曾亞蘭 李紹才 孫海龍

摘 要 為研究四川盆周山地的杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林、人工天然混交林和天然次生林這5種地理位置相近、林齡相近的不同林型的土壤理化性質(zhì)指標差異，在研究區(qū)選取五個樣地分別采集土樣，對土壤物理性質(zhì)指標選擇土壤容重、田間持水量，化學性質(zhì)指標選擇土壤pH值及有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和有效鉀含量進行研究。結果表明：5種不同典型林型的土壤物理性質(zhì)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(yōu)，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(zhì)、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。

關鍵詞 土壤理化性質(zhì);杉木純林;柳杉純林;杉木-柳杉混交林;人工-天然混交林;天然次生林

森林土壤為植被提供必要的物質(zhì)基礎，提供植被生長所需的水分和各種營養(yǎng)元素，同時林地植物與土壤生態(tài)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(zhì)量的演化、林地土壤生態(tài)指標的指數(shù)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(zhì)量差異與影響成因和關鍵因素等[2-4]。國內(nèi)研究方向主要是杉木人工純林易出現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)對林地土壤質(zhì)量影響的比較研究中，發(fā)現(xiàn)杉木純林的土壤質(zhì)量最差[5-6]。通過對土壤理化性質(zhì)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(jù)。因此，研究不同林分類型下的土壤特性對于促進土壤系統(tǒng)及森林系統(tǒng)的維持和發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省彭州市龍門山鎮(zhèn)團山村，距彭州市中心約50 km，屬于四川盆周西緣山地。該區(qū)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(xù)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(diào)查與設置

2018年7—8月，在龍門山鎮(zhèn)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(qū)劃分為4個標準樣地，面積20 m ×20 m，在標準樣地內(nèi)沿對角線方向采集3個土壤表層樣，每個研究樣區(qū)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(zhì)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(huán)刀法取土樣，深度0～10 cm，每個環(huán)刀的容積100 cm3。分別采集60個土壤混合樣和土壤環(huán)刀樣。

2.2 土壤理化性質(zhì)測定

環(huán)刀取樣測定土壤物理性質(zhì)，包括土壤容重、田間持水量。采集的土樣經(jīng)過自然風干，去除雜質(zhì)，磨細過孔徑為0.154 mm的土壤篩，用于測定土壤有機質(zhì)、pH值、氮、磷、鉀。有機質(zhì)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(shù)據(jù)處理與分析

采用單因素方差分析比較土壤理化性質(zhì)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(zhì)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(qū)內(nèi)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(xiàn)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(yōu)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）。

3.2 不同林分土壤化學性質(zhì)比較

土壤有機質(zhì)對土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護及林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有重要的意義[9]。圖2結果顯示，有機質(zhì)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(zhì)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（4.50.05）。

由圖3可見，土壤是植物氮素營養(yǎng)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(nèi)能為植物所吸收利用，可反映近期內(nèi)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）。

由圖4可見，土壤有效磷是衡量土壤磷素養(yǎng)分供應水平高低的直接指標，也是植物生長發(fā)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(zhì)、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）。

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(zhì)指標來看，5種典型林型的土壤物理性質(zhì)均較好。這可能是由于研究區(qū)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(zhì)對比優(yōu)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(fā)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(zhì)得到有效改善。其中，天然次生林物理性質(zhì)最優(yōu)，除有機質(zhì)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(shù)的針葉純林會使土壤酸化，土壤的物理和化學性質(zhì)都變得惡劣，從而不利于土壤養(yǎng)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(zhì)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(yōu)，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(zhì)、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。

參考文獻：

[1] 張飛，陳云明，王耀鳳，等.黃土丘陵半干旱區(qū)檸條林對土壤物理性質(zhì)及有機質(zhì)的影響[J].水土保持研究，2010，17（03）：105-109.

[2] Torsten W Berger， Christian Neubauer， Gerhard Glatzel. Factors controlling soil carbon and nitrogen stores in pure stands of Norway spruce （Picea abies） and mixed species stands in Austria[J]. Forest Ecology and Management， 2002， 159（01-02）： 3-14.

[3] Karsten Kalbitz， Klaus Kaiser. Contribution of dissolved organic matter to carbon storage in forest mineral soils[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2008，171（01）： 52-60.

[4] Wei Zhang， Wenjing Qiao， Dexin Gao， et al. Relationship between soil nutrient properties and biological activities along a restoration chronosequence of Pinus tabulaeformis plantation forests in the Ziwuling Mountains，China[J].Catena，2018，161： 85-95.

[5] 黃宇，汪思龍，馮宗煒，等.不同人工林生態(tài)系統(tǒng)林地土壤質(zhì)量評價[J].應用生態(tài)學報，2004（12）：2199-2205.

[6] 馬祥慶，黃寶龍.人工林地力衰退研究綜述[J].南京林業(yè)大學學報，1997（02）：79-84.

[7] 國家林業(yè)局.中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準-森林土壤分析方法[M].北京：中國標準出版社，1999.

[8] 劉占鋒，傅伯杰，劉國華，等.土壤質(zhì)量與土壤質(zhì)量指標及其評價[J].生態(tài)學報，2006（03）：901-913.

[9] 黃馨，劉君昂，周國英，等.降香黃檀不同混交模式土壤肥力的比較研究[J].土壤通報，2014，45（05）：1130-1136.

[10] 蔣文偉，周國模，余樹全，等.安吉山地主要森林類型土壤養(yǎng)分狀況的研究[J].水土保持學報，2004（04）：73-76，100.

[11] 劉躍建，李強，馬明東.四川西北部主要森林植被類型土壤養(yǎng)分庫比較研究[J].水土保持學報，2010，24（05）：146-152.

[12] 孫嘉，王海燕，丁國棟，等.不同密度華北落葉松人工林土壤理化性質(zhì)研究[J].林業(yè)資源管理，2011（01）：62-66.

（責任編輯：丁志祥）