德昌杉木人工林生長性狀與土壤因子相關(guān)性研究

賴世會, 賈晨, 能州, 羅建勛, 嚴(yán)賢春, 方穎

1.西華師范大學(xué)，四川 南充 637002；

2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610041；

3.若爾蓋縣林業(yè)和草原局，四川 阿壩 624500

德昌杉木（Cunninghamia unica）為國家三級保護(hù)樹種，屬高大常綠喬木，冠幅小，生長快，較喜陰，適應(yīng)特殊性干旱氣候[1-2]。德昌杉木是當(dāng)?shù)刂匾挠貌闹?，也是培育良種杉木的優(yōu)良種質(zhì)資源[3]，但由于德昌杉木分布區(qū)域狹窄，前期又對其天然林資源的亂砍濫伐造成天然資源急劇減少，因此保護(hù)德昌杉木資源已刻不容緩。且近年來杉木人工林出現(xiàn)了一些生長衰退的狀況，導(dǎo)致杉木人工林生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益降低、生物多樣性降低等一系列生態(tài)安全問題[4-5]。這種現(xiàn)象與立地選擇不當(dāng)有一定關(guān)系，經(jīng)查閱大量資料顯示：關(guān)于德昌杉木的研究大都集中在德昌杉木生長分析；德昌杉木和杉木同工酶的研究；德昌杉木胞核學(xué)研究；德昌杉木育種[6-10]。關(guān)于杉木的研究也集中在不同地區(qū)杉木生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價；不同撫育方式對杉木人工林生長、林下植被以及土壤特征的影響；不同混交措施下杉木造林效果；基于轉(zhuǎn)錄組測序的杉木開發(fā)及應(yīng)用；生長素對杉木幼苗抗氧化酶活性的研究等方面[11-17]，尚未發(fā)現(xiàn)針對德昌杉木人工林生長性狀與土壤因子的相關(guān)性研究。因此，本研究通過查閱相關(guān)資料和實(shí)地調(diào)查對德昌杉木人工林生長性狀與土壤因子的差異性和相關(guān)性進(jìn)行分析。以期了解掌握德昌杉木人工林培育的最佳土壤條件，結(jié)果表明德昌杉木適宜栽植在全鉀含量豐富的土壤中，為提高德昌杉木人工林培育技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 研究區(qū)概況

6個研究區(qū)平均海拔為2 100 m，氣候多樣，大都為亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤質(zhì)地主要為紅壤和黃壤,土層厚度50～80 cm，腐殖質(zhì)層厚5～15 cm，枯枝落葉層厚度5～10 cm，研究區(qū)具體信息如下（見表1）。在幼林齡(17年生)、近熟林（24年生）、成熟林（21、30、31、35年生）和過熟林（38、40年生）4個齡組均設(shè)置了樣地，其中幼林齡平均胸徑為19.4cm，平均樹高12.8 m，近熟林平均胸徑和平均樹高分別為30.2 cm、13.5 m，成熟林平均胸徑和平均樹高分別為24.2 cm、18.7 m，過熟林平均胸徑和平均樹高分別為40.9 cm、21.5 m。

表1 研究區(qū)概況Tab.1 Situation of study areas with different treatments

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2017—2018 年在德昌杉木分布區(qū)域，排除邊緣效應(yīng)，在6個研究區(qū)內(nèi)共選定30個典型立地類型的標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地大小為20 m×20 m，標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)目標(biāo)樹采用刷紅油漆標(biāo)記，樣地邊界采用白色油漆標(biāo)記。

