不同林龄日本落叶松人工林土壤化学性质的变化*

李双龙，杜超群，韩梅，吴代坤，张新叶，朱于勤

(1．恩施州林业科学研究所，湖北　恩施445000;2．湖北省林业科学研究院，湖北　武汉430075；3.建始县国有长岭岗林场，湖北　建始445300)



不同林龄日本落叶松人工林土壤化学性质的变化*

李双龙1，杜超群2，韩梅1，吴代坤1，张新叶2，朱于勤3

(1．恩施州林业科学研究所，湖北恩施445000;2．湖北省林业科学研究院，湖北武汉430075；3.建始县国有长岭岗林场，湖北建始445300)

为研究日本落叶松人工林土壤化学性质的变化规律，对湖北建始长岭岗林场不同林龄的日本落叶松人工林土壤的pH值、有机质、碱解N、有效P、速效K等指标进行了综合分析。结果表明，随土层深度的增加，同一林龄土壤pH值逐渐升高，土壤养分逐渐降低；随林龄的增加，同一土层土壤pH值先降低后升高，土壤养分变化有一定的波动性。相关性分析表明，除土壤有效P与其他化学指标相关关系不显著外，其他指标间相关关系显著。本研究结果表明日本落叶松的引入显著降低了当地土壤的pH值，其土壤有机质、碱解N含量很丰富，有效P、速效K含量相对缺乏。

日本落叶松；人工林；土壤化学性质；林龄；土层厚度

森林土壤是森林生态系统的物质基础，更是林木生长的物质基础，土壤质量的高低直接影响着林木的生长状况以及森林质量的优劣[1]。森林土壤质量评价常用的化学指标包含土壤pH值，有机质和N、P、K有效含量等，这些因子能很好地反映土壤肥沃程度，稳定性较高且易于调查和测定[2]。日本落叶松(LarixkaempferiCarr.)自20世纪初引入以来已成为南方林区高山地区用材林的主要树种，其林下土壤质量直接影响林分质量。为研究土壤质量与林龄的关系，选择不同林龄的日本落叶松人工林为研究对象，通过对林下土壤的pH值、有机质、碱解N、有效P、速效K等化学性质的综合分析，得出日本落叶松人工林土壤化学性质的变化规律，旨在为日本落叶松人工林可持续经营管理等提供理论依据。

1　研究地概况

研究地位于湖北省建始县长岭岗林场，地理坐标为30°48′N，110°03′E。海拔1 500～1 950m，相对高差450m，坡度20°～25°，是中国南方最大的日本落叶松基地。属北亚热带气候，年平均气温11.7℃,极端最高气温29℃,极端最低气温-17.2℃,无霜期203d，年降水量1 884.3mm,相对湿度85%。土壤为山地棕壤,土层深厚,有机质含量较高。森林植被丰富,主要树种有日本落叶松、华山松(PinusarmandiiFranch.)、檫木(SassafrastzumuHemsl)、漆(ToxicodendronvernicifluumF.A.Barkl.)、鹅掌楸(Liriodendronchinense)、锥栗(CastaneahenryiRehd.et Wils.)等。

2　研究方法

2.1土壤样品采集

2014年7月，选择有代表性、立地条件相似、林相整齐、生长良好的不同林龄日本落叶松人工林林分，设置面积为400m2(20m×20m)的样地19个，其中5年生林分的样地3个、10年生林分的样地4个、15年生林分的样地4个、20年生林分的样地5个、25年生林分的样地3个。各样地基本情况见表1。

在每个样地的四个角和中心位置设置5个采样点，从上到下，按0～10cm，10～20cm，20～40cm，分层取等量样品，均匀混成一个样，每个样地3份样品，共计57份样品。去除杂质，自然风干后进行土壤化学性质分析。

