不同立地因子對(duì)泡桐人工林生長(zhǎng)量及土壤理化性質(zhì)的影響1)

龐宏?yáng)| 李玲 崔鴻俠 曾祥福 唐萬(wàn)鵬

(湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，武漢，430075)

泡桐(Paulownia)是我國(guó)特有的重要的優(yōu)質(zhì)速生用材樹(shù)種之一，在國(guó)內(nèi)25個(gè)省市自治區(qū)有自然分布和人工栽培[1]。因其具有分布廣泛、種質(zhì)資源豐富、優(yōu)質(zhì)、速生、繁殖容易、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛并適于農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)等優(yōu)良特性，而一直受到國(guó)際社會(huì)的重視[2]。湖北為泡桐原產(chǎn)地之一，野生泡桐資源豐富，鄂西地區(qū)是泡桐屬的多度中心、多樣化中心和次生起源中心[3]。湖北省作為泡桐最佳適生分布區(qū)，栽培歷史悠久，至2009年湖北省泡桐人工林栽培面積累計(jì)近1.33萬(wàn)hm2，咸寧、荊門(mén)、黃岡、黃石、荊州等地區(qū)為主要栽培區(qū)[4]。隨著泡桐在南方丘陵山地的推廣種植，對(duì)立地條件不加選擇就盲目種植的情況日益突出，嚴(yán)重違背了“適地適樹(shù)”的科學(xué)規(guī)律。因此，研究確定影響泡桐生長(zhǎng)的主導(dǎo)立地因子，選擇出適宜培育泡桐大徑材林的最佳立地條件，是解決泡桐在南方丘陵山地推廣種植的首要問(wèn)題。

立地是多種自然環(huán)境因子綜合作用而形成的，能夠體現(xiàn)不同立地因子的宜林地段[5]，立地質(zhì)量的高低，對(duì)于林木生長(zhǎng)的具有重要影響[6]。因此，不同立地因子對(duì)林木生長(zhǎng)的影響一直是林業(yè)科研的熱點(diǎn)[7-10]，但關(guān)于立地因子對(duì)泡桐人工林生長(zhǎng)影響的研究較少。本研究以荊門(mén)地區(qū)的泡桐人工林為研究對(duì)象，研究坡度、坡向、坡位等不同立地因子對(duì)泡桐人工林生長(zhǎng)量及對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，篩選出最適合泡桐生長(zhǎng)的坡度、坡向、坡位等立地條件，為南方低山丘陵區(qū)泡桐大徑材的培育提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)域?yàn)楹笔∏G門(mén)市，位于湖北省中部，漢江中下游，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°51′～113°29′，北緯30°32′～31°36′，轄鐘祥市、京山市、沙洋縣及東寶區(qū)、掇刀區(qū)等2個(gè)市轄區(qū)。東、西、北三面高，中、南部低，呈向南敞開(kāi)形，兼有低山坳谷區(qū)、丘崗沖溝區(qū)和平原湖區(qū)。最高點(diǎn)海拔1 050 m，最低點(diǎn)海拔27 m。屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期，雨量充沛，陽(yáng)光充足，無(wú)霜期長(zhǎng)，年均氣溫15.9 ℃，年降水量804～1 067 mm。丘陵山地土壤主要以黃壤、紅壤等為主。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置及調(diào)查方法

在鐘祥市、京山市及荊門(mén)市轄區(qū)等地不同立地類(lèi)型的泡桐人工林中設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣地31塊(見(jiàn)表1)，其中鐘祥市14塊、京山市8塊，荊門(mén)市轄區(qū)7塊。詳細(xì)記錄每塊樣地的坡向、坡位、坡度、海拔、土壤類(lèi)型、土層厚度、石礫含量、地形地貌等立地因子以及林齡、品種、造林密度、撫育管護(hù)等林分基本情況。對(duì)樣地內(nèi)所有泡桐進(jìn)行每木調(diào)查，調(diào)查指標(biāo)包括胸徑(D1.3)、樹(shù)高2.6 m處的直徑(D2.6)、苗干高(H1)、接干高(H2)、接干0.5 m處的直徑(D0.5)和接干1.5 m處的直徑(D1.5)等。在每個(gè)調(diào)查樣地內(nèi)，挖開(kāi)1個(gè)典型土壤剖面，調(diào)查樣地土壤名稱(chēng)、土層厚度、石礫含量、腐殖質(zhì)層厚度、母質(zhì)層狀況等；將土壤剖面機(jī)械分為3層(>0～10、>10～30、>30 cm)，用環(huán)刀分層采集土樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤的密度、最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度等物理性質(zhì)指標(biāo)；每個(gè)土壤剖面取混合土樣1份，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定全氮、全磷、全鉀、水解性氮、速效鉀、有效磷、有機(jī)質(zhì)、pH值等化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。

