李松海，盧志鋒，劉世男，楊 梅，韋秋思

（1.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)，廣西百色 533200；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004）

立地條件是造林地上與森林生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的自然環(huán)境因子的綜合［1］，不同立地條件可供林木生長(zhǎng)的資源不同，如不同土壤類型會(huì)影響土壤有機(jī)質(zhì)含量及腐殖化礦化過(guò)程［2］，不同海拔、坡向和坡位等地形因素會(huì)影響太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱、改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、林間水熱條件等［3］。而立地質(zhì)量與自然環(huán)境因子之間存在密切關(guān)系，對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重大影響［4］。龍鵬等［5］研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚（Trachycarpus fortunei）的高生長(zhǎng)和產(chǎn)量指標(biāo)會(huì)隨著海拔的升高而降低，不同坡向、坡位的棕櫚高生長(zhǎng)和產(chǎn)量指標(biāo)亦有顯著差異。邵文豪等［6］研究表明，生長(zhǎng)在陽(yáng)面田地和陽(yáng)面坡地的無(wú)患子（Sapindus mukorossiGaertn）主要生長(zhǎng)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性狀明顯高于陰面田地和陰面坡地。龐宏?yáng)|等［7］研究表明，坡位對(duì)泡桐（Paulownia）人工林的蓄積量及土壤理化性質(zhì)有顯著影響。由此可見(jiàn)，造林地上林木的生長(zhǎng)和土壤性質(zhì)存在差異，與立地條件有著重大關(guān)聯(lián)。研究不同立地條件下林木的生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)差異，對(duì)于林木造林地的合理選擇，實(shí)現(xiàn)人工林優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有重要意義。

光皮樺（Betula luminifera）是中國(guó)特有的優(yōu)良速生用材樹(shù)種，廣泛分布于中國(guó)亞熱帶地區(qū)［8，9］。光皮樺具有適應(yīng)性強(qiáng)、材質(zhì)優(yōu)良、生長(zhǎng)速度快、用途廣泛和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等特點(diǎn)，成為中國(guó)南方山區(qū)大力發(fā)展的用材樹(shù)種［10］，國(guó)內(nèi)外對(duì)光皮樺的研究主要圍繞遺傳改良［11］、營(yíng)林撫育［12］、脅迫生理［13］和育苗技術(shù)［14］等開(kāi)展，有關(guān)其人工林在不同立地條件下生長(zhǎng)特征、土壤理化性質(zhì)特征及造林地選擇的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究以廣西壯族自治區(qū)國(guó)有雅長(zhǎng)林場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“廣西雅長(zhǎng)林場(chǎng)”）的光皮樺人工林為研究對(duì)象，研究不同立地條件下光皮樺人工林生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)特征，以期篩選出光皮樺人工林最佳的生長(zhǎng)地段，為南方山區(qū)光皮樺的栽培推廣及大徑材的培育提供參考。

1 研究地概況及研究方法

1.1 研究地概況

試驗(yàn)地位于廣西雅長(zhǎng)林場(chǎng)九龍分場(chǎng)，地形地貌以山地和丘陵為主，土壤類型主要為黃紅壤或黃壤，地帶性植被以典型的亞熱帶常綠闊葉林為主。該研究區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫16.8 ℃，歷年最高氣溫38 ℃，最低氣溫-3 ℃，年均降水量1 056 mm，雨季多發(fā)生在5—10 月，平均相對(duì)濕度82%。試驗(yàn)林區(qū)光皮樺為13 年生人工純林，林下植被主要有鹽膚木（Rhus chinensis）、糙葉榕（Ficus irisana）、野牡丹（Melastoma candidum）、路邊青（Geum aleppicum）、鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma）、臂形草（Brachiaria eruciformis）、龍須草（Juncus effuses）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）等。

1.2 試驗(yàn)地設(shè)置與調(diào)查方法

在廣西雅長(zhǎng)林場(chǎng)九龍分場(chǎng)41 林班內(nèi)依不同坡向（陽(yáng)坡和陰坡）和坡位（上坡和下坡）的組合設(shè)置N1、N2、N3 和N4 共4 種不同立地條件，每種選取具有代表性的3 個(gè)20 m×20 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地。調(diào)查每塊樣地內(nèi)活立木（胸徑≥5 cm）的樹(shù)高、胸徑、枝下高及冠幅（東西和南北）。樹(shù)高和枝下高用測(cè)高儀測(cè)定，胸徑用胸徑尺測(cè)量，冠幅用皮尺測(cè)量，并以兩個(gè)主方向上的冠幅均值作為平均冠幅，各樣地概況見(jiàn)表1。

