黃河故道刺槐與楊樹混交林土壤特性的調(diào)查分析

王華田等

摘 要：調(diào)查測定了河南民權(quán)黃河故道刺槐（Robinia pseudoacacia L ）與楊樹（Populus spp）混交林與刺槐純林的生長情況及土壤化學(xué)性質(zhì)，通過SAS軟件，用方差分析和多重比較的方法以對比分析刺槐與楊樹混交對林木生長和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響。研究表明：楊樹與刺槐混交林明顯促進(jìn)刺槐的生長，提高林分的生產(chǎn)力；混交林中刺槐的平均樹高與胸徑要高于刺槐純林；刺槐、楊樹混交林林地土壤的理化性質(zhì)得到明顯改善，混交林地土壤養(yǎng)分、土壤微生物含量以及土壤酶活性較刺槐純林都有顯著提高。

關(guān)鍵詞：混交林；生長情況；土壤特性；刺槐；楊樹

中圖分類號 S725.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 1007-7731（2013）06-104-04

楊樹（Populus spp）、刺槐（Robinia pseudoacacia L）是河南民權(quán)黃河故道地區(qū)主要的栽植樹種，在林業(yè)發(fā)展中一直占有重要地位，然而由于長期采取單一樹種的經(jīng)營模式，再加上本地土壤質(zhì)地疏散，有機(jī)質(zhì)含量低，土壤蓄水保肥能力差，致使立地衰退與森林生產(chǎn)力下降，嚴(yán)重制約林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。大量研究結(jié)果表明，營造混交林可以很好地解決這一問題，目前國內(nèi)外針對混交林做了大量的研究，Binkley對針葉樹、榿木混交林生長的研究表明：55a生混交林中僅針葉樹地上部分凈初級生長量（ANPP）及樹干生物量就已超過純林73%和22%[1]；DeBell則指出，與南洋楹（Albiizia falcata）混交的柳葉桉（Eucalyptus saligna）葉中氮素含量高于純林30%[2]，北京西山與刺槐混交的側(cè)柏（Platycladus orientalis）葉含N量也比純林提高46.3%[3]；翟明普也發(fā)現(xiàn)，與刺槐混交的側(cè)柏葉中含磷量比純林減少了171%等[4]。以上研究結(jié)果一致表明，通過種植混交林可以加速林木生長，增加木材產(chǎn)量，減少病蟲害發(fā)生，提高林分穩(wěn)定性[5-7]，同時具有充分利用地力、培肥林地土壤、改善生態(tài)環(huán)境的良好作用[8-9]。筆者通過調(diào)查研究河南民權(quán)黃河故道地區(qū)楊樹刺槐混交林地土壤的化學(xué)性質(zhì)，為合理利用土壤、防止地力衰退和提高林地生產(chǎn)力，同時為在河南民權(quán)黃河故道地區(qū)培育優(yōu)良的林木提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況 商丘市民權(quán)林場位于豫東平原黃河故道腹地民權(quán)縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)E115°00′～115°24′、N 34°48′～34°51′，經(jīng)營面積4 000hm2。氣候?qū)偃A北暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季風(fēng)清氣爽，冬季寒冷干燥，年平均氣溫14.1℃，極端最低氣溫-17.2℃，極端最高氣溫43.6℃，平均無霜期213d，年降水量679mm。土壤為黃河沖積形成的粉砂土，質(zhì)地松散，干旱瘠薄，有機(jī)質(zhì)含量很低（0.32%～0.40%），蓄水保肥能力差，pH值呈弱堿性，地下水位1.5～2.0m。

1.2 研究材料 在河南省商丘市民權(quán)林場選擇立地條件一致的刺槐純林、刺槐×楊樹混交林5種林分類型，分別為6a生刺槐×楊樹混交林、10a生刺槐×楊樹混交林、20a生刺槐×楊樹混交林、20a生刺槐純林和40a生刺槐純林。刺槐為實生苗植苗造林，楊樹為歐美楊無性系I-107。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與土樣采集方法 在上述5種林分中選擇有代表性的地段，設(shè)置30m×20m標(biāo)準(zhǔn)地，對標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木檢尺，實測樹高、胸徑。在標(biāo)準(zhǔn)地沿“S”形均勻設(shè)置5個取樣點，在取樣點就近樹木的樹冠外取0～20cm土層200g，混合放入消毒密封塑料袋內(nèi)，裝入冰盒帶回實驗室分兩部分存放，一部分通過磨碎、過篩、風(fēng)干，用于土壤養(yǎng)分和酶的測定；另一部分放入4℃的冰箱內(nèi)保存，用于土壤微生物的測定。

