杉木樟樹混交比例對林分生長及土壤養(yǎng)分含量的影響

李光強

(瀏陽市瀏陽湖國有林場，湖南 瀏陽 410300)

杉木(Cunninghamialanceolata)為我國南方的主要用材樹種，具生長快、病蟲害少及木材材質(zhì)好、用途廣等優(yōu)點。據(jù)第9次全國森林資源清查結(jié)果，我國杉木栽培面積為990萬hm2，蓄積量達7.55億m3，在全國人工喬木林中面積排名第一。在我國南方，長期大面積地營建杉木純林，影響了其生物多樣性，導(dǎo)致林分抗逆性、林地生產(chǎn)力及地力等下降[1-2]。已有研究表明，營建混交林能夠提高林地土壤肥力和林分生物多樣性，增強林分的穩(wěn)定性[3-8]。如福建柏(Fokieniahodginsii)[9]、閩楠(Phoebebournei)[10]、米櫧(Castanopsiscarlesii)[11]、楓香(Liquidambarformosana)[12]、無患子(Sapindussaponaria)[13]等與杉木混交能夠提高林地生產(chǎn)力和改善林地質(zhì)量。樟樹(Cinnamomumcamphora)屬常綠大喬木樹種，其木材及根、枝、葉均可提取樟腦和樟油，是湖南省珍貴鄉(xiāng)土樹種。目前，關(guān)于杉木與樟樹混交的研究已有一些報道[14-16]，但是關(guān)于杉木樟樹不同混交比例的研究尚未見報道。本研究旨在探討杉木樟樹不同混交比例林分的生長和林地土壤養(yǎng)分含量的變化規(guī)律，以期為杉木樟樹混交林的營建和經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 試驗區(qū)概況

試驗地位于湖南省瀏陽市永和鎮(zhèn)永福村夏家沖，其中心點地理坐標為113°48′55 ″E，28°15′36″N。試驗區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均日照1597.2 h，年均氣溫17.5℃，年均降水量1750mm。試驗地土壤為第四紀紅壤，土層厚度在80cm以上，坡向東南。造林后試驗林一直未進行間伐，林分保存完好，林下植被主要有鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、檵木(Loropetalumchinense)等。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計

采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，于2013年春造林。共設(shè)計4種杉木樟樹混交比例，分別是6∶4(模式A)、3∶7(模式B)、10∶0(模式C)、0∶10(模式D)。其中模式A林分的初植密度為1995株·hm-2，模式B林分的初植密度為1995株·hm-2，模式C林分(杉木純林)的初植密度為2505株·hm-2，模式D林分(樟樹純林)的初植密度為1995株·hm-2。

2.2 樣地設(shè)置及林分生長調(diào)查

2022年12月，在4種混交模式林分中均選擇東南坡和海拔220～240m的區(qū)域，在每種林分內(nèi)均設(shè)置3塊15m×15m的樣地，分別設(shè)置在上坡、中坡和下坡，并對樣地內(nèi)所有林木進行測量，樹高用測高桿測量，胸徑用圍尺測量。

2.3 林分土壤養(yǎng)分含量測定

在每塊樣地左下角至右上角對角線的上坡、中坡和下坡各挖1個60cm深的土壤剖面，分別采集0～20cm、20～40cm、40～60cm等3個土層的土壤樣品，采集后將同一混交模式林分內(nèi)相同土層的土壤樣品充分混合，共獲得12個混合土壤樣品。將采集的混合土壤樣品帶回實驗室測定。測定指標有土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量。全氮用半微量凱氏法測定；水解性氮用堿解擴散法測定；全磷和全鉀采用硝化法測定；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計法測定；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定[17]。

2.4 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel 2017軟件進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 17.0軟件進行方差分析和多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木樟樹不同混交模式林分生長量比較

