不同密度馬尾松人工林枯落物輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

李 鵬，陳 璇，楊章旗，顏培棟，陳 虎，零天旺，陸紹浩

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院國家林草局馬尾松工程技術(shù)研究中心，廣西馬尾松工程技術(shù)研究中心，廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530002；2.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴陽 550003；3.廣西橫州市鎮(zhèn)龍林場(chǎng)，廣西 橫州 530327)

土壤是植物生長(zhǎng)和初級(jí)生產(chǎn)力發(fā)生的重要場(chǎng)所，森林植被類型影響地球土壤生物化學(xué)過程。土壤質(zhì)地作為土壤結(jié)構(gòu)表征，直接影響土壤水力特性、生產(chǎn)力以及土壤侵蝕；土壤持水特性、孔隙度和滲透性是森林生態(tài)系統(tǒng)土壤水源涵養(yǎng)功能的重要指標(biāo)；土壤化學(xué)性質(zhì)則是植物營養(yǎng)吸收和健康生長(zhǎng)重要物質(zhì)基礎(chǔ)，研究土壤理化性質(zhì)變化對(duì)了解森林生態(tài)系統(tǒng)功能、養(yǎng)分循環(huán)機(jī)制和土壤肥力狀況具有重要意義?？萋湮飳硬粌H是土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素的重要來源，還是減小地表徑流、增加森林水源涵養(yǎng)功能的重要界面。因此，了解和研究枯落物輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，對(duì)明確森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能和養(yǎng)分循環(huán)利用能力具有重要作用。馬尾松()是我國亞熱帶地區(qū)最重要的先鋒造林樹種，具有速生、豐產(chǎn)、適生性強(qiáng)、用途廣等優(yōu)點(diǎn)。然而馬尾松人工林經(jīng)營過程中，為提高木材產(chǎn)量，采取粗放的經(jīng)營模式，如密集種植、農(nóng)藥化肥濫用等，忽視了森林生態(tài)系統(tǒng)地上、地下養(yǎng)分動(dòng)態(tài)平衡和循環(huán)過程，以及土壤肥力質(zhì)量的提升，導(dǎo)致人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、穩(wěn)定性降低、土壤地力衰退等，從而影響林木產(chǎn)量。目前，關(guān)于馬尾松人工林土壤理化性質(zhì)已有不少研究，但對(duì)于不同林分密度下，尤其是枯落物輸入對(duì)土壤某些理化性質(zhì)形成、養(yǎng)分循環(huán)和土壤質(zhì)量的研究較少。本研究針對(duì)馬尾松凋落物具有較高碳氮比、分解慢等特性，基于長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)樣地，分析4種林分密度馬尾松人工林枯落物持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量、土壤理化性質(zhì)的演變及其相關(guān)性，闡明枯落物輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響規(guī)律，篩選出適宜的馬尾松種植密度，為馬尾松人工林高效培育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西橫州市鎮(zhèn)龍林場(chǎng)(109°08′12″—109°19′22″E，23°02′32″—23°08′13″N)，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫暖，雨量充沛，年均降水量1 477.8 mm，年蒸發(fā)量1 056.9 mm，年平均氣溫21.5 ℃，極端低溫-1 ℃，極端高溫39.2 ℃，年均日照時(shí)間1 758.9 h，年降水量1 477.8 mm，無霜期336天。試驗(yàn)林位于那歪分場(chǎng)4林班10小班，海拔450 m，坡度25°，坡向西南216°，中上坡位，土壤為紫色砂頁巖發(fā)育而成的赤紅壤，平均土層厚60 cm，林下灌草主要有山雞椒()、華南毛柃()、桃金娘()、山烏桕()、三叉苦()、鴨腳木()、黃毛榕()、大青()、棕葉蘆()、烏毛蕨()和五節(jié)芒()等。

