樹種組成對福建柏人工混交林生長及土壤物理性質(zhì)的影響

陳水玉

(福建省安溪豐田國有林場，福建 泉州 362411)

1 引言

純林雖然具有較高的生產(chǎn)力且經(jīng)營管理簡單易操作，但在如今氣候多變與“雙碳”目標(biāo)背景下，長期單一樹種造林及管理帶來一系列生態(tài)問題，營造混交林及管理越來越受到人們的關(guān)注[1]。選擇相互促生的多樹種混交造林可顯著改變大面積種植針葉純林后引起的林地地力衰退現(xiàn)狀，甚至提高林地生產(chǎn)力[2]。森林經(jīng)營中，基于樹種組成的樹木空間結(jié)構(gòu)及其相互作用在控制森林生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用[3]。福建柏(Fokieniahodginsii)，屬柏科(Cupressaceae)福建柏屬，是我國Ⅱ級重點(diǎn)保護(hù)的單型屬常綠樹種，具有樹形美、生長快、適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，為南方優(yōu)良的造林樹種，在我國以福建中部最多[4]。根據(jù)已有研究結(jié)果分析，我國已經(jīng)在福建柏栽培技術(shù)方面進(jìn)行了一定的研究及探索，也有少量福建柏混交林生長與土壤物理性質(zhì)相互關(guān)系的研究[5～8]。陳克銘[9]，馮國偉[10]等對福建柏人工混交林生長效果及土壤理化性質(zhì)研究，結(jié)果得出，淺根系的福建柏與深根系樹種混交能夠從深層次改善土壤肥力，促進(jìn)福建柏生長，顯著提高林分生產(chǎn)力。本研究以福建省安溪豐田國有林場為試驗(yàn)區(qū)，以不同樹種組成的福建柏人工混交林為研究對象，通過比較和分析3種典型福建柏人工林林分生長特性、土壤物理性質(zhì)的差異，探討福建柏林地樹種配置對林分生長和土壤物理性質(zhì)的影響，以期為福建柏人工林經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)在福建省安溪豐田國有林場內(nèi)開展，試驗(yàn)區(qū)位于北緯25°16′～25°20′、東經(jīng)118°1′～118°57′，地處福建省東南沿海，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。該試驗(yàn)區(qū)為低山丘陵地貌，具有顯著的季風(fēng)氣候，氣候條件溫和，年降雨量充沛，年均降水量1800 mm，全年平均氣溫19.5 ℃，最高37 ℃ ，最低0 ℃，全年無霜日330 d，冰霜日較少。土壤為黃紅壤，土層較厚，可達(dá)60 cm。該試驗(yàn)區(qū)林下植被主要有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、箬竹(Indocalamustessellatus)、深綠卷柏(Selaginelladoederleinii)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、烏毛蕨(Blechnumorientale)等。

2.2 樣地設(shè)置和調(diào)查

2021年7月，在全面踏查的基礎(chǔ)上，在試驗(yàn)區(qū)選擇林齡相同，坡度、坡向等立地條件基本一致的不同樹種配置的3種9年生福建柏人工林類型作為研究對象，包括福建柏-刨花潤楠混交林(Ⅰ)和福建柏-桉樹混交林(Ⅱ)、福建柏純林(Ⅲ)，福建柏與刨花潤楠、桉樹的混交比例均為6∶4，混交方式均為株間混交。在每種林分類型中設(shè)置3個(gè)20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地，共9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，樣地之間的間隔超過30 m。記錄樣地坡度、坡向和海拔等基本信息，見表1。對每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地的所有林木進(jìn)行每木檢尺，記錄胸徑、樹高、冠幅、郁閉度及株數(shù)，計(jì)算林分總密度。

