青海高原油松林地土壤理化性質(zhì)差異性及對(duì)油松長(zhǎng)勢(shì)影響

羅旭鵬,張錦梅,馬文斌,劉寶堯,韓志偉,李 晨

(西寧市林業(yè)科學(xué)研究所，青海 西寧 810003)

土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，也是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量循環(huán)及微生物作用的重要環(huán)節(jié)和載體[1-3]。青藏高原被譽(yù)為“地球第三級(jí)”[4]，高寒缺氧，植被覆蓋度低，降雨量少，土壤養(yǎng)分損失嚴(yán)重，研究高寒地區(qū)油松林的土壤理化性質(zhì)及油松林的生長(zhǎng)規(guī)律成為近年來森林生態(tài)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。土壤理化性質(zhì)作為控制植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵生態(tài)因子，是決定土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[5]。在不同的水、土、氣、生和人為因素的影響下，土壤理化性質(zhì)存在一定的差異性。

油松(Pinustabuliformis)為陽(yáng)性樹種，喜光、耐寒、耐旱、耐瘠薄，喜生于深厚肥沃、濕潤(rùn)疏松的酸性、微酸性土壤；其根系發(fā)達(dá)，水土保持能力強(qiáng)，涵養(yǎng)水源作用大，是山地溝壑營(yíng)造防護(hù)林和用材林的優(yōu)良先鋒樹種之一[6-7]，能夠在一定程度上使森林保持良好的生態(tài)系統(tǒng)[8]，也是青海省主要鄉(xiāng)土樹種之一，在西寧市、民和、循化、尖扎和互助縣等地均有天然分布[9]。隨著南北兩山綠化工程的啟動(dòng)實(shí)施，我省人工油松林面積不斷增加，成為南北兩山的骨架樹種之一。然而近年，大部分林場(chǎng)、城區(qū)街道綠化及景觀林帶的油松均出現(xiàn)針葉發(fā)黃、干枯脫落、整體長(zhǎng)勢(shì)衰弱等現(xiàn)象，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)油松死亡，嚴(yán)重影響景觀效果并造成經(jīng)濟(jì)損失。本研究調(diào)查青海不同區(qū)域油松生長(zhǎng)情況、生理性病害發(fā)生情況，測(cè)定分析土壤養(yǎng)分含量，探討它們之間的關(guān)系，以期為油松人工林的生產(chǎn)、改善和林木生長(zhǎng)環(huán)境的調(diào)節(jié)做出指導(dǎo)，為提高森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分利用效率和林地生產(chǎn)力提供依據(jù)，并為油松人工林的土壤肥力管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于青海省西寧市，地處青藏高原東北部，溫帶草原氣候區(qū)的西部邊緣地帶，屬干旱高原大陸性氣候，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)為氣候溫和，太陽(yáng)輻射強(qiáng)、光照充足，平均氣溫低，降水量少，雨熱同期，氣象災(zāi)害多，危害較大。年平均氣溫6.0℃，其中7月平均氣溫17.2℃；5月中旬以后進(jìn)入雨季，至9月中旬前后雨季結(jié)束，其間正是月平均氣溫≥5℃的持續(xù)時(shí)期；年均降水量340-400mm，集中在7-9月；年蒸發(fā)量為1763mm，≥10℃的積溫2037℃，年日照時(shí)數(shù)2600h，無(wú)霜期120d，植物生長(zhǎng)期150-160d。

1.2 樣地選擇

隨機(jī)選擇20塊油松樣地(其中人工林14塊，編為1-14號(hào)樣地；天然林6塊，編為15-20號(hào)樣地)進(jìn)行調(diào)查，每塊樣地面積為20m×20m，個(gè)別人工景觀林帶寬度不足20m，延長(zhǎng)樣地長(zhǎng)邊，保證樣地面積為400m2。

1.3 油松生長(zhǎng)現(xiàn)狀和針葉枯黃病害調(diào)查

側(cè)枝生長(zhǎng)量：每個(gè)樣地隨機(jī)選取3-5株油松，每株油松從東、西、南、北四個(gè)方位采集油松側(cè)枝各1枝，根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)分別測(cè)量2018、2019年側(cè)枝生長(zhǎng)量，并統(tǒng)計(jì)針葉數(shù)量。

針葉長(zhǎng)度：在上述側(cè)枝樣本上分別隨機(jī)抽取10枚針葉，測(cè)量針葉長(zhǎng)度；

針葉平均重量：根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)分別采集2018、2019年針葉稱重，統(tǒng)計(jì)針葉數(shù)量，計(jì)算針葉平均重量；

枯黃針葉率調(diào)查：在每株調(diào)查總針葉里挑選針葉發(fā)黃長(zhǎng)度超過0.3mm針葉(生理性病害針葉)，測(cè)定每株枯黃針葉平均重量，并計(jì)算枯黃針葉率?？蔹S針葉率=枯黃針葉數(shù)/調(diào)查總針葉數(shù)×100%；