1.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

試驗(yàn)林于1997年5月造林，苗木為廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院提供的馬尾松優(yōu)良家系半年生營養(yǎng)杯實(shí)生苗(平均苗高25 cm，地徑0.26 cm)，采用4個(gè)不同密度：2 500，3 300，4 500，6 000株/hm(株行距分別為2 m×2 m，1.5 m×2 m，1.5 m×1.5 m，1 m×1.67 m)進(jìn)行造林，造林后采用近自然經(jīng)營模式。2006年課題組在每種林分選擇坡度、坡向、海拔、土壤等立地因子和植被狀況基本一致的3個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地(間隔>50 m)，共布設(shè)12個(gè)固定監(jiān)測(cè)樣地。2020年5月進(jìn)行樣地調(diào)查和樣品采集，樣地基本概況見表1。

表1 樣地基本概況

1.3 枯落物樣品采集與測(cè)定

根據(jù)每木檢尺結(jié)果，在每塊樣地內(nèi)上、中、下選擇3株平均木作為標(biāo)準(zhǔn)木，在標(biāo)準(zhǔn)木周圍1 m處隨機(jī)選擇3個(gè)1 m×1 m小樣方，每個(gè)小樣方四角及對(duì)角線交點(diǎn)測(cè)量枯落物厚度，按分解程度劃分未分解層(上層，具有完整的葉、枝等特征)、半分解層(中層，分解為半破碎化的凋落物)和分解層(為己分解成細(xì)碎片或細(xì)顆粒狀的凋落物)分別取樣。采用直接收獲法分層次收集樣方內(nèi)所有枯落物，每株標(biāo)準(zhǔn)木周圍3個(gè)樣方枯落物分層混合，每個(gè)樣地9份混合樣品。

2020年6月將收集樣品分類裝袋，各層樣品稱取鮮重后，在80 ℃烘箱中烘干至恒重后稱重，并計(jì)算各層次單位總蓄積量(即單位面積干物質(zhì)量，計(jì)算方法：烘干后干物質(zhì)量除以樣方總面積)。每份樣品取其中50 g，粉碎過100目篩用于化學(xué)性質(zhì)測(cè)定，其他用于持水特性測(cè)定。采用浸泡法對(duì)枯落物進(jìn)行持水量測(cè)定，以浸水24 h為最大持水量，最大持水量與自然含水量的差值為有效持水量；根據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T 1269/1270—1999)，有機(jī)碳采用重鉻酸鉀—濃硫酸高溫加熱法測(cè)定；氮、磷和鉀采用濃硫酸—過氧化氫消煮法測(cè)定。

1.4 土壤樣品采集與測(cè)定

采用剖面法進(jìn)行土壤樣品采集，在枯落物采集完成后的樣方內(nèi)開挖土壤剖面，用環(huán)刀(容積為100 cm)采集0—20，20—40，40—60 cm環(huán)刀土，用于土壤物理性質(zhì)的測(cè)定；采集相應(yīng)剖面土分層混合，混合后采用四分法取其中1份，裝入自封袋，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放入專用土樣風(fēng)干盤中，攤成2～3 cm的薄層，室溫下自然風(fēng)干，避免陽光直射或暴曬。土樣半干時(shí)，為避免完全風(fēng)干后難以磨碎，用手將大塊的土粒捏碎。土壤樣品完全風(fēng)干后，磨碎，過2 mm篩，裝入自封袋，用于土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。

采用環(huán)刀法測(cè)定土壤含水量、容重、孔隙度、持水量和滲透性；根據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T 1210～1275—2016)，采用水土比1∶2.5酸度計(jì)法測(cè)定pH；采用重鉻酸鉀高溫外熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)；采用凱氏定氮法測(cè)定全氮；采用氫氧化鈉熔融法測(cè)定全磷和全鉀；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定速效氮；采用Mehlich 3浸提測(cè)定有效磷和速效鉀。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)不同林分密度枯落物和土壤理化性質(zhì)差異進(jìn)行單、雙因素方差分析(GLM-Univariate)，差異顯著性的多重比較采用Tukey’s檢驗(yàn)，顯著性水平為=0.05。圖表數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Smart PLS軟件對(duì)不同密度枯落物和土壤理化性質(zhì)進(jìn)行偏最小二乘法—結(jié)構(gòu)方程的構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度馬尾松林枯落物持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量