表1 光皮樺人工林樣地概況

1.3 土壤采集和處理方法

在每塊樣地的四角及中心挖取5 個(gè)剖面，分別收集0~20 cm、20~40 cm 深度的土壤，同一樣地同一深度的土壤混合成1 個(gè)林間土樣，并用密封袋包好標(biāo)記，用冰盒臨時(shí)保存，當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室，放入4 ℃冰箱保存。后續(xù)挑去土樣中根、植物殘?bào)w等雜質(zhì)，用粉碎機(jī)磨細(xì)過(guò)20 目篩，用于各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.4 土壤指標(biāo)測(cè)定方法

過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定；蔗糖酶活性采用硫代硫酸鈉滴定法測(cè)定；脲酶活性以靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；酸性磷酸酶運(yùn)用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；銨態(tài)氮含量采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提后用火焰分光光度計(jì)測(cè)定；速效磷含量采用雙酸（HCl、H2SO4）浸提法測(cè)定；全氮含量采用半微量凱氏蒸餾法測(cè)定；全鉀含量采用氫氧化鈉堿熔-火焰分光光度法測(cè)定；全磷含量采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定［15］。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與制圖，利用SPSS 軟件19.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）和多重比較（Duncan）。此外，用Pearson 相關(guān)系數(shù)分析光皮樺生長(zhǎng)與土壤酶、養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系，用主成分分析（PCA）對(duì)不同立地條件下光皮樺人工林的土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同立地條件下光皮樺人工林生長(zhǎng)特征

由表2 可知，不同立地條件下光皮樺生長(zhǎng)狀況存在明顯差異。各樣地光皮樺的平均樹(shù)高和平均胸徑均表現(xiàn)為N2＞N1＞N4＞N3，枝下高表現(xiàn)為N1＞N2＞N4＞N3，平均冠幅表現(xiàn)為N2＞N1＞N3＞N4。在4 個(gè)樣地中，光皮樺的樹(shù)高、胸徑和冠幅生長(zhǎng)均以N2 樣地最大，與其他樣地光皮樺樹(shù)高、胸徑和冠幅差異顯著（P＜0.05）；枝下高以N1 樣地最高，其次為N2 樣地，二者枝下高均顯著高于N3 樣地（P＜0.05）。

表2 不同立地條件下光皮樺人工林生長(zhǎng)特征

2.2 不同立地條件對(duì)光皮樺人工林土壤酶活性的影響

如圖1 所示，在0~20 cm 土層，土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性在4 個(gè)樣地間存在明顯差異，且所測(cè)土壤酶活性在4 個(gè)樣地中均以N2 最高，與其他試驗(yàn)樣地差異顯著（P＜0.05）。在20~40 cm 土層，土壤過(guò)氧化氫酶活性各樣地間差異不顯著，蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性各樣地間差異明顯，且蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均以N2最高?？傮w上看，不同立地條件下光皮樺人工林土壤酶活性表現(xiàn)為陽(yáng)坡下部高于陽(yáng)坡上部、陰坡下部高于陰坡上部；不同土層土壤酶活性變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為0~20 cm 土層高于20~40 cm 土層。

圖1 不同立地條件下光皮樺人工林土壤酶活性特征

2.3 不同立地條件對(duì)光皮樺人工林土壤養(yǎng)分的影響

由圖2可知，不同樣地間土壤銨態(tài)氮、速效鉀、速效磷、全氮、全鉀、全磷含量在0~20 cm 和20~40 cm土層均存在明顯差異。其中，在0~20 cm 土層，所測(cè)土壤養(yǎng)分含量均以N2 樣地最高，除全鉀含量以外，其銨態(tài)氮、速效鉀、速效磷、全氮、全磷含量與其余樣地差異均顯著（P＜0.05）；在20~40 cm 土層，銨態(tài)氮和速效磷含量以N1 樣地最高，速效鉀、全磷、全氮、全鉀含量則以N2 樣地最高，且N2 與其他樣地的差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。各試驗(yàn)樣點(diǎn)所測(cè)土壤養(yǎng)分含量變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為0~20 cm 土層顯著高于20~40 cm 土層。

