營林措施對林地土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響

章進(jìn)峰

(福建省永安國有林場，福建 永安 366000)

森林土壤是林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。森林土壤質(zhì)量的好壞，不僅影響著林分生長量，而且與林分生產(chǎn)力密切相關(guān)[1-2]。杉木(Cunninghamialanceolata)是我國南方最重要的速生用材樹種。長期以來的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，隨著杉木連栽次數(shù)增加，林分質(zhì)量呈較為明顯的下降趨勢，林分生態(tài)環(huán)境惡化，土壤質(zhì)量下降。據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，導(dǎo)致杉木連栽地力下降的原因眾多，杉木的生物學(xué)特性、營林措施如煉山、單一樹種大面積種植所導(dǎo)致的林分結(jié)構(gòu)單一、高密度種植、間伐時(shí)間遲等[3-4]。因此，如何增強(qiáng)杉木林的自肥能力，提高杉木林的土壤肥力，實(shí)現(xiàn)杉木林地的可持續(xù)營林，一直是杉木科技工作者密切關(guān)注的科學(xué)問題。

在傳統(tǒng)的遺傳控制、立地控制、密度控制、生態(tài)系統(tǒng)控制等“四大控制”途徑中，立地控制是杉木大徑材培育最關(guān)鍵的技術(shù)措施之一。只有立地指數(shù)在18及以上的立地才具有較好的培育杉木大徑材林分的潛力[5]。近些年來，在杉木中心產(chǎn)區(qū)以及部分林地質(zhì)量較好的區(qū)域，大徑材培育成為杉木定向培育中的主要方向。在杉木大徑材培育過程中，由于林分具有低密度的特點(diǎn)，林內(nèi)光照條件充足，為改善林分結(jié)構(gòu)，普遍采用林下套種闊葉樹種或中藥材的方式，這不僅可實(shí)現(xiàn)以耕代撫，從而提高林地地力；而且還可提高林地的復(fù)種指數(shù)，提高杉木林的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)以短養(yǎng)長的效果。以往學(xué)者對杉木大徑材培育的研究，主要集中在合理營林密度確定[6-8]、施肥技術(shù)[9-11]、林下套種闊葉樹種[12-13]等方面。至于林下套種闊葉樹種，目前大多數(shù)報(bào)道套種閩楠(Phoebebournei)后的營林效果[14-17]，而對套種紅錐(Castanopsishystrix)的效果尚未見相關(guān)報(bào)道。鑒于此，本文以36年生杉木大徑材林分為研究對象，探討擇伐、擇伐+套種紅錐、未擇伐等不同營林措施對林分生長、土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響，以期為杉木大徑材高效培育以及林地地力維持提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

該試驗(yàn)林位于福建省三明市永安國有林場永漿工區(qū)66林班27大班1、2小班(117°23′53″E、25°56′3″N)。屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量1569 mm，年均蒸發(fā)量1544 mm。試驗(yàn)林面積17.3 hm2，海拔200～254 m，立地質(zhì)量等級Ⅰ級，土壤類型為紅壤，土層厚度90 cm以上，坡向東、東北，下坡，坡度24°。該試驗(yàn)林于1981年?duì)I造，初植密度3300株·hm-2，1988年、1992年、1997年分別進(jìn)行撫育間伐，最終保留密度約833株·hm-2。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置間伐、間伐+套種紅錐2個(gè)處理、以不間伐為對照，3個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積600 m2。

2016年4月，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)置9個(gè)樣地，同年6月對林分進(jìn)行擇伐，擇伐強(qiáng)度約為35%，林分最終保留密度為567 株·hm-2；對套種樣地進(jìn)行林下劈草、耙?guī)?，按株行? m×4 m挖穴，挖穴規(guī)格為60 cm×40 cm×40 cm。2017年春季林下套種2年生紅錐630株·hm-2，培育人工杉木—紅錐復(fù)層異齡混交林；5月對紅錐實(shí)施擴(kuò)穴培土、劈草、追施復(fù)合肥150 g·株-1；9月實(shí)施塊狀鋤草。2018年5月對套種紅錐實(shí)施擴(kuò)穴、劈草并追肥復(fù)合肥150 g·株-1，9月實(shí)施塊狀鋤草。2019年5月對套種紅錐實(shí)施塊狀鋤草并修枝，修枝高度為第一盤枝條。2020年5月對套種紅錐實(shí)施塊狀劈草。

