大兴安岭低质落叶松林补植改造后土壤肥力的综合评价1)

2018-07-13 06:00韩贵杰唐亚森曲杭峰董希斌

东北林业大学学报 2018年6期

韩贵杰　唐亚森　　　　　　　　曲杭峰　董希斌

(大兴安岭新林林业局，新林，165023)　　　(森林持续经营与环境微生物工程黑龙江省重点实验室(东北林业大学))

土壤是森林生态系统的必要组成部分，它对植物的生长提供肥力，为生物的繁衍提供物质基础，土壤的改变会使森林生态系统发生改变，与此同时森林生态系统的变化又会对土壤造成影响[1]。土壤肥力的质量直接影响到林木的分布、生长和产量，因此，土壤肥力的研究对我国的森林可持续经营和林业生态安全具有重要的意义[2-5]。林地土壤肥力变化的研究，是当前国内土壤学领域的前沿课题[7-9],有关低质林土壤肥力的研究，已见诸多报道。吕海龙等[7]对小兴安岭进行带状和块状改造，发现马永顺林场的针阔混交林块状改造优于带状改造，且25 m2块状改造更有利于更新苗木的生长。张泱等[10]对不同采伐强度后小兴安岭低质林土壤肥力进行灰色聚类评价，发现当采伐强度为55%时的土壤肥力得到明显的改善。宋启亮等[11]对大兴安岭低质阔叶混交林进行不同改造模式的综合评价，得出10 m带状改造和100 m2块状改造明显优于其他改造模式。曾翔亮等[12]研究了带状改造和块状改造对大兴安岭低质林土壤肥力的影响，得出块状改造比带状改造更能有效提高林地土壤肥力，其中20 m×20 m块状改造方式最有利于土壤肥力的积累，更加适合大兴安岭蒙古栎低质林进行生态改造。毛波等[13]研究了诱导改造对大兴安岭低质山杨林土壤肥力的影响，分别种植落叶松，樟子松，西伯利亚红松，云杉，发现诱导改造后所有林地的土壤肥力均有所提升，其中樟子松林的诱导改造效果最佳。陈百灵等[14]通过对小兴安岭马永顺林场的针阔混交林进行研究，发现在改造后的第7年土壤肥力情况最佳，使土壤肥力情况明显改善，且所有顺山带改造以8 m改造带的改造效果最好，所有横山带改造以6 m改造带的改造效果最好。

目前国内外学者采用灰色关联度法、层次分析法、主成分分析法等对土壤肥力质量进行综合评价[15-17]，主要从不同带宽带状改造、不同面积块状改造和不同采伐强度改造等方面研究对土壤肥力的影响，但关于补植改造对土壤肥力综合评价研究较少[18-20]。灰色关联分析能够很好的处理信息不完整的问题，尤其是对样本小且规律不明显的评价指标上，通过数据分析，得到与理想对象接近的最优方案[21-23]。本文以大兴安岭蒙古栎低质林为研究对象，对试验样地进行实地勘察，选取落叶松作为补植苗木，采用块状补植补造法进行改造，利用灰色关联分析法对补植改造后样地的土壤肥力进行综合评价分析，得出最佳的土壤肥力改造模式，即最佳的低质林补植改造密度，可为大兴安岭低质林补植改造提供参考和依据。

1　研究区概况

研究区设在大兴安岭新林林业局宏图林场，其在黑龙江大兴安岭山脉的东南坡，地理坐标为东经57°56′41.8″～124°5′78.2″，北纬51°36′37.15″～57°45′32″，属于低山丘陵地带。海拔高度介于713～745 m，林下土壤主要是暗棕壤和棕色针叶林土，土壤厚度15～30 cm，地势平缓，立地条件较好，坡度多在15°以下，平均坡度5°左右；无霜期介于85～130 d，年平均降水量大约494.8 mm左右，降雨多集中于夏季的6—8月，属温寒带大陆性季风气候，冬天气候干燥寒冷且漫长，夏季短暂，年平均气温-1.4 ℃，最髙气温37.3 ℃，最低气温-45.4 ℃。试验区内林分林分类型主要为落叶松(Larixdahurica)，林分郁闭度0.4，补植苗木为樟子松，平均苗高1.2 m，灌木类型以杜鹃为主，盖度为7%，草木以越桔为主，盖度为55%。

2　研究方法

2.1　样地设置

于2016年6月经过野外实地勘察设计，在大兴安岭新林林业局宏图林场设立试验样地，改造样地编号记为BZ1～BZ6，对照样地为CK，其中7块样地的大小为50 m×50 m。在改造样地补植樟子松(Pinussylvestris)，通过块状补植法对试验样地进行改造，分别在6个不同的改造样地补植不同密度的樟子松(Pinussylvestris)。BZ1～BZ6样地的补植密度分别为300、400、500、600、700、800株·hm-2，CK作为对照样地，不进行补植作业，在改造试验区相邻处，选取林分和立地条件接近的保留地作为对照样地CK，且改造样地分两排横山排列。大兴安岭低质落叶松林补植改造完成后，须对补植树种进行基本的管理和维护，并对其进行科学合理的抚育，当年的抚育工作主要有浇水、扩穴、扶正、培土、踏实、除草。

2.2　土壤肥力指标的收集与测定

2017年9月进行野外取样，在每块补植改造样地和对照样地上，按照“S”型混合采样法进行取样，每个样地选择5个土壤取样点，在每个取样点均取厚度为0～10 cm的土壤样本，按照四分法混合取样，每个土壤样本为1 kg。将土壤样本带回实验室，在室内土壤经过自然风干、研磨过筛，然后分析化学性质，土壤化学性质的测定方法如表1所示。土壤的物理性质采用环刀法进行测量，环刀容积为100 cm3。

表1　森林土壤化学性质测定方法

2.3　土壤肥力的综合评价方法

将理化性质实验所得的数据录入到Excel2010中，进行标准化处理后，运用灰色关联度分析法进行行综合评价，求出各个指标的权重，然后运用SPSS20.0计算出低质林补植改造后土壤肥力的灰色关联度，灰色关联度值越大，说明越适合大兴安岭低质落叶松林的补植改造。

3　结果与分析

3.1　补植改造对土壤肥力的影响

大兴安岭低质落叶松林补植改造后各个样地土壤物理指标的描述性统计分析见表2。BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6改造样地的土壤含水率均高于对照样地；随着补植密度的增大，各个改造样地土壤含水率无明显变化趋势。在各个改造样地中，BZ3改造样地土壤含水率91.46%最大，高于对照样地38.18%；BZ6改造样地土壤含水率61.03%最小，高于对照样地7.75%。

由表2可知：BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6样地，土壤密度均低于对照样地，差异性显著；随着补植密度的增大，各个改造样地土壤密度无明显变化趋势。在各个改造样地中，BZ3改造样地的土壤密度0.69 g·cm-3最大，低于对照样地0.12 g·cm-3。

由表2可知：BZ1、BZ2、BZ3、BZ4、BZ5、BZ6样地，最大持水量均高于对照样地，差异性显著(P<0.05)；随着补植密度的增大，各个改造样地最大持水量无明显变化趋势。在各个改造样地中，BZ1改造样地的最大持水量143.67%最大，高于对照样地47.37%；BZ2改造样地的最大持水量106.23%最小，高于对照样地9.93%。