表1 泡桐調(diào)查樣地概況

2.2 立地因子選擇

影響人工林生長(zhǎng)的立地因子眾多且復(fù)雜，本研究主要選擇了坡度、坡向、坡位等3個(gè)主要立地指標(biāo)作為研究對(duì)象。

調(diào)查樣地坡度基本上在25°之內(nèi)，將坡度分為3個(gè)等級(jí)，分別為平坡0°～5°，緩坡6°～15°，斜坡16°～25°。根據(jù)樣地范圍地面朝向分為陽(yáng)坡(SE45°～SW45°，無(wú)坡向)、陰坡(NE45°～NW45°)及半陰半陽(yáng)坡(除陽(yáng)坡、陰坡外其他坡向)等3個(gè)坡向。根據(jù)樣地所在部位分為上坡位、中坡位、下坡位和平地等4類(lèi)。

2.3 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

土壤密度及土壤水分物理性質(zhì)的測(cè)定依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1215-1999，采用環(huán)刀法測(cè)定；全氮、水解性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1228-2015的方法測(cè)定，全磷、有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1232-2015的方法測(cè)定，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1256-1999的方法測(cè)定，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1234-2015的方法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1237-1999的方法測(cè)定，pH值依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1239-1999的方法測(cè)定。

2.4 泡桐單株立木材積

3 結(jié)果與分析

3.1 立地因子對(duì)泡桐生長(zhǎng)量的影響

從表2可知，不同坡位間泡桐人工林年均單位面積蓄積量存在顯著差異(P<0.05)，上坡年均單位面積蓄積量最大，顯著大于中坡、下坡和平地，平地的泡桐林各種生長(zhǎng)量指標(biāo)值均最小，中坡的泡桐林年均單株材積值最大。坡度、坡向等立地因子對(duì)泡桐人工林平均胸徑、年均胸徑、年均單株材積、年均單位面積蓄積等生長(zhǎng)量指標(biāo)均無(wú)顯著差異。不同坡度間，斜坡的平均胸徑和年均單株材積生長(zhǎng)量最大，緩坡的年均單位面積蓄積最大。不同坡向間，陰坡年均胸徑生長(zhǎng)量最大，半陰半陽(yáng)坡的年均單株材積和年均單位面積蓄積量最大。

表2 不同立地因子泡桐人工林生長(zhǎng)量

對(duì)不同立地因子進(jìn)行主體間效益的檢驗(yàn)(見(jiàn)表5)，結(jié)果也表明僅有坡位因子對(duì)年均單位面積蓄積量存在顯著影響，對(duì)平均胸徑、年均胸徑、年均單株材積等生長(zhǎng)量指標(biāo)無(wú)顯著影響；坡度、坡向因子對(duì)所有生長(zhǎng)量指標(biāo)均無(wú)顯著影響。

3.2 立地因子對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表3可知，不同坡位間泡桐人工林在全氮、水解性氮、有機(jī)質(zhì)、pH值等指標(biāo)上均存在顯著差異(P<0.05)；全氮及有機(jī)質(zhì)含量下坡最高，顯著高于上坡；水解性氮含量中坡最高，顯著高于上坡；pH值平地最高，顯著高于中坡和下坡；在全磷、全鉀、速效鉀、有效磷等指標(biāo)上無(wú)顯著差異。不同坡向間泡桐人工林僅在速效鉀含量上存在顯著差異，陽(yáng)坡顯著高于半陰半陽(yáng)坡；全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)、pH值等指標(biāo)無(wú)顯著差異。不同坡度間泡桐人工林8個(gè)土壤化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)無(wú)顯著差異；斜坡泡桐人工林全氮、全磷、水解性氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)等含量最高，其次為緩坡，平坡最低；速效鉀含量與pH值以平坡的為最高，其次為斜坡，緩坡最低。

表3 不同立地因子泡桐人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

對(duì)不同立地因子進(jìn)行主體間效益的檢驗(yàn)(見(jiàn)表5)，坡位因子對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量存在顯著影響，對(duì)全氮含量等其他化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)無(wú)顯著影響；坡度、坡向因子對(duì)所有土壤化學(xué)指標(biāo)均無(wú)顯著影響。

3.3 立地因子對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

從表4可知，不同坡位間土壤密度、最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度等指標(biāo)存在顯著差異(P<0.05)。土壤密度上坡最大，中坡最小，二者間存在顯著差異；下坡、平地與上坡、中坡間無(wú)顯著差異；中坡的最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度最大，顯著大于上坡。坡度、坡向?qū)ε萃┤斯ち滞寥牢锢硇再|(zhì)指標(biāo)無(wú)顯著差異。不同坡度間，平坡土壤密度值最大；斜坡的最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、毛管孔隙度等指標(biāo)值最大，其次為緩坡，平坡的最小。不同坡向間，土壤密度陰坡最大，陽(yáng)坡的最??；最大持水量、毛管持水量、總孔隙度、非毛管孔隙度等指標(biāo)值陽(yáng)坡的最大。

對(duì)不同立地因子進(jìn)行主體間效益的檢驗(yàn)(見(jiàn)表5)，坡位因子對(duì)毛管持水量和毛管孔隙度存在顯著影響，對(duì)土壤密度等其他土壤物理性質(zhì)無(wú)顯著影響，而坡度、坡向因子對(duì)所有土壤物理性質(zhì)無(wú)顯著影響。