表1　日本落叶松人工林样地基本情况

注：蕨(Pteridiumaquilinumvar.latiusculum)、水马桑(coriariasinica)、盐肤木(RhuschinensisMill.)、樱桃(Cerasuspseudocerasus)、白苞蒿(Artemisialactiflora)、绣线菊(SpiraeasalicifoliaL.)、箬竹〔Indocalamustessellatus(Munro) Keng f.〕、饿蚂蝗(DesmodiummultiflorumDC.)、楤木(Araliachinensis)、树莓(RubuscorchorifoliusL.f.)、鱼腥草(HouttuyniacordataThunb.)、单茎悬钩子〔RubussimplexFocke〕、刺黑珠(BerberissargentianaSchneid)、鼠李(RhamnusdavuricaPall)、酸模叶蓼(Polygonumlapathifolium)、蔷薇(Rosamultiflora)、绣球〔Hydrangeamacrophylla(Thunb.) Ser.〕、刺苞蓟〔Cirsiumhenryi(Franch.)Diels〕、升麻(CimicifugafoetidaL.)、灯台树(Bothrocaryumcontroversum)、毒芹〔CicutavirosaL.〕、猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch)、空心泡(RubusrosaefoliusSmith)、接骨草(SambucuschinensisLindl.)、臭牡丹(ClerodendrumbungeiSteud.)、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、山胡椒〔Linderaglauca(Sieb.et Zucc.)Bl〕、猫乳〔Rhamnellafranguloides(Maxim) Weberb〕、荩草〔Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino〕。

2.2土壤样品分析

土壤化学性质采用《森林土壤分析方法》进行测定[3]。其中pH值采用电位法测定，有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定，碱解N采用碱解-扩散法测定，有效P采用氟化铵-盐酸浸提法测定，速效K采用1mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法测定。所有数据应用Excel 2003和SPSS 13.0进行统计整理及综合分析[4]。

3　结果与分析

5个林龄的日本落叶松人工林，其不同土层土壤的pH值、有机质含量、土壤碱解N、有效P、速效K测定结果详见表2。

表2　不同林龄日本落叶松人工林土壤化学性质分析

注：数据为均值±标准差，不同小写字母表示不同林龄各指标间差异显著(p<0.05)。

3.1土壤pH值变化规律

土壤pH值是重要的化学指标，影响养分的有效性[5]。相同林龄的日本落叶松人工林，土壤pH值随着土层深度的增加而升高；同一土层，土壤pH值随着林龄的增加呈现先降低后升高的趋势，在20年降到最低，之后到25年有所升高。方差分析表明(p<0.05)，林龄之间差异不显著。

3.2土壤有机质变化规律

土壤有机质是土壤肥力的重要指标[6]。同一林龄日本落叶松人工林除10年生的外，其他4个林龄的林分，其土壤有机质含量随土层深度的增加而降低。同一土层，土壤有机质含量随林龄的增加变化有所波动。0～10cm表现为先降低后升高的趋势，25年达到最高；10～20cm表现为先降低后升高再降低的趋势；20～40cm表现为倒“v”字型变化，即先升高后降低。

3.3土壤碱解N、有效P、速效K变化规律

相同林龄的日本落叶松人工林，其土壤碱解N、有效P、速效K含量随着土层深度的增加而降低。同一土层，土壤的碱解N含量随着林龄的增加呈现先降低后升高再降低的趋势，20年生林分其土壤的碱解N含量最高；有效P含量随林龄的增加呈现“W”字型变化，15年生林分土壤的有效P含量最高；速效K含量随着林龄的增加变化波动较大。方差分析表明(p<0.05)，林龄之间差异不显著。

3.4土壤化学性质相关性分析

相关性分析表明各化学性质间有一定的相关性。土壤pH值与土壤碱解N呈显著负相关，与土壤速效K呈极显著负相关；土壤有机质与土壤碱解N、土壤速效K呈极显著正相关；土壤碱解N与土壤速效K呈极显著正相关；土壤有效P与其他指标均无相关关系。

表3　土壤化学性质相关性分析

注：*表示相关性显著(p<0.05)，**表示相关性极显著(p<0.01)。

4　结论与讨论

(1)随着日本落叶松人工林林龄的增加，同一土层其土壤pH值表现为先降低后升高的变化趋势，表明土壤的酸化现象在20年后逐步改善。土壤pH值与土壤碱解N呈显著负相关、与速效K呈极显著负相关，各林龄土壤pH值随土层深度增加而有所升高，主要是表层的枯枝落叶层分解产生了酸性物质降低了土壤的pH值，与赵伟红等[6]、陈立新等[7]的研究结果基本一致。参照土壤酸碱度分级标准，本研究地区日本落叶松人工林土壤酸碱度表现为酸性以上，部分呈强酸性。说明日本落叶松的引入显著降低了当地土壤的pH[8]。