2.1.1 枯落物蓄積量和持水性 雙因素方差分析(圖1)顯示，馬尾松林不同密度和枯落物分解程度均對(duì)枯落物蓄積量、最大持水量和有效持水量具有顯著影響(<0.05)，最大持水率僅在不同枯落物分解程度具有顯著影響，林分密度與枯落物層次的交互作用對(duì)枯落物蓄積量、持水性均無顯著差異。不同密度枯落物總蓄積量為6.02 t/hm，介于4.15～8.35 t/hm，M2中最大為7.60 t/hm，顯著高于其他密度，M1中最小為4.64 t/hm，枯落物各層次與總蓄積量具有相似變化規(guī)律，其大小順序?yàn)镸2>M3>M4>M1。各密度中枯落物蓄積量均以半分解層最多，平均占總體的41.29%，其次是分解層占33.86%，未分解層最小占總體的24.85%。不同密度枯落物最大持水率無顯著差異(>0.05)，平均最大持水率為149.21%，介于79.49%～152.79%，未分解層最大持水率平均為217.62%，其次是半分解層141.82%，分解層最小為88.19%。M2中枯落物最大持水量和有效攔蓄量最大，分別為10.54，7.76 t/hm，其次是M3，分別為6.29，7.36 t/hm，枯落物攔蓄有效持水能力大小為M2>M3>M4>M1。

注：SD為林分密度；LS為枯落物層次；圖中不同字母表示不同密度間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.1.2 枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量 雙因素方差分析(圖2)顯示，不同密度和枯落物分解程度均對(duì)枯落物碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分儲(chǔ)量具有顯著影響(<0.05)，林分密度與枯落物層次的交互作用僅對(duì)鉀元素儲(chǔ)量具有顯著影響(<0.05)，而對(duì)碳、氮、磷元素養(yǎng)分儲(chǔ)量無顯著影響。不同密度馬尾松林枯落物(碳、氮、磷、鉀)4種元素總儲(chǔ)存量為M2(3.03 t/hm)>M3(2.47 t/hm)>M4(2.4 t/hm)>M1(1.85 t/hm)，主要以有機(jī)碳為主，占總量的96.98%。碳、氮、磷、鉀元素養(yǎng)分總儲(chǔ)量均呈現(xiàn)M2顯著高于其他密度，分別為2.94，74.09，6.00，15.3 kg/hm，M1中最小分別為1.79，45.59，3.56，8.24 kg/hm，枯落物各層次養(yǎng)分儲(chǔ)量與總養(yǎng)分儲(chǔ)量變化規(guī)律相似，其大小順序均為M2>M3>M4>M1。各密度中碳、氮、磷元素養(yǎng)分總儲(chǔ)量均以半分解層最多平均占總體的41.18%，其次是未分解層占30.14%，未分解層最小占總體的28.68%；鉀元素養(yǎng)分儲(chǔ)量為未分解層(占61.48%)>分解層(占24.91%)>半分解層(占13.61%)。

圖2 不同密度馬尾松人工林枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量

2.2 不同密度林分土壤理化性質(zhì)

2.2.1 土壤物理性質(zhì) 雙因素方差分析(表2)顯示，馬尾松林不同林分密度和土層均對(duì)土壤質(zhì)地、持水性、孔隙度、容重和滲透性具有顯著影響(<0.05)，林分密度與土層的交互作用對(duì)土壤質(zhì)地、持水量和滲透性具有顯著影響(<0.05)，而對(duì)孔隙度和容重?zé)o顯著影響。

