套種華蓋木、亮葉木蓮、紅豆杉對杉木生長和土壤理化性質(zhì)的初期影響

劉 濤，左秋玉，楊 梅

(1.廣西國有高峰林場，廣西 南寧 530001；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)是我國南方重要的用材樹種和造林樹種，具有生長迅速、木材結(jié)構(gòu)細(xì)、紋理通直、耐腐能力強(qiáng)、成林迅速的特點(diǎn)[1-2].杉木在林業(yè)產(chǎn)業(yè)中擁有不可替代的地位，但單一化種植、連栽及全樹利用等經(jīng)營方式導(dǎo)致一系列生態(tài)問題.比如，杉木連栽會(huì)引起人工林地土壤持水能力、滲透能力、保肥能力、pH、主要養(yǎng)分含量及林分生物量顯著下降，土壤質(zhì)量惡化、生產(chǎn)力下降等問題凸顯，嚴(yán)重制約了杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展[3-5].針對杉木純林和連栽帶來的弊端，可以通過混交和輪栽等經(jīng)營模式緩解土壤質(zhì)量退化問題，達(dá)到恢復(fù)土壤肥力，提高杉木人工林可持續(xù)生產(chǎn)力的目的.研究顯示，混交林相對于純林可以改善土壤營養(yǎng)狀況，提升林地肥力，進(jìn)而促進(jìn)林木生長，提高林地生產(chǎn)力.林地土壤養(yǎng)分與林分生長關(guān)系密切，杉木混交林能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量；土壤pH 和有機(jī)質(zhì)含量對杉木的胸徑和樹高影響顯著，全氮含量對杉木樹高影響顯著[6-9].合理選擇混交樹種可以有效改善土壤肥力，促進(jìn)杉木生長[10-11].

廣西南寧地區(qū)屬杉木分布的邊緣產(chǎn)區(qū)，高溫潮濕的氣候環(huán)境下杉木林的長勢遠(yuǎn)不及杉木中心產(chǎn)區(qū)以及桂北地區(qū).為提高杉木純林的林分質(zhì)量和林地生產(chǎn)力，廣西國有高峰林場對1995年種植的杉木人工林采取了間伐措施，2014年在杉木林下套種紅豆杉、華蓋木、亮葉木蓮.本次研究以廣西國有高峰林場杉木純林及其與珍貴樹種的混交林為研究對象，分析混交3 a后杉木的生長狀況以及土壤理化性質(zhì)，探討合理、科學(xué)的杉木造林模式，為杉木人工林經(jīng)營管理與培育提供基礎(chǔ)材料和科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 林分概況

廣西國有高峰林場地理坐標(biāo)為北緯22°49′～23°15′，東經(jīng)108°08′～108°53′，位于南寧市盆地北緣，屬大明山山脈，赤紅壤.屬熱帶北緣氣候，雨量充足，年平均氣溫21 ℃左右，極端最低氣溫-2 ℃，極端最高氣溫40 ℃，年降雨量1 200～1 500 mm.

調(diào)查林分為1995年種植的杉木，初植密度為200株/hm2，造林后全鏟撫育3 a，2003年、2008年、2013年各間伐1次，杉木最終保留600株/hm2，2014年按照750株/hm2密度在杉木林下套種紅豆杉、華蓋木、亮葉木蓮，每年擴(kuò)坎施肥1～2次，全林分割灌撫育1～2次.

1.2 樣地設(shè)置及樣品采集

2017年7月，在觀測林分內(nèi)的林地坡頂、坡中、坡底設(shè)置3塊20 m×20 m樣地，每木檢尺，用VERTEX超聲波測高器測量樹高，用圍徑尺測量胸徑，計(jì)算樣地平均胸徑和平均樹高.在每塊樣地用對角線法按上、中、下位置設(shè)置3個(gè)樣點(diǎn)，采集0～20 cm、20～40 cm土層樣品，測定土壤養(yǎng)分.采用環(huán)刀法測定各土層物理性質(zhì).