表1 樣地基本情況

2.3 土壤樣品采集與處理

在設(shè)置的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中按照對角線等距布設(shè)3個(gè)土壤采樣點(diǎn)，在每個(gè)采樣點(diǎn)去除土壤表面雜草、枯枝落葉和石礫后挖取深度至少60 cm的土壤剖面，記錄土壤質(zhì)地情況，見表1。按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀分層采集原狀土，取樣位置為每層土壤的中間部位，每個(gè)采樣點(diǎn)每個(gè)土壤層采集2個(gè)環(huán)刀土，9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地共162個(gè)環(huán)刀土，用烘箱烘干和浸泡等方法處理測定土壤密度、含水量等主要物理性質(zhì)[11]。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地每層土壤物理性質(zhì)取3個(gè)采樣點(diǎn)的平均值作為統(tǒng)計(jì)值，利用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)對人工林生長指標(biāo)及土壤物理性質(zhì)指標(biāo)差異性進(jìn)行分析，同時(shí)采用LSD最小顯著差法進(jìn)行多重比較，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同福建柏人工混交林生長特性差異

由表2可知，3種人工林中福建柏胸徑、樹高、冠幅及林分郁閉度均表現(xiàn)為Ⅰ最大，分別為13.4 cm、8.87 m、2.63 m和0.82，Ⅲ最小，分別為10.8 cm、7.27 m、2.10 m和0.62；其中，Ⅰ和Ⅱ福建柏胸徑、冠幅均無顯著差異，但均與Ⅲ間差異顯著；Ⅱ和Ⅲ樹高不存在顯著差異，均與Ⅰ差異顯著；Ⅱ林分總密度最大，為1194株/hm2，Ⅲ最小，為990株/hm2。方差分析結(jié)果(表3)表明，3種人工林福建柏胸徑、樹高、總密度和郁閉度差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，冠幅差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表2 福建柏人工林生長特性

表3 不同福建柏人工混交林生長指標(biāo)的方差分析

3.2 不同福建柏人工混交林土壤物理性質(zhì)差異

森林土壤空隙性、貯蓄水特征等物理性質(zhì)是土壤質(zhì)量的重要決定因子，能夠有效影響土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的貯存和供應(yīng)能力[12]。由表4可知，在0～60 cm各層土壤中，3種福建柏人工林的土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度均表現(xiàn)為林分類型Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，土壤密度則為林分類型Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，其中，0～20 cm、40～60 cm土層的最大持水量和孔隙度及0～20 cm土壤密度在3種人工林間存在顯著差異，0～20 cm土層的田間持水量、20～40 cm土層的最大持水量、田間持水量和孔隙度在林分類型Ⅰ和Ⅱ間差異不顯著，但Ⅰ、Ⅱ均顯著高于Ⅲ，40～60 cm土層的土壤密度在林分類型Ⅰ和Ⅱ間不存在顯著差異，但Ⅰ、Ⅱ均顯著小于Ⅲ，20～40 cm土層土壤密度、40～60 cm土層土壤田間持水量在Ⅰ與Ⅲ間差異顯著；3種人工林0～40 cm土層土壤體積含水量表現(xiàn)為Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，40～60 cm土層土壤體積含水量為Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，其中，3種人工林間0～20 cm土壤體積含水量差異顯著，20～40 cm土壤體積含水量在林分類型Ⅰ、Ⅱ間無顯著差異，但均顯著高于Ⅲ，40～60 cm土壤體積含水量在林分類型Ⅱ、Ⅲ間差異不顯著，但均顯著低于Ⅰ。方差分析結(jié)果(表5)表明，3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和土壤孔隙度差異達(dá)到顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)。

隨著土層的加深，3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度均不斷降低，土壤密度不斷增大，其中，林分類型Ⅱ、Ⅲ的0～20 cm土層最大持水量、孔隙度均與20～40 cm、40～60 cm差異顯著，林分類型Ⅱ的0～20 cm土層田間持水量顯著高于其它兩個(gè)土層，林分類型Ⅰ 、Ⅱ的0～20 cm土層土壤密度顯著小于20～60土層。林分類型Ⅰ的土壤體積含水量隨土壤深度增加而升高，林分類型Ⅱ不斷降低，林分類型Ⅲ在20～40 cm土層最小，40～60 cm土層最大，林分類型Ⅰ、Ⅲ土壤體積含水量在各層土壤間差異不顯著，林分類型Ⅱ的0～20 cm土層土壤體積含水量顯著高于20～60 cm土層。方差分析結(jié)果(表6)表明，3種人工林不同土層土壤密度差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

表4 福建柏人工林土壤物理性質(zhì)