(2)随着日本落叶松人工林林龄的增加，土壤养分含量有一定的波动性，主要原因可能是日本落叶松为速生树种，随着树木的快速生长，对养分的需求越来越多，致使其土壤养分降低，之后随着林分抚育间伐，郁闭度降低，光照充足，枯枝落叶层加厚，凋落物分解也加快，使得养分又逐步升高。土壤有机质与碱解N、速效K呈极显著正相关，碱解N与速效K呈极显著正相关。各林龄土壤有机质、碱解N、有效P、速效K含量随着土层深度的增加而降低，与王海燕等[5]、王宏星等[9]的研究结果一致，这说明土壤养分具有明显的表聚性，表层含量高，往下逐渐降低。参照中国土壤养分分级标准[10]，该地区日本落叶松人工林土壤有机质、碱解N含量基本都属于很丰富的水平，有效P、速效K含量相对缺乏，建议采取一定的技术措施，比如营造针阔混交林，改善土壤的养分状况，实现森林资源的可持续利用。

(3)由于土壤变化是一个长期的过程，为了更加深入细致地研究，应设置长期固定标准地，对其进行跟踪研究，系统地研究日本落叶松人工林土壤质量的变化以及调控措施。受试验条件的限制，每一林分土壤样本重复次数相对较少，今后需增加样本数，使得到的结果更能全面、准确地反映土壤实际状况。

[1]刘杰，马履一，贾忠奎，等.不同林龄华北落叶松林下土壤理化性质及微生物学指标评价[J].水土保持通报，2013,33(6)：88-93.

[2]陆元昌.近自然森林经营的理论与实践[M].北京：科学出版社，2006:16,21-22.

[3]国家林业局．中华人民共和国林业行业标准:森林土壤分析方法[M]．北京:中国标准出版社，1999.

[4]张文彤.SPSS统计分析基础教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5]王海燕，雷相东，陆元昌，等.海南4种林分土壤化学性质比较研究[J].林业科学研究，2009，22(1)：129-133.

[6]赵伟红，康峰峰，韩海荣，等.冀北辽河源地区不同林龄油松天然次生林土壤理化特征的研究[J].西北林学院学报，2014,29(3)：1-8.

[7]陈立新，段文标，乔璐，等.落叶松人工林根际与非根际土壤养分特征及酸度研究[J].水土保持科学，2011,25(3)：131-135.

[8]鲁海燕.秦岭西部油松和日本落叶松人工林土壤微生物多样性及其生态功能的变化特征[D].兰州：兰州大学，2010.

[9]王宏星，孙晓梅，陈东升，等.甘肃小陇山日本落叶松人工林不同发育阶段土壤理化性质的变化[J].林业科学研究，2012,25(3)：294-301.

[10]全国土壤普查办公室.全国第二次土壤普查暂行技术规程[M].北京：农业出版社，1979.

Soil Chemical Properties at Different Forest Ages of Larix kaempferi Plantations

LI Shuang-long1，DU Chao-qun2，HAN Mei1，WU Dai-kun1， ZHANG Xin-ye2，ZHU Yu-qin3

(1.Enshi Research Institute of Forest Science，Enshi Hubei 445000，P.R.China；2.Hubei Academy of Forestry，Wuhan Hubei 430075，P.R.China；3.Changling Gang State-owned Forest Farm of Jianshi County,Jianshi Hubei 445300，P.R.China)

For understanding the dynamics of soil chemical properties ofLarixkaempferiplantation,takingLarixkaempferiplantations at different ages in Jianshi Changlinggang of Hubei province as research object,several soil chemical indicators such as pH,organic matter,alkaline hydrolysis N,effective P,and available K were comprehensively analyzed.The result showed that:with the increase of soil depth,the soil pH increased but soil nutrients decreased gradually at same forest age;with the increase of forest age,the soil pH decreased at the beginning and then increased.Correlation analysis showed that the correlation among different soil chemical indicators were significantly,except that there was no significant correlation between soil effective P and other chemical indicators.This study shows that the introduction ofLarixkaempferisignificantly reduces the local soil pH,the soil organic matter and alkaline hydrolysis N content are very rich,but the effective P and the available K content is relatively insufficiency.

Larixkaempferi; plantation; soil chemical properties; forest age;soil depth

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.03.023

2015-07-28

“十二五”国家科技计划课题湖北子专题“北亚热带落叶松、云杉育种技术研究”(2012BAD01B0105)。

李双龙(1984-)，男，硕士，工程师，主要从事森林生态和森林培育方面的研究。E-mail：lishl2007@163.com

S 791.246;S714.2

A

1672-8246(2016)03-0128-04