杉木人工纯林与混交林下几种土壤养分对比及与生长的关系

衣晓丹，王新杰

（北京林业大学，北京100083）

杉木人工纯林与混交林下几种土壤养分对比及与生长的关系

衣晓丹，王新杰

（北京林业大学，北京100083）

对杉木纯林以及杉木分别与马尾松、毛竹、火力楠、木荷、油桐构成的混交林下的土壤养分进行了对比，并对土壤养分和杉木生长因子进行相关分析。结果表明：⑴杉木马尾松混交林可以提高土壤中氮素、磷素和有机质含量，降低土壤pH；杉木毛竹混交林可以提高土壤中的氮素和钾含量；杉木油桐混交林可以提高土壤氮素和有机质含量，降低土壤pH；杉木木荷混交林可以提高土壤pH。⑵土壤pH和有机质含量对杉木的胸径和树高影响显著，全氮含量对杉木树高影响显著，五种混交林分类型对于杉木生长因子的提高程度从高到低依次为杉×马＞杉×油＞杉×毛＞杉×火，杉木木荷混交林没有促进杉木生长的作用。

杉木；纯林；混交林；土壤养分；相关分析

杉木Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.为我国特有树种，素以分布广、生长快、繁殖易、病虫害少、材质好、产量高、栽培历史悠久而闻名，是我国重要的用材树种[1-3]。在全国，杉木人工林面积达1 239.1万hm2，占全国人工林面积26.55%，其发展能极大地缓解我国实行“天然林保护工程”后产生的森林资源短缺，木材供应不足等问题，具有重要的战略意义。然而，近几十年来，由于高度的集约经营，伴随着某些不正确的森林经营、育林和耕作措施，同时对土壤投入较少，杉木人工林的地力衰退现象十分严重，具体表现为林木产量逐代下降，土壤性质恶化[4]。对于土壤性质恶化的原因，学者们比较统一的观点是，杉木纯林连栽是导致地力衰退的主因[5-7]。

很多学者研究了通过混交林的合理栽植以改善杉木人工林的土壤肥力。研究一致认为，合理的选择混交树种可以有效改善土壤肥力状况[8-12，15]，进而促进杉木生长[13-15]。但是，大部分的研究选取的混交模式种类不多，基于此认识，本文选取了立地条件较一致的杉木纯林，杉木分别与马尾松Pinus massoniana、毛竹Phyllostachys heterocycla、火力楠Michelia macclurel、木荷Schima superba、油桐Vernicia fordii构成的混交林下的土壤进行了测定和对比分析，旨在为适地适树、树种选择、合理施肥提供参考依据。

1 研究地概况

研究地位于福建省三明市将乐国有林场。将乐 县（117°05′～ 117°40′E，26°26′～ 27°04′N）位于福建省西北部，属于中亚热带季风区，具有海洋性和大陆性气候特点。境内地势复杂，平均坡度为27°，平均海拔258 m。年平均气温19.8℃，年平均降水量2 027 mm。境内夏季时间长，冬天较温暖，无霜期273 d，生长期长。境内多山，森林资源丰富，全县山地面积19.2 万hm2，其中有林地面积18.87万hm2，森林覆盖率达84.5%，林木蓄积量1 598万m3。根据将乐县森林资源调查报告，全县土壤有6个土类15亚类44个土属，其中红壤类占总面积的81.52%，而且水湿条件比较好，适宜栽培杉木。

试验点位于将乐国有林场北京林业大学南方基地的试验示范区，所选样地伐前为天然杂木林，在1990年劈草炼山后，选择同龄苗进行带状混交造林，混交模式为：杉木×马尾松 (3∶1)、杉木×毛竹（1∶1）、杉木×火力楠（4∶1）、杉木×木荷（4∶1）、杉木×油桐（3∶1），于2010年夏在各林分下采取土样进行测定。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

充分考虑土壤类型、海拔、坡向、坡位、坡度等立地因子，选取杉木纯林（杉纯）、杉木与马尾松 (杉×马)、毛竹（杉×毛）、火力楠（杉×火）、木荷（杉×木）、油桐（杉×油）组成的混交林六种林分类型作为研究对象，进行每木检尺，样地基本情况见表1。

表1 样地基本情况Table 1 Basic conditions of sample plots

2.2 土壤取样

每种林分类型各设置3块标准地（20 m×30 m），在每块标准地中杉木平均木周围挖取土壤剖面，分别取0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm以及40～50 cm的土壤样品，进行风干过筛处理[16]。