1.4 土壤特性分析方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分的測定 速效N采用堿解擴(kuò)散法，速效P采用鉬藍(lán)比色法，速效K采用火焰光度法[10]。

1.4.2 土壤微生物的測定 真菌用孟加拉紅培養(yǎng)基；放線菌用高氏一號培養(yǎng)基；細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基[11]。

1.4.3 土壤酶活性的測定 蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；脲酶采用Teicher法測定；磷酸酶采用Hoffmann法[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分生長情況 從表1中看出，混交林中刺槐樹高和胸徑生長量明顯高于純林。20a刺槐、楊樹混交林中刺槐的生長情況要明顯優(yōu)于20a刺槐純林，刺槐、楊樹混交林中刺槐的平均樹高和胸徑較純林分別增加了16%和32%；6a混交林中刺槐胸徑與20a刺槐純林相近，而10a混交林中刺槐胸徑已經(jīng)超過20a刺槐純林。這是由于楊樹與刺槐混交互利共生，凋落物量大，分解速率快，經(jīng)微生物分解后營養(yǎng)元素及時回歸土壤，提高土壤肥力，確保林分有充足的養(yǎng)分，因而提高林分生長量[13]。

2.2 土壤養(yǎng)分狀況 土壤養(yǎng)分元素是林木賴以生長的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接影響林木的生長[14]。從表2中可以看出，不同林齡、不同組成的林分，土壤中N、P、K含量差異顯著。林齡10a以上的林分，土壤養(yǎng)分N、P、K含量隨樹齡增大而增加，說明無論是刺槐純林還是刺槐×楊樹混交林對培肥林地土壤、增加土壤養(yǎng)分含量均有明顯作用，而刺槐×楊樹混交林對土壤養(yǎng)分的改善狀況顯著高于刺槐純林。20a刺槐×楊樹混交林較10a刺槐×楊樹混交林，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別提高了26%、59%、27%；20a刺槐×楊樹混交林較20a刺槐純林，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別提高了4%、15%、6%。刺槐作為固氮樹種，能有效促進(jìn)土壤中氮的累積；而混交林由于林分地上和地下結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，枯落物增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量和有益微生物群落增加，土壤養(yǎng)分含量提高[13]。6a刺槐×楊樹混交林中土壤N、P、K含量高于10a刺槐×楊樹混交林，是因為林分在一定年齡階段處于養(yǎng)分利用期，土壤養(yǎng)分有一個持續(xù)下降階段。從表2中看出，刺槐×楊樹混交林中土壤N、P、K從下降到升高的轉(zhuǎn)換時間為10a前后，此階段為速生階段，對營養(yǎng)元素的需求量大而且在體內(nèi)積累較多，歸還較少，林地土壤養(yǎng)分逐漸下降，此后隨林齡的增加，養(yǎng)分循環(huán)速率增大，且趨于穩(wěn)定，養(yǎng)分歸還也逐漸增加，林地土壤養(yǎng)分則開始增加[14]。

2.3 土壤微生物 土壤微生物通過分解動植物殘體而參與森林生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)，影響樹木的生長發(fā)育，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一[15-16]。表3給出了不同類型楊樹、刺槐混交林和刺槐純林的土壤微生物數(shù)量，從中可以看出，林齡和樹種組成對林分土壤微生物群落組成和數(shù)量有顯著影響。隨著林分年齡的增加，土壤微生物也隨著增加，這可能與樹齡的增加、凋落物大量分解、微生物活動增強(qiáng)有關(guān)，同時隨著林齡繼續(xù)增加，林地郁閉度增大，林地光照水分條件差，土壤微生物活動減弱，凋落物分解難以歸還，土壤微生物數(shù)量開始減少。不過混交林的土壤微生物數(shù)量要比純林的高，土壤微生物含量間有顯著差異，其中20a楊樹×刺槐混交林細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量較20a刺槐純林分別提高了61%、45%、22%。不少研究表明，土壤微生物與土壤養(yǎng)分間彼此有促進(jìn)關(guān)系[17]，由于刺槐、楊樹混交后加速枯落物的分解，土壤養(yǎng)分含量提高，因此混交林中土壤微生物的含量也跟著提高。