表2 土壤物理性質(zhì)雙因素方差分析F值和顯著性

不同密度土壤砂粒、粉粒和黏粒占比具有顯著差異(<0.05)，4種密度均以砂粒和黏粒為主(圖3)。不同土層呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，0—20 cm土層M2砂粒、粉粒比重較低，黏粒比重最高，M3黏粒比重最低，M1粉粒含量最低；20—40 cm土層M3砂粒、粉粒比重較低，黏粒比重最高，M2黏粒比重最低，M4粉粒含量最低；40—60 cm土層M3砂粒、粉粒比重較低，M2黏粒和粉粒比重最低，砂粒比重最高?？傮w上，M1粉粒比重最低，黏粒比重最高，M2黏粒比重最低，砂粒比重最高，M3砂粒比重最低，粉粒比重最高。隨土層深度的增加，M4砂粒比重顯著降低，M1黏粒比重顯著降低，而M3和M4黏粒比重顯著增加，M1粉粒比重顯著增加。

圖3 不同密度馬尾松人工林土壤質(zhì)地占比

不同密度馬尾松人工林土壤持水性、孔隙度、容重和滲透性具有顯著性差異(<0.05，表3)，持水性、孔隙度均隨土層深度增加顯著降低，各層中均是M2最高，M1最低；而容重與之相反，隨土層深度增加顯著增加，M2最低，M1最高；初滲和穩(wěn)滲速率隨土層深度增加變化趨勢(shì)并不一致，但均在M1中最高。

表3 不同密度馬尾松人工林土壤物理性質(zhì)

2.2.2 土壤化學(xué)性質(zhì) 雙因素方差分析(圖4)顯示，不同密度和土層均對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)具有顯著影響(<0.05)，林分密度與土層的交互作用對(duì)土壤pH、全氮、全磷、堿解氮和有效磷具有顯著影響(<0.05)，而對(duì)有機(jī)質(zhì)、全鉀和速效鉀無顯著影響。馬尾松林各土層土壤pH均在M2中最高，其次是M1，pH均<4.5，呈強(qiáng)酸性，且隨土層深度增加土壤pH有所增加。不同密度土壤有機(jī)質(zhì)和全氮均呈現(xiàn)M4>M2>M3>M1，隨土層深度增加其含量顯著降低，而不同林分密度有機(jī)質(zhì)僅在0—20 cm具有顯著差異，20—40，40—60 cm土層無顯著差異，表明隨土層深度增加密度對(duì)有機(jī)質(zhì)影響逐漸減弱。全磷、堿解氮和速效磷在各土層中均在M2中最高，其次是M3，隨土層深度增加堿解氮和有效磷均顯著降低，全磷變化規(guī)律不明顯。全鉀和速效鉀含量均在M1中最高，其次是M3，隨土層的增加其含量均顯著減小。

圖4 不同密度馬尾松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

2.2.3 土壤理化性質(zhì)相關(guān)性 從表4可以看出，不同密度土壤理化性質(zhì)間關(guān)系密切，其中土壤pH與容重呈顯著正相關(guān)，與持水性和毛管孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)、全磷和有效磷均與持水性、孔隙度和初滲速率呈顯著正相關(guān)，與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；全氮和堿解氮均與持水性和孔隙度呈極顯著正相關(guān)，與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)；速效鉀與持水性、總孔隙度和滲透性呈顯著正相關(guān)，與容重和砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)；全鉀與滲透性呈顯著正相關(guān)，與砂粒呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性系數(shù)

土壤物理性質(zhì)間關(guān)系密切，土壤容重與持水性和孔隙度均呈極顯著負(fù)相關(guān)；砂粒與粉粒呈顯著正相關(guān)，與粉粒和滲透性呈極顯著負(fù)相關(guān)；黏粒與總孔隙度呈顯著正相關(guān)，與粉粒和穩(wěn)滲速率呈顯著負(fù)相關(guān)；粉粒與滲透性呈顯著正相關(guān)；持水性和孔隙度間均呈極顯著正相關(guān)。

