大興安嶺低質(zhì)落葉松林補植改造后土壤肥力的綜合評價1)

2018-07-13 06:00:08韓貴杰唐亞森曲杭峰董希斌

東北林業(yè)大學學報 2018年6期

韓貴杰　唐亞森　　　　　　　　曲杭峰　董希斌

(大興安嶺新林林業(yè)局，新林，165023)　　　(森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程黑龍江省重點實驗室(東北林業(yè)大學))

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的必要組成部分，它對植物的生長提供肥力，為生物的繁衍提供物質(zhì)基礎，土壤的改變會使森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，與此同時森林生態(tài)系統(tǒng)的變化又會對土壤造成影響[1]。土壤肥力的質(zhì)量直接影響到林木的分布、生長和產(chǎn)量，因此，土壤肥力的研究對我國的森林可持續(xù)經(jīng)營和林業(yè)生態(tài)安全具有重要的意義[2-5]。林地土壤肥力變化的研究，是當前國內(nèi)土壤學領域的前沿課題[7-9],有關低質(zhì)林土壤肥力的研究，已見諸多報道。呂海龍等[7]對小興安嶺進行帶狀和塊狀改造，發(fā)現(xiàn)馬永順林場的針闊混交林塊狀改造優(yōu)于帶狀改造，且25 m2塊狀改造更有利于更新苗木的生長。張泱等[10]對不同采伐強度后小興安嶺低質(zhì)林土壤肥力進行灰色聚類評價，發(fā)現(xiàn)當采伐強度為55%時的土壤肥力得到明顯的改善。宋啟亮等[11]對大興安嶺低質(zhì)闊葉混交林進行不同改造模式的綜合評價，得出10 m帶狀改造和100 m2塊狀改造明顯優(yōu)于其他改造模式。曾翔亮等[12]研究了帶狀改造和塊狀改造對大興安嶺低質(zhì)林土壤肥力的影響，得出塊狀改造比帶狀改造更能有效提高林地土壤肥力，其中20 m×20 m塊狀改造方式最有利于土壤肥力的積累，更加適合大興安嶺蒙古櫟低質(zhì)林進行生態(tài)改造。毛波等[13]研究了誘導改造對大興安嶺低質(zhì)山楊林土壤肥力的影響，分別種植落葉松，樟子松，西伯利亞紅松，云杉，發(fā)現(xiàn)誘導改造后所有林地的土壤肥力均有所提升，其中樟子松林的誘導改造效果最佳。陳百靈等[14]通過對小興安嶺馬永順林場的針闊混交林進行研究，發(fā)現(xiàn)在改造后的第7年土壤肥力情況最佳，使土壤肥力情況明顯改善，且所有順山帶改造以8 m改造帶的改造效果最好，所有橫山帶改造以6 m改造帶的改造效果最好。

目前國內(nèi)外學者采用灰色關聯(lián)度法、層次分析法、主成分分析法等對土壤肥力質(zhì)量進行綜合評價[15-17]，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度改造等方面研究對土壤肥力的影響，但關于補植改造對土壤肥力綜合評價研究較少[18-20]?；疑P聯(lián)分析能夠很好的處理信息不完整的問題，尤其是對樣本小且規(guī)律不明顯的評價指標上，通過數(shù)據(jù)分析，得到與理想對象接近的最優(yōu)方案[21-23]。本文以大興安嶺蒙古櫟低質(zhì)林為研究對象，對試驗樣地進行實地勘察，選取落葉松作為補植苗木，采用塊狀補植補造法進行改造，利用灰色關聯(lián)分析法對補植改造后樣地的土壤肥力進行綜合評價分析，得出最佳的土壤肥力改造模式，即最佳的低質(zhì)林補植改造密度，可為大興安嶺低質(zhì)林補植改造提供參考和依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)設在大興安嶺新林林業(yè)局宏圖林場，其在黑龍江大興安嶺山脈的東南坡，地理坐標為東經(jīng)57°56′41.8″～124°5′78.2″，北緯51°36′37.15″～57°45′32″，屬于低山丘陵地帶。海拔高度介于713～745 m，林下土壤主要是暗棕壤和棕色針葉林土，土壤厚度15～30 cm，地勢平緩，立地條件較好，坡度多在15°以下，平均坡度5°左右；無霜期介于85～130 d，年平均降水量大約494.8 mm左右，降雨多集中于夏季的6—8月，屬溫寒帶大陸性季風氣候，冬天氣候干燥寒冷且漫長，夏季短暫，年平均氣溫-1.4 ℃，最髙氣溫37.3 ℃，最低氣溫-45.4 ℃。試驗區(qū)內(nèi)林分林分類型主要為落葉松(Larixdahurica)，林分郁閉度0.4，補植苗木為樟子松，平均苗高1.2 m，灌木類型以杜鵑為主，蓋度為7%，草木以越桔為主，蓋度為55%。