2.4 土壤酶分析 土壤酶是土壤中具有生物活性的蛋白質(zhì)，它與土壤微生物一起推動著土壤的生物化學(xué)過程，同時在營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程中起著重要的作用，并對土壤肥力的演化具有重要影響，酶活性高低是土壤肥力的重要指標(biāo)之一[18]。表4給出了不同樣地土壤酶活性狀況，從表中可以看出，林齡和樹種組成對林分土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性有顯著影響。隨著林分年齡的增大，土壤酶活性也隨著增強(qiáng)，這可能與樹齡增加、凋落物大量分解、土壤微生物數(shù)量增加有關(guān)，而后隨著林齡繼續(xù)增加，凋落物分解減少，土壤有機(jī)質(zhì)降低，土壤微生物活動降低，各種酶活性也開始下降。其中混交林土壤酶活性要比純林的高，20a刺槐×楊樹交林和20a刺槐純林的土壤酶活性間有顯著差異，蔗糖酶、尿酶和磷酸酶分別增加了18%、47%、32%。許多文獻(xiàn)也指出土壤微生物數(shù)量與土壤酶活性之間存在一定聯(lián)系，彼此有促進(jìn)關(guān)系[19-20]，其中有相當(dāng)一部分酶本身就來源于土壤微生物。因此，混交后微生物數(shù)量的增加可能是酶活性提高的一個主要原因。

3 討論

河南民權(quán)黃河故道地區(qū)適宜營造混交林。刺槐、楊樹是河南民權(quán)黃河故道地區(qū)主要的栽植樹種，由于刺槐、楊樹純林樹種單一，生物多樣性差，病蟲害比較嚴(yán)重，再加上黃河故道地區(qū)的土壤為粉砂土，有機(jī)質(zhì)含量低，從而造成了林地生產(chǎn)力的降低。因此，如何提高林分生產(chǎn)力，成為了急需解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，楊樹混交林中刺槐的生長情況要明顯優(yōu)于刺槐純林，這與張鼎華等[21]研究結(jié)果一致，20a刺槐、楊樹混交林中刺槐的平均樹高和胸徑較20a刺槐純林分別增加16%和32%，這說明通過營造混交林能促進(jìn)林木生長，提高林地生產(chǎn)力。這是由于楊樹刺槐混交后，互利共生，凋落物量大，分解速率快，經(jīng)微生物分解后營養(yǎng)元素及時回歸土壤，提高了土壤肥力，確保林分有充足的養(yǎng)分，因而提高林分生長量，達(dá)到了豐產(chǎn)目的。

國內(nèi)外諸多學(xué)者研究已經(jīng)證明，營造混交林能很好地改良土壤，從而提高土壤肥力[1-2，15]。從本次試驗可以看出，楊樹、刺槐混交林地的土壤養(yǎng)分含量、土壤微生物和土壤酶活性較刺槐純林都有顯著提高，這與沈國舫等[15]研究結(jié)果一致，因此，通過營造刺槐、楊樹混交林有利于本地區(qū)土壤的改良。研究發(fā)現(xiàn)，刺槐×楊樹混交林中土壤N、P、K從下降到升高的轉(zhuǎn)換時間為10a前后，此前的6a刺槐×楊樹混交林和此后的20a刺槐×楊樹混交林中土壤N、P、K含量均高于10a刺槐×楊樹混交林。這是因為林分在10a生以前處于速生期，養(yǎng)分消耗大，歸還少，土壤養(yǎng)分持續(xù)下降；10a生以后，林分生長緩和，養(yǎng)分需求減少，枯落物增加，養(yǎng)分歸還逐漸曾加，林地土壤養(yǎng)分則開始增加[14]。

河南民權(quán)黃河故道地區(qū)屬粉砂土，有機(jī)質(zhì)含量低，在植物多樣性低下的沙地土壤造林，建議應(yīng)盡可能多地選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件的樹種，進(jìn)行多樹種混交造林，提高林地的植物多樣性，以期盡快地改善沙地的土壤條件，提高沙地土壤的肥力，從而改善沙地地區(qū)的林地生產(chǎn)力，增加經(jīng)濟(jì)效益，為林業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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