不同林齡日本落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的變化*

李雙龍，杜超群，韓梅，吳代坤，張新葉，朱于勤

(1．恩施州林業(yè)科學(xué)研究所，湖北　恩施445000;2．湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北　武漢430075；3.建始縣國(guó)有長(zhǎng)嶺崗林場(chǎng)，湖北　建始445300)

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不同林齡日本落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的變化*

李雙龍1，杜超群2，韓梅1，吳代坤1，張新葉2，朱于勤3

(1．恩施州林業(yè)科學(xué)研究所，湖北恩施445000;2．湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北武漢430075；3.建始縣國(guó)有長(zhǎng)嶺崗林場(chǎng)，湖北建始445300)

為研究日本落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，對(duì)湖北建始長(zhǎng)嶺崗林場(chǎng)不同林齡的日本落葉松人工林土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解N、有效P、速效K等指標(biāo)進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明，隨土層深度的增加，同一林齡土壤pH值逐漸升高，土壤養(yǎng)分逐漸降低；隨林齡的增加，同一土層土壤pH值先降低后升高，土壤養(yǎng)分變化有一定的波動(dòng)性。相關(guān)性分析表明，除土壤有效P與其他化學(xué)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系不顯著外，其他指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系顯著。本研究結(jié)果表明日本落葉松的引入顯著降低了當(dāng)?shù)赝寥赖膒H值，其土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N含量很豐富，有效P、速效K含量相對(duì)缺乏。

日本落葉松；人工林；土壤化學(xué)性質(zhì)；林齡；土層厚度

森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是林木生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤質(zhì)量的高低直接影響著林木的生長(zhǎng)狀況以及森林質(zhì)量的優(yōu)劣[1]。森林土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)常用的化學(xué)指標(biāo)包含土壤pH值，有機(jī)質(zhì)和N、P、K有效含量等，這些因子能很好地反映土壤肥沃程度，穩(wěn)定性較高且易于調(diào)查和測(cè)定[2]。日本落葉松(LarixkaempferiCarr.)自20世紀(jì)初引入以來已成為南方林區(qū)高山地區(qū)用材林的主要樹種，其林下土壤質(zhì)量直接影響林分質(zhì)量。為研究土壤質(zhì)量與林齡的關(guān)系，選擇不同林齡的日本落葉松人工林為研究對(duì)象，通過對(duì)林下土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解N、有效P、速效K等化學(xué)性質(zhì)的綜合分析，得出日本落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，旨在為日本落葉松人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理等提供理論依據(jù)。

1　研究地概況

研究地位于湖北省建始縣長(zhǎng)嶺崗林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為30°48′N，110°03′E。海拔1 500～1 950m，相對(duì)高差450m，坡度20°～25°，是中國(guó)南方最大的日本落葉松基地。屬北亞熱帶氣候，年平均氣溫11.7℃,極端最高氣溫29℃,極端最低氣溫-17.2℃,無霜期203d，年降水量1 884.3mm,相對(duì)濕度85%。土壤為山地棕壤,土層深厚,有機(jī)質(zhì)含量較高。森林植被豐富,主要樹種有日本落葉松、華山松(PinusarmandiiFranch.)、檫木(SassafrastzumuHemsl)、漆(ToxicodendronvernicifluumF.A.Barkl.)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、錐栗(CastaneahenryiRehd.et Wils.)等。

2　研究方法

2.1土壤樣品采集

2014年7月，選擇有代表性、立地條件相似、林相整齊、生長(zhǎng)良好的不同林齡日本落葉松人工林林分，設(shè)置面積為400m2(20m×20m)的樣地19個(gè)，其中5年生林分的樣地3個(gè)、10年生林分的樣地4個(gè)、15年生林分的樣地4個(gè)、20年生林分的樣地5個(gè)、25年生林分的樣地3個(gè)。各樣地基本情況見表1。

在每個(gè)樣地的四個(gè)角和中心位置設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)，從上到下，按0～10cm，10～20cm，20～40cm，分層取等量樣品，均勻混成一個(gè)樣，每個(gè)樣地3份樣品，共計(jì)57份樣品。去除雜質(zhì)，自然風(fēng)干后進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)分析。