土壤化學(xué)性質(zhì)間關(guān)系密切，土壤pH與有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與氮、磷、鉀全量和速效養(yǎng)分均呈顯著正相關(guān)；全氮與全磷和氮、磷、鉀速效養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)；全磷與堿解氮和速效磷呈顯著正相關(guān)；全鉀與速效鉀呈顯著正相關(guān)；氮、磷、鉀速效養(yǎng)分間均呈顯著正相關(guān)。

2.3 相關(guān)性分析

馬尾松人工林枯落物持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量與土壤理化性質(zhì)間關(guān)系密切(表5)，其中枯落物總蓄積量和碳、氮儲(chǔ)量均與土壤粉粒、持水性、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全磷和堿解氮呈顯著正相關(guān)，與土壤容重、滲透性和全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；枯落物最大持水量和磷、鉀儲(chǔ)量均與土壤粉粒、持水性、孔隙度、初滲速率、全磷和堿解氮呈顯著正相關(guān)，與土壤容重、穩(wěn)滲速率和全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；枯落物有效持水量與土壤粉粒、最大持水率、總孔隙度和堿解氮呈顯著正相關(guān)，與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)。

表5 枯落物持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性系數(shù)

2.4 結(jié)構(gòu)方程模型

林分密度對(duì)枯落物蓄積量和養(yǎng)分儲(chǔ)量均產(chǎn)生正向影響(路徑系數(shù)分別為0.106和0.086，圖5)，而對(duì)枯落物持水性產(chǎn)生負(fù)向影響(路徑系數(shù)為-0.005)，其路徑系數(shù)較小，表明除林分密度對(duì)枯落物蓄積量、持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量具有一定的影響外，還與林下植物多樣性及其灌草殘?bào)w的影響有關(guān)。枯落物總蓄積量對(duì)土壤理化性質(zhì)均具有顯著正相關(guān)(路徑系數(shù)分別為1.223和2.018)；持水性對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)具有顯著負(fù)相關(guān)(路徑系數(shù)為-0.804)，與土壤物理性質(zhì)也具有負(fù)相關(guān)(路徑系數(shù)為-0.242)；養(yǎng)分儲(chǔ)量對(duì)土壤理化性質(zhì)均具有負(fù)影響(路徑系數(shù)分別為-0.161和-0.433)。土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)林分蓄積量具有顯著正相關(guān)(路徑系數(shù)為1.072)，而枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量對(duì)對(duì)林分蓄積量具有顯著負(fù)相關(guān)(路徑系數(shù)為-1.439)，枯落物蓄積量、持水性和土壤物理性質(zhì)對(duì)林分蓄積量也具有正向影響(路徑系數(shù)分別為0.478，0.021和0.241)?？萋湮镒畲蠛陀行С炙繉?duì)持水性具有顯著正相關(guān)(路徑系數(shù)分別為0.966和0.981)，而持水率無顯著影響(路徑系數(shù)為0.209)；碳、氮、磷和鉀養(yǎng)分儲(chǔ)量對(duì)枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量均具有顯著正相關(guān)(路徑系數(shù)分別為0.975，0.981，0.991和0.991)；土壤黏粒、粉粒、持水性和孔隙度對(duì)土壤物理性質(zhì)呈顯著正相關(guān)，而容重、砂粒含量、滲透性對(duì)土壤物理性質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和全鉀對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)呈顯著正相關(guān)，全鉀和速效鉀對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，而pH和有效磷對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的荷載值較小，分別為-0.207和0.222。

圖5 林分密度對(duì)枯落物持水性和養(yǎng)分儲(chǔ)量及土壤理化性質(zhì)的影響

3 討 論

枯落物是森林生態(tài)系統(tǒng)生物量的重要組成部分，反映森林初級(jí)生產(chǎn)力的大小，不同林分密度下其郁閉度存在差異，林分光熱條件及其林下植被多樣性存在差異，導(dǎo)致枯落物的現(xiàn)存量存在差異，不同林分密度馬尾松枯落物總蓄積量存在差異。林分枯落物儲(chǔ)存與林分結(jié)構(gòu)和林下植物群落有關(guān)，林分密度越大，郁閉度和林下灌草數(shù)量越小，林分枯落物數(shù)量越低，本研究中枯落物蓄積量在M2中最大，之后隨密度增大而減小。而M1低密度下枯落物儲(chǔ)量也低于M2，這可能是由于M1林分密度較大，馬尾松針葉較少，而針葉具有較高碳氮比、分解慢等特性，造成M1密度下枯落物蓄積量低于M2。

