安徽省不同立地条件对刺槐良种“皖槐1号”生长的影响

夏尚光 ，苏守香 ，蔡懿苒

（1.安徽省林业科学研究院，安徽合肥 230031；2.安徽黄山森林生态系统国家定位观测研究站，安徽黄山 242700）

刺槐（Robinia pseudoacacia）因具有较强的抗逆性、优良的速生性、根系发达、涵养水源等优势，被广泛种植，已成为水土保持、生态修复的主要造林树种[1-6]。“皖槐1号”刺槐是落叶乔木，为豆科刺槐属，速生性强，干形通直，主干明显，根系发达，根瘤菌丰富，克服了国内普通刺槐品种病虫害易发、干形差、皮刺多、生长缓慢、性状不稳定等不足，可用于行道树、荒山造林、防风固沙、矿山修复等用途。本研究以刺槐良种“皖槐1号”为研究对象，分析安徽省不同地理环境下近3年生刺槐的生长变化，研究土壤、气象因子对刺槐初生长的影响，了解刺槐对综合环境因子的响应机制，为有效合理经营刺槐人工林提供技术指导及理论依据，同时也对刺槐人工林未来生态功能的发挥及该地区生态系统的修复与重建具有积极意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域分别为淮北平原萧县、涡阳县、界首市，江淮丘陵的明光市、南谯区、全椒县，以及皖南山区的东至县、祁门县8个县（市、区）；研究对象为2012年3月栽种的刺槐纯林。

1.2 试验设计与处理

2013年9月中旬，随机选择成活率大于95%的刺槐种植区，在每个研究区域设置3个10 m×10 m的样方，使用精度为0.1 cm的胸径尺测量样方内所有刺槐1.3 m处的胸径（DBH），将样方内DBH＞3 cm的刺槐进行编号，用树木直径测量器（Alvarezclare S，Mack MC，Brooks M 2013）进行观测，当树木直径测量器稳定后开始测量测量器的窗口变化，窗口变化用精度为0.01 mm的游标卡尺进行测量。根据窗口变化计算按照式（1）胸径增长量。

式中，DBHi+1表示当年的胸径，DBHi表示前一年的胸径，Di+1表示当年测树器的窗口大小，Di表示上一年测树器的窗口大小。

刺槐胸高断面积（BA）可根据式（2）计算。

刺槐相对增长速率（RGR）可根据式（3）计算。

其中，BAi+1表示当年的胸高断面积，BAi表示上一年的胸高断面积。

此外，在刺槐样地附近安装便携式HOBO自动气象站（U30-NRC，美国Onset公司），用于记录刺槐生长环境的气象因子，包括观测气温、空气湿度、降水量、20 cm处土壤温度、20 cm处土壤含水量。气象数据采样频率1 Hz，存储频率为1次/10 min。

图1 研究区域分布

选择同批次“皖槐1号”刺槐幼苗种植在上述8个区域，分布如图1所示。移栽幼苗平均胸径1.50 cm，平均株高1.90 m，移栽密度为2 500株/hm2，移栽时间为2016年3月12日。在上述区域内设置8块刺槐人工林样地，每块样地均设置3个10 m×10 m的标准样地。2019年9月22日至26日生长末期，对样地内刺槐进行树高与胸径的测定，其中胸径测定高度为1.30 m。在每个样方内随机选择3株生长良好的刺槐，用土钻采集树下30～40 cm土壤[7]，剔除石块、杂草、细根等杂物后混匀，自然风干后测定土壤 pH 值、有机碳（SOC）、氮（N）、磷（P）、钾（K）含量。pH值通过用pH仪测量，使用重铬酸钾－硫酸氧化法测定土壤SOC，采用半微量凯氏法测量土壤N含量，采用钼锑抗显色法测量土壤P含量，利用光度计法测量土壤K含量[5,8]。

1.3 研究方法

试验数据采用Excel 2016进行统计处理，利用SPSS 20.0进行回归分析及相关性分析，利用Pearson分析法分析胸径与环境因子的相关性，利用Matlab 2019a进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同地区刺槐林地土壤理化性质及气象条件的分析

由表1可知，萧县刺槐人工林的平均土壤SOC含量在研究中表现出最小值5.92 g/kg，最大值17.88 g/kg出现在东至县，安徽省土壤SOC含量从北到南呈现出递增趋势，皖南山区土壤SOC含量高于江淮丘陵及淮北平原。土壤N含量从南到北的变化趋势与土壤SOC含量变化趋势一致，最小值出现在萧县，为0.33 g/kg，最大值出现在祁门县，为1.13 g/kg。土壤P含量在涡阳县表现出最大值，为0.65 g/kg；在祁门县表现出最小值，为0.22 g/kg。土壤K含量在江淮丘陵地区含量低于淮北平原与皖南山区。土壤pH值从南到北逐渐增大，其中皖南山区与江淮丘陵地区土壤表现为酸性，而淮北平原地区表现为碱性或近中性土壤。

表1 不同地区刺槐林土壤理化性质(平均值±标准差)

由表2可知，气象因子从南向北呈现出规律性变化，淮北平原的平均气温最低，平均降水量最少；皖南山区的平均气温最高，降水量最大。土壤温度变化规律与平均气温相同，土壤含水量变化规律与降水量相同。平均气温、平均土壤温度在同一地形条件下的不同刺槐种植区域差异不明显，降水量在皖南山区与江淮丘陵地区具有较为明显的差异。如明光市平均降水量为1 013.7 mm，而南谯区降水量可达1 030.3 mm，皖南山区降水量在研究区域的差异可达100.9 mm。