表1　日本落葉松人工林樣地基本情況

注：蕨(Pteridiumaquilinumvar.latiusculum)、水馬桑(coriariasinica)、鹽膚木(RhuschinensisMill.)、櫻桃(Cerasuspseudocerasus)、白苞蒿(Artemisialactiflora)、繡線菊(SpiraeasalicifoliaL.)、箬竹〔Indocalamustessellatus(Munro) Keng f.〕、餓螞蝗(DesmodiummultiflorumDC.)、楤木(Araliachinensis)、樹莓(RubuscorchorifoliusL.f.)、魚腥草(HouttuyniacordataThunb.)、單莖懸鉤子〔RubussimplexFocke〕、刺黑珠(BerberissargentianaSchneid)、鼠李(RhamnusdavuricaPall)、酸模葉蓼(Polygonumlapathifolium)、薔薇(Rosamultiflora)、繡球〔Hydrangeamacrophylla(Thunb.) Ser.〕、刺苞薊〔Cirsiumhenryi(Franch.)Diels〕、升麻(CimicifugafoetidaL.)、燈臺(tái)樹(Bothrocaryumcontroversum)、毒芹〔CicutavirosaL.〕、獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch)、空心泡(RubusrosaefoliusSmith)、接骨草(SambucuschinensisLindl.)、臭牡丹(ClerodendrumbungeiSteud.)、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、山胡椒〔Linderaglauca(Sieb.et Zucc.)Bl〕、貓乳〔Rhamnellafranguloides(Maxim) Weberb〕、藎草〔Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino〕。

2.2土壤樣品分析

土壤化學(xué)性質(zhì)采用《森林土壤分析方法》進(jìn)行測(cè)定[3]。其中pH值采用電位法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定，堿解N采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定，有效P采用氟化銨-鹽酸浸提法測(cè)定，速效K采用1mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel 2003和SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理及綜合分析[4]。

3　結(jié)果與分析

5個(gè)林齡的日本落葉松人工林，其不同土層土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤堿解N、有效P、速效K測(cè)定結(jié)果詳見表2。

表2　不同林齡日本落葉松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)分析

注：數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫字母表示不同林齡各指標(biāo)間差異顯著(p<0.05)。

3.1土壤pH值變化規(guī)律

土壤pH值是重要的化學(xué)指標(biāo)，影響?zhàn)B分的有效性[5]。相同林齡的日本落葉松人工林，土壤pH值隨著土層深度的增加而升高；同一土層，土壤pH值隨著林齡的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，在20年降到最低，之后到25年有所升高。方差分析表明(p<0.05)，林齡之間差異不顯著。

3.2土壤有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)[6]。同一林齡日本落葉松人工林除10年生的外，其他4個(gè)林齡的林分，其土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度的增加而降低。同一土層，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨林齡的增加變化有所波動(dòng)。0～10cm表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢(shì)，25年達(dá)到最高；10～20cm表現(xiàn)為先降低后升高再降低的趨勢(shì)；20～40cm表現(xiàn)為倒“v”字型變化，即先升高后降低。

3.3土壤堿解N、有效P、速效K變化規(guī)律

相同林齡的日本落葉松人工林，其土壤堿解N、有效P、速效K含量隨著土層深度的增加而降低。同一土層，土壤的堿解N含量隨著林齡的增加呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì)，20年生林分其土壤的堿解N含量最高；有效P含量隨林齡的增加呈現(xiàn)“W”字型變化，15年生林分土壤的有效P含量最高；速效K含量隨著林齡的增加變化波動(dòng)較大。方差分析表明(p<0.05)，林齡之間差異不顯著。

3.4土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明各化學(xué)性質(zhì)間有一定的相關(guān)性。土壤pH值與土壤堿解N呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤速效K呈極顯著負(fù)相關(guān)；土壤有機(jī)質(zhì)與土壤堿解N、土壤速效K呈極顯著正相關(guān)；土壤堿解N與土壤速效K呈極顯著正相關(guān)；土壤有效P與其他指標(biāo)均無相關(guān)關(guān)系。

表3　土壤化學(xué)性質(zhì)相關(guān)性分析

注：*表示相關(guān)性顯著(p<0.05)，**表示相關(guān)性極顯著(p<0.01)。

4　結(jié)論與討論

(1)隨著日本落葉松人工林林齡的增加，同一土層其土壤pH值表現(xiàn)為先降低后升高的變化趨勢(shì)，表明土壤的酸化現(xiàn)象在20年后逐步改善。土壤pH值與土壤堿解N呈顯著負(fù)相關(guān)、與速效K呈極顯著負(fù)相關(guān)，各林齡土壤pH值隨土層深度增加而有所升高，主要是表層的枯枝落葉層分解產(chǎn)生了酸性物質(zhì)降低了土壤的pH值，與趙偉紅等[6]、陳立新等[7]的研究結(jié)果基本一致。參照土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本研究地區(qū)日本落葉松人工林土壤酸堿度表現(xiàn)為酸性以上，部分呈強(qiáng)酸性。說明日本落葉松的引入顯著降低了當(dāng)?shù)赝寥赖膒H[8]。

