杉木米櫧混交林土壤肥力研究

李鵬程

(三明市梅列陳大國有林場，福建三明 365000)

杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.]是南方林區(qū)主要用材樹種。其生長迅速，樹干圓滿通直，材質(zhì)優(yōu)良。福建省閩西北地區(qū)經(jīng)營杉木林歷史悠久，積累了較為豐富的經(jīng)驗，是林農(nóng)喜愛的人工造林樹種的首選，造林面積大。據(jù)國家林業(yè)和草原局公布的第九次全國森林資源清查結(jié)果，福建省杉木林面積達到135.67萬hm2，占全省森林的16.72%[1]，在林業(yè)建設(shè)中占有重要地位。三明市是杉木生長中心產(chǎn)區(qū)，杉木生長快、適應(yīng)性強，是主要人工造林樹種，甚至出現(xiàn)了多代連栽的現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，營造杉木大面積純林，尤其是多代連栽會導(dǎo)致嚴(yán)重的地力衰退，林分生產(chǎn)力下降[2-6]。如何科學(xué)、有效地解決杉木經(jīng)營中存在的問題，在林業(yè)生產(chǎn)中有著重大意義和深遠影響。營造杉木闊葉樹混交林是三明地區(qū)林業(yè)發(fā)展具有地域特色的經(jīng)營模式，有研究表明一些杉木闊葉樹混交林對改善土壤肥力有積極意義[7-10],但有關(guān)杉木米櫧混交林對土壤肥力的影響尚鮮見報道。

米櫧[Castanopsiscarlesii(Hemsl.) Hay.]系殼斗科栲屬大喬木，是中亞熱帶常綠闊葉林主要建群種之一，樹冠開展，枝繁葉茂，生態(tài)適應(yīng)性強，能夠培肥土壤，有很強的涵養(yǎng)水源和碳匯能力。諶小勇[11-12]研究表明，24年生米櫧人工林，有機碳儲量259.84 t/hm2,是優(yōu)良的環(huán)境保護樹種。涂育合等[13]研究表明，米櫧生長較快，樹干通直，木材材質(zhì)優(yōu)良，氣干密度0.625 g/cm2,屬于硬木類木材，堅果可食，同時還是正紅菇(RussulavinosalindblFr.)的宿主植物，經(jīng)濟價值較高。筆者對杉木米櫧混交林土壤肥力進行了測定與分析，揭示其保肥培肥的能力，旨在為解決杉木地力衰退提供合理的混交組合和理論依據(jù)。

1 試驗地自然概況

陳大國有林場位于三明市區(qū)西北部(117°30′～117°47′E，26°14′～26°25′N)，處于武夷山脈東伸支脈與戴云山脈交接地帶，屬于中亞熱帶大陸性兼有海洋性季風(fēng)氣候區(qū)。常年平均氣溫19.6 ℃,>10 ℃積溫6 550 ℃，常年平均降水量1 820 mm，降水量大于蒸發(fā)量，空氣相對濕度79%，四季分明，溫暖濕潤，雨量充沛，林地土壤主要為發(fā)育于花崗巖的山地紅壤，土層深厚，發(fā)育狀況良好，地帶性林分為常綠闊葉林。試驗林位于陳大國有林場溪垅工區(qū)4林班5大班6小班和9小班，海拔350～450 m，均為東南坡，坡度20 ℃左右。原為杉木林，2015年皆伐。主要植被有苦竹(Pleioblastusamarus)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、黃瑞木(Adinandramillettii)、紫金牛(Ardisiajaponica)等，林地為較肥沃立地類型(Ⅱ 類地)。

2 試驗方法

2015年底在采伐跡地上，經(jīng)過清雜，按照1.8 m×1.8 m塊狀整地，穴規(guī)格50 cm×50 cm×30 cm。2016年春營造杉木米櫧1∶1混交林，混交方式為株間混交。杉木采用相同的1年生裸根苗，米櫧苗采用容器苗。容器苗育苗方法：米櫧種子經(jīng)濕沙層積貯藏，待種殼微微開裂，露白后，密播在高20 cm細沙土苗床上，苗床細沙土采用硫酸亞鐵30 g/m2消毒。培育至5月上旬，小心取出芽苗，同時在根長3 cm處剪斷(切根)，用5 000倍萘乙酸溶液蘸根后，移到容器袋中種植。容器規(guī)格為4.8 cm×10.0 cm，無紡布，基質(zhì)為泥炭土60%+杉木屑20%+黃心土20%。按照常規(guī)方法育苗后，于第2年春季起苗，上山造林。幼林撫育管理采用常規(guī)方法。林分郁閉前，每年除草松土2次，第1次在6—7月，第2次在9—10月。在混交林林分中建立3個標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地面積為20 m×20 m。同時在相鄰林地(約150 m)同一坡面，立地條件相似的杉木純林中(株行距同樣為1.8 m×1.8 m，苗木為1年生實生苗)建立相對應(yīng)的3塊標(biāo)準(zhǔn)地。幼林撫育管理方法與混交林處理相同。