表2 不同地点刺槐林气象因子

2.2 不同地区刺槐林胸径与树高变化的研究

从图2可以看出，在淮北平原种植的刺槐胸径增长了6.43 cm、高度增长了6.97 m，其中界首市刺槐林胸径增长了6.82 cm、高度增加了7.20 m，是整个研究区域中表现最好的。江淮丘陵地区的刺槐林胸径增长了6.04 cm、树高增长了6.52 m。皖南山区刺槐生长林胸径增长了5.45 cm、树高增长了5.85 m，其中祁门县刺槐林生长速率最小。整体而言，“皖槐1号”刺槐在淮北平原生长速率最大，江淮丘陵次之，皖南山区生长相对缓慢。

图2 不同地点刺槐林的胸径与树高变化

2.3 土壤理化性质的变化对刺槐胸径与树高的影响

对刺槐胸径、树高增幅与土壤理化性质进行相关性分析，结果如表3所示。

由表3可知，刺槐胸径增幅与土壤中N、P含量和土壤pH值呈显著性相关（P<0.05），与土壤中K含量呈极显著性相关（P<0.01）。树高增幅与土壤中P含量呈极显著性相关（P＜0.01），与土壤中K含量呈显著正相关。从线性关系看，土壤C、N含量过高时，刺槐生长受到抑制，P、K含量的增加会促进刺槐生长；土壤pH值也在一定程度上促进刺槐的生长，弱碱性或近中性环境更能促进刺槐的生长。

表3 刺槐胸径、树高增幅与土壤理化性质的线性关系

2.4 气象因子对刺槐胸径与树高的影响

刺槐胸径、树高增幅与气象因子的相关性分析如表4所示。

由表4可知，刺槐胸径、树高的增幅与气象因子具有显著负相关性（P＜0.05），其中土壤含水量与树高增幅具有极显著负相关性（P＜0.01）。由相互之间的线性关系可知，空气温度、土壤温度越高，刺槐生长越会受到限制，降水量越大，土壤含水量越多，刺槐生长越受影响。

表4 刺槐胸径、树高增幅与气象因子的线性关系

2.5 地理环境因子与胸径、树高的主成分分析

对胸径、树高与土壤气象因子进行主成分分析，得出第一主成分的贡献率为61.8%，第二主成分的贡献率为13.6%，累积贡献率为75.4%，且特征值均通过95%置信区间检验。因此，用第一主成分（PCA1）与第二主成分（PCA2）为横纵坐标轴，以刺槐胸径、树高与地理环境因子在第一、第二主成分上的得分作图，得出胸径、树高与地理环境因子的主成分分析，如图3所示。

由图3可知，胸径，树高，空气温度，土壤温度，土壤pH值，土壤中P、K含量与第一主成分呈正相关；降水量，土壤中C、N含量，土壤含水量在第一主成分上呈负相关。胸径，树高，土壤含水量，土壤中P、C含量，pH值与第二主成分呈正相关。“皖槐1号”的胸径与树高的生长受温度、土壤pH值以及土壤中P、K含量的综合影响较大。

图3 胸径、树高与土壤性质、气象因子之间的关系

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）安徽省土壤中C、N、P的含量在皖南山区表现出最高含量，而在淮北平原表现出最低值；土壤pH值从皖南山区到淮北平原逐渐从酸性转变成碱性；土壤K含量在江淮丘陵地区含量最少。从皖南山区到淮北平原温度逐渐降低，降水量逐渐减少。

（2）“皖槐1号”刺槐在淮北平原生长速率较快，以在萧县地区生长速率最快；在江淮丘陵地区生长速率次之；在皖南山区生长速率最小。

（3）土壤中C、N含量过高时，“皖槐1号”刺槐生长受到抑制，P、K含量的增加会促进刺槐生长。“皖槐1号”刺槐具有抗旱性，降水量对“皖槐1号”的生长无显著促进或抑制作用；温度是影响刺槐生长的主要驱动力。

3.2 讨论

（1）本研究中，土壤中C、N、P、K的含量在不同地区表现出不同差异，其中C、N、P的变化具有较为明显的地带分布特征。随着纬度的北移，土壤中的元素含量逐渐减少，这与其他学者研究南北地区刺槐林样地的土壤生态化学计量变化特征具有一致性[9]。土壤中N的含量在某种程度上决定了C的含量，我国土壤中C∶N的平均值为10～12[10]。刺槐生长过程中对土壤中营养元素的利用差异造成刺槐生长具有不同特征，其中P对刺槐的生长起到较为显著的影响[11]。土壤中C、N、P、K等元素可通过凋落物分解后进行补充，且刺槐属于豆科植物，本身具有固氮作用[12]；土壤中P、K主要来源于土壤母质分化“皖槐1号”刺槐正处于造林初期，刺槐的凋落物尚未完全分解，土壤中的P、K主要源于前期的累积。本研究发现，土壤中的P、K含量有助于促进“皖槐1号”刺槐的生长，但P、K元素对“皖槐1号”刺槐的生长是否也存在抑制，在自然条件下生长时应在何种条件下对其进行营养补充还需后续进一步研究。

（2）在降水量较大区域，土壤含水量相对较高，这有助于增强微生物的固氮能力[13]，皖南山区土壤中N含量最高。高温多雨增加凋落物的分解速率[14-16]，所以皖南山区的土壤中C、N含量高于淮北平原地区。在研究中发现，皖南山区刺槐林土壤中P的含量明显偏低，这是因为东至县与祁门县试验地平均坡度为11°，土层浅薄，且砂石土壤居多，在降水量较大时容易造成土壤元素流失[17-18]。土壤含水量较大时会造成植物根系生长受到抑制，从而影响刺槐生长[19-20]。“皖槐1号”刺槐对水分利用效率以及成林后对该地区的水文生态影响还需进一步深入研究。