稀土废矿区马尾松林分优化改造技术

江晟

摘要：为筛选出适合稀土废矿区马尾松林分优化改造的乡土阔叶树，通过配置不同乡土阔叶树林下套种模式，调查3年后马尾松与阔叶树的生长情况、植物物种多样性、土壤改良效果，结果表明稀土矿区马尾松林下套种不同乡土阔叶树与对照（不套种）在马尾松生长量、植物物种多样性以及土壤改良效果均达极显著差异（P<0.01），其中在闽粤栲模式对促进马尾松生长效果较好，平均胸径生长量达9.00cm，平均树高达8.69cm，Margalef、Simpson指数分别为0.56、0.36，土壤pH值提高6.38%，硫酸根离子下降50.94%，土壤有机质增加1.75倍。

关键词：稀土矿区;马尾松;套种模式;阔叶树

Abstract：In order to select native broadleaved trees suitable forPinus massoniana plantation in rare earth waste mining area，the pine trees growth，plant species diversity and soil improvement were investigated after 3 years by interplanting different local broadleaved trees under the pine plantation. The results showed that different pine growth，plant species diversity and soil improvement effect of extremely significant difference （P<0.01） between pro-planting broadleaved trees and contrast. Among 3 models ，planting Castanopsis fissarehd was the best selection，which had best effect to promote the growth of pine with average DBH growth up to 9.00 cm，the average tree as high as 8.69cm;and highest diversity with Margalef index and Simpson index were 0.56 and 0.36，respectively;and best improvement of soil chemical properties with pH value increased by 6.38%，sulfate ion decreased by 50.94%，and soil organic matter increased by 1.75 times.

Keywords：Rare earth mining area;Pineplantation;Intercropping mode;Broad-leaved tree

2000年以来，长汀开展了一系列稀土废矿区水土流失治理植被恢复工作，形成了以马尾松纯林为主的林分，林下植被为芒萁骨，但恢复初期的马尾松林多为低产低效林，俗称“老头松”，存在生长缓慢、林分质量差、植被单一、植物物种多样性低、生态脆弱、林下水土流失严重，特别是目前存在松材线虫防控与火灾防控的双重压力等系列问题，导致局部废矿区植被出现退化，长此以往前期治理成果将逐渐丧失。因此，如何进行稀土废矿区马尾松林森林质量精准提升工程成为当前长汀水土流失治理深入推进亟需解决的科学问题。已有研究表明，针阔混交林较针叶林具有更强的生态稳定性、更高的物种多样性等特点，鉴于此，本文选择不同乡土阔叶树在长汀稀土废矿区马尾松针林下进行套种，调查3年后马尾松与阔叶树的生长情况、植物物种多样性、土壤改良状况，探索不同乡土阔叶树套种模式下稀土矿废矿区马尾松林的改造效果，旨在筛选出适宜稀土废矿区马尾松林分生态功能提升的阔叶树，并集成一套优化改造技术，为南方红壤侵蚀区矿区废弃地植被恢复后期林分优化改造提供理论依据，为南方水土流失区森林质量精准提升提供参考与借鉴。

1 材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于福建省龙岩市长汀县三洲镇三洲村和桐壩村结合部，属于中亚热带季风性湿润气候，年均气温19.2℃，年最高气温39.8℃，年最低气温-4.6℃，全年无霜期达274d，≥10℃活动积温5843.3℃，年均降雨量1628.2mm。土壤为粗晶花岗岩风化壳上发育的粗骨性红壤，土壤含沙量高，pH值在4.5～6.5之间，立地条件差，现有植被主要以马尾松低效林为主。试验地选择在山坡下部较平缓的丘陵山地。

1.2试验设计

2018年3月，在稀土废矿区马尾松低效林下采用完全随机区组设计，分别套种闽粤栲（A1）、红叶石楠（A2）和山杜英（A3），以不套种为对照，设立标准地，每个标准地面积20×20m。本试验造林用闽粤栲、红叶石楠和山杜英2年生带土球苗。三个树种选择地径均为0.9cm、高135cm的壮苗，采用块状整地，挖明穴的方式，套种密度90株/亩、株行距2.5m×3.0m，穴规格60cm×50cm×40cm，种植时基肥每穴施放硫酸钾型复合肥0.25kg，栽植完成后要对幼林连续进行三年抚育和管护。造林当年5月苗木定根后对新植乔木追肥1次，6月对新植乔木再追肥1次;造林第二年，在4-5月对新植乔木扩穴松土1次，同时再次进行追肥，6月对新植乔木再追肥1次;造林第三年5月对新植乔木追肥1次，6月对新植乔木再追肥1次。