2020年底分別在杉木米櫧混交林和杉木純林中，按照“X”形，建立5個1 m×1 m的土壤剖面，混交林土壤剖面建立在杉木與米櫧中間，杉木純林建立在杉木與杉木中間。在0～20、20～40 cm土層采用容重圈和普通飯盒取土樣。土壤肥力測定方法[13]：土壤容重和土壤孔隙采用容重圈法，土壤團聚體采用機械篩分法。土壤結(jié)構(gòu)體破壞率采用下式計算：

結(jié)構(gòu)體破壞率=

土壤養(yǎng)分分析:先將同一標(biāo)準(zhǔn)地5個剖面的同一層次土壤混勻后進行主要養(yǎng)分分析[14]，取平均值。有機質(zhì)含量采用硫酸重鉻酸鉀法測定，全氮含量采用硫酸重鉻酸鉀法消化蒸餾滴定法測定，全磷含量采用目銻抗比色法測定，速效氮含量采用蒸餾滴定法測定，速效磷含量采用鹽酸-氟化銨法測定，速效鉀含量采用四苯硼鈉比濁法測定。利用Excel 2007進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤容重由表1可知，混交林0～20 cm土層土壤容重為1.096 g/cm3,杉木純林0～20 cm土層土壤容重為1.128 g/cm3,混交林比杉木純林下降2.8%；混交林20～40 cm土層土壤容重1.227 g/cm3,杉木純林20～40 cm土層土壤容重1.253 g/cm3,混交林比杉木純林下降2.1%。由此可見，0～20 cm土層土壤容重降幅大于20～40 cm土層。0～40 cm土層土壤容重比較表明,混交林比杉木純林土壤容重輕。土壤容重是表示土壤緊實狀況的重要指標(biāo)，其大小取決于土壤結(jié)構(gòu)和壘結(jié)情況。混交林土壤容重值降低，說明混交林地土壤較為疏松多孔。

表1 混交林與杉木純林土壤主要物理性狀

杉木系淺根性樹種，根系穿透力較差，米櫧則是深根性樹種，根系穿透能力較強。杉木與米櫧混交林分，深根性的米櫧樹種根系向深層穿插后，根系更新、死亡，遺留在土壤深層，有利于改善土壤容重，也為杉木根系擴展創(chuàng)造了有利條件。杉木純林土壤容重增加，與傳統(tǒng)杉木經(jīng)營密度較大，大量根系密集分布在土壤表層有關(guān)。集中分布的大量根系對土體產(chǎn)生了擠壓，致使土壤容重變大。這種變化必然影響細根分布的深度和均勻性，進而影響林木對水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，最終導(dǎo)致生長量下降。

3.2 土壤水穩(wěn)性團聚體土壤是由大小不同的土粒按不同比例組合而成，不同粒級混合在一起表現(xiàn)出的土壤粗細狀況影響土壤水分、空氣和熱量運動，也影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化，還影響土壤結(jié)構(gòu)類型。在土壤組成結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用的是土壤水穩(wěn)性團聚體含量。由表1可知，混交林0～20和20～40 cm土層>0.25 mm水穩(wěn)性團聚體組成分別為69.84%和65.07%，與杉木純林同一土層比較，土壤水穩(wěn)性團聚體含量分別增加5.6%和0.4%。土壤水穩(wěn)性團聚體含量增加意味著土壤膠結(jié)能力增強，能夠形成更多通氣狀況良好的土壤結(jié)構(gòu)，從而影響水、肥、氣、熱諸因子的協(xié)調(diào)，提高土壤肥力，增強抗沖能力。混交林0～20和20～40 cm土壤結(jié)構(gòu)體破壞率分別為13.0%和16.4%，比杉木純林分別降低16.7%和3.0%。混交林土壤水穩(wěn)性團聚體含量增加及土壤結(jié)構(gòu)體破壞率降低與米櫧、杉木樹種特性有關(guān)，米櫧雖然是常綠樹種，但每年都有大量枯枝落葉掉落，回歸土壤表面，且米櫧枯枝落葉易分解，增加了土壤有機膠結(jié)物。杉木為針葉樹種，葉壽命長，結(jié)構(gòu)緊密。掉落時枝葉連在一起，不易接觸土壤，枝葉又含有防腐物質(zhì)，不易分解，在相當(dāng)長時期內(nèi)難以利用，即使分解有機膠結(jié)物含量也較低，多為酸性物質(zhì)。這些酸性物質(zhì)，還易引起土壤板結(jié)和pH降低。

3.3 土壤孔隙狀況由表1可知，混交林0～20 cm土層土壤非毛管孔隙度和總孔隙度分別為6.87%和54.80%，而杉木純林土壤非毛管孔隙度和總孔隙度分別為6.14%和52.62%，混交林比杉木純林分別增加11.9%和4.1%，20～40 cm土層分別增加8.5%和1.5%。這表明杉木與米櫧混交后，土壤孔隙狀況得到了一定程度的改善，各層土壤結(jié)構(gòu)和壘結(jié)狀況有向好變化的趨勢，說明混交林具有良好的通氣狀況，土體構(gòu)造變得疏松、多孔，有利于水分滲透和養(yǎng)分輸送，可以更好地保水蓄肥。

