補(bǔ)植改造對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林土壤養(yǎng)分的影響1)

曲杭峰 董希斌 唐國華 張?zhí)?馬曉波 管惠文

(森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

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補(bǔ)植改造對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林土壤養(yǎng)分的影響1)

曲杭峰 董希斌 唐國華 張?zhí)?馬曉波 管惠文

(森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，哈爾濱，150040)

對(duì)大興安嶺林區(qū)新林林業(yè)局白樺低質(zhì)林進(jìn)行不同密度的補(bǔ)植改造，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法和變異系數(shù)法對(duì)各補(bǔ)植改造樣地的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析。結(jié)果表明：7個(gè)補(bǔ)植樣地的灰色關(guān)聯(lián)值，從大到小依次為BZ5(0.886)、BZ6(0.794)、BZ4(0.681)、BZ3(0.651)、BZ2(0.582)、BZ1(0.577)、CK(0.547)。與對(duì)照樣地相比，補(bǔ)植改造后各樣地的土壤養(yǎng)分均有不同程度的提高，且隨著補(bǔ)植密度的增大，土壤養(yǎng)分先增大后減小，其中BZ5樣地的灰色關(guān)聯(lián)度最高，表明補(bǔ)植密度為900株·hm-2的改造方式最有利于土壤養(yǎng)分的積累，適宜大興安嶺白樺低質(zhì)林的補(bǔ)植改造。

補(bǔ)植改造；白樺低質(zhì)林；土壤養(yǎng)分；灰色關(guān)聯(lián)；大興安嶺

土壤在森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量傳輸中有著不可或缺的作用，不但為植物的生長提供了物理支撐，而且為植物生長提供了必要的養(yǎng)分。土壤養(yǎng)分直接影響到林木的分布、生長和產(chǎn)量，對(duì)森林群落內(nèi)植物種類的分布格局具有重要影響[1]。因此，土壤養(yǎng)分的研究，對(duì)提高森林經(jīng)營水平和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。林地土壤養(yǎng)分變化的研究，是當(dāng)前國內(nèi)土壤學(xué)領(lǐng)域的前沿課題[3]，有關(guān)低質(zhì)林土壤養(yǎng)分的研究，已有較多報(bào)道[4-7]。

目前國內(nèi)外學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)方法、灰色關(guān)聯(lián)度法、層次分析法、系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型、主成分分析法等，對(duì)土壤養(yǎng)分質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[8-10]，主要從不同帶寬帶狀改造、不同面積塊狀改造和不同采伐強(qiáng)度改造等方面研究對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，但關(guān)于補(bǔ)植改造對(duì)土壤養(yǎng)分的影響和綜合評(píng)價(jià)研究較少[11-14]?；疑P(guān)聯(lián)分析能夠很好的處理信息不完整的問題，尤其是對(duì)樣本小且規(guī)律不明顯的評(píng)價(jià)指標(biāo)上，通過數(shù)據(jù)分析，得到與理想對(duì)象接近的最優(yōu)方案[15-18]。本文以大興安嶺白樺低質(zhì)林為研究對(duì)象，對(duì)試驗(yàn)樣地進(jìn)行實(shí)地勘察；選取興安落葉松(Larixdahurica)作為補(bǔ)植苗木，采用塊狀補(bǔ)植補(bǔ)造法進(jìn)行改造，探討不同補(bǔ)植改造密度對(duì)林地土壤養(yǎng)分的影響；利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)補(bǔ)植改造后的土壤養(yǎng)分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出最佳的土壤養(yǎng)分改造模式，即最佳的低質(zhì)林補(bǔ)植改造密度，可為大興安嶺低質(zhì)林補(bǔ)植改造提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在大興安嶺新林林業(yè)局，黑龍江省大興安嶺(124°22′47.8″～124°24′35.2″E，50°34′9.15″～50°34′32″N)山脈的東南坡，屬于低山丘陵地帶。海拔370～420 m，林下土壤主要是暗棕壤和棕色針葉林土，土壤平均厚度22 cm；地勢(shì)平緩，坡向東南，立地條件較好，坡度多在15°以下；無霜期85～130 d，年平均降水量494.8 mm，降水多集中于6—8月份。屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬長夏短，冬季氣候寒冷干燥，年平均氣溫-1.3 ℃，最髙氣溫37.3 ℃，最低氣溫-45.4 ℃。白樺低質(zhì)林中喬木層郁閉度0.3，平均胸徑10.0 cm，平均樹高6.8 m；灌木層主要包括榛子(Coryluschinensis)、胡枝子(Lespedezabicolor)，總蓋度14%；草本層主要有莎草(Cyperusmicroiria)、鹿蹄草(Pyroladahurica)，總蓋度為29%。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

