不同經(jīng)營模式對(duì)馬尾松天然次生林土壤理化性質(zhì)的影響

吳天樂, 戴成棟， 袁 巍, 皮 兵, 馬豐豐

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長沙 410004 )

不同經(jīng)營模式對(duì)馬尾松天然次生林土壤理化性質(zhì)的影響

吳天樂1, 戴成棟2， 袁 巍1, 皮 兵1, 馬豐豐1

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長沙 410004 )

以慈利縣二坊坪鄉(xiāng)馬尾松天然次生林為研究對(duì)象，比較其在不同經(jīng)營模式下土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：馬尾松次生林經(jīng)過1年的經(jīng)營改造，Ⅱ處理(馬尾松密度為900株/hm2)的土壤理化性質(zhì)得到了改善，表現(xiàn)在土壤養(yǎng)分的提高，特別是土壤速效養(yǎng)分得到了較大的增加；而傳統(tǒng)經(jīng)營模式的土壤理化性質(zhì)基本上所有指標(biāo)均存在遞減趨勢(shì)。這說明合理的經(jīng)營模式對(duì)馬尾松次生林土壤肥力的維持和提高起到了積極作用，過大或過小的林分密度不利于土壤結(jié)構(gòu)的改良和養(yǎng)分的循環(huán)與累積。

近自然林業(yè)； 馬尾松； 次生林； 土壤理化性質(zhì)

馬尾松是我國亞熱帶地區(qū)荒山綠化造林的先鋒樹種之一，這些地區(qū)的原生植被遭到破壞后形成不同的次生環(huán)境，馬尾松通過風(fēng)媒傳播和強(qiáng)大的天然繁殖能力，侵入到這些次生環(huán)境形成馬尾松天然次生林。但由于長期的粗放經(jīng)營，導(dǎo)致了絕大多數(shù)的馬尾松林分多處于慢生低產(chǎn)狀態(tài)，表現(xiàn)出林分結(jié)構(gòu)差、密度偏大、地力衰退、林分質(zhì)量和產(chǎn)量下降等問題，嚴(yán)重影響其長期生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展[1-2]。保持和提高土壤質(zhì)量是林地可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3-5]，其中土壤理化性質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo)[6-15]。因此，我們以湖南省慈利縣馬尾松天然次生林為研究對(duì)象，分析不同經(jīng)營模式對(duì)馬尾松天然次生林土壤理化性質(zhì)的影響，以期為維護(hù)、提高土壤肥力和正確選擇馬尾松次生林經(jīng)營模式提供理論參考。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省慈利縣東南部的二坊坪鄉(xiāng)雙聯(lián)村，地處東經(jīng)110°45′、北緯29°18′，屬雪峰山脈北端中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，雨水充沛，日照充足，年平均氣溫18.2℃，年日照時(shí)數(shù)1482.8h，年降水量1615.1mm，全年無霜期為302天，相對(duì)濕度75.8%；地形地貌為丘陵，成土母巖為板頁巖，土壤為紅壤，林地土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，土層較薄，pH 4.4～5.0，立地條件中等。馬尾松林分是從1998年開始飛播造林陸續(xù)形成的次生林，伴生的闊葉樹種有青岡櫟(Castanopsisglauca)、樟樹(Cinnamomumcamphora)、白櫟(Quercusfabri)、合歡(Albiziajulibrissin)、石櫟(Lithocarpusglaber)、小葉櫟(Quercuschenii)、麻櫟(Quercusacutissima)、冬青(Ilexchinensis)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)等，林分密度約為2200株/hm2。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2012年在馬尾松天然次生林中，根據(jù)不同的馬尾松密度以及針闊混交比例，設(shè)計(jì)4個(gè)處理(即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、CK)，以標(biāo)準(zhǔn)地為單位，進(jìn)行間伐、擇伐等設(shè)計(jì)。每1個(gè)處理重復(fù)3～6次，共設(shè)置20m×30m投影面積為600m2的標(biāo)準(zhǔn)地18個(gè)，所有標(biāo)準(zhǔn)地處于同一經(jīng)營小班，造林地的生境因子基本一致。標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置情況詳見表1。

