四川盆周山地5種典型林分土壤理化性質(zhì)比較

曾亞蘭，李紹才，孫海龍

（1.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610065；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都 610065）

森林土壤為植被提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，提供植被生長所需的水分和各種營養(yǎng)元素，同時(shí)林地植物與土壤生態(tài)是相互影響的，植被也參與土壤的形成，改善著土壤的性狀［1］。目前，國外研究人員對(duì)林地土壤的研究主要關(guān)注于林地土壤質(zhì)量的演化、林地土壤生態(tài)指標(biāo)的指數(shù)作用、林地土壤與林地植物之間的關(guān)系，以及不同植被類型的土壤質(zhì)量差異與影響成因和關(guān)鍵因素等［2-4］。國內(nèi)研究方向主要是杉木人工純林易出現(xiàn)林地地力衰退等一系列問題，在針對(duì)杉木純林、杉闊混交林及闊葉純林3 種人工林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)林地土壤質(zhì)量影響的比較研究中，發(fā)現(xiàn)杉木純林的土壤質(zhì)量最差［5-6］。通過對(duì)土壤理化性質(zhì)的比較，可以為有針對(duì)性地提出森林的適宜撫育措施提供依據(jù)。因此，研究不同林分類型下的土壤特性對(duì)于促進(jìn)土壤系統(tǒng)及森林系統(tǒng)的維持和發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省彭州市龍門山鎮(zhèn)團(tuán)山村，距彭州市中心約50 km，屬于四川盆周西緣山地。該區(qū)域夏無酷暑，7 月平均溫度一般不超過25 ℃，1 月平均溫度在0 ℃以下，一般12 月份開始有霜凍，可延續(xù)至翌年3 月初，全年無霜期約250 d；土壤類型屬四川盆地山地濕潤亞熱帶山地黃壤和山地黃棕壤，各林分的地理位置接近，氣候、土壤、水文等條件基本一致。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查與設(shè)置

2018 年7—8 月，在龍門山鎮(zhèn)分別選取林齡相近、林分不同的5 塊典型標(biāo)準(zhǔn)樣地，林地類型分別為杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林、人工-天然混交林和天然次生林。在5 種典型標(biāo)準(zhǔn)樣地中各選取1 個(gè)面積為50 m×50 m 的林分樣地。將各研究區(qū)劃分為4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地，面積20 m×20 m，在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)沿對(duì)角線方向采集3 個(gè)土壤表層樣，每個(gè)研究樣區(qū)采集12 個(gè)土壤表層樣，采集深度0～15 cm。將林木周圍土壤混合，去除塊根和石塊等雜質(zhì)后，使用四分法取樣，低溫冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干；同時(shí)，采用環(huán)刀法取土樣，深度0～10 cm，每個(gè)環(huán)刀的容積100 cm3。分別采集60個(gè)土壤混合樣和土壤環(huán)刀樣。

2.2 土壤理化性質(zhì)測定

環(huán)刀取樣測定土壤物理性質(zhì)，包括土壤容重、田間持水量。采集的土樣經(jīng)過自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)，磨細(xì)過孔徑為0.154 mm 的土壤篩，用于測定土壤有機(jī)質(zhì)、pH 值、氮、磷、鉀。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法；pH 值采用酸度計(jì)法（水土比為2.5∶1）；全氮采用半微量凱氏定氮法；堿解氮采用堿解-擴(kuò)散吸收法；有效磷采用鹽酸-硫酸浸提，鉬銻抗比色法；速效鉀采用原子吸收分光光度法［7］。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用單因素方差分析比較土壤理化性質(zhì)指標(biāo)在不同林分間的差異程度，并進(jìn)行LSD 多重比較，顯著性水平設(shè)置為0.05。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析在SPSS 20.0 中進(jìn)行，采用Origin 2017軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分土壤物理性質(zhì)比較

一般情況下土壤容重的變化范圍在0.9～1.7 g·cm-3。由圖1 可見，本研究區(qū)內(nèi)不同林分樣地的土壤容重多在1.04～1.38 g·cm-3范圍。容重越大說明透水性和通氣性較差，通常表現(xiàn)為土壤板結(jié)［8］。各不同林分土壤容重大小關(guān)系為：杉木純林（1.38 g·cm-3）＞柳杉純林（1.32 g·cm-3）＞杉木-柳杉混交林（1.12 g·cm-3）＞人工天然混交林（1.14 g·cm-3）＞天然次生林（1.04 g·cm-3），即混交林和天然次生林的土壤透水通氣性優(yōu)于純林。兩種純林、兩種混交林的土壤容重顯著高于天然次生林（P＜0.05），說明混交模式和樹種組成，以及人為干擾對(duì)土壤容重都有一定的影響。田間持水量是指毛管水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水量。不同林型的土壤田間持水量的大小關(guān)系為：杉木-柳杉混交林（22.71%）＞人工天然混交林（21.25%）＞天然次生林（20.99%） ＞柳杉純林（18.82%） ＞杉木純林（15.40%），總體來看，混交林和天然林的田間持水量較大，杉木純林的田間持水能力最弱，單因素方差分析結(jié)果顯示，杉木-柳杉混交林與杉木純林的存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖1 不同林分類型的土壤容重及田間持水量