2.2 調(diào)查及取樣方法

2016年7月、2018年7月及2020年7月對每塊樣地內(nèi)的杉木及紅錐進(jìn)行每木調(diào)查，測量胸徑、樹高等生長指標(biāo)。用圍徑尺測定杉木及紅錐胸徑，用紅外線測高測距儀測量杉木樹高，用皮尺測定紅錐樹高。2020年7月在每塊樣地中按“S”路線分別挖3個(gè)土壤剖面，用環(huán)刀分別取0～20、20～40、40～60 cm土層樣品用于測定土壤物質(zhì)性質(zhì)；在同一土壤剖面分別取0～20、20～40、40～60 cm土層混合樣品2 kg，去除土壤中凋落物、石塊后裝入滅菌袋5 ℃條件下運(yùn)回室內(nèi)用于測定土壤化學(xué)性質(zhì)及酶活性。

2.3 土壤理化性質(zhì)測定

參照國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測定土壤物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)[18]。土壤物理性質(zhì)采用環(huán)刀法測定，全N用凱氏法測定，全P用酸溶-鉬銻抗比色法測定，全K采用酸溶-火焰光度法測定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定，水解N用堿解法測定，速效P用鹽酸氟化銨法提取鉬銻抗比色法測定，速效K用1 mol·L-1乙酸銨浸提火焰光度法測定。

2.4 土壤酶活性測定

采用靛酚藍(lán)比色法測定土壤脲酶活性，以24 h后1 g土壤中NH3-N質(zhì)量表示；采取4-硝基苯酚磷酸鹽法測定土壤酸性磷酸酶活性，以24 h后1 g土壤中對硝基苯酚質(zhì)量表示；采取紫外分光光度法測定土壤過氧化氫酶活性，以每20 min內(nèi) 1 g土壤分解的過氧化氫質(zhì)量表示；采用鄰苯三酚比色法測定多酚氧化酶活性，以2 h后1 g土壤中紫色沒食子素質(zhì)量表示。

2.5 數(shù)據(jù)處理

將測定的數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2020整理作圖，使用SPSS 23統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行雙因素方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同營林措施對杉木大徑材林分生長的影響

從表1可知，不同營林措施對杉木大徑材林分生長具有不同的影響。就同一處理2020年12月調(diào)查的數(shù)據(jù)與2018年7月相比，擇伐+套種紅錐處理的杉木大徑材林分平均胸徑提高3.88%，平均樹高提高4.21%，林分蓄積量提高8.42%；擇伐處理的杉木大徑材林分平均胸徑提高3.47%，平均樹高提高4.32%，林分蓄積量提高4.87%；對照的杉木大徑材林分平均胸徑提高2.69%，平均樹高提高3.29%，林分蓄積量提高7.88%。就林分平均胸徑及平均樹高增長幅度而言，擇伐+套種紅錐處理>擇伐處理>對照。方差分析表明，對照的林分蓄積量與擇伐+套種紅錐和擇伐處理的差異達(dá)極顯著水平。

表1 不同營林措施對杉木生長的影響

3.2 不同營林措施對林分土壤理化性質(zhì)的影響

3.2.1 不同營林措施對林分土壤物理性質(zhì)的影響 由表2可知，不同營林措施對杉木大徑材林分土壤物理性質(zhì)具有不同的影響。就總體而言，隨著土層深度加深，林地土壤容重呈上升趨勢，而總孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度則呈下降的趨勢。其中，擇伐+套種紅錐處理的40～60 cm與20～40、0～20 cm土層相比，土壤容重分別提高2.38%、19.45%，總孔隙度分別降低13.97%、19.54%，毛管孔隙度分別降低17.11%、17.42%。就不同營林措施而言，與對照相比，擇伐及擇伐+套種紅錐處理均可降低土壤容重，提高土壤總孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度。其中，擇伐+套種紅錐處理的0～20、20～40、40～60 cm土層，土壤容重分別降低21.57%、8.94%、9.52%，總孔隙度分別提高12.49%、12.79%、0.88%，毛管孔隙度分別提高11.57%、11.51%、12.40%，非毛管孔隙度則分別提高7.19%、3.91%、11.32%。就土壤物理性質(zhì)改良效果而言，擇伐+套種紅錐>擇伐>對照。

表2 不同營林措施對林分土壤物理性質(zhì)的影響

方差分析結(jié)果表明，40～60 cm土層的土壤容重，擇伐+套種紅錐處理與其它處理相比差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；20～40 cm土層的土壤總孔隙度，擇伐+套種紅錐處理與其它處理相比差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；20～40、40～60 cm土層的土壤非毛管孔隙度，擇伐+套種紅錐和對照與擇伐處理間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