3.4 立地因子互作效應(yīng)影響

從表5可知，坡度、坡向、坡位等不同立地因子間的交互作用在大部分測(cè)量指標(biāo)上均不存在顯著差異；年均胸徑生長(zhǎng)量指標(biāo)在坡度、坡向間的交互作用存在顯著差異(P<0.05)；而坡度、坡向這2個(gè)立地因子在所有測(cè)量指標(biāo)上均不存在顯著差異，這是樣地?cái)?shù)量偏少的原因?qū)е拢軡M(mǎn)足平坡與陰坡、半陰半陽(yáng)坡交互的樣地都僅有1個(gè)，在統(tǒng)計(jì)上不具有代表性。表明坡度、坡向、坡位等3個(gè)立地因子的交互作用對(duì)泡桐人工林生長(zhǎng)量、土壤化學(xué)性質(zhì)、土壤物理性質(zhì)的影響均不大。

表5 不同立地因子及交互作用的相關(guān)性

4 結(jié)論與討論

坡位對(duì)泡桐人工林年均單位面積蓄積量、土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、毛管持水量和毛管孔隙度等指標(biāo)存在顯著影響。坡位是地形要素中最重要的因子，不僅是一個(gè)位置的概念，它代表著水分、養(yǎng)分等的生態(tài)梯度的變化，也是影響土壤養(yǎng)分狀況的關(guān)鍵因子，它直接影響著水肥的再分配[12-13]。張順平等[14]研究表明，坡位對(duì)泡桐人工林土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)和有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)等存在顯著影響；涂佳[15]在研究了泡桐人工林不同立地因子與蓄積量的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，坡位可作為影響泡桐人工林立地質(zhì)量的主導(dǎo)因子；陳國(guó)府[16]研究發(fā)現(xiàn)坡位是影響青岡櫟人工林林生長(zhǎng)最主要的立地因子之一。一般情況下，下坡位土層厚度大，養(yǎng)分積累較多，有利于林木的生長(zhǎng)，上坡位是水土流失區(qū)，土層較薄，養(yǎng)分貧瘠，不利于林木的生長(zhǎng)。盧立華等[17]研究了坡位對(duì)灰木蓮生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)灰木蓮的胸徑、樹(shù)高、材積生長(zhǎng)量均隨坡位上升而下降，由于坡位影響了土壤養(yǎng)分的再分配，從而導(dǎo)致了灰木蓮在不同坡位生長(zhǎng)的差異。但也并非所有樹(shù)種在下坡位生長(zhǎng)最好；梁淑娟等[18]研究發(fā)現(xiàn)胡桃楸在中、上坡位生長(zhǎng)最好。本研究發(fā)現(xiàn)下坡位的泡桐人工林全氮及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于上坡位，上坡位大部分土壤養(yǎng)分指標(biāo)值均最小，但在年均單位面積蓄積量卻是上坡位的顯著高于其他坡位，這是由于所調(diào)查樣地中，上坡位泡桐樣地?cái)?shù)量最多，種植密度大導(dǎo)致，上坡樣地泡桐栽植平均密度為827株/hm2，分別是中坡和下坡平均密度的1.4倍和1.3倍。

坡度、坡向等立地因子對(duì)泡桐人工林的生長(zhǎng)量、土壤化學(xué)性質(zhì)和土壤物理性質(zhì)等影響較小，坡度、坡向因子對(duì)所有測(cè)量指標(biāo)均無(wú)顯著影響。涂佳[15]研究表明，坡度、海拔和坡向?qū)π罘e量影響不顯著，均不是影響泡桐蓄積量增長(zhǎng)的立地主導(dǎo)因子，這與本研究結(jié)果較為相一致。王大來(lái)[19]研究了立地因子對(duì)楠竹生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)坡向?qū)﹂竦纳L(zhǎng)影響較小，沒(méi)有顯著差異。

影響人工林生長(zhǎng)的因素眾多且較為復(fù)雜，除了立地條件外，造林苗木的品種品系、造林方式方法以及林地管護(hù)水平都對(duì)人工林生長(zhǎng)有重大影響。由于所調(diào)查的泡桐人工林多為私人老板所造，多為異齡林，造林密度也不一致，林地的管護(hù)水平更是差異巨大。而本研究只對(duì)坡度、坡向、坡位等立地因子進(jìn)行了比較分析，并沒(méi)有考慮其他因素的影響，因此，會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的差異。且大部分泡桐林地均位于地勢(shì)較為平坦、土層深厚的丘陵坡地上，立地條件較為接近，立地因子的差異性也較小，這是導(dǎo)致大部分分析結(jié)果差異性不顯著的原因。本研究所調(diào)查的區(qū)域僅局限于荊門(mén)市，調(diào)查樣地也只有31塊，調(diào)查結(jié)果僅能代表荊門(mén)市泡桐人工林的現(xiàn)實(shí)情況。在廣大的南方丘陵山地，影響泡桐人工林生長(zhǎng)的主要立地因子還需要擴(kuò)大調(diào)查范圍，增加樣地?cái)?shù)量，并考慮更多的影響因素，才能得出準(zhǔn)確的結(jié)論。