遼東山區(qū)不同林齡落葉松人工林土壤理化特征

李曉飛

(遼寧省寬甸滿族自治縣林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 丹東 118200)

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遼東山區(qū)不同林齡落葉松人工林土壤理化特征

李曉飛

(遼寧省寬甸滿族自治縣林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 丹東 118200)

以遼東山區(qū)落葉松人工林為研究對(duì)象，研究不同林齡的林分土壤理化特征，為遼東山區(qū)落葉松人工林的維護(hù)地力提供科學(xué)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：不同林齡落葉松人工林土壤容重大小順序?yàn)? a林齡(1.38 g·cm-3)>15 a林齡(1.29 g·cm-3)>24 a林齡(1.17 g·cm-3)>37 a林齡(1.14 g·cm-3)，隨林齡增加土壤容重呈減少趨勢(shì)且差異顯著，而同一剖面土壤容重隨土層深度增加呈增大趨勢(shì)；土壤總孔隙度和毛管孔隙度隨土壤深度增加呈減少趨勢(shì)，隨著林齡的增加先下降后上升；不同林齡土壤有機(jī)質(zhì)和全氮平均值大小順序?yàn)?7 a林齡(39.29 g·kg-1、2.53 g·kg-1)>24 a林齡(37.51 g·kg-1、2.46 g·kg-1)>15 a林齡(30.47 g·kg-1、1.95 g·kg-1)>6 a林齡(21.37 g·kg-1、0.89 g·kg-1)，隨林齡增加呈增大趨勢(shì)且差異顯著；不同林齡土壤全磷和全鉀含量差異顯著，變化呈不規(guī)律性。

遼東山區(qū)；林齡；落葉松；土壤理化特征

土壤為森林植被提供所必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水分，是森林生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量交換的重要參與者和載體；同時(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)又反過(guò)來(lái)影響土壤的形成、發(fā)育以及土壤養(yǎng)分的有效性[1,2]。探討土壤理化性質(zhì)有助于了解森林發(fā)育過(guò)程中土壤肥力、土壤結(jié)構(gòu)、蓄水能力和土壤養(yǎng)分循環(huán)與轉(zhuǎn)化等林分的土壤質(zhì)量狀況，為實(shí)施合理的經(jīng)營(yíng)措施提供依據(jù)[3]。

遼東山區(qū)是遼寧省重要水源涵養(yǎng)用材林基地和綠色生態(tài)屏障，多年來(lái)采伐跡地營(yíng)造了大面積的落葉松人工林，落葉松林存在地力衰退趨勢(shì)。本文以落葉松人工林為研究對(duì)象，測(cè)定不同林齡的土壤理化特征，旨在保護(hù)和提高土壤肥力，探討落葉松人工林合理調(diào)控機(jī)制，為該地區(qū)落葉松人工林的合理經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)置在遼寧省清原縣甘井子林場(chǎng)。地形以山地為主，屬長(zhǎng)白山系余脈龍崗支脈。溫帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，雨熱同期，年均氣溫3.9～5.3 ℃，無(wú)霜期120～130 d，年降水量為700～900 mm。土壤多為棕色森林土，pH值為5.5～6.5。植被屬長(zhǎng)白植物區(qū)系，地帶性植被群落為紅松(Pinuskoraiensis)闊葉混交林，現(xiàn)存森林植被主要為天然次生落葉林和人工針葉林，主要林型有蒙古櫟(Quercusmongolica)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、黃波羅(Phellodendronamurense)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)等組成的硬闊葉林，樺木(Betulaspp.)等組成的軟闊葉林，槭類(Acerspp.)等組成的雜木林，長(zhǎng)白落葉松(Larixolgensis)、紅松、油松(Pinustabulaeformis)組成的人工針葉林；林下灌木主要有毛棒子(Corylusmaudshurica)、忍冬(Louiceraaltamauui),胡枝子(Lespedezabicolor)、珍珠梅(Sorbariasorbifolia)、刺五加(Acauthopauaxseuticosus)、衛(wèi)矛(Euouyrnusalatus)和毛櫻桃(Cerasustomeuto)等；草本植物主要有薹草(Carextristachya)、蕨(Pteridiumspp.)、木賊(Radixaucklaudiae)、蚊子草(Filipendulapalmata)、黃花蒿(Herbaartemisiae),莓葉委陵菜(Radixpoteutillae)和紫花地丁(Violaphilipica)[4]。

2　研究方法

2.1樣地設(shè)置及土樣采集

選取落葉松人工林4種林齡分別為6 a、15 a、24 a、37 a的林分類型，在立地條件相似的地段設(shè)立4塊標(biāo)準(zhǔn)地，樣地面積為20 m×20 m。樣地基本情況見表1。按上、中、下沿對(duì)角線設(shè)置土壤剖面3個(gè)，采樣深度為30 cm，按0～20 cm、20～40 cm分別采集土壤土樣、土壤環(huán)刀，各3次重復(fù)。