1.3 測定方法

參照GB 7848～7858—78《森林土壤養(yǎng)分分析》處理土壤樣品.用全自動(dòng)間斷化學(xué)元素儀測定全氮、全磷，火焰光度計(jì)測定全鉀、速效鉀，鉬藍(lán)比色法測定速效磷，苯酚-次氯酸鹽比色法測定水解氮.土壤酶活性的測定參照關(guān)松蔭[13]的測定方法.用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，擴(kuò)散法測定脲酶活性，對硝基苯磷酸鈉法測定酸性磷酸酶活性，比色法測定蔗糖酶活性.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，SPSS 20.0分析軟件進(jìn)行方差分析、LSD多重比較及相關(guān)性分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分類型杉木生長情況

在杉木林引入不同珍貴樹種，杉木的平均樹高和平均胸徑都為杉木×華蓋木>杉木×亮葉木蓮>杉木×紅豆杉>杉木純林.由表1可知：3種混交林中杉木樹高均明顯高于杉木純林.其中，杉木×華蓋木混交林中的杉木樹高最高，顯著高于杉木純林與杉木×紅豆杉混交林，分別高出杉木純林15.49%，杉木×紅豆杉混交林10.88%；杉木×亮葉木蓮混交林中杉木樹高也顯著高于杉木純林與杉木×紅豆杉混交林，分別高出杉木純林7.43%，高出杉木×紅豆杉混交林2.37%.分析4種林分杉木胸徑數(shù)據(jù)可知，3種混交林下杉木胸徑均高于純林，且杉木×華蓋木混交林中杉木胸徑最大，為20.97 cm，大于杉木純林14.03%，大于杉木×紅豆杉中的杉木10.21%，并且兩者之間存在顯著差異；杉木胸徑在杉木×亮葉木蓮混交林中也大于杉木×紅豆杉混交林4.67%，大于杉木純林7.18%.綜上可知，在杉木×華蓋木混交林中杉木的生長情況最佳.

表1 4種林分杉木生長情況

2.2 不同林分類型對土壤容重的影響

各林地土壤容重見圖1.由圖1可知：在杉木林中引入華蓋木、亮葉木蓮后，0～20 cm、20～40 cm土層容重均明顯下降，土壤變得較為疏松，物理性質(zhì)得到一定改善.與杉木純林相比，杉木×華蓋木混交林土壤容重下降幅度最大，0～20 cm、20～40 cm土層分別下降29.3%和27.7%；而杉木×紅豆杉混交林與杉木純林林地土壤容重差異不顯著，對土壤物理性質(zhì)的改良效果不明顯.

2.3 不同林分類型對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分含量見表2.由表2可見：所有混交林各土層土壤全氮、全磷、全鉀含量及速效養(yǎng)分的變化規(guī)律相似，均比杉木純林地有所增加，其中，全氮及水解氮含量增加幅度最大.華蓋木×杉木混交林中的全氮、全磷及有效養(yǎng)分含量最高，與杉木純林相比，在0～20 cm土層，全氮、全磷分別增加了176.9%、94.6%，水解氮、有效磷分別增加了96.7%、59.6%；在20～40 cm土層，全氮、全磷分別增加了96.7%、59.6%，水解氮和速效磷分別增加了64.5.7%、102.3%.亮葉木蓮×杉木混交林土壤全鉀含量最高，0～20 cm、20～40 cm土層比杉木純林相同土層增加30.4%、15.3%，速效鉀則分別增加了40.2%、60.5%；而杉木×紅豆杉混交林土壤各元素全量及速效養(yǎng)分元素含量在3個(gè)混交林中均最低，且與杉木純林相差不大.由各林分土壤養(yǎng)分含量可知，2個(gè)木蘭科樹種可以提升林地土壤肥力，有較好的改良效果，而引入針葉樹紅豆杉對杉木純林土壤的影響較弱.

表2 4種林分土壤養(yǎng)分含量

2.4 不同林分類型對土壤酶活性的影響

2.4.1 不同林分類型對土壤酸性磷酸酶活性的影響

不同混交模式下的酸性磷酸酶活性見圖2.由圖2可知：4種林分0～20 cm與20～40 cm土層厚度土壤磷酸酶活性相差較大，杉木×亮葉木蓮混交林0～20 cm土壤中磷酸酶活性最大，為0.903 U/g，較杉木純林高61.25%，并與杉木純林間存在顯著差異；杉木×華蓋木混交林20～40 cm土層土壤磷酸酶活性最大為0.543 U/g，較杉木純林高34.21%，并與杉木純林之間存在顯著差異；4種林分的混交林林地0～20 cm土層均大于20～40 cm土層的土壤酸性磷酸酶活性.