2.2 土壤樣品的采集與分析

2012年5月和2013年10月，分別對(duì)上述各標(biāo)準(zhǔn)地經(jīng)營前后進(jìn)行土壤采樣。采樣時(shí)先清除地被物，每塊標(biāo)準(zhǔn)地按對(duì)角線隨機(jī)布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，挖取土壤剖面，同時(shí)用環(huán)刀取土測(cè)定土壤物理性質(zhì)，并根據(jù)土壤厚度，按 0～10cm、10～20cm采集土樣，每層各取1kg混合土樣，放入土壤布袋帶回室內(nèi)，經(jīng)風(fēng)干、碾碎、過篩等處理，進(jìn)行分析測(cè)定。

表1 馬尾松標(biāo)準(zhǔn)地概況Tab.1 GeneralsituationofsampleplotsofPinusmassoniana標(biāo)準(zhǔn)地處理坡位坡度(°)馬尾松密度(株/hm2)闊葉樹密度(株/hm2)針闊混交比1Ⅰ上204503203∶22Ⅱ上209002507∶23Ⅰ上154503203∶24Ⅱ上209002507∶25Ⅱ中209002507∶26Ⅲ上2513501509∶17Ⅲ上2513501509∶18Ⅰ上204503203∶29Ⅲ中1513501509∶110Ⅱ中159002507∶211Ⅰ上254503203∶212CK上1516501809∶113Ⅱ上209002507∶214Ⅱ上159002507∶215Ⅰ上154503203∶216CK上15210013016∶1 17Ⅰ上254503203∶218CK上25175018010∶1

土壤物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)定采用國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；全氮用半微量凱式法測(cè)定；全磷用堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷用氟化銨-鹽酸浸提法測(cè)定；速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定；pH值用電位法測(cè)定；土壤容重用環(huán)刀法測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步計(jì)算，并應(yīng)用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是土壤的一個(gè)最基本的物理性質(zhì)，綜合反映了土壤質(zhì)地、孔隙狀況、松緊程度和保蓄性等，對(duì)土壤的透氣性、入滲性能、持水能力以及土壤的抗侵蝕能力均有非常大的影響[7]。從圖1可以看出，與傳統(tǒng)經(jīng)營CK相比，馬尾松次生林經(jīng)過改造經(jīng)營后，0～10cm層的土壤容重值出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。從改良效果來看，以Ⅱ處理最好，容重降低了1.52%；其次是Ⅲ處理，容重降低了0.78%；Ⅰ處理和CK處理的土壤容重則出現(xiàn)了增大趨勢(shì)，分別提高了0.75%和1.47%。這說明Ⅱ和Ⅲ處理能起到降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)的作用；Ⅰ處理對(duì)其土壤容重的改良能力相對(duì)較弱，可能是因?yàn)閱棠緦玉R尾松密度較小，馬尾松枯枝落葉和根系密度減小，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良能力也??； CK處理因?yàn)榱址置芏却?，?dǎo)致林下植物的覆蓋度及其生物量較小，引起土壤結(jié)構(gòu)不良。馬尾松林分密度的過小或過大均導(dǎo)致土壤容重變差，這可能是林下植物和馬尾松喬木層共同作用的結(jié)果。此外，對(duì)各模式下不同土層作相關(guān)性分析的結(jié)果顯示，土壤容重與土壤深度呈顯著正相關(guān)(P<0. 05)，說明土壤容重隨土層深度增加而逐漸增大。但因?yàn)榻?jīng)營時(shí)間較短的緣故，10～20cm土層的容重值以及其它的理化性質(zhì)基本沒有發(fā)生變化，故我們僅對(duì)0～10cm土層作比較分析。

圖1 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤容重的影響(0～10cm土層)Fig.1 Effect of different management modes on the soil bulk density