針葉枯黃病害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)：?jiǎn)沃?%以下針葉發(fā)黃，不影響景觀效果；1級(jí)：?jiǎn)沃?%-20%針葉發(fā)黃，景觀效果影響較輕；2級(jí)：?jiǎn)沃?0%-50%針葉發(fā)黃，影響景觀效果；3級(jí)：?jiǎn)沃?0%-85%針葉發(fā)黃，嚴(yán)重影響景觀效果；4級(jí)：?jiǎn)沃?5%以上針葉發(fā)黃，嚴(yán)重影響景觀效果。

感病指數(shù)是建立在分級(jí)計(jì)數(shù)法的基礎(chǔ)之上的一種病害程度的表示方法，感病指數(shù)可以直觀地表示病害的發(fā)病程度。

1.4 土壤理化性質(zhì)調(diào)查

2019年5月采用典型土壤剖面法每個(gè)樣地隨機(jī)采集3份土樣，分別取0-20、 20-40、40-60cm三層土壤500g；土壤養(yǎng)分測(cè)定項(xiàng)目均采用土壤農(nóng)化分析書中的方法[10]。土壤pH∶電位法(土液比1∶2.5);土壤有機(jī)質(zhì)含量：油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法；土壤含鹽量：烘干重量法測(cè)定；土壤速效氮：堿解擴(kuò)散法；土壤速效磷：碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；土壤速效鉀含量：乙酸銨浸提—火焰光度法。

1.5 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel2007、DPS7.05、SPSS19.0等軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)影響油松健康的各因素進(jìn)行綜合分析。其中，運(yùn)用Person相關(guān)分析土壤理化指標(biāo)間的相關(guān)性，利用SPSS進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油松生長(zhǎng)現(xiàn)狀

從表1反映出2018、2019年，油松天然林的側(cè)枝長(zhǎng)度、針葉長(zhǎng)度和針葉平均重量顯著高于人工林，說明天然林長(zhǎng)勢(shì)更好。

表1 20個(gè)樣地2018-2019年的油松針葉相關(guān)指標(biāo)方差分析Table.1 Variance Analysis of Pinus tabulaeformis Needles Related Indexes in 20 Sample Plots for 2018-2019

2.2 油松林針葉枯黃病害發(fā)病情況

通過對(duì)20個(gè)樣地油松發(fā)病情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)(見表2)，針葉枯黃病害主要在人工林發(fā)生，1-9號(hào)油松樣地針葉枯黃病害發(fā)生程度高于10-14號(hào)樣地，其平均感病率和感病指數(shù)分別為71.56%、35.5和19%、28.75。在機(jī)場(chǎng)高速沿線油松林帶，重度發(fā)生的有2、3、6和8號(hào)樣地。天然林除19號(hào)樣地輕微發(fā)生外，其余樣地基本不發(fā)生針葉枯黃病害。

表2 20個(gè)樣地油松針葉枯黃病害發(fā)病情況統(tǒng)計(jì)Table.2 Statistics of Pinus tabulaeformis Withered Needles Diseasesin 20 Sample Plots

2.3 油松生長(zhǎng)狀況與針葉枯黃病害的相關(guān)性

從表3中可看出，側(cè)枝長(zhǎng)度與針葉重量呈顯著正相關(guān)；側(cè)枝長(zhǎng)度與感病指數(shù)、枯黃針葉率呈極顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.61、-0.77；針葉長(zhǎng)度與針葉重量呈極顯著正相關(guān)，針葉長(zhǎng)度與感病指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，針葉長(zhǎng)度與枯黃針葉率呈顯著負(fù)相關(guān)；針葉重量與感病指數(shù)、枯黃針葉率呈極顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.64、-0.68。感病指數(shù)與枯黃針葉率呈顯著正相關(guān)。側(cè)枝長(zhǎng)度、針葉長(zhǎng)度和針葉重量較大的油松長(zhǎng)勢(shì)良好，其感病指數(shù)和枯黃針葉率較低，反之亦然。

表3 油松長(zhǎng)勢(shì)相關(guān)指標(biāo)與感病指數(shù)、枯黃針葉率的相關(guān)性分析Table.3 Correlation Analysis Between Growth Indexes and Disease Index，Yellow Needles Rate of Pinus tabulaeformis

2.4 不同樣地土壤的理化性質(zhì)

2.4.1 土壤pH

油松適宜在酸性土壤生長(zhǎng)，徐春達(dá)等根據(jù)油松的自然分布和土壤特性分析，發(fā)現(xiàn)油松適生的土壤pH值范圍為微酸性(5.50-6.50)到中性(6.50-7.50)之間[13]。由圖1可以看出，1-20號(hào)樣地土壤pH值隨采樣深度的增加而增大，pH值在7.86-8.38之間，均為堿性土壤。