不同層次枯落物蓄積量以半分解層為主，占總蓄積量的75.15%，這與鄧艷等研究結(jié)果相一致?？萋湮飳幼畲蠛陀行С炙恳约?碳、氮、磷、鉀)4種元素養(yǎng)分總儲(chǔ)存量均呈現(xiàn)為M2>M3>M4>M1，表明M2密度下馬尾松人工林枯落物層攔蓄能力、養(yǎng)分儲(chǔ)存和歸還能力較強(qiáng)，具有更優(yōu)的水源涵養(yǎng)能力和養(yǎng)分儲(chǔ)量。

土壤質(zhì)地不僅反映土壤顆粒的大小與形狀的分布特征，更能定量描述土壤顆粒的幾何形態(tài)，在一定程度上表征土壤質(zhì)量狀況。不同土壤顆粒中微生物差異大，其中黏粒中土壤微生物豐富，通過減少土壤動(dòng)物捕食的機(jī)會(huì)，增加土壤環(huán)境多樣性，一般來說，黏粒含量高的土壤物理性質(zhì)較好，這與本研究中M2中土壤黏粒比重、持水性、孔隙度較高、容重較低的結(jié)果相一致。土壤容重和持水特性是決定土壤涵養(yǎng)水源能力的重要指標(biāo)，兩者直接影響土壤蓄水和通氣性能。本研究中，M2土壤容重最低，持水性、孔隙度最高，顯著高于M1和M4，表明M2密度較其他密度類型具有更好的水源涵養(yǎng)能力。其原因可能是由于M2密度下枯落物儲(chǔ)量和類型較多，具有更加復(fù)雜的枯落物特征，從而促進(jìn)枯落物分解改善土壤環(huán)境，使土壤毛管孔隙度增大，土壤有效涵養(yǎng)水源能力增加?？萋湮锏脑黾悠茐耐寥捞嫉姆€(wěn)定性，促進(jìn)微生物的分解，增加CO的排放，同時(shí)減少土壤碳儲(chǔ)量，這與本研究中M2中枯落物層蓄積量最大，但土壤有機(jī)質(zhì)含量并非最大的結(jié)果相一致。潘復(fù)靜等前期研究表明，高密度馬尾松林土壤有機(jī)碳和銨態(tài)氮含量顯著高于低密度，而中密度類型下磷含量較高，受磷限制較弱，這與本研究中高密度下M4中有機(jī)質(zhì)和全氮的含量最高，而中密度M2中土壤pH、全磷、堿解氮和速效磷含量最高的結(jié)果相似。