由表1可知：按杉木的樹高、胸徑從大到小排序，10年生不同混交模式林分均依次為模式C林分、模式B林分、模式A林分，說明在混交一定比例樟樹的杉木樟樹混交林中的杉木，其生長速度相對杉木純林中的有所降低；樟樹的樹高、胸徑排序也表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，說明在混交一定比例杉木的樟樹杉木混交林中的樟樹，其生長速度相對樟樹純林中的也有所降低；從單個樹種來看，其在純林中的生長速度都高于其在混交林中的，這可能與2樹種對林隙空間的利用相矛盾有關(guān)。2種混交林相比，隨著樟樹比例的增加，杉木和樟樹的樹高、胸徑均有所增加，這可能與樟樹的落葉量有關(guān)。杉木的落葉不容易腐爛，樟樹的落葉則較容易腐爛，能轉(zhuǎn)化為有機質(zhì)為林木生長提供養(yǎng)分，因此，樟樹的比例越大，其林地土壤養(yǎng)分更豐富，更利于林木生長。杉木的樹高和胸徑在模式C林分與模式B林分之間沒有顯著差異，在模式C林分、模式B林分與模式A林分之間的差異均顯著；樟樹的樹高和胸徑在模式D林分與模式B林分之間沒有顯著差異，在模式D林分、模式B林分與模式A林分之間的差異均顯著；杉木、樟樹的樹高和胸徑在模式A林分與模式B林分之間的差異均顯著。

表1 不同混交模式林分中杉木、樟樹的生長量Tab.1The growth of Cunninghamia lanceolata and Cin-namomum camphora in different mixed stands模式杉木樹高/m杉木胸徑/cm樟樹樹高/m樟樹胸徑/cmA5.99±0.07 b 7.99±0.03 b7.17±0.03 b 9.05±0.04 bB7.04±0.03 a 9.63±0.09 a8.59±0.04 a10.63±0.02 aC7.47±0.09 a10.73±0.05 a//D//9.07±0.03 a11.08±0.03 a 注: 同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

3.2 杉木樟樹不同混交模式林分土壤養(yǎng)分含量差異

3.2.1 0～20cm土層土壤養(yǎng)分含量差異

由表2可知：不同模式林分0～20cm土層土壤的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現(xiàn)為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質(zhì)含量分別是模式C林分的1.52、1.50、1.28倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.30、1.22、1.14倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.28、1.20、1.14倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.21、1.17、1.07倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.62、1.42、1.29倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.34、1.22、1.17倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.18、1.13、1.06倍。除全磷含量外，模式D、模式B、模式A林分的土壤養(yǎng)分含量各指標均顯著高于模式C林分的，即有樟樹的林分，其0～20cm土層的土壤養(yǎng)分含量各指標絕大部分較杉木純林的均有顯著提高。

表2 不同混交模式林分0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量Tab.2 The soil chemical properties of forest land in 0～20 cm soil layer of different model stands模式有機質(zhì)含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A41.34±0.23 b1.58±0.02 c189.85±1.38 c0.31±0.00 b15.57±0.42 c18.58±0.37 b146.47±0.68 cB48.70±0.66 a1.69±0.01 b200.38±1.22 b0.34±0.00 a17.09±0.26 b19.40±0.30 b155.63±0.52 bC32.42±0.42 c1.38±0.00 d167.14±0.89 d0.29±0.00 c12.06±0.26 d15.86±0.22 c137.60±0.49 dD49.22±0.27 a1.79±0.02 a213.28±0.39 a0.35±0.00 a19.57±0.49 a21.27±0.19 a162.59±1.09 a

3.2.2 20～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量差異

由表3可知：不同模式林分20～40cm土層土壤的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現(xiàn)為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質(zhì)含量分別是模式C林分的1.30、1.31、1.13倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.31、1.18、1.13倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.27、1.21、1.12倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.59、1.29、1.24倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.43、1.27、1.20倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.39、1.34、1.17倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.20、1.18、1.15倍。土壤全鉀含量在模式B、模式D林分間無顯著差異，土壤有機質(zhì)含量在模式A、模式B、模式C林分間均無顯著差異，全磷、速效磷和速效鉀含量在模式A、模式B林分間均沒有顯著差異，其他兩兩間均有顯著差異。