表1　不同林齡落葉松林試驗(yàn)地基本情況

2.2樣品測(cè)定方法

在試驗(yàn)室測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，土壤全氮測(cè)定采用凱氏定氮法，土壤全磷測(cè)定采用氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法，土壤全鉀測(cè)定采用氫氧化鈉堿熔—火焰光度法。

3　結(jié)果與分析

3.1不同林齡落葉松林的土壤物理特征

土壤容重和孔隙狀況直接影響到土壤的通氣性和透水性，是決定森林土壤涵養(yǎng)水源功能、土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力的重要指標(biāo)[5]。從表2可以看出，不同林齡落葉松人工林土壤容重大小順序?yàn)椋? a林齡(1.38 g·cm-3)>15 a林齡(1.29 g·cm-3)>24 a林齡(1.17 g·cm-3)>37 a林齡(1.14 g·cm-3)。不同林齡落葉松人工林土壤總孔隙度大小順序?yàn)椋? a林齡(60.78%)>15 a林齡(57.36%)>37 a林齡(54.68%)>24 a林齡(52.79%)。不同林齡落葉松人工林土壤毛管孔隙度大小順序?yàn)椋?7 a林齡(43.32%)>6 a林齡(41.74%)>15 a林齡(37.13%)>24 a林齡(33.27%)。

結(jié)果表明：不同林齡落葉松人工林土壤容重差異顯著，其中成熟林土壤平均容重最小，幼齡林土壤平均容重最大；隨林齡增加，土壤容重呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。各林齡同一剖面土壤容重隨土壤深度增加呈增加趨勢(shì)。土壤總孔隙度和毛管孔隙度隨土壤深度增加呈遞減的趨勢(shì)，隨著林齡的增加先下降后上升，與國(guó)內(nèi)學(xué)者研究一致[6]。

表2　遼東山區(qū)不同林齡落葉松林土壤物理特征

3.2不同林分類型的土壤化學(xué)性質(zhì)

土壤養(yǎng)分直接影響林木的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的主要指標(biāo)，土壤全氮是衡量土壤氮素供應(yīng)狀況的主要指標(biāo)，土壤全磷是植物生理代謝活動(dòng)必不可少的元素，土壤全鉀是林木生長(zhǎng)發(fā)育促進(jìn)光合作用等所必需的重要元素[5]。從表3可以看出，不同林齡土壤有機(jī)質(zhì)平均值大小順序?yàn)椋?7 a林齡(39.29 g·kg-1)>24 a林齡(37.51 g·kg-1)>15 a林齡(30.47 g·kg-1)>6 a林齡(21.37 g·kg-1)。不同林齡土壤全氮平均值大小順序?yàn)椋?7 a林齡(2.53 g·kg-1)>24 a林齡(2.46 g·kg-1)>15 a林齡(1.95 g·kg-1)>6 a林齡(0.89 g·kg-1)。不同林齡土壤全磷平均值大小順序?yàn)椋?7 a林齡(0.43 g·kg-1)>15 a林齡(0.38 g·kg-1)>24 a林齡(0.31 g·kg-1)>6 a林齡(0.25 g·kg-1)。不同林齡土壤全鉀大小順序?yàn)椋? a林齡(20.97 g·kg-1)>37 a林齡(20.27 g·kg-1)>15 a林齡(18.79 g·kg-1)>24 a林齡(17.83 g·kg-1)。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量不同林齡的同一剖面0～20 cm和20～40 cm隨土層深度增加呈減少趨勢(shì)。

結(jié)果表明：不同林齡之間土壤有機(jī)質(zhì)和全氮差異顯著，隨著林齡的增加，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量逐漸增加，成熟林有機(jī)質(zhì)和全氮含量最高，這與隨林齡增加，林下枯落物增多，分解后大量有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤有關(guān)。不同林齡土壤全磷和全鉀含量差異顯著，變化呈不規(guī)律性，差異性受土壤母質(zhì)和成土過(guò)程的影響較大。

表3　遼東山區(qū)不同林齡落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

4　結(jié)論

不同林齡落葉松人工林土壤容重大小順序?yàn)椋? a林齡(1.38 g·cm3)>15 a林齡(1.29 g·cm3)>24 a林齡(1.17 g·cm3)>37 a林齡(1.14 g·cm3)，隨林齡增加土壤容重呈減少趨勢(shì)，而同一剖面土壤容重隨土層深度增加呈增加趨勢(shì)。不同林齡土壤有機(jī)質(zhì)平均值大小順序?yàn)椋?7 a林齡(39.29 g·kg-1)>24 a林齡(37.51 g·kg-1)>15 a林齡(30.47 g·kg-1)>6 a林齡(21.37 g·kg-1)。不同林齡土壤全氮平均值大小順序?yàn)椋?7 a林齡(2.53 g·kg-1)>24 a林齡(2.46 g·kg-1)>15 a林齡(1.95 g·kg-1)>6 a林齡(0.89 g·kg-1)。

