黄河故道刺槐与杨树混交林土壤特性的调查分析

王华田等

摘 要：调查测定了河南民权黄河故道刺槐（Robinia pseudoacacia L ）与杨树（Populus spp）混交林与刺槐纯林的生长情况及土壤化学性质，通过SAS软件，用方差分析和多重比较的方法以对比分析刺槐与杨树混交对林木生长和土壤化学性质的影响。研究表明：杨树与刺槐混交林明显促进刺槐的生长，提高林分的生产力；混交林中刺槐的平均树高与胸径要高于刺槐纯林；刺槐、杨树混交林林地土壤的理化性质得到明显改善，混交林地土壤养分、土壤微生物含量以及土壤酶活性较刺槐纯林都有显著提高。

关键词：混交林；生长情况；土壤特性；刺槐；杨树

中图分类号 S725.2 文献标识码 B 文章编号 1007-7731（2013）06-104-04

杨树（Populus spp）、刺槐（Robinia pseudoacacia L）是河南民权黄河故道地区主要的栽植树种，在林业发展中一直占有重要地位，然而由于长期采取单一树种的经营模式，再加上本地土壤质地疏散，有机质含量低，土壤蓄水保肥能力差，致使立地衰退与森林生产力下降，严重制约林业的可持续发展。大量研究结果表明，营造混交林可以很好地解决这一问题，目前国内外针对混交林做了大量的研究，Binkley对针叶树、桤木混交林生长的研究表明：55a生混交林中仅针叶树地上部分净初级生长量（ANPP）及树干生物量就已超过纯林73%和22%[1]；DeBell则指出，与南洋楹（Albiizia falcata）混交的柳叶桉（Eucalyptus saligna）叶中氮素含量高于纯林30%[2]，北京西山与刺槐混交的侧柏（Platycladus orientalis）叶含N量也比纯林提高46.3%[3]；翟明普也发现，与刺槐混交的侧柏叶中含磷量比纯林减少了171%等[4]。以上研究结果一致表明，通过种植混交林可以加速林木生长，增加木材产量，减少病虫害发生，提高林分稳定性[5-7]，同时具有充分利用地力、培肥林地土壤、改善生态环境的良好作用[8-9]。笔者通过调查研究河南民权黄河故道地区杨树刺槐混交林地土壤的化学性质，为合理利用土壤、防止地力衰退和提高林地生产力，同时为在河南民权黄河故道地区培育优良的林木提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 研究区域自然概况 商丘市民权林场位于豫东平原黄河故道腹地民权县境内，地理坐标E115°00′～115°24′、N 34°48′～34°51′，经营面积4 000hm2。气候属华北暖温带大陆性季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季风清气爽，冬季寒冷干燥，年平均气温14.1℃，极端最低气温-17.2℃，极端最高气温43.6℃，平均无霜期213d，年降水量679mm。土壤为黄河冲积形成的粉砂土，质地松散，干旱瘠薄，有机质含量很低（0.32%～0.40%），蓄水保肥能力差，pH值呈弱碱性，地下水位1.5～2.0m。

1.2 研究材料 在河南省商丘市民权林场选择立地条件一致的刺槐纯林、刺槐×杨树混交林5种林分类型，分别为6a生刺槐×杨树混交林、10a生刺槐×杨树混交林、20a生刺槐×杨树混交林、20a生刺槐纯林和40a生刺槐纯林。刺槐为实生苗植苗造林，杨树为欧美杨无性系I-107。

1.3 标准地调查与土样采集方法 在上述5种林分中选择有代表性的地段，设置30m×20m标准地，对标准地进行每木检尺，实测树高、胸径。在标准地沿“S”形均匀设置5个取样点，在取样点就近树木的树冠外取0～20cm土层200g，混合放入消毒密封塑料袋内，装入冰盒带回实验室分两部分存放，一部分通过磨碎、过筛、风干，用于土壤养分和酶的测定；另一部分放入4℃的冰箱内保存，用于土壤微生物的测定。

1.4 土壤特性分析方法

1.4.1 土壤养分的测定 速效N采用碱解扩散法，速效P采用钼蓝比色法，速效K采用火焰光度法[10]。

1.4.2 土壤微生物的测定 真菌用孟加拉红培养基；放线菌用高氏一号培养基；细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基[11]。

1.4.3 土壤酶活性的测定 蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；脲酶采用Teicher法测定；磷酸酶采用Hoffmann法[12]。

2 结果与分析

2.1 林分生长情况 从表1中看出，混交林中刺槐树高和胸径生长量明显高于纯林。20a刺槐、杨树混交林中刺槐的生长情况要明显优于20a刺槐纯林，刺槐、杨树混交林中刺槐的平均树高和胸径较纯林分别增加了16%和32%；6a混交林中刺槐胸径与20a刺槐纯林相近，而10a混交林中刺槐胸径已经超过20a刺槐纯林。这是由于杨树与刺槐混交互利共生，凋落物量大，分解速率快，经微生物分解后营养元素及时回归土壤，提高土壤肥力，确保林分有充足的养分，因而提高林分生长量[13]。