3.4 土壤水分狀況土壤水分狀況是評價土壤肥力的重要指標(biāo)，土壤水分參與林木生長發(fā)育的整個過程，對林木生長發(fā)育起著重要作用。由表2可知，杉木米櫧混交林0～20 cm土層土壤自然含水量、最大持水量和田間持水量分別較杉木純林0～20 cm土層增加2.3%、20.2%和11.6%；杉木米櫧混交林20～40 cm土層土壤自然含水量、最大持水量和田間持水量分別較杉木純林20～40 cm土層土壤增加9.7%、7.0%和8.2%，表明杉木米櫧混交林土壤水分狀況優(yōu)于杉木純林，同時也說明杉木與米櫧混交后，使得土壤養(yǎng)分狀況得到改善和協(xié)調(diào)，顯然米櫧的混交發(fā)揮了重要作用，杉木與米櫧樹種之間林木生長的差異，使得林分結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)垂直方向疊加及水平方向的交叉。林分郁閉度提高不僅可以減緩地表徑流，保護水土，同時還減少了水分蒸發(fā)和蒸騰散失，使得混交林具有良好的保水和供水能力，晝夜?jié)穸群蜏夭钭兓^平緩，有利于保護林分的熱量不流失。

表2 混交林與杉木純林土壤水分性質(zhì)

3.5 土壤養(yǎng)分狀況林木生長發(fā)育過程中需要消耗大量養(yǎng)分，其主要來源于土壤。由表3可知，混交林0～20 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷含量分別為38.65、1.42和0.52 g/kg，比杉木純林分別增加24.1%、17.4%和6.1%；土壤水解氮、速效磷、速效鉀分別為136.7、4.9和49.1 mg/kg，比杉木純林分別增加13.3%、6.5%和13.7%。混交林20～40 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷分別為25.37、1.05和0.48 g/kg，比杉木純林分別增加4.5%、1.0%和2.1%；土壤水解氮、速效磷、速效鉀分別為97.7、4.5和40.5 mg/kg，比杉木純林分別增加2.1%、2.3%和1.0%。方差分析表明，0～20 cm土層混交林與杉木純林土壤有機質(zhì)、水解氮、速效鉀在0.05水平差異顯著，全氮、全磷、速效磷差異不顯著。混交林20～40 cm土層土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效鉀與杉木純林相比差異均不顯著，但混交林均高于杉木純林。

表3 混交林與杉木純林土壤主要養(yǎng)分狀況

土壤有機質(zhì)含量的大小決定了土壤肥力的高低，與之相適配的全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效鉀是林木生長的要素。總體分析表明，混交林土壤養(yǎng)分高于杉木純林，尤其在0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分增加比較明顯，表明杉木和米櫧混交有利于提高土壤養(yǎng)分積累和供應(yīng)，可以遏制或減緩林分地力衰退。

杉木是三明地區(qū)主要造林樹種，長期的經(jīng)營已經(jīng)形成一整套行之有效的速生豐產(chǎn)林培育技術(shù)措施，氣候、自然條件也非常適合杉木生長，但是長期單一樹種經(jīng)營模式，導(dǎo)致了土壤肥力下降，嚴(yán)重制約了杉木林的發(fā)展。楊承棟[3]研究表明，由于連栽杉木生長量存在逐代下降的現(xiàn)象，在同一單元林地上連續(xù)栽植杉木，第2代杉木林與第1代杉木林比較，生長量下降10%～15%，第3代與第1代杉木林相比，生長量下降40%～50%[3]。這種杉木林生長量一代不如一代，與杉木土壤養(yǎng)分消耗以及營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)受阻有關(guān)。該試驗結(jié)果表明，米櫧與杉木混交，在一定程度上可以減緩林地地力衰退。

4 小結(jié)

該研究結(jié)果表明，杉木米櫧混交林與杉木純林的土壤肥力存在差異，混交林0～20 cm土層土壤容重下降2.8%，土壤水穩(wěn)性團聚體含量增加5.6%，土壤結(jié)構(gòu)體破壞率降低16.7%，非毛管孔隙度、總孔隙度分別增加11.9%和4.1%，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、水解氮、速效磷、速效鉀分別增加24.1%、17.4%、6.1%、13.3%、6.5%和13.7%。自然含水量、最大持水量及田間持水量分別增加2.3%、20.2%和11.6%。20～40 cm主要土壤理化性質(zhì)也有不同程度的變化，但變化幅度小于0～20 cm土層土壤。總之，混交林相比較于杉木純林土壤肥力得到了一定程度的改善，有利于遏制或減緩地力衰退，從而提高生產(chǎn)力，維持林地可持續(xù)經(jīng)營。