于2016年5月經(jīng)過實(shí)地勘察設(shè)計(jì)，在大興安嶺新林林業(yè)局大烏蘇林場(chǎng)設(shè)立試驗(yàn)樣地，改造樣地編號(hào)為BZ1～BZ6，對(duì)照樣地為CK，其中7塊樣地的大小為20 m×20 m。在改造樣地補(bǔ)植興安落葉松(Larixdahurica)，通過塊狀補(bǔ)植法對(duì)試驗(yàn)樣地進(jìn)行改造，分別在6個(gè)不同的樣地補(bǔ)植不同密度的興安落葉松；原有林分平均密度為3 000株·hm-2。BZ1～BZ6樣地的補(bǔ)植密度分別為500、600、700、800、900、1 000株·hm-2；CK作為空白對(duì)照樣地，不進(jìn)行補(bǔ)植作業(yè)，在改造試驗(yàn)區(qū)相鄰處，選取林分和立地條件接近的保留地作為對(duì)照樣地CK，且改造樣地橫山排列。在白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造完成后，須對(duì)補(bǔ)植樹種進(jìn)行基本的管理和維護(hù)，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的撫育，撫育工作主要有澆水、擴(kuò)穴、扶正、培土、踏實(shí)、除草。

2.2 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定

于2016年9月進(jìn)行野外取樣。在每塊改造樣地和對(duì)照樣地上，按照“S”型混合采樣法進(jìn)行取樣，取土壤厚度為0～10 cm的土壤樣本，質(zhì)量為1 kg；將土壤樣本帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過自然風(fēng)干、研磨過篩，然后分析化學(xué)性質(zhì)(見表1)。土壤的物理性質(zhì)，采用環(huán)刀法進(jìn)行測(cè)量，環(huán)刀容積為100 cm3。

2.3 土壤養(yǎng)分的綜合評(píng)價(jià)方法

將實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)錄入到Excel2010中，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造后的土壤養(yǎng)分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，求出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；然后，利用SPSS20.0計(jì)算出低質(zhì)林補(bǔ)植改造后土壤養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度，灰色關(guān)聯(lián)度值越大，說明該補(bǔ)植改造密度更有利于土壤養(yǎng)分的積累。

3 結(jié)果與分析

3.1 補(bǔ)植改造對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表2可見：BZ1～BZ6樣地的總孔隙度均低于對(duì)照樣地，降低程度從大到小依次為BZ5、BZ6、BZ4、BZ3、BZ2、BZ1，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)總孔隙度有著不同的程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ1、BZ2、BZ3、BZ4樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ5、BZ6與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)。6塊補(bǔ)植樣地的土壤密度均低于對(duì)照樣地，降低程度從大到小依次為BZ5、BZ3、BZ6、BZ1、BZ4、BZ2，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤密度有著不同的程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ1、BZ2、BZ4、BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ3、BZ5樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于20%，屬于中弱度變異。BZ1、BZ2、BZ4樣地的土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低幅度較大，除BZ1、BZ2樣地有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于對(duì)照樣地，其它樣地的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ4、BZ6、BZ3、BZ5，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，6塊補(bǔ)植樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)。

表2 補(bǔ)植改造后各樣地土壤總孔隙度、土壤密度和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

注：表中實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表3可見：除BZ3、BZ5、BZ6樣地外，其它3塊樣地的土壤含水率均低于對(duì)照樣地，降低程度從大到小依次為BZ4、BZ2、BZ1，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤含水率有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ3、BZ5、BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ1、BZ2、BZ3樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于15%，屬于中弱度變異。除BZ1、BZ3、BZ4樣地外，其它樣地的最大持水量高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ6、BZ5、BZ2，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤最大持水量有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ1、BZ2、BZ4樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ3、BZ5、BZ6樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；BZ2樣地的變異系數(shù)為26.79%，屬于中度變異，其余各樣地的變異系數(shù)均小于20%，屬于中弱度變異。除BZ1樣地外，其它樣地的pH值高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ4、BZ3、BZ6、BZ2、BZ5，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤pH值有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ1、BZ3、BZ4樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ2、BZ5、BZ6與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異。

表3 補(bǔ)植改造后各樣地土壤含水率、最大持水量和pH

注：表中實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可見：BZ1～BZ6樣地，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于對(duì)照樣地；經(jīng)方差分析，均為差異性顯著(P<0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于15%，屬于中弱度變異，BZ1樣地的變異系數(shù)最大；與對(duì)照樣地相比，BZ4、BZ5、BZ6樣地土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高幅度較大。除BZ2樣地外，其它樣地的速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)照樣地；經(jīng)方差分析，BZ2樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)，BZ1、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異；BZ5、BZ6樣地的土壤速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高幅度較大。