2.3 营养元素分析方法[16]

采用凯式法测定全氮、钼锑抗比色法测有效磷、火焰光度计法测速效钾、重铬酸钾外加热法测有机质、酸度计法测pH（水浸）。

2.4 数据分析方法

运用Excel进行数据计算和图表绘制，用SPSS进行方差分析和相关性分析。

3 结果分析

3.1 不同林分类型下土壤大量元素供应情况

土壤的氮、磷、钾三要素在不同程度上常成为林木生长的限制因子[17]，因此成为林业科研人员诊断土壤养分基本状况的重要因子。在各林分类型中，土壤全氮、有效磷、速效钾含量都呈现出随着土层厚度的增加而降低的趋势（见表2、表3和表4），符合一般规律。

表2的方差分析结果表明，林分类型对于土壤全氮含量的影响是显著的，尤其是在0～5 cm和5～10 cm，杉×马、杉×毛、杉×油三种林分类型土壤中的全氮含量显著高于杉木纯林，随着土层厚度的增加，林分类型对于全氮含量的影响不再显著。土壤中全氮含量是土壤氮素潜在供应能力的较好指标[17]，因此可以推断，杉木与马尾松、毛竹、油桐混交可以在一定程度上改善杉木纯林土壤中的氮素含量，这与姚庆端的研究是一致的[8]。

表2 不同林分类型下土壤全氮含量†Table 2 Soil total nitrogen contents of different forest types g/kg

表3 不同林分类型下土壤有效磷含量Table 3 Soil available phosphorus contents of different forest types mg/kg

土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度上反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。从表3可以看出，杉×马在0～5 cm和5～10 cm的有效磷含量显著高于杉木纯林，原因是马尾松这一先锋树种能转化并利用土壤中的一些缓效态磷[9]。与杉木纯林相比，其他林分类型对有效磷含量的影响都不显著，或者显著低于杉木纯林。有效磷含量能较好地反映出近期内土壤磷元素的供应情况[17]，因此可以推断，杉木马尾松混交林在近期内土壤磷元素的供应情况比较好。

从表4可以看出：杉×毛的土壤速效钾含量在0～5 cm、20～30 cm、40～50 cm显著高于杉木纯林，分别高出25.02%、21.94%和29.49%，在其他层次也高于杉木纯林，但是并不显著。其他林分类型影响不显著，或者显著低于杉木纯林。土壤中速效钾含量能较好地反映出近期内土壤钾元素的供应情况[17]，所以可以推断，杉木毛竹混交林在近期内土壤钾元素的供应情况比较好。

表4 不同林分类型下土壤速效钾含量Table 4 Soil available potassium contents of different forest types mg/kg

3.2 不同林分类型下土壤pH和有机质含量

从图1可以看出，在各林分类型中，随着土层厚度的增加，土壤pH均呈现上升趋势，杉×木的pH在各层都显著高于杉木纯林，杉×毛和杉×火两种类型对于土壤pH有所提高但不显著，而杉×马和杉×油两种类型的pH在各层均低于杉木纯林。土壤酸碱度不仅影响土壤养分的转化、存在形态及有效性，还影响肥料的利用和土壤微生物的活性[17]。据研究，pH为6～8时，有机物中氮素的矿化最好，有效氮的供应最多，在pH为6以下时，固氮菌的活动降低；在pH为6.5以下时，随着pH的降低，磷元素有效性降低[18]。因此，提高酸性土壤的pH可以增强土壤肥力的有效性。据此可以推断，杉木木荷混交林可以在一定程度上促进土壤养分的有效性。

由表5可以看出，在不同林分类型下，土壤有机质含量均随着土层厚度的增加而降低，符合一般规律。方差分析结果表明，林分类型对有机质的影响是显著的，在0～20 cm各土层中，杉×马、杉×油两种林分类型土壤中的有机质含量显著高于杉木纯林，随着土层厚度增加，林分类型影响不再显著，而其他林分类型的影响不显著或者显著低于杉木纯林。土壤有机质是土壤养分的主要来源，因此可以推断，杉木与马尾松、油桐混交可以在一定程度上提高土壤有机质含量，进而提高土壤养分。

图1 不同林分类型下土壤pHFig.1 Soil pH of different forest types

表5 不同林分类型下土壤有机质含量Table 5 Soil organic matter contents of different forest types g/kg