1.3群落调查与多样性分析

2018年3月造林，2020年12月调查不同试验处理的林分生长情况，包括胸径、树高、冠幅、郁闭度、林下灌木和草本种类数量等指标。在20m×20m的样方内布设5个5m×5m的样方，调查草灌的株数（丛生草以丛数代替）。采用Margalef、Simpson指数分析群落多样性，具体如下：

（1）Margalef丰富度指数;

（2）Simpson指数pi2 ;

式中，S是物种数，Pi为第i种在群落中所占比例，ni为第i个物种的个体数量，N为所有物种的个体总和。

1.4 土壤取样与测定方法

在每一标准地内按梅花型挖取3个土壤剖面，分别在每个土壤剖面采集0-5cm的样品1kg，同一标准地的土样按四分法混合均匀后取1kg带回实验室，经风干研磨后过2mm尼龍筛，用于土壤化学性质分析，每个样品重复3次。土壤有机质采用重铬酸钾-外加热法，pH值采用电位法，硫酸根离子采用重量法。

1.5数据统计方法

数据统计使用EXCEL、SPSS10.0软件分析，采用单因素方差分析，多重比较采用LSD法。

2 结果与分析

2.1不同套种模式对马尾松生长的影响

从表1可以看出，三种套种模式下马尾松的树高、胸径均大于对照处理，且差异达极显著水平（P<0.01），说明林下套种乡土阔叶树可以促进马尾松的生长，这可能是由于阔叶树具有较强的保水保肥能力，显著改善了林分的生长环境所引起的。此外，不同套种模式下马尾松的树高、胸径亦存在极显著差异（P<0.01），从多重比较结果可以发现林下套种山杜英对促进马尾松林分生长较好。

2.2不同套种模式下植物物种多样性分析

通过林下套种乡土阔叶树，提高了稀土废矿区马尾松林分的地表覆盖度，改善了林地土壤的水热条件，促进了先锋植物的入侵，提高了林分的植物物种多样性（见表2）多重比较结果表明不同套种模式下Margalef指数与Simpson指数大小均表现为A1> A3> A2> CK。但是，三种套种模式下物种丰富（Margalef指数）总体不高，原因可能是稀土废矿区土壤经过浸提后，养分流失严重，砂砾含量进一步提高，在短期植被恢复过程中土壤肥力恢复有限。

2.3不同套种模式对土壤改良效果分析

稀土废矿区土壤在不同阔叶林下套种后pH值、有机质、硫酸根离子浓度与对照处理间存在极显著差异（P<0.01），不同套种处理间pH值差异达显著水平（P<0.05），但未达极显著水平;不同套种处理间土壤有机质、硫酸根离子浓度差异均达极显著水平（P<0.01）。A2处理（套种闽粤栲）在土壤酸化改善、有机质含量提高、土壤硫酸根离子浓度下降三个方面皆表现较佳，其中土壤pH值提高6.38%，土壤有机质1.75倍，土壤硫酸根离子浓度下降50.94%。

3 小结与讨论

大量研究结果表明，针叶林采用林下套种乡土阔叶树进行优化改造后，林分生态功能得到显著改善，本研究结果发现，稀土废矿区马尾松低效林分在套种乡土阔叶树对马尾松生长的达极显著水平（P<0.01 ），这与刘春华的研究结果相类似;林分植物物种丰富度与多样性得到极显著增加，王巧珍也发现相同的结论;土壤有机质得到极显著提高，这与刘淑萍的研究结果一致;土壤pH值显著上升，这与何友均等研究结果相反，但与王友生等的研究结果相同，这可能是稀土浸提后造成土壤酸化，套种阔叶树后，林分物种多样性增加，植物根系在酸胁迫下分泌出生物酶等物质改善了土壤酸化的状况;土壤硫酸根离子极显著下降，这可能是套种乡土阔叶树后地表覆盖度增加，植物多样性提高，特别是灌草植物对硫酸根的吸收造成的。多重比较结果发现三种乡土阔叶树中在促进马尾松生长、提高植物物种多样性、土壤改良三个方面闽粤栲表现较佳，这可能是闽粤栲生落叶量大、土壤改良效果较好引起的。

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