3.2 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤孔隙度的影響

土壤總孔隙度反映了空氣和水能在土壤中存在的總?cè)莘e，直接關(guān)系到土壤的通氣狀況，也是土壤的主要物理特性之一。土壤孔隙按大小可分為毛管孔隙和非毛管孔隙。毛管孔隙度決定著土壤保肥蓄水功能的高低，而非毛管孔隙度決定著土壤通透功能的強(qiáng)弱，兩者的數(shù)量及比例決定著土壤孔隙及水肥狀況[8]。由表2可知，0～10cm層的土壤孔隙狀況的變化與土壤容重的變化基本一致，Ⅱ處理和Ⅲ處理均有不同程度的改善，其中以Ⅱ處理最佳，總孔隙度和非毛管孔隙度與經(jīng)營前相比分別提高了1.77%和12.75%，毛管孔隙度減少了0.43%。毛管孔隙減少在一定程度上提高了土壤持水能力，這說明該經(jīng)營模式改善了土壤的通氣透水性，可提高土壤的水源涵養(yǎng)功能。此外，對(duì)不同土層作相關(guān)性分析，土壤孔隙與土壤深度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，說明土壤孔隙隨土層深度增加而逐漸減小。

表2 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤孔隙度的影響(0～10cm土層)Tab.2 Effectofdifferentmanagementmodesonthesoilporosity(%)處理總孔隙度毛管孔隙度非毛管孔隙度總孔隙度與經(jīng)營前相比增減與對(duì)照相比增減毛管孔隙度與經(jīng)營前相比增減與對(duì)照相比增減非毛管孔隙度與經(jīng)營前相比增減與對(duì)照相比增減Ⅰ44.89-1.190.5735.380.08-0.389.51-5.653.52Ⅱ45.341.773.5337.02-0.43-0.848.3112.7521.74Ⅲ49.550.982.7441.09-0.12-0.538.476.8113.48CK44.07-1.76—34.660.41—9.41-8.99—

3.3 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是植物生命過程的重要保證，它為植物生長發(fā)育提供了所需要的營養(yǎng)，確保了植物正常的生命活動(dòng)，而植物在生長過程中通過枯枝落葉和根系分泌物等將養(yǎng)分回到土壤，對(duì)土壤肥力產(chǎn)生作用[9]。森林就是通過凋落物和林下植物的分解所產(chǎn)生各種營養(yǎng)物質(zhì)歸還土壤，從而對(duì)土壤肥力造成影響[10]。從表3可以看出，馬尾松天然次生林經(jīng)過經(jīng)營改造后， 0～10cm土層的土壤養(yǎng)分發(fā)生了一定程度的變化，但差異不顯著，這和經(jīng)營時(shí)間不長有關(guān)。從改良土壤養(yǎng)分來看，Ⅱ處理的改良效果最好，其中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀含量分別比經(jīng)營前提高了1.69%、2.02%、2.16%、12.34%、11.28%、9.40%，土壤速效養(yǎng)分含量增加幅度較大，pH值變化不大，略提高了0.25%；其次是Ⅲ處理，但提高幅度不大；Ⅰ處理的土壤養(yǎng)分指標(biāo)則出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，但降幅小于傳統(tǒng)經(jīng)營的林分CK；而CK處理的土壤養(yǎng)分指標(biāo)出現(xiàn)全面下降，其中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效鉀和pH分別比經(jīng)營前降低了1.90%、1.84%、3.18%、9.22%、9.04%、8.75%、2.04%。此外，對(duì)不同土層作相關(guān)性分析，土壤養(yǎng)分與土壤深度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，說明土壤養(yǎng)分隨土層深度增加而顯著減小。

表3 不同經(jīng)營模式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響(0～10cm土層)Tab.3 Effectofdifferentmanagementmodesonthesoilnutrientcontent處理經(jīng)營階段有機(jī)質(zhì)(g/kg)全氮(g/kg)全磷(g/kg)速效氮(mg/kg)速效磷(mg/kg)速效鉀(mg/kg)pH經(jīng)營前46.322.110.97109.791.4578.934.62Ⅰ經(jīng)營后46.032.100.95105.911.3981.724.59增減率(%)-0.63-0.65-1.80-3.53-4.313.54-0.58經(jīng)營前49.502.090.9297.891.3295.434.64Ⅱ經(jīng)營后51.152.130.94109.971.47104.404.65增減率(%)1.692.022.1612.3411.289.400.25經(jīng)營前52.882.080.94101.791.5084.054.60Ⅲ經(jīng)營后53.362.100.94105.141.4584.224.59增減率(%)0.911.1003.29-3.590.20-0.22經(jīng)營前39.281.780.9685.131.46103.244.90CK經(jīng)營后38.301.750.9377.281.3394.204.80增減率(%)-1.90-1.84-3.18-9.22-9.04-8.75-2.04 注:增減率為負(fù)數(shù)代表減少。

