顯著的原因。本研究所調查的區(qū)域僅局限于荊門市，調查樣地也只有31塊，調查結果僅能代表荊門市泡桐人工林的現(xiàn)實情況。在廣大的南方丘陵山地，影響泡桐人工林生長的主要立地因子還需要擴大調查范圍，增加樣地數(shù)量，并考慮更多的影響因素，才能得出準確的結論。