表3 不同混交模式林分20～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量Tab.3 The soil chemical properties of forest land in 20～40 cm soil layer of different model stands模式有機質(zhì)含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A26.76±0.24 b1.05±0.02 c186.17±1.87 c0.21±0.00 b 9.81±0.12 b13.14±0.11 b130.08±3.45 bB30.94±0.40 a1.10±0.01 b201.34±0.49 b0.22±0.01 b10.34±0.30 b15.13±0.23 a134.08±0.77 bC23.60±0.71 b0.93±0.01 d166.35±1.29 d0.17±0.00 c 8.17±0.04 c11.26±0.17 c113.23±0.79 cD30.72±0.23 a1.22±0.00 a210.98±0.79 a0.27±0.01 a11.72±0.19 a15.63±0.09 a135.57±0.49 a

3.2.3 40～60 cm土層土壤養(yǎng)分含量差異

由表4可知：不同模式林分40～60cm土層土壤的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現(xiàn)為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質(zhì)含量分別是模式C林分的1.33、1.17、1.07倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.22、1.18、1.15倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.19、1.13、1.08倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.54、1.38、1.23倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.35、1.29、1.16倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.50、1.32、1.25倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.23、1.16、1.11倍。土壤有機質(zhì)含量在模式A、模式C林分間無顯著差異，土壤全氮含量在模式A、模式B林分間沒有顯著差異；其他兩兩間均有顯著差異。

表4 不同混交模式林分40～60 cm土層土壤養(yǎng)分含量Tab.4 The soil chemical properties of forest land in 40～60 cm soil layer of different model stands模式有機質(zhì)含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A18.19±0.31 c0.94±0.01 b166.56±1.19 c0.16±0.00 c7.37±0.06 c11.39±0.10 c107.36±0.96 cB19.89±0.14 b0.97±0.01 b175.15±0.71 b0.18±0.00 b8.18±0.03 b12.01±0.08 b112.12±0.86 bC16.94±0.48 c0.82±0.01 c154.92±0.87 d0.13±0.00 d6.34±0.06 d 9.10±0.24 d 96.98±0.95 dD22.54±0.67 a1.00±0.01 a184.47±0.66 a0.20±0.00 a8.59±0.04 a13.67±0.07 a119.66±0.52 a

3.2.4 不同土層土壤養(yǎng)分含量差異

綜合分析表2、表3和表4數(shù)據(jù)可知：同一模式下，不同土層土壤的養(yǎng)分含量有差異。除模式B林分中堿解氮含量外，4種不同混交比例模式林分的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現(xiàn)為0～20cm土層的>20～40cm土層的>40～60cm土層的，且隨著土層的加深，養(yǎng)分含量下降速度加快。

4 結(jié)論與討論

(1)幼齡林階段(10年生時)的杉木樟樹混交林中的杉木，其樹高、胸徑相對于杉木純林中的小。鄒圭碧[18]、劉振華等[19]的研究表明，杉木與闊葉樹混交，不僅杉木的生長量得到了提高，同時闊葉樹的生長量也得到了提高，與本研究的結(jié)論不同。這可能是因為該試驗林處于幼齡期，樟樹落葉的養(yǎng)分回歸量較少，并且樟樹的樹冠較寬，對杉木的生長有一定的影響。

(2)隨著樟樹比例的增加，混交林中杉木、樟樹的樹高和胸徑均逐漸增大。這可能與樟樹枯落物數(shù)量及分解難易程度有關(guān)，杉木的枯落物較樟樹的難分解，養(yǎng)分回歸速度較慢。

(3)不同混交比例的林分，其各土層的土壤養(yǎng)分含量各指標均呈現(xiàn)模式D林分(樟樹純林，杉木樟樹混交比例為0∶10)的>模式B林分(杉木樟樹混交比例為3∶7)的>模式A林分(杉木樟樹混交比例為6∶4)的>模式C林分(杉木純林，杉木樟樹混交比例為10∶0)的；相同的土層，土壤養(yǎng)分含量各指標絕大部分在不同混交模式林分間的差異均顯著。這是因為杉木屬淺根性樹種，樟樹屬深根性樹種，兩者在生態(tài)位上互補，兩樹種混交能夠改善土壤物理性質(zhì)和林地地力[15，20]。

(4)不同混交比例林分的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均隨著土層深度的增加而逐漸減少，其中0～20cm土層土壤養(yǎng)分含量最高，其次為20～40cm土層的，最低為40～60cm土層的。