表4 補(bǔ)植改造后各樣地土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

樣地編號(hào)全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%BZ1(16．67±1．47)bc8．85(204．18±8．87)bc4．34BZ2(15．63±0．95)b6．06(135．88±7．41)a5．45BZ3(17．63±0．61)cd3．45(179．18±5．95)b3．32BZ4(21．56±0．99)d4．60(226．79±8．71)cd3．84BZ5(19．78±0．48)e2．41(256．93±7．27)d2．83BZ6(18．19±0．52)f2．87(245．19±8．40)d3．43CK(12．14±0．44)a3．66(146．63±8．52)a5．81

注：表中實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表5可見：除BZ2樣地外，其它樣地的全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ3、BZ1、BZ4、BZ6、BZ5，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ2、BZ4、BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ1、BZ3、BZ5樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于15%，屬于中弱度變異。BZ2、BZ5、BZ6樣地的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)照樣地，其它樣地的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于對(duì)照樣地，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ3、BZ5、BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ1、BZ2、BZ4樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異。

表5 補(bǔ)植改造后各樣地土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)

樣地編號(hào)全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%BZ1(8．40±0．38)b4．53(79．21±3．49)a4．41BZ2(4．35±0．36)a8．27(108．09±6．02)a5．57BZ3(7．40±0．46)b6．22(89．44±3．77)c4．21BZ4(8．76±0．58)d6．60(95．23±5．52)a5．79BZ5(9．32±0．28)c2．97(175．42±7．13)b4．06BZ6(8．91±0．25)b2．81(165．55±8．89)b5．37CK(6．47±0．68)b10．59(105．32±5．34)a5．07

注：表中實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表6可見：除BZ1樣地外，其它樣地的全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于對(duì)照樣地，降低程度從大到小依次為BZ4、BZ5、BZ2、BZ3、BZ6，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ2、BZ3、BZ6樣地與對(duì)照樣地差異性顯著(P<0.05)，BZ1、BZ4、BZ5樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；各樣地的變異系數(shù)均小于10%，屬于弱度變異，BZ2、BZ3、BZ6樣地的土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低幅度較大。除BZ2樣地外，其它樣地的速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)照樣地，升高程度從小到大依次為BZ1、BZ3、BZ4、BZ6、BZ5，說明不同密度的補(bǔ)植改造，對(duì)速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著不同程度的影響；經(jīng)方差分析，BZ1、BZ3、BZ5、BZ4、BZ6樣地與對(duì)照樣地相比差異性顯著(P<0.05)，BZ2樣地與對(duì)照樣地相比差異性不顯著(P≥0.05)；除BZ2樣地外，各樣地的變異系數(shù)均小于15%，屬于中弱度變異，BZ2樣地屬于中度變異。

表6 補(bǔ)植改造后各樣地土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)

樣地編號(hào)全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值/g·kg-1變異系數(shù)/%BZ1(8．80±0．62)b7．06(28．67±2．95)b 10．30BZ2(7．16±0．31)a4．38(20．88±1．33)a6．38BZ3(7．05±0．37)a5．24(30．87±2．62)bc8．49BZ4(7．96±0．36)ab4．49(33．34±1．91)bcd5．74BZ5(7．86±0．51)ab6．55(38．08±3．13)d8．21BZ6(6．57±0．49)a7．43(36．28±2．51)cd6．91CK(8．18±0．48)b5．91(23．23±4．09)a17．60

注：表中實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；數(shù)據(jù)后同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3.2 補(bǔ)植改造后土壤養(yǎng)分的綜合評(píng)價(jià)

3.2.1 確定決策矩陣

設(shè)有n種補(bǔ)植改造模式，每種改造模式有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，本研究中m=12、n=7，因此，決策矩陣X為：

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣

由于生態(tài)改造模式的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱和量綱單位并不完全相同，為了消除量綱對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，需要對(duì)決策矩陣X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使決策矩陣X的元素在區(qū)間[0，1]上，進(jìn)一步得到本研究中的初始化決策矩陣X′為：

本研究中采用極大化法和極小化法，對(duì)土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。正向評(píng)價(jià)指標(biāo)采用最大化法，逆向評(píng)價(jià)指標(biāo)采用最小化法[16]。土壤密度值越大，說明土壤被壓實(shí)的越嚴(yán)重，也越不利于地上植被的生長，因此，土壤密度為逆向指標(biāo)，按最小化法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；除此之外，其他土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)指標(biāo)均為正向指標(biāo)，按最大化法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3.2.3 確定灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣

根據(jù)初始化決策矩陣X′可得到理想對(duì)象矩陣S={si}m×1，i=1、2、…、m。式中：si為初始化后的決策矩陣X′中第i行的最大值。由初始化后的決策矩陣X′可知，本研究中的理想對(duì)象矩陣S為：

確定初始化后決策矩陣X′和理想對(duì)象矩陣S后，計(jì)算理想對(duì)象2矩陣與其初始化決策矩陣對(duì)應(yīng)的絕對(duì)差值，形成如下絕對(duì)差值矩陣：

計(jì)算理想對(duì)象矩陣與其余初始化決策矩陣對(duì)應(yīng)的絕對(duì)差值，得到絕對(duì)差值矩陣：

式中：rij為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，rij反映的是其他待決策的序列與相對(duì)于最佳方案序列的灰色關(guān)聯(lián)度。λ為分辨系數(shù)，取值范圍為0～1，其值只影響各生態(tài)改造模式灰色關(guān)聯(lián)度的大小，而不會(huì)影響各生態(tài)改造模式灰色關(guān)聯(lián)度的排列順序，一般取0.5。通過計(jì)算不同密度補(bǔ)植改造后土壤養(yǎng)分的評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到灰色關(guān)聯(lián)度判斷矩陣R：

3.2.4 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

在土壤養(yǎng)分的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，不同的指標(biāo)對(duì)土壤養(yǎng)分的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的影響不盡相同，需要對(duì)每個(gè)指標(biāo)賦予不同的權(quán)重[17-20]。使用變異系數(shù)法計(jì)算出大興安嶺新林林業(yè)局白樺低質(zhì)林在不同密度補(bǔ)植改造模式的土壤養(yǎng)分指標(biāo)權(quán)重，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重矩陣W：

[0.123 0.045 0.075 0.099 0.043 0.102

0.140 0.091 0.063 0.078 0.077 0.063]。

3.2.5 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度

已知灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重之后，根據(jù)如下公式計(jì)算可得到補(bǔ)植改造后各個(gè)樣地土壤養(yǎng)分的關(guān)聯(lián)度(bj)。

在灰色評(píng)價(jià)理論體系中，理想對(duì)象S的質(zhì)量是評(píng)價(jià)體系中最高的，不同密度的補(bǔ)植改造后土壤養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度越大，說明與理想對(duì)象S越接近，說明其補(bǔ)植效果越有利于大興安嶺白樺低質(zhì)林土壤養(yǎng)分的積累[18]。本文中灰色關(guān)聯(lián)度從大到小依次為BZ5(0.886)、BZ6(0.794)、BZ4(0.681)、BZ3(0.651)、BZ2(0.582)、BZ1(0.577)、CK(0.547)，表明補(bǔ)植改造后各樣地的土壤養(yǎng)分優(yōu)于未改造的對(duì)照樣地(CK)，在不同密度的補(bǔ)植改造中，BZ5(0.886)的灰色關(guān)聯(lián)度最高，說明補(bǔ)植密度為900株·hm-2改造方式更有利于土壤養(yǎng)分的積累。

4 結(jié)論與討論

與對(duì)照樣地相比，不同密度的補(bǔ)植改造后，土壤密度總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，說明補(bǔ)植改造降低了土壤的板結(jié)程度，使土壤變得松散，更有利于補(bǔ)植苗木的生長。與土壤密度相反，改造樣地的土壤含水率和最大持水量總體呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，經(jīng)方差分析(P≥0.05)，表明不同密度的補(bǔ)植改造后，相同指標(biāo)間無顯著性差異。土壤總孔隙度，隨著補(bǔ)植密度的增大呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)，表明在500～900株·hm-2的補(bǔ)植密度下，會(huì)使土壤變得疏松，有利于改善土壤質(zhì)量。本試驗(yàn)林區(qū)土壤呈弱酸性，經(jīng)方差分析(P≥0.05)，表明不同密度的補(bǔ)植改造后，相同指標(biāo)間無顯著性差異，且土壤pH值變異系數(shù)較小，屬于弱度變異。大興安嶺地區(qū)降雨充沛，植被生長茂盛，年平均氣溫較低，有利于有機(jī)質(zhì)的積累，同時(shí)弱酸性的土壤有利于微生物生長繁殖和有機(jī)質(zhì)的分解[21-22]。通過分析發(fā)現(xiàn)，pH值為6.46時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，全氮和速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高。在土壤養(yǎng)分的評(píng)價(jià)體系中，有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)起到至關(guān)重要的作用，原因是有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量能夠反映土壤養(yǎng)分和環(huán)境質(zhì)量狀況，是制約土壤理化性質(zhì)的關(guān)鍵因素。不同密度的補(bǔ)植改造后，土壤的全氮和速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體上有了一定的提高，且差異性顯著(P<0.05)，原因是補(bǔ)植改造后林地增加了植被，起到了固氮的作用；與氮元素相反，磷元素與對(duì)照樣地相比整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，原因是磷素質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要與不同根系對(duì)磷的活化作用和磷在土壤中的存在狀態(tài)有關(guān)，磷在土壤中容易形成難溶性磷鹽沉淀。