2.2 每木檢尺測定

對標(biāo)準(zhǔn)地中的德昌杉木進(jìn)行每木檢尺，測定其樹高、胸徑、枝下高、冠幅等生長性狀并記錄林齡。

2.3 土壤樣品采集與分析

在每個樣地內(nèi)，上中下3個坡面分別用土鉆采集各位置的各層土樣，去除土壤表面的凋落物層，取0～40 cm的土樣，之后分別對3個坡面的土樣充分混合后放入布袋（約750 g），風(fēng)干，測定分析土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量。每個樣地取1個混合土樣，共取30份土樣。土壤測定方法按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：其中土壤有機(jī)質(zhì)用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法測定，土壤全氮用凱氏蒸餾法測定，土壤全磷用高氯酸硫酸法，土壤全鉀用氫氟酸、高氯酸消煮后火焰光度計(jì)法測定。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異性分析和相關(guān)性分析，結(jié)合Microsoft Excle 2010對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地區(qū)同林齡的林分生長性狀與土壤化學(xué)性質(zhì)分析

對不同地區(qū)相同林齡的林分生長性狀進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANO-VA）結(jié)果表明，不同地區(qū)17年生的德昌杉木生長性狀存在顯著差異（P＜0.05），不同地區(qū)30年生的德昌杉木生長性狀也存在顯著差異（P＜0.05）。對17年生和30年生的德昌杉木生長性狀多重比較分析（LSD），結(jié)果顯示（見表2），P3的德昌杉木的胸徑、樹高、胸徑年生長量、樹高年生長量與P4、P1、P5同林齡德昌杉木的胸徑、樹高、胸徑年生長量、樹高年生長量均存在顯著差異；P1與P5的德昌杉木枝下高、冠幅無顯著差異，P4與P3、P1、P5的德昌杉木枝下高、冠幅均存在顯著差異；P2和P3德昌杉木的枝下高差異性顯著，其余生長性狀無顯著差異。

對不同地區(qū)相同林齡的林分土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，17年生德昌杉木林分中的土壤有機(jī)質(zhì)在不同地區(qū)間存在顯著差異（P＜0.05），而堿解氮、全氮、全磷、全鉀等指標(biāo)在不同地區(qū)間的差異均不顯著；對其多重比較表明（見表3），P1與P4、P3、P5德昌杉木的土壤有機(jī)質(zhì)存在顯著差異，而P4、P3、P5德昌杉木的土壤有機(jī)質(zhì)無顯著差異；30年生德昌杉木林分中的土壤化學(xué)性質(zhì)在不同地區(qū)間的差異均不顯著（P＜0.05）。

對不同地區(qū)同林齡德昌杉木的生長形狀與土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果表明，不同地區(qū)同林齡德昌的生長性狀與土壤化學(xué)性質(zhì)無顯著相關(guān)關(guān)系（見表4）。

表2 不同地區(qū)同林齡的林分生長性狀多重比較結(jié)果Tab.2 Multiple comparison results of stand growth traits of the same stand age in different areas

表3 不同地區(qū)同林齡的林分土壤化學(xué)性質(zhì)差異性分析結(jié)果Tab.3 Difference analysis results of soil chemical properties of stands with the same age in different areas

表4 不同地區(qū)同林齡德昌杉木生長性狀與土壤因子的Pearson相關(guān)分析系數(shù)Tab.4 Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with the same stand age in different areas

3.2 同一地區(qū)不同林齡的林分生長性狀與土壤化學(xué)性質(zhì)分析

對同一地區(qū)不同林齡的林分生長性狀進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，同一地區(qū)不同林齡的德昌杉木各生長性狀均存在顯著差異（P＜0.05，如P3地區(qū)和P1地區(qū)），在P6地區(qū)除胸徑和胸徑年生長量性狀外，其他生長性狀在不同林齡間差異均顯著。多重比較表明（見表5），P3林齡為24年和30年的德昌杉木的胸徑、冠幅、樹高年生長量無顯著差異，林齡為17年和林齡為31的胸徑、樹高、冠幅、胸徑年生長量、樹高年生長量存在顯著差異；P6不同林齡的胸徑年生長量無顯著差異，林齡為35年和林齡38年、林齡38年和林齡40年的德昌杉木胸徑無顯著差異，其他各林齡的生長形狀間均存在顯著差異。

對同一地區(qū)不同林齡的林分土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行單因素方差分析結(jié)果表明，P3不同林齡的土壤全磷、全鉀存在顯著性差異；P1不同林齡的土壤化學(xué)性質(zhì)無顯著性差異；P6德昌杉木不同林齡的土壤全氮存在顯著性差異，其他均無顯著差異。