2　研究方法

2.1　樣地設置

于2016年6月經(jīng)過野外實地勘察設計，在大興安嶺新林林業(yè)局宏圖林場設立試驗樣地，改造樣地編號記為BZ1～BZ6，對照樣地為CK，其中7塊樣地的大小為50 m×50 m。在改造樣地補植樟子松(Pinussylvestris)，通過塊狀補植法對試驗樣地進行改造，分別在6個不同的改造樣地補植不同密度的樟子松(Pinussylvestris)。BZ1～BZ6樣地的補植密度分別為300、400、500、600、700、800株·hm-2，CK作為對照樣地，不進行補植作業(yè)，在改造試驗區(qū)相鄰處，選取林分和立地條件接近的保留地作為對照樣地CK，且改造樣地分兩排橫山排列。大興安嶺低質(zhì)落葉松林補植改造完成后，須對補植樹種進行基本的管理和維護，并對其進行科學合理的撫育，當年的撫育工作主要有澆水、擴穴、扶正、培土、踏實、除草。

2.2　土壤肥力指標的收集與測定

2017年9月進行野外取樣，在每塊補植改造樣地和對照樣地上，按照“S”型混合采樣法進行取樣，每個樣地選擇5個土壤取樣點，在每個取樣點均取厚度為0～10 cm的土壤樣本，按照四分法混合取樣，每個土壤樣本為1 kg。將土壤樣本帶回實驗室，在室內(nèi)土壤經(jīng)過自然風干、研磨過篩，然后分析化學性質(zhì)，土壤化學性質(zhì)的測定方法如表1所示。土壤的物理性質(zhì)采用環(huán)刀法進行測量，環(huán)刀容積為100 cm3。

表1　森林土壤化學性質(zhì)測定方法

2.3　土壤肥力的綜合評價方法

將理化性質(zhì)實驗所得的數(shù)據(jù)錄入到Excel2010中，進行標準化處理后，運用灰色關聯(lián)度分析法進行行綜合評價，求出各個指標的權(quán)重，然后運用SPSS20.0計算出低質(zhì)林補植改造后土壤肥力的灰色關聯(lián)度，灰色關聯(lián)度值越大，說明越適合大興安嶺低質(zhì)落葉松林的補植改造。

3　結(jié)果與分析

3.1　補植改造對土壤肥力的影響

大興安嶺低質(zhì)落葉松林補植改造后各個樣地土壤物理指標的描述性統(tǒng)計分析見表2。BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6改造樣地的土壤含水率均高于對照樣地；隨著補植密度的增大，各個改造樣地土壤含水率無明顯變化趨勢。在各個改造樣地中，BZ3改造樣地土壤含水率91.46%最大，高于對照樣地38.18%；BZ6改造樣地土壤含水率61.03%最小，高于對照樣地7.75%。

由表2可知：BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6樣地，土壤密度均低于對照樣地，差異性顯著；隨著補植密度的增大，各個改造樣地土壤密度無明顯變化趨勢。在各個改造樣地中，BZ3改造樣地的土壤密度0.69 g·cm-3最大，低于對照樣地0.12 g·cm-3。

由表2可知：BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6樣地，最大持水量均高于對照樣地，差異性顯著(P<0.05)；隨著補植密度的增大，各個改造樣地最大持水量無明顯變化趨勢。在各個改造樣地中，BZ1改造樣地的最大持水量143.67%最大，高于對照樣地47.37%；BZ2改造樣地的最大持水量106.23%最小，高于對照樣地9.93%。