(2)隨著日本落葉松人工林林齡的增加，土壤養(yǎng)分含量有一定的波動(dòng)性，主要原因可能是日本落葉松為速生樹種，隨著樹木的快速生長(zhǎng)，對(duì)養(yǎng)分的需求越來越多，致使其土壤養(yǎng)分降低，之后隨著林分撫育間伐，郁閉度降低，光照充足，枯枝落葉層加厚，凋落物分解也加快，使得養(yǎng)分又逐步升高。土壤有機(jī)質(zhì)與堿解N、速效K呈極顯著正相關(guān)，堿解N與速效K呈極顯著正相關(guān)。各林齡土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N、有效P、速效K含量隨著土層深度的增加而降低，與王海燕等[5]、王宏星等[9]的研究結(jié)果一致，這說明土壤養(yǎng)分具有明顯的表聚性，表層含量高，往下逐漸降低。參照中國(guó)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]，該地區(qū)日本落葉松人工林土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N含量基本都屬于很豐富的水平，有效P、速效K含量相對(duì)缺乏，建議采取一定的技術(shù)措施，比如營(yíng)造針闊混交林，改善土壤的養(yǎng)分狀況，實(shí)現(xiàn)森林資源的可持續(xù)利用。

(3)由于土壤變化是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，為了更加深入細(xì)致地研究，應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)期固定標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)其進(jìn)行跟蹤研究，系統(tǒng)地研究日本落葉松人工林土壤質(zhì)量的變化以及調(diào)控措施。受試驗(yàn)條件的限制，每一林分土壤樣本重復(fù)次數(shù)相對(duì)較少，今后需增加樣本數(shù)，使得到的結(jié)果更能全面、準(zhǔn)確地反映土壤實(shí)際狀況。

[1]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.

[2]陸元昌.近自然森林經(jīng)營(yíng)的理論與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2006:16,21-22.

[3]國(guó)家林業(yè)局．中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):森林土壤分析方法[M]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[4]張文彤.SPSS統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5]王海燕，雷相東，陸元昌，等.海南4種林分土壤化學(xué)性質(zhì)比較研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2009，22(1)：129-133.

[6]趙偉紅，康峰峰，韓海榮，等.冀北遼河源地區(qū)不同林齡油松天然次生林土壤理化特征的研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2014,29(3)：1-8.

[7]陳立新，段文標(biāo)，喬璐，等.落葉松人工林根際與非根際土壤養(yǎng)分特征及酸度研究[J].水土保持科學(xué)，2011,25(3)：131-135.

[8]魯海燕.秦嶺西部油松和日本落葉松人工林土壤微生物多樣性及其生態(tài)功能的變化特征[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2010.

[9]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)：294-301.

[10]全國(guó)土壤普查辦公室.全國(guó)第二次土壤普查暫行技術(shù)規(guī)程[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，1979.

Soil Chemical Properties at Different Forest Ages of Larix kaempferi Plantations

LI Shuang-long1，DU Chao-qun2，HAN Mei1，WU Dai-kun1， ZHANG Xin-ye2，ZHU Yu-qin3

(1.Enshi Research Institute of Forest Science，Enshi Hubei 445000，P.R.China；2.Hubei Academy of Forestry，Wuhan Hubei 430075，P.R.China；3.Changling Gang State-owned Forest Farm of Jianshi County,Jianshi Hubei 445300，P.R.China)

For understanding the dynamics of soil chemical properties ofLarixkaempferiplantation,takingLarixkaempferiplantations at different ages in Jianshi Changlinggang of Hubei province as research object,several soil chemical indicators such as pH,organic matter,alkaline hydrolysis N,effective P,and available K were comprehensively analyzed.The result showed that:with the increase of soil depth,the soil pH increased but soil nutrients decreased gradually at same forest age;with the increase of forest age,the soil pH decreased at the beginning and then increased.Correlation analysis showed that the correlation among different soil chemical indicators were significantly,except that there was no significant correlation between soil effective P and other chemical indicators.This study shows that the introduction ofLarixkaempferisignificantly reduces the local soil pH,the soil organic matter and alkaline hydrolysis N content are very rich,but the effective P and the available K content is relatively insufficiency.

Larixkaempferi; plantation; soil chemical properties; forest age;soil depth

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.03.023

2015-07-28

“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃課題湖北子專題“北亞熱帶落葉松、云杉育種技術(shù)研究”(2012BAD01B0105)。

李雙龍(1984-)，男，碩士，工程師，主要從事森林生態(tài)和森林培育方面的研究。E-mail：lishl2007@163.com

S 791.246;S714.2

A

1672-8246(2016)03-0128-04