表5 不同福建柏人工混交林土壤物理性質(zhì)的方差分析

3.3 福建柏人工混交林生長指標(biāo)與土壤物理性質(zhì)相關(guān)關(guān)系

福建柏人工林土壤物理性質(zhì)與林分生長指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)見表7。福建柏冠幅、林分郁閉度均與土壤最大持水量、田間持水量、孔隙度存在顯著正相關(guān)性，土壤密度與福建柏冠幅、林分總密度、郁閉度表現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性。福建柏胸徑、樹高與最大持水量、田間持水量關(guān)系密切，呈顯著正相關(guān)。體積含水量與福建柏生長指標(biāo)、林分生長特性間無顯著相關(guān)性，其它土壤物理性質(zhì)指標(biāo)與福建柏生長指標(biāo)、林分生長特性間也無顯著相關(guān)性。

表6 福建柏人工混交林不同深度土壤物理性質(zhì)的方差分析

表7 福建柏人工林生長特性與土壤物理性質(zhì)相關(guān)分析

4 結(jié)論與討論

基于不同樹種組成的合理林分結(jié)構(gòu)是維持林地生產(chǎn)力和提高森林生態(tài)系統(tǒng)功能的重要條件，相比于純林，針闊混交林在改善林內(nèi)環(huán)境、提高土壤理化性質(zhì)和增加植物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用[13～16]。本研究中，選擇了福建柏純林、福建柏與刨花潤楠、桉樹的混交林進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)混交林中福建柏胸徑、樹高等生長狀況明顯優(yōu)于福建柏純林，而且以福建柏-刨花潤楠混交林生長最好。林分總密度與福建柏生長在不同林分類型間變化存在差異，福建柏-桉樹混交林總密度最大，福建柏-刨花潤楠混交林郁閉度最大，而福建柏純林總密度與郁閉度均最小，這可能是由于福建柏純林垂直結(jié)構(gòu)單一，林木都處于同一水平層次，種內(nèi)競爭較大，部分個(gè)體被淘汰，密度大幅度減小，隨之形成林窗，導(dǎo)致林分郁閉進(jìn)程比混交林慢[17]。

森林土壤主要理化性質(zhì)對我國森林生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育演化過程、空間格局形成和綜合生態(tài)功能評價(jià)具有重要影響[18]。近些年來，關(guān)于森林土壤物理性質(zhì)研究在不斷深入且取得了一定的成果，研究范圍廣，分析內(nèi)容深[19]，對于森林經(jīng)營管理具有重要的指導(dǎo)意義。對3種福建柏人工林土壤物理性質(zhì)進(jìn)行對比分析可知，0～60 cm各土層的最大持水量、田間持水量和土壤孔隙度均有福建柏-刨花潤楠混交林最大，福建柏純林最小，而土壤密度則呈現(xiàn)相反的變化趨勢，福建柏純林最大，福建柏-刨花潤楠混交林最小，這與陳乾等[20]的研究結(jié)果基本一致，福建柏純林的土壤密度高于混交林，而土壤密度與容重存在密切的關(guān)聯(lián)性；各土層土壤體積含水量在不同林分類型間變化較大，0～40 cm土層體積含水量在福建柏-桉樹混交林中最大，福建柏純林中最小，40～60 cm土層則在福建柏-刨花潤楠混交林中最大，福建柏-桉樹混交林最小。3種人工林土壤最大持水量、田間持水量和孔隙度隨著土壤深度增加不斷降低，土壤密度則呈增大的趨勢，而土壤體積含水量在不同土層間的變化趨勢存在較大的差異。

本研究通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，福建柏冠幅、林分郁閉度是土壤物理性質(zhì)的主導(dǎo)因子，福建柏冠幅、林分郁閉度與土壤最大持水量、田間持水量、孔隙度存在顯著正相關(guān)性，福建柏冠幅、林分郁閉度與土壤密度呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究僅討論了部分林分特征、土壤物理性質(zhì)及其相關(guān)性，除樹種組成影響福建柏人工林土壤物理性質(zhì)外，可能還有其他環(huán)境因子影響福建柏人工林土壤物理性質(zhì)，如氣候、光照和降雨等因素[21，22]，后續(xù)可綜合考慮這些因素，進(jìn)一步研究福建柏人工林土壤理化性質(zhì)與環(huán)境因子間的關(guān)系。