隨著林齡的增加，土壤容重呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。有研究表明落葉松人工林存在地力衰退現(xiàn)象。本文得出相反研究結(jié)果，原因在于落葉松幼齡林在采伐跡地上造林，郁閉度小，水分蒸發(fā)和受雨雪水沖刷導(dǎo)致養(yǎng)分流失嚴(yán)重，造林前進(jìn)行了徹底清場(chǎng)，幼林地枯落物較少，養(yǎng)分補(bǔ)充少。人為撫育間伐使不同林齡林分密度大小順序?yàn)椋? a林齡(3 215株hm-2)>15 a林齡(1 875株hm-2)>24 a林齡(725株hm-2)>37 a林齡(598株hm-2)，適時(shí)的撫育間伐，降低郁閉度，增加林地光照，促進(jìn)了林下灌木和草本植物的生長(zhǎng)，改變凋落物的組成，使土壤理化性質(zhì)得到改善[6]。而且，隨著林齡的增加，枯落物累積數(shù)量和分解數(shù)量增加，根系活動(dòng)加強(qiáng)，導(dǎo)致土壤容重減小，有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤肥力和涵養(yǎng)水源能力也逐漸增強(qiáng)。

當(dāng)落葉松人工林從幼林生長(zhǎng)到成熟期各階段，應(yīng)及時(shí)間伐撫育，調(diào)整林分郁閉度，為林木提供適宜的生長(zhǎng)空間；同時(shí)可考慮營(yíng)造落葉松針闊混交林，這樣有利于提高物種多樣性，促進(jìn)群落的穩(wěn)定性，改善枯落物的數(shù)量和質(zhì)量，改善土壤的理化指標(biāo)，提高土壤蓄水能力和土壤肥力，促進(jìn)遼東山區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)開發(fā)利用[4]。

[1] 崔寧潔，張丹桔，劉洋，等.不同林齡馬尾松人工林林下植物多樣性與土壤理化性質(zhì)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014，33(10)：2610-2617

[2] 趙偉紅，康峰峰，韓海榮，等.冀北遼河源地區(qū)不同林齡山楊天然次生林土壤理化特征的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35(1)：52-57

[3] 黨鵬，王乃江，王娟婷，等.黃土高原子午嶺不同發(fā)育階段油松人工林土壤理化性質(zhì)的變化[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，42(6)：115-121

[4] 韓友志，邢兆凱，顧宇書，等.渾河上游白樺冷杉等9種林分枯落物儲(chǔ)量及持水特性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39(11)：15-18

[5] 劉杰，馬履一，賈忠奎，等.不同林齡華北落葉松林下土壤理化性質(zhì)及微生物學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2013，33(6)：88-93

[6] 王宏星，孫曉梅，陳東升，等.甘肅小隴山日本落葉松人工林不同發(fā)育階段土壤理化性質(zhì)的變化[J].林業(yè)科學(xué)研究，2012,25(3)：29

Soil Physicochemical Characteristics of Larch Plantation withDifferent Ages in Eastern Mountains of Liaoning Province

Li Xiaofei

(Forest Inventory and Planning Institute,Kuandian Manchu Autonomous County in Liaoning Province,Dandong 118200,China)

Taking larch plantations in eastern mountains of Liaoning Province as the research object,soil physicochemical characteristics of stand with different stand age were studied,which provides scientific data to keep soil fertility for larch plantation. Result shows that the order of soil bulk density for larch plantation with different ages is: 6 a forest age (1.38 g·cm-3)> 15 a forest age (1.29 g·cm-3)> 24 a forest age (1.17 g·cm-3)> 37 a forest age ( 1.14 g·cm-3),soil bulk density decrease with the increase of forest age and the difference is significant;the bulk density in the same soil profile increase with the increase of the soil depth;total soil porosity and capillary porosity decreased with the increase of soil depth;stand age of first decline after rise with increase of the stand age. Soil organic matter and average order of total size with different stand age is: 37 a forest age (39.29g·kg-1,2.53g·kg-1)> 24 a forest age (37.51 g·kg-1,2.46 g·kg-1)> 15 a forest age (30.47 g·kg-1,1.95 g·kg-1)> 6 a forest age (21.37 g·kg-1,0.89 g·kg-1),increase with the increase of forest age and have different significance;total phosphorus and potassium content of soil with different forest age have different significances,with irregular changes.

eastern mountains of Liaoning Province;forest age;larch;soil physicochemical characteristics

1005-5215(2016)05-0001-03

2016-03-02

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200904064)

李曉飛(1971-)，男，遼寧寬甸人，大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)工作.

S714.2

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.05.001