3.2 不同林分土壤化學(xué)性質(zhì)比較

圖2 不同林分類型的土壤有機(jī)質(zhì)及pH值

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護(hù)及林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有重要的意義［9］。圖2 結(jié)果顯示，有機(jī)質(zhì)含量大小關(guān)系為：柳杉純林（9.40%）＞杉木-柳杉混交林（8.32%）＞天然次生林（7.19%）＞杉木純林（6.72%）＞人工天然混交林（6.26%）；杉木純林、天然次生林和人工天然混交林間土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著性差異（P＞0.05），且這三種林型都顯著低于柳杉純林（P＜0.05）。不同pH 值的土壤適合不同的植物生長，適宜的酸堿性有利于土壤微生物活動(dòng)，加速枯落物分解，從而促進(jìn)林木生長。不同林型的土壤pH 值大小關(guān)系為：天然次生林（5.41）＞人工天然混交林＞（4.92）＞杉木純林（4.57）＞柳杉純林（4.55）=杉木-柳杉混交林（4.55）。五種典型林分土壤都屬于酸性土壤（4.5＜pH＜6.5）。三種人工林（杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林）間土壤pH 值無顯著性差異（P＞0.05）。

由圖3 可見，土壤是植物氮素營養(yǎng)的主要來源，土壤的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力。不同林型的土壤全氮含量大小關(guān)系為：柳杉純林（3.91 g·kg-1）＞天然次生林（3.68 g·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（3.09 g·kg-1）＞杉木純林（3.04 g·kg-1）＞人工天然混交林（2.97 g·kg-1），柳杉純林與天然次生林全氮含量無顯著性差異（P＞0.05），與其余三種林型差異顯著（P＜0.05）。土壤堿解氮在較短的時(shí)間內(nèi)能為植物所吸收利用，可反映近期內(nèi)土壤氮的供應(yīng)狀況和氮的釋放速度。不同林型的土壤堿解氮大小關(guān)系為：柳杉純林（450.68 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（392.32 mg·kg-1）＞天然次生林（386.52 mg·kg-1）＞杉木純林（368.79 mg·kg-1）＞人工天然混交林（337.83 mg·kg-1）；柳杉純林堿解氮含量最高，并且與其他不同林分類型之間有顯著差異（P＜0.05）。

圖3 不同林分類型的土壤全氮及堿解氮

由圖4 可見，土壤有效磷是衡量土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的直接指標(biāo)，也是植物生長發(fā)育的主要限制因子［10］。不同林型的土壤有效磷含量大小關(guān)系為：柳杉純林（10.30 mg·kg-1）＞杉木純林（9.34 mg·kg-1）＞天然次生林（8.97 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（6.62 mg·kg-1）＞人工天然混交林（5.99 mg·kg-1）。杉木-柳杉混交林和人工天然混交林有效磷含量顯著低于其他各林型（P＜0.05）。土壤有效鉀是土壤中可以被植物直接吸收利用的鉀，其含量受施肥、基質(zhì)、氣候條件等影響，供應(yīng)不足會(huì)影響植物的代謝過程與抗病蟲能力［11］。不同林型的土壤有效鉀含量大小關(guān)系為：天然次生林（152.93 mg·kg-1）＞人工天然混交林（131.11 mg·kg-1）＞杉木-柳杉混交林（87.06 mg·kg-1）＞杉木純林（79.92 mg·kg-1）＞柳杉純林（75.89 mg·kg-1）。柳杉純林的土壤有效鉀含量最低，天然次生林的土壤有效鉀含量最高，天然次生林和人工天然混交林的有效鉀含量沒有顯著差異（P＞0.05），與兩種人工純林和杉木-柳杉混交林有顯著差異（P＜0.05）。

圖4 不同林分類型的土壤有效磷及有效鉀

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

綜合土壤容重、田間持水量這兩個(gè)土壤的物理性質(zhì)指標(biāo)來看，5 種典型林型的土壤物理性質(zhì)均較好。這可能是由于研究區(qū)林地之前為森林，后被毀林開荒后再次種植，其土壤結(jié)構(gòu)原本就比較適合林木的生長。但人工林的土壤物理性質(zhì)對(duì)比優(yōu)良林地的土壤條件，依然有待進(jìn)一步改善。天然次生林和混交林的土壤通氣性、透水性和蓄水能力更好，純林較差，這與植物根系的生長及凋落物等分解對(duì)土層土壤的影響有很大關(guān)系，天然次生林和混交林根系發(fā)育良好，擴(kuò)大了根系在土層的穿插空間，使土壤緊實(shí)度變小、疏松而富有孔隙，物理性質(zhì)得到有效改善。其中，天然次生林物理性質(zhì)最優(yōu)，除有機(jī)質(zhì)對(duì)其有一定影響外，該林地林分郁閉度較小、人為干擾較少也是原因之一。

本研究結(jié)果顯示，三種人工林（杉木純林、柳杉純林、杉木-柳杉混交林）間pH 值無顯著差異（P＞0.05），天然次生林和人工-天然混交林的土壤pH值顯著高于其他三種人工林林型，這與前人的研究結(jié)果較為一致，即大多數(shù)的針葉純林會(huì)使土壤酸化，土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)都變得惡劣，從而不利于土壤養(yǎng)分的積累，影響土壤肥力［12］。

4.2 結(jié)論

5 種不同典型林型的土壤物理性質(zhì)整體均較好，天然林比人工林更好，混交林比純林更佳，其中天然次生林最優(yōu)，杉木純林最差。

各林型的土壤均呈酸性，杉木純林、柳杉純林和杉木-柳杉混交林三種人工林的土壤pH 值間無顯著差異。有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷的含量，均是柳杉純林最高，人工天然混交林最低；有效鉀的含量，則是柳杉純林最低，天然次生林最高。