圖2 不同立地條件下光皮樺人工林土壤養(yǎng)分特征

2.4 光皮樺人工林生長(zhǎng)與土壤酶活性、養(yǎng)分含量的相關(guān)性

如表3 所示，在0~20 cm 土層，除了脲酶活性外，光皮樺的樹(shù)高與其他土壤酶活性、養(yǎng)分含量指標(biāo)均高度正相關(guān)（r＞0.800），其中與速效磷、全氮、全磷的相關(guān)性達(dá)顯著水平（P＜0.05）；除了脲酶、酸性磷酸酶活性以外，胸徑與其他土壤酶活性、養(yǎng)分含量指標(biāo)均高度正相關(guān)（r＞0.800），其中，與全鉀含量顯著相關(guān)（P＜0.05），與速效磷含量極顯著相關(guān)（P＜0.01）；平均冠幅與蔗糖酶活性、速效鉀、速效磷、全氮、全磷、全鉀含量均高度正相關(guān)（r＞0.800），其中與速效鉀含量極顯著相關(guān)（P＜0.01），與全氮含量顯著相關(guān)（P＜0.05）；枝下高與各土壤酶活性、養(yǎng)分含量沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。在20~40 cm 土層，樹(shù)高與蔗糖酶、酸性磷酸酶活性、全氮含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）；胸徑與速效磷、全氮含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）；平均冠幅與全氮含量顯著正相關(guān)（P＜0.05）；枝下高與各土壤酶活性、養(yǎng)分含量沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。

2.5 不同立地條件下光皮樺人工林土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

為客觀評(píng)價(jià)不同立地條件下光皮樺人工林土壤的質(zhì)量，應(yīng)用主成分分析對(duì)反映土壤質(zhì)量的4 種土壤酶和6 種養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行降維，提取出互不相關(guān)的變量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。如表4 所示，降維后提取了3 個(gè)主成分，其中，第一個(gè)主成分貢獻(xiàn)了72.584%的信息，第二個(gè)主成分貢獻(xiàn)了13.265%的信息，第三個(gè)主成分貢獻(xiàn)了6.097%的信息，3 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.946%，基本可以反映出4 種土壤酶和6 種養(yǎng)分指標(biāo)的大部分信息。不同立地條件光皮樺人工林土壤質(zhì)量由高至低依次為N2、N1、N4、N3（表5）。

表4 主成分分析的特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

表5 不同立地條件土壤酶及養(yǎng)分含量的主成分綜合得分

3 小結(jié)與討論

不同坡位、坡向等小地形的差異會(huì)引起林分光照、水熱條件和土壤養(yǎng)分的差異，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育［16，17］。王慶紅［18］研究表明，由于光照和土壤水、肥、氣、熱等條件較好，陽(yáng)坡和半陰坡位置的刺槐（Robinia pseudoacacia）生長(zhǎng)狀況優(yōu)于陰坡；龍鵬等［5］對(duì)棕櫚的研究亦有相似的發(fā)現(xiàn)。本研究也表明不同坡向、坡位條件下光皮樺人工林樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅有明顯差異。其中，陽(yáng)坡下部和陽(yáng)坡上部光皮樺的樹(shù)高、胸徑、枝下高和冠幅均生長(zhǎng)較好，陰坡下部和陰坡上部則生長(zhǎng)較差?？梢?jiàn)，坡位和坡向不同對(duì)光皮樺的生長(zhǎng)具有較大影響，這與前人的研究結(jié)果相似。

坡向和坡位是地形要素中重要的因子，坡向會(huì)很大程度影響林木對(duì)太陽(yáng)輻射的利用，坡位的變化則會(huì)引起土壤水分和肥力生態(tài)梯度的差異［19，20］。張順平等［21］研究表明，坡位對(duì)林間土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效鉀及有效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著影響。張國(guó)棟等［17］研究發(fā)現(xiàn)，隨著坡位的上升，毛竹林間土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同立地條件光皮樺人工林土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量存在明顯差異，總體上表現(xiàn)為陽(yáng)坡下部高于陽(yáng)坡上部、陰坡下部高于陰坡上部。表明光皮樺人工林土壤肥力會(huì)隨著坡位的下降而上升，這與前人的研究結(jié)果較為相似。

相關(guān)性分析表明，除枝下高外，光皮樺人工林樹(shù)高、胸徑和冠幅的生長(zhǎng)與大部分土壤酶活性及養(yǎng)分指標(biāo)高度正相關(guān)（r＞0.800）。說(shuō)明光皮樺人工林樹(shù)高、胸徑和冠幅的生長(zhǎng)與土壤酶活性及養(yǎng)分指標(biāo)在垂直空間上的變化具有一致性?；诖耍鶞y(cè)土壤酶活性和養(yǎng)分指標(biāo)可以用來(lái)評(píng)價(jià)光皮樺人工林土壤的質(zhì)量。主成分分析表明，光皮樺人工林陽(yáng)坡下部的土壤質(zhì)量綜合得分最高，其次為陽(yáng)坡上部，陰坡下部和陰坡上部的綜合得分較低。綜合得分越高的地段，表明其土壤肥力更好，更適合光皮樺人工林的生長(zhǎng)，由此可知，陽(yáng)坡下部為光皮樺人工林的最佳生長(zhǎng)地段。