通過灰色關(guān)聯(lián)分析法，對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造初期的土壤養(yǎng)分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，灰色關(guān)聯(lián)度從大到小依次為BZ5(0.886)、BZ6(0.794)、BZ4(0.681)、BZ3(0.651)、BZ2(0.582)、BZ1(0.577)、CK(0.547)，表明補(bǔ)植改造后各樣地的土壤養(yǎng)分優(yōu)于未改造的對(duì)照樣地；在不同密度的補(bǔ)植改造中，BZ5(0.886)的灰色關(guān)聯(lián)度最高，說明補(bǔ)植密度為900株·hm-2改造方式更有利于土壤養(yǎng)分的積累，當(dāng)補(bǔ)植密度大于900株·hm-2后，土壤養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度開始下降，土壤養(yǎng)分質(zhì)量不佳。隨著補(bǔ)植密度的增大，土壤養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度先升高后降低，原因是對(duì)低質(zhì)林進(jìn)行補(bǔ)植改造后，隨著林分密度持續(xù)增大，補(bǔ)植改造樣地的微氣候發(fā)生改變，加速了枯枝落葉的分解，林下植被水土保持能力也隨之增強(qiáng)，有助于土壤養(yǎng)分的增加；當(dāng)補(bǔ)植密度過大，導(dǎo)致改造樣地土壤養(yǎng)分的積累量不足以供給林下植被對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收量時(shí)，土壤養(yǎng)分的綜合質(zhì)量下降。

大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造后，對(duì)土壤養(yǎng)分的影響及其綜合評(píng)價(jià)，不僅與補(bǔ)植密度有關(guān)，還與光照、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等因素息息相關(guān)，形成了現(xiàn)有的土壤養(yǎng)分和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，這幾個(gè)方面還有待探討。同時(shí)，本文只對(duì)大興安嶺白樺低質(zhì)林補(bǔ)植改造初期的土壤養(yǎng)分進(jìn)行了研究，而土壤養(yǎng)分的監(jiān)控是一個(gè)漫長的過程，還需要進(jìn)行持續(xù)的觀測(cè)和分析，才能得出更加科學(xué)可靠的結(jié)論。

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Effects of Replanting Alterations ofBetulaplatyphyllaLow-quality Forest on Soil Nutrients in Daxing’an Mountains//

Qu Hangfeng, Dong Xibin, Tang Guohua, Zhang Tian, Ma Xiaobo, Guan Huiwen(Key Laboratory of Forest Sustainable Management and Environmental Microorganism Engineering of Heilongjiang Province， Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(4)：75-80.

The different density of replanting alterations were conducted to focus onBetulaplatyphyllalow-quality forest in Xinlin Forestry of Daxing’an Mountains. The evaluation system of soil nutrient was established with grey relational analysis method and variation coefficients. The grey relation degrees of soil nutrients in seven different plots were BZ5(0.886), BZ6(0.794), BZ4(0.681), BZ3(0.651), BZ2(0.582), BZ1(0.577), and CK (0.547). Soil nutrients were increased compared with the control plot in different degree after replanting alterations, with the increases of replanting density, the soil nutrients in different plots increased firstly and then decreased, and the grey relation degree of BZ5was the highest, which indicated that the integrated density of 900 tree·hm-2was the most suitable one for the accumulation of soil nutrients, being the best for the replanting alterations ofBetulaplatyphyllalow-quality forest in Daxing’an Mountains.

Replanting alterations;Betulaplatyphyllalow-quality forest; Soil nutrient; Grey relation analysis Daxing’an Mountains

1)林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣項(xiàng)目([2015]06號(hào))；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31400539)。

曲杭峰，男，1992年6月生，森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，碩士研究生。E-mail：1763983999@qq.com。

董希斌，森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東北林業(yè)大學(xué))，教授。E-mail：xibindong@163.com。

2017年1月9日。

S756.5；S714

責(zé)任編輯：張 玉。