和多重比較結(jié)果表明（見表6），P3林齡為24年與31年的林分有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全氮存在顯著差異，林齡為31年與其他林齡的林分土壤全磷存在顯著差異，林齡為17年與其他林齡的林分土壤全鉀存在顯著差異。P6不同林齡林分的有機(jī)質(zhì)、全磷、全鉀均無顯著性差異，林齡為35年與林齡為38年的土壤堿解氮差異顯著，林齡為38年與林齡為35年、40年的土壤全氮差異顯著。

表5 同一地區(qū)不同林齡林分生長性狀差異性分析結(jié)果Tab.5 Difference analysis results of growth characteristics with different stand ages in the same area

表6 同一地區(qū)不同林齡的林分土壤化學(xué)性質(zhì)差異性分析結(jié)果Tab.6 Difference analysis results of soil chemical properties of stands with different ages in the same area

對同一地區(qū)不同林齡德昌杉木的生長形狀與土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果表明（見表7），同一地區(qū)不同林齡德昌的胸徑年生長量與土壤全鉀存在極顯著相關(guān)關(guān)系，樹高年生長量與土壤全鉀存在顯著相關(guān)關(guān)系，其余生長性狀與土壤化學(xué)性質(zhì)無顯著相關(guān)關(guān)系。

4 討論與結(jié)論

不同地區(qū)同一林齡的德昌杉木生長性狀差異性顯著，但土壤化學(xué)性質(zhì)無顯著差異，且德昌杉木的生長性狀與土壤因子無顯著相關(guān)關(guān)系。這說明不同地區(qū)同一林齡德昌杉木的生長性狀差異與土壤因子無關(guān)，造成這一差異的原因可能是密度因子、不同地區(qū)的小氣候、林下植被的郁閉度等，在今后的研究中可以立足于這些因子分析德昌杉木的生長性狀差異。

同一地區(qū)不同林齡的德昌杉木生長性狀存在顯著差異，如17年生與24年生、27年生的德昌杉木生長性狀均存在顯著差異，除P3地區(qū)17年生與24年生的土壤全鉀存在顯著差異外，其余地區(qū)各林齡間土壤化學(xué)性質(zhì)均無顯著差異。因此，造成德昌杉木的生長性狀差異的大部分原因是德昌杉木的生長性狀波動：在賈晨等研究人員的研究結(jié)果中表明德昌杉木樹高連年生長量在18年時達(dá)到最大，平均生長量在27年時達(dá)到最大值；胸徑生長也具有前期速生性，連年生長量與年平均生長量分別在15年和21年達(dá)到最大值[1]。再者，胸徑年生長量與土壤全鉀存在極顯著正相關(guān)，樹高年生長量與全鉀存在顯著正相關(guān)，其余生長性狀與土壤化學(xué)性質(zhì)無明顯相關(guān)關(guān)系，表明德昌杉木適宜種植在全鉀含量豐富的土壤中。但全鉀包括礦物鉀、緩效性鉀、速效鉀，反映的是土壤鉀素的總儲存量，其中有90%～98%在較長時間內(nèi)是無效的，因此全鉀值不能用于指導(dǎo)對德昌杉木的施肥[18]。土壤全鉀含量還受土壤礦物質(zhì)種類、土地利用方式、生物氣候條件等的影響，不同植物的生長活動及凋落物的分解都直接或者間接影響土壤的理化性質(zhì)[19-20]，因此在進(jìn)行德昌杉木種植時應(yīng)結(jié)合這些因素綜合選擇造林地。在后續(xù)的研究中應(yīng)增加樣本采集數(shù)量，立足于持久性觀測更多土壤因子或立地條件對德昌杉木生長性狀的影響機(jī)制。

表7 同地區(qū)不同林齡德昌杉木生長性狀與土壤因子的Pearson相關(guān)分析系數(shù)Tab.7 Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with different stand ages in the same area