3.2.2 不同營林措施對杉木林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 不同營林措施對杉木大徑材林分土壤化學(xué)性質(zhì)具有不同的影響(表3)。就同一處理不同土層深度杉木林土壤養(yǎng)分含量差異而言，隨著土層深度加深，土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效磷、速效鉀含量均呈下降的趨勢。其中，擇伐+套種紅錐處理的0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)與20～40、40～60 cm土層相比分別提高27.10%、44.59%。就同一土層不同處理土壤養(yǎng)分含量差異而言，擇伐+套種紅錐處理的土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、速效磷含量高于擇伐及對照，以對照含量最低；擇伐處理的速效鉀含量高于擇伐+套種紅錐及對照，也以對照含量最低。

表3 不同營林措施對杉木林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

方差分析結(jié)果表明，20～40 cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)含量，擇伐+套種紅錐和對照與擇伐處理間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；0～20 cm土壤水解氮含量，擇伐+套種紅錐處理與其它處理間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)、20～40 cm土壤速效磷含量，對照處理與擇伐+套種紅錐、擇伐處理間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)；不同土層土壤速效鉀含量，對照與其它處理間差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)。

3.3 不同營林措施對杉木大徑材林分土壤酶活性的影響

由圖1可知，不同營林措施對杉木大徑材林分不同土層深度的脲酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶及酸性磷酸酶活性具有不同的影響。擇伐+套種紅錐處理有利于提高0～20 cm土層的脲酶活性，其次為對照；在20～40、40～60 cm土層，對照的脲酶活性最高，其次為擇伐+套種紅錐處理。擇伐處理有利于提高不同層次土壤過氧化氫酶活性，在0～20及20～40 cm土層，與對照相比，擇伐+套種紅錐土壤過氧化氫酶活性分別提高3.45%、0.59%。不同土層的多酚氧化酶活性均表現(xiàn)為擇伐+套種紅錐處理>擇伐處理>對照，而酸性磷酸酶活性則表現(xiàn)為擇伐+套種紅錐處理>對照>擇伐處理。

圖1 不同營林措施對杉木大徑材林分土壤酶活性的影響

方差分析結(jié)果表明，20～40 cm土層的土壤脲酶活性，擇伐+套種紅錐和對照處理與擇伐處理間差異達(dá)極顯著水平； 0～20 cm土層的土壤過氧化氫酶和多酚氮化酶活性，不同處理兩兩相比差異均達(dá)極顯著水平；20～40、40～60 cm土層的多酚氮化酶活性，擇伐處理與擇伐+套種紅錐和對照間差異達(dá)極顯著水平。

4 小結(jié)與討論

杉木是我國南方最重要的用材樹種。隨著人民生活水平提高，人們對杉木木材市場材種結(jié)構(gòu)需要發(fā)生了變化，大徑級木材已不能滿足市場需求。近些年來，大徑材培育已成為杉木定向培育的一個(gè)主要方向，湖南、廣西、貴州、福建、浙江等省陸續(xù)建立了較大面積的杉木大徑材培育基地。改善杉木大徑材林分結(jié)構(gòu)、維持地力成為杉木大徑材林分質(zhì)量精準(zhǔn)提升優(yōu)先解決的問題。以往大徑材培育大都注重速生性和經(jīng)濟(jì)效益，而往往忽略了地力維持。諸多研究結(jié)果表明，營建杉木大徑材復(fù)層林營林林分，可改善林分環(huán)境，改變林地單一凋落物組成，改善林地土壤微生物組成及提高土壤酶活性，加速杉木凋落物分解速度及林分養(yǎng)分循環(huán)，從而提高杉木大徑材林分生長速度[15-17，19]。本文研究結(jié)果也表明，杉木大徑材培育采用擇伐+林下套種紅錐，不僅可促進(jìn)杉木的生長，而且還有利于地力維持。杉木大徑材營林密度較低，通過林下植被天然更新實(shí)現(xiàn)近自然營林要經(jīng)歷的時(shí)間較長，而人工林下套種不僅可短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)層林營林，且還可促進(jìn)杉木枯枝落葉分解及改善地力和微生物組成，從而實(shí)現(xiàn)杉木林地的地力恢復(fù)[19-20]。

在杉木大徑材林下套種的過程中，應(yīng)綜合考慮套種樹種的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，篩選適宜的林下套種樹種，確定上層喬木合理保留密度以及林下樹種的套種密度，并在以后的經(jīng)營過程中適時(shí)采取合理的營林措施，及時(shí)調(diào)節(jié)林分種間關(guān)系，從而達(dá)到林分復(fù)層異齡林效果。由于本研究調(diào)查的試驗(yàn)林林下套種僅3 a，今后的林分生長情況及地力變化情況，有待于今后的進(jìn)一步跟蹤研究。