枯落物依靠其自身孔隙大、表面粗糙程度大等特點(diǎn)，起到減小降雨對(duì)土壤表面濺蝕，減少地面徑流和水土流失的作用，并減小地表水分的蒸發(fā)等，土壤通過土壤結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，以及土壤孔隙度、持水性和土壤肥力的作用，土壤層與枯落物層相互影響，并受枯落物輸入的調(diào)控。本研究中，枯落物蓄積量和養(yǎng)分儲(chǔ)量與土壤粉粒、持水性、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全磷和堿解氮呈顯著正相關(guān)，與土壤容重和滲透性呈顯著負(fù)相關(guān)，表明枯落物的輸入對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善和肥力質(zhì)量提升具有顯著影響。葛曉改等研究表明，凋落物和根系輸入能夠顯著改善土壤理化性質(zhì)，這與本研究結(jié)果相一致。通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型探討枯落物輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)及其對(duì)林分蓄積量的直接或間接影響，為進(jìn)一步進(jìn)行馬尾松人工林養(yǎng)分循環(huán)和土壤肥力的提升提供理論依據(jù)。結(jié)構(gòu)方程模型顯示，林分密度與枯落物和土壤的理化性質(zhì)間相關(guān)性并不顯著，大量研究表明，林分枯落物和土壤理化性質(zhì)及林分蓄積量隨林分密度呈先增后減的趨勢(shì)，森林通過密度調(diào)控措施達(dá)到林分對(duì)于光、熱和土壤肥力等綜合利用，以此增加林分單株材積，維持生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分平衡和循環(huán)能力。土壤化學(xué)性質(zhì)是影響各類物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)換、遷移、分解和富集、土壤肥力質(zhì)量的重要因素，土壤肥力質(zhì)量的大小直接影響林木養(yǎng)分吸收和利用的多少，而枯落物作為森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的重要來源，其養(yǎng)分儲(chǔ)量越多所分解和釋放的養(yǎng)分越少，這與本研究中土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)林分蓄積量具有顯著正相關(guān)，枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量對(duì)林分蓄積量具有顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果相一致。此外，本研究?jī)H對(duì)不同林分密度馬尾松人工林凋落物輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響進(jìn)行研究，而未涉及根系輸入、凋落物養(yǎng)分的分解和釋放過程，在接下來的研究中應(yīng)該將凋落物—根系—土壤作為有機(jī)整體，探討凋落物和根系輸入后養(yǎng)分分解和利用的作用機(jī)理，并與土壤微生物相結(jié)合探討土壤碳氮循環(huán)功能，以期更加深入了解馬尾松人工林養(yǎng)分循環(huán)和利用過程，同時(shí)本研究結(jié)果為馬尾松人工林營林措施的制定提供參考。

4 結(jié) 論

(1)不同密度馬尾松林枯落物層平均總蓄積量為6.02 t/hm，其中M2密度中總蓄積量、持水量和有效攔蓄量均處于最大水平，分別為7.60，10.54，7.76 t/hm，枯落物各層次均具有相似變化規(guī)律，呈現(xiàn)為M2>M3>M4>M1。

(2)馬尾松林枯落物(碳、氮、磷、鉀)4種元素總儲(chǔ)存量均呈現(xiàn)M2顯著高于其他密度，M1中最小，且主要以有機(jī)碳為主，占總量的96.98%。各密度中碳、氮、磷元素養(yǎng)分總儲(chǔ)量均以半分解層最多平均占總體的41.18%，鉀元素養(yǎng)分儲(chǔ)量以未分解層最多平均占總體的61.48%。

(3)不同密度馬尾松林土壤理化性質(zhì)均具有顯著差異(<0.05)，其中土壤持水性、孔隙度、pH、全磷、堿解氮和速效磷均在M2中最大，有機(jī)質(zhì)和全氮呈現(xiàn)M4>M2>M3>M1，滲透性、全鉀和速效鉀在M1中最大，且隨土層深度的增加土壤理化性質(zhì)差異性減少，表明枯落物層對(duì)土壤表層理化性質(zhì)影響較大，隨土層深度增加其影響程度逐漸減弱。

(4)馬尾松林枯落物總蓄積量對(duì)土壤理化性質(zhì)均具有顯著正相關(guān)，而持水性對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)具有顯著負(fù)相關(guān)，其中枯落物蓄積量和養(yǎng)分儲(chǔ)量與土壤粉粒、持水性、孔隙度、有機(jī)質(zhì)、全磷和堿解氮呈顯著正相關(guān)。土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)林分蓄積量具有顯著正相關(guān)，而枯落物養(yǎng)分儲(chǔ)量對(duì)林分蓄積量具有顯著負(fù)相關(guān)。表明枯落物的輸入對(duì)土壤理化性質(zhì)的變化具有顯著影響，尤其在M2密度中通過枯落物大量輸入，減少地表徑流，增加土壤持水性和孔隙度，改善土壤質(zhì)量，以此提高林分生產(chǎn)力。