3.3 不同林分类型下土壤养分含量与杉木生长因子的相关分析

土壤养分是反映土壤肥力的重要指标，是林木生长发育所必须的物质基础，一般来说，土壤养分与植物生长速度有很好的相关关系。从表6可以看出，在本研究中的六种林分类型中，杉木的平均胸径与土壤pH呈极显著负相关，与土壤有机质含量呈显著正相关；杉木的平均树高与土壤全氮含量和有机质含量呈显著正相关，与土壤pH呈显著负相关；而杉木的平均胸径和平均树高与土壤中的有效磷含量和速效钾含量的相关性不大。说明在研究范围内，土壤pH和有机质含量对杉木的胸径和树高生长影响明显，土壤全氮含量对杉木树高生长影响明显。

4 小 结

（1） 在所有林分类型中，土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量均随着土层厚度的增加而降低，土壤pH均随着土层厚度的增加而增加。

表6 表层（0～5 cm）土壤养分含量与杉木生长因子的相关分析Table 6 Correlation analysis of soil nutrition content in 0～5 cm layer and China fir growth factor

（2）在本研究的五种混交模式中，杉木马尾松混交林可以提高土壤中氮素含量、磷素含量和有机质含量，降低土壤pH；杉木毛竹混交林可以提高土壤中的氮素含量和速效钾含量；杉木油桐混交林可以提高土壤氮素含量和有机质含量，降低土壤pH;杉木木荷混交林可以提高土壤pH；而杉木火力楠混交林对于改善土壤养分的作用不大。

（3）土壤养分与杉木生长因子的相关分析表明，土壤pH和有机质含量对杉木的胸径和树高影响显著，全氮含量对杉木树高影响显著。结合各混交模式对于土壤养分的影响，可以推断，混交林分类型对于杉木生长的促进程度由高到低依次为杉×马＞杉×油＞杉×毛＞杉×火，而杉木木荷混交林并没有促进杉木的生长。杉木是喜酸树种，在本研究中，杉木生长与土壤pH呈显著负相关，而从理论上来讲，提高酸性土壤的pH可以增强土壤肥力的有效性，对于如何平衡土壤pH与杉木生长和增强土壤肥力有效性需要进一步研究。

（4） 营造杉木与其他树种的混交林是防止因多代连栽杉木纯林导致地力衰退的有效措施之一。杉木与马尾松、毛竹、油桐混交均可以在一定程度上改善土壤养分状况，应该提倡营造。火力楠和木荷是典型的防火树种，而且与杉木混交并不能改善土壤养分状况，因此应该营造纯林作为防火林带。在选择混交树种时，应该依据造林目的，兼顾造林地土地肥力，因地制宜。

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Comparison of several soil nutritions in pure Cunninghamia lanceolata plantations and mixed forests, and relationship between nutrition and growth factors

YI Xiao-dan, WANG Xin-jie
(Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

After comparing the soil nutritions in pure Cunninghamia lanceolata plantations and mixed forests of C. lanceolata and Pinus massoniana, Phyllostachys heterocycla, Michelia macclurel, Schima superba and Vernicia fordii, the correlation analysis on soil nutrition content and C. lanceolata growth factor was conducted. The results are as followings: ⑴The nitrogen, phosphorus and organic matter contents raised and the soil pH decreased in mixed forests of C. lanceolata and Pinus massoniana; the nitrogen and potassium contents increased in mixed forests of C. lanceolata and P. heterocycla; the nitrogen and organic matter contents increased and the soil pH decreased in mixed forests of C. lanceolata and V. fordii; the soil pH raised in mixed forests of C. lanceolata and S. superba. ⑵There were signif i cantly inf l uences of soil pH, organic contents on DBH, height of C. lanceolata. And there was a signif i cantly inf l uence of nitrogen content on height of C. lanceolata. The stimulative inf l uences of fi ve forest stand types on growth factors of C. lanceolata ordered from high to low as following: P. massoniana ＞ V. fordii ＞ P. heterocycla＞ M. macclurel. And the mixed forests of C. lanceolata and S. superba can’t improve the growth of C. lanceolata.

Cunninghamia lanceolata; pure forest; mixed forest; soil nutrition; correlation analysis

S791.27

A

1673-923X(2013)02-0034-05

2012-11-08

林业公益性行业科研专项经费(200904003-1)

衣晓丹(1987-)，女，山东人，硕士研究生，主要研究方向：森林资源监测与评价

王新杰(1970-)，男，河南人，副教授, 主要研究方向：森林资源调查、监测及林业3S综合应用；E-mail: xinjiew@bjfu.edu.cn

[本文编校：吴 彬]