4 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)經(jīng)營模式CK的土壤理化性質(zhì)基本上所有指標(biāo)均存在遞減趨勢(shì)。與傳統(tǒng)經(jīng)營方式相比，采取改造經(jīng)營的馬尾松林分，其土壤理化性質(zhì)得到了改善，但基本局限于土壤的0～10cm層。從改善土壤水分物理性質(zhì)和養(yǎng)分的程度看，以Ⅱ處理(馬尾松密度為900株/hm2)最佳，改良效果要好于Ⅰ處理(馬尾松密度為450株/hm2)和Ⅲ處理(馬尾松密度為1350株/hm2)。這表明該經(jīng)營模式對(duì)土壤肥力的維持和提高起到了積極作用，主要有以下兩個(gè)方面的原因：一是林分中的闊葉鄉(xiāng)土樹種的枯落物及其分解增加了土壤的有機(jī)物質(zhì)和養(yǎng)分含量；二是林下植被覆蓋度的增大, 減少了林地的水土流失，以及林下植被具有促進(jìn)營養(yǎng)元素在地表富集的作用, 林下植物本身從土壤下層吸收養(yǎng)分, 通過凋落物途徑歸還土壤表層, 并促進(jìn)馬尾松枯枝落葉的分解, 從而導(dǎo)致了土壤物質(zhì)循環(huán)加速和養(yǎng)分的累積[11]。

由于過大或過小的林分密度均不利于人工林群落養(yǎng)分的循環(huán)，可見密度控制是實(shí)現(xiàn)人工針葉林向天然林恢復(fù)的重要手段，因?yàn)樗侨斯ち中纬扇郝浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，直接影響到人工林群落的水、光、熱[12]。目前我省馬尾松林的經(jīng)營還比較粗放，在高密度條件下，林下植被覆蓋度和生物量減少，引起土壤結(jié)構(gòu)不良，同時(shí)，土壤養(yǎng)分含量也隨之降低，土壤肥力下降。因此，在對(duì)大面積分布的馬尾松次生林進(jìn)行植被恢復(fù)改造過程中，必須根據(jù)林分生長狀況不斷調(diào)整密度。對(duì)于過疏的林分，可人為補(bǔ)植部分常綠闊葉樹種, 增加林分密度, 改善林分結(jié)構(gòu)；對(duì)于過密的林分，則可通過疏伐減少密度，加速林下多物種的發(fā)育和演替，從而改善林地的土壤肥力狀況，實(shí)現(xiàn)林分結(jié)構(gòu)與功能的有效恢復(fù)。

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EffectofdifferentmanagementmodesonthesoilphysicalandchemicalpropertiesofsecondaryPinusmassonianaforest

WU Tianle1， DAI Chengdong2, YUAN Wei1， PI Bing1， MA Fengfeng1

(1.Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China; 2.Forestry Department of Hunan Province Changsha 410004, China)

Taken the secondaryPinusmassonianaforest in Erfangping Village of Cili County as research object, the soil physical and chemical properties of secondaryPinusmassonianaforest under different management modes were compared. The results showed that, after one year of management on secondaryPinusmassonianaforest, the physical and chemical properties of soil with treatment II (stand density 900 plant/hm2) were improved, which was manifested in the increase of soil nutrient content, especially the large increase of soil available nutrient content. While all indices of soil physical and chemical properties under conventional management exhibited a progressive decrease. This demonstrated that rational management played a positive role to maintain and improve soil fertility, and low or high stand density was not good for improvement of soil structure and cycle and accumulation of nutrient.

close-to-natural forestry;Pinusmassoniana; secondary forest; soil physical and chemical properties

2014-02-14

中德財(cái)政合作項(xiàng)目“湖南近自然森林經(jīng)營試驗(yàn)與示范”(2012-HNLYKY-01)。

吳天樂(1982-)，男，湖南省長沙市人，助理研究員，主要從事土壤學(xué)研究。

S 714

A

1003 — 5710(2014)02 — 0060 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 02. 015

(文字編校：張 珉)