2.2 土壤养分状况 土壤养分元素是林木赖以生长的物质基础，直接影响林木的生长[14]。从表2中可以看出，不同林龄、不同组成的林分，土壤中N、P、K含量差异显著。林龄10a以上的林分，土壤养分N、P、K含量随树龄增大而增加，说明无论是刺槐纯林还是刺槐×杨树混交林对培肥林地土壤、增加土壤养分含量均有明显作用，而刺槐×杨树混交林对土壤养分的改善状况显著高于刺槐纯林。20a刺槐×杨树混交林较10a刺槐×杨树混交林，土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量分别提高了26%、59%、27%；20a刺槐×杨树混交林较20a刺槐纯林，土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量分别提高了4%、15%、6%。刺槐作为固氮树种，能有效促进土壤中氮的累积；而混交林由于林分地上和地下结构更加优化，枯落物增加，土壤有机质含量和有益微生物群落增加，土壤养分含量提高[13]。6a刺槐×杨树混交林中土壤N、P、K含量高于10a刺槐×杨树混交林，是因为林分在一定年龄阶段处于养分利用期，土壤养分有一个持续下降阶段。从表2中看出，刺槐×杨树混交林中土壤N、P、K从下降到升高的转换时间为10a前后，此阶段为速生阶段，对营养元素的需求量大而且在体内积累较多，归还较少，林地土壤养分逐渐下降，此后随林龄的增加，养分循环速率增大，且趋于稳定，养分归还也逐渐增加，林地土壤养分则开始增加[14]。

2.3 土壤微生物 土壤微生物通过分解动植物残体而参与森林生态系统的能量流动和物质循环，影响树木的生长发育，是土壤肥力的重要指标之一[15-16]。表3给出了不同类型杨树、刺槐混交林和刺槐纯林的土壤微生物数量，从中可以看出，林龄和树种组成对林分土壤微生物群落组成和数量有显著影响。随着林分年龄的增加，土壤微生物也随着增加，这可能与树龄的增加、凋落物大量分解、微生物活动增强有关，同时随着林龄继续增加，林地郁闭度增大，林地光照水分条件差，土壤微生物活动减弱，凋落物分解难以归还，土壤微生物数量开始减少。不过混交林的土壤微生物数量要比纯林的高，土壤微生物含量间有显著差异，其中20a杨树×刺槐混交林细菌、真菌、放线菌数量较20a刺槐纯林分别提高了61%、45%、22%。不少研究表明，土壤微生物与土壤养分间彼此有促进关系[17]，由于刺槐、杨树混交后加速枯落物的分解，土壤养分含量提高，因此混交林中土壤微生物的含量也跟着提高。

2.4 土壤酶分析 土壤酶是土壤中具有生物活性的蛋白质，它与土壤微生物一起推动着土壤的生物化学过程，同时在营养物质的转化过程中起着重要的作用，并对土壤肥力的演化具有重要影响，酶活性高低是土壤肥力的重要指标之一[18]。表4给出了不同样地土壤酶活性状况，从表中可以看出，林龄和树种组成对林分土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性有显著影响。随着林分年龄的增大，土壤酶活性也随着增强，这可能与树龄增加、凋落物大量分解、土壤微生物数量增加有关，而后随着林龄继续增加，凋落物分解减少，土壤有机质降低，土壤微生物活动降低，各种酶活性也开始下降。其中混交林土壤酶活性要比纯林的高，20a刺槐×杨树交林和20a刺槐纯林的土壤酶活性间有显著差异，蔗糖酶、尿酶和磷酸酶分别增加了18%、47%、32%。许多文献也指出土壤微生物数量与土壤酶活性之间存在一定联系，彼此有促进关系[19-20]，其中有相当一部分酶本身就来源于土壤微生物。因此，混交后微生物数量的增加可能是酶活性提高的一个主要原因。

3 讨论

河南民权黄河故道地区适宜营造混交林。刺槐、杨树是河南民权黄河故道地区主要的栽植树种，由于刺槐、杨树纯林树种单一，生物多样性差，病虫害比较严重，再加上黄河故道地区的土壤为粉砂土，有机质含量低，从而造成了林地生产力的降低。因此，如何提高林分生产力，成为了急需解决的问题。研究发现，杨树混交林中刺槐的生长情况要明显优于刺槐纯林，这与张鼎华等[21]研究结果一致，20a刺槐、杨树混交林中刺槐的平均树高和胸径较20a刺槐纯林分别增加16%和32%，这说明通过营造混交林能促进林木生长，提高林地生产力。这是由于杨树刺槐混交后，互利共生，凋落物量大，分解速率快，经微生物分解后营养元素及时回归土壤，提高了土壤肥力，确保林分有充足的养分，因而提高林分生长量，达到了丰产目的。

国内外诸多学者研究已经证明，营造混交林能很好地改良土壤，从而提高土壤肥力[1-2，15]。从本次试验可以看出，杨树、刺槐混交林地的土壤养分含量、土壤微生物和土壤酶活性较刺槐纯林都有显著提高，这与沈国舫等[15]研究结果一致，因此，通过营造刺槐、杨树混交林有利于本地区土壤的改良。研究发现，刺槐×杨树混交林中土壤N、P、K从下降到升高的转换时间为10a前后，此前的6a刺槐×杨树混交林和此后的20a刺槐×杨树混交林中土壤N、P、K含量均高于10a刺槐×杨树混交林。这是因为林分在10a生以前处于速生期，养分消耗大，归还少，土壤养分持续下降；10a生以后，林分生长缓和，养分需求减少，枯落物增加，养分归还逐渐曾加，林地土壤养分则开始增加[14]。

河南民权黄河故道地区属粉砂土，有机质含量低，在植物多样性低下的沙地土壤造林，建议应尽可能多地选择适应当地生态条件的树种，进行多树种混交造林，提高林地的植物多样性，以期尽快地改善沙地的土壤条件，提高沙地土壤的肥力，从而改善沙地地区的林地生产力，增加经济效益，为林业可持续发展做出贡献。

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