2.4.2 不同林分類型對土壤脲酶活性的影響

不同混交模式下的土壤脲酶活性見圖3.由圖3可知：4種林分0～20 cm與20～40 cm土層的土壤脲酶活性差異也較大，杉木×華蓋木混交林林地0～20 cm土層的土壤脲酶活性最大，為0.81 U/g，與杉木純林之間存在顯著差異，林間土壤20～40 cm土層的4種林分土壤脲酶活性之間不存在顯著差異，其中，杉木×華蓋木混交林林間土壤脲酶活性最高，為0.29 U/g.4種林分土壤脲酶活性均表現(xiàn)為0～20 cm土層大于20～40 cm土層.

2.4.3 不同林分類型對土壤中過氧化氫酶活性的影響

不同混交模式下的過氧化氫酶活性見圖4.由圖4可知：土層深度為0～20 cm時(shí)，以杉木×紅豆杉混交林過氧化氫酶活性最大，但與杉木純林無顯著差異，均大于杉木×華蓋木、杉木×亮葉木蓮混交林；土層深度為20～40 cm時(shí)，過氧化氫酶活性依次為杉木純、杉木×紅豆杉、杉木×華蓋木、杉木×亮葉木蓮.可見，3個(gè)林分類型的過氧化氫酶濃度與杉木純林相比沒有顯著差異，在杉木林中套種紅豆杉、華蓋木、亮葉木蓮并不能促使林地土壤中的過氧化氫酶活性增加.

2.4.4 不同林分類型對土壤中蔗糖酶活性的影響

不同造林模式下的蔗糖酶活性見圖5.由圖5可知：土層深度為0～20 cm時(shí)，杉木×華蓋木、杉木×亮葉木蓮混交林的蔗糖酶活性顯著高于杉木純林，分別為35.78、35.12 U/g，其他林分類型與杉木純林差別不大；土層深度為20～40 cm時(shí)，各混交林的蔗糖酶活性與杉木純林差異不顯著.

3 結(jié) 論

1)在杉木林下套種珍貴樹種后，杉木平均樹高和平均胸徑以杉木×華蓋木混交林為最高，其次為杉木×亮葉木蓮混交林、杉木×紅豆杉混交林，杉木純林的生長量最低.由此表明：在杉木林中套種珍貴樹種對杉木胸徑、樹高的生長發(fā)育有促進(jìn)作用，其中以木蘭科的兩個(gè)樹種促進(jìn)效果最好，而且華蓋木和亮葉木蓮在幼樹期喜蔭，在杉木林中混交有利于形成互相促進(jìn)的種間關(guān)系.

2)在杉木林中套種珍貴樹種3 a后，土壤物理性質(zhì)有所改善，土壤持水量、孔隙度和通氣性能均有所提升.土壤最大持水量、毛管持水量、非毛管孔隙度、總孔隙度均以杉木×紅豆杉混交林最高，并均與杉木×華蓋木、杉木×亮葉木蓮及杉木純林3種林分的差異達(dá)到顯著水平，這可能與混交樹種的根型、嗜肥性等因素有關(guān).

3)在杉木林中混種鄉(xiāng)土樹種，可以增加土壤養(yǎng)分含量.3種套種方式都能夠顯著提高土壤中的全氮、全磷、全鉀、水解氮和速效鉀含量.紅豆杉屬于針葉樹種，凋落葉分解慢，而木蘭科的華蓋木、亮葉木蓮葉片較大、易掉落、分解快，有利于養(yǎng)分回歸土壤.

4)土壤酶對土壤肥力起著重要作用，其活性可作為判斷土壤生物化學(xué)過程強(qiáng)度及評價(jià)土壤肥力的指標(biāo)之一.杉木×亮葉木蓮混交林能顯著提高土壤酸性磷酸酶和土壤蔗糖酶的活性，杉木×華蓋木混交林能顯著提高土壤脲酶和土壤蔗糖酶的活性.杉木與木蘭科樹種混交有利于改變林地的化學(xué)環(huán)境，易形成互利關(guān)系，從而促進(jìn)林木生長.