2.4.2 土壤含鹽量

由圖2可知，各樣地的土壤含鹽量均存在顯著性差異(P<0.05)。0-20、20-40、40-60cm三層土樣含鹽量，相比油松人工林，油松天然林整體偏低，普遍小于0.3%；油松人工林普遍大于0.6%，屬于重度鹽土。另外，從土壤的垂直分布來看，各樣地土壤含鹽量均呈現(xiàn)由表層(0-20cm)至下層(20-40cm、40-60cm)逐漸減少的趨勢(shì)。

2.4.3 土壤有機(jī)質(zhì)

由圖3可看出， 0-20、20-40、40-60cm的土壤油松天然林樣地(15-20號(hào))相比人工林樣地(1-14號(hào))有機(jī)質(zhì)含量均高，并呈顯著性差異。土壤有機(jī)質(zhì)含量整體趨勢(shì)由表層向下依次遞減，其中油松天然林土壤0-20cm分別比20-40、40-60cm有機(jī)質(zhì)含量平均值高15.46g·kg-1、21.53 g·kg-1，油松人工林土壤0-20cm分別比20-40、40-60cm有機(jī)質(zhì)含量平均值高2.38 g·kg-1、4.26 g·kg-1。

2.4.4 土壤速效氮

從圖4可看出，0-20cm土壤速效氮含量坎布拉天然林(15、16、17號(hào)樣地)和互助北山天然林(18、19號(hào)樣地)含量高，均大于100.00mg·kg-1，且與其他樣地之間呈顯著性差異(P<0.05)；20-40、40-60cm土壤速效氮含量天然林顯著高于人工林。整體趨勢(shì)，速效氮含量隨采樣深度的增加而降低。

2.4.5 土壤速效磷

由圖5可知，1-20號(hào)樣地之間速效磷含量呈顯著性差異，0-20cm土壤16、17號(hào)樣地速效磷含量最高，分別為5.57mg·kg-1和5.18mg·kg-1，19號(hào)樣地速效磷含量最低為0.03mg·kg-1。20-40cm土壤速效磷含量17號(hào)樣地最高為5.60mg·kg-1，為含量最低的19號(hào)樣地的110倍。40-60cm土壤17號(hào)樣地含量最高，19號(hào)樣地含量最低。速效磷含量隨采樣深度的增加無(wú)明顯變化規(guī)律。

2.4.6 土壤速效鉀

鉀是植物生理結(jié)構(gòu)中最重要的組成元素之一[15]，鉀在品質(zhì)和抗逆方面的作用至關(guān)重要[16,17]。從圖6可看出，調(diào)查樣地土壤速效鉀含量均大于100mg·kg-1，鉀元素含量豐富，有的樣地大于160mg·kg-1，鉀元素含量極高。速效鉀含量隨采樣深度增加無(wú)明顯規(guī)律。

2.5 土壤養(yǎng)分指標(biāo)與油松感病指數(shù)、枯黃針葉率之間的相關(guān)性

從表4可看出，土壤理化指標(biāo)與油松感病指數(shù)、枯黃針葉率之間存在一定的相關(guān)性。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量與感病指數(shù)、枯黃針葉率存在極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.88、-0.56；土壤含鹽量與感病指數(shù)、枯黃針葉率存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.58、0.55；土壤PH與感病指數(shù)存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)；速效磷與感病指數(shù)存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；速效氮與感病指數(shù)存在極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與枯黃針葉率存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。綜合分析，土壤肥力越好、含鹽量越低，油松感病指數(shù)和枯黃針葉率越低，同時(shí)土壤pH對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)的分解和土壤微生物的活動(dòng)具有重要作用，影響土壤養(yǎng)分釋放，因此，pH與有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分存在顯著相關(guān)性。

表4 土壤養(yǎng)分指標(biāo)與油松感病指數(shù)、枯黃針葉率之間Pearson相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

油松針葉枯黃病害的發(fā)生與油松長(zhǎng)勢(shì)有密切關(guān)系，側(cè)枝長(zhǎng)度、針葉長(zhǎng)度和平均針葉重量較大的油松長(zhǎng)勢(shì)良好，其針葉枯黃病害感病指數(shù)和枯黃針葉率下降。油松針葉枯黃病害的發(fā)生與土壤因子有密切關(guān)系，油松適宜種植在pH較低、含鹽量較低、富含有機(jī)質(zhì)的土壤。

油松林地土壤養(yǎng)分的垂直分布遵循一定規(guī)律，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量隨土壤深度的增加而逐漸減小，具有明顯的表聚效應(yīng)，這與很多專家學(xué)者的研究結(jié)果一致[19-21]。表層土壤受凋落物、土壤動(dòng)物及微生物影響，生物殘?bào)w和有機(jī)養(yǎng)分產(chǎn)生量較多，生物固氮作用較強(qiáng)，致使表層土壤的有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量明顯高于下層[22]。

研究森林土壤理化性質(zhì)，有助于闡明地上植被與土壤的相互作用及機(jī)理、森林和土壤整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)過程，可為實(shí)現(xiàn)森林人工調(diào)控、提高土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。