青海高原油松林地土壤理化性质差异性及对油松长势影响

罗旭鹏,张锦梅,马文斌,刘宝尧,韩志伟,李 晨

(西宁市林业科学研究所，青海 西宁 810003)

土壤是森林生态系统重要的组成部分，也是森林生态系统物质能量循环及微生物作用的重要环节和载体[1-3]。青藏高原被誉为“地球第三级”[4]，高寒缺氧，植被覆盖度低，降雨量少，土壤养分损失严重，研究高寒地区油松林的土壤理化性质及油松林的生长规律成为近年来森林生态学者的研究热点。土壤理化性质作为控制植物生长发育的关键生态因子，是决定土壤肥力和土壤质量的重要指标[5]。在不同的水、土、气、生和人为因素的影响下，土壤理化性质存在一定的差异性。

油松(Pinustabuliformis)为阳性树种，喜光、耐寒、耐旱、耐瘠薄，喜生于深厚肥沃、湿润疏松的酸性、微酸性土壤；其根系发达，水土保持能力强，涵养水源作用大，是山地沟壑营造防护林和用材林的优良先锋树种之一[6-7]，能够在一定程度上使森林保持良好的生态系统[8]，也是青海省主要乡土树种之一，在西宁市、民和、循化、尖扎和互助县等地均有天然分布[9]。随着南北两山绿化工程的启动实施，我省人工油松林面积不断增加，成为南北两山的骨架树种之一。然而近年，大部分林场、城区街道绿化及景观林带的油松均出现针叶发黄、干枯脱落、整体长势衰弱等现象，部分地区甚至出现油松死亡，严重影响景观效果并造成经济损失。本研究调查青海不同区域油松生长情况、生理性病害发生情况，测定分析土壤养分含量，探讨它们之间的关系，以期为油松人工林的生产、改善和林木生长环境的调节做出指导，为提高森林生态系统养分利用效率和林地生产力提供依据，并为油松人工林的土壤肥力管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于青海省西宁市，地处青藏高原东北部，温带草原气候区的西部边缘地带，属干旱高原大陆性气候，主要气候特点为气候温和，太阳辐射强、光照充足，平均气温低，降水量少，雨热同期，气象灾害多，危害较大。年平均气温6.0℃，其中7月平均气温17.2℃；5月中旬以后进入雨季，至9月中旬前后雨季结束，其间正是月平均气温≥5℃的持续时期；年均降水量340-400mm，集中在7-9月；年蒸发量为1763mm，≥10℃的积温2037℃，年日照时数2600h，无霜期120d，植物生长期150-160d。

1.2 样地选择

随机选择20块油松样地(其中人工林14块，编为1-14号样地；天然林6块，编为15-20号样地)进行调查，每块样地面积为20m×20m，个别人工景观林带宽度不足20m，延长样地长边，保证样地面积为400m2。

1.3 油松生长现状和针叶枯黄病害调查

侧枝生长量：每个样地随机选取3-5株油松，每株油松从东、西、南、北四个方位采集油松侧枝各1枝，根据生长环分别测量2018、2019年侧枝生长量，并统计针叶数量。

针叶长度：在上述侧枝样本上分别随机抽取10枚针叶，测量针叶长度；

针叶平均重量：根据生长环分别采集2018、2019年针叶称重，统计针叶数量，计算针叶平均重量；

枯黄针叶率调查：在每株调查总针叶里挑选针叶发黄长度超过0.3mm针叶(生理性病害针叶)，测定每株枯黄针叶平均重量，并计算枯黄针叶率。枯黄针叶率=枯黄针叶数/调查总针叶数×100%；

针叶枯黄病害等级划分标准：0级：单株5%以下针叶发黄，不影响景观效果；1级：单株5%-20%针叶发黄，景观效果影响较轻；2级：单株20%-50%针叶发黄，影响景观效果；3级：单株50%-85%针叶发黄，严重影响景观效果；4级：单株85%以上针叶发黄，严重影响景观效果。

感病指数是建立在分级计数法的基础之上的一种病害程度的表示方法，感病指数可以直观地表示病害的发病程度。

1.4 土壤理化性质调查

2019年5月采用典型土壤剖面法每个样地随机采集3份土样，分别取0-20、 20-40、40-60cm三层土壤500g；土壤养分测定项目均采用土壤农化分析书中的方法[10]。土壤pH∶电位法(土液比1∶2.5);土壤有机质含量：油浴加热重铬酸钾氧化容量法；土壤含盐量：烘干重量法测定；土壤速效氮：碱解扩散法；土壤速效磷：碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；土壤速效钾含量：乙酸铵浸提—火焰光度法。

1.5 数理统计方法

采用Excel2007、DPS7.05、SPSS19.0等软件进行试验数据统计分析，对影响油松健康的各因素进行综合分析。其中，运用Person相关分析土壤理化指标间的相关性，利用SPSS进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 油松生长现状

从表1反映出2018、2019年，油松天然林的侧枝长度、针叶长度和针叶平均重量显著高于人工林，说明天然林长势更好。

表1 20个样地2018-2019年的油松针叶相关指标方差分析Table.1 Variance Analysis of Pinus tabulaeformis Needles Related Indexes in 20 Sample Plots for 2018-2019

2.2 油松林针叶枯黄病害发病情况

通过对20个样地油松发病情况的调查发现(见表2)，针叶枯黄病害主要在人工林发生，1-9号油松样地针叶枯黄病害发生程度高于10-14号样地，其平均感病率和感病指数分别为71.56%、35.5和19%、28.75。在机场高速沿线油松林带，重度发生的有2、3、6和8号样地。天然林除19号样地轻微发生外，其余样地基本不发生针叶枯黄病害。

表2 20个样地油松针叶枯黄病害发病情况统计Table.2 Statistics of Pinus tabulaeformis Withered Needles Diseasesin 20 Sample Plots

2.3 油松生长状况与针叶枯黄病害的相关性

从表3中可看出，侧枝长度与针叶重量呈显著正相关；侧枝长度与感病指数、枯黄针叶率呈极显著负相关，其相关系数分别为-0.61、-0.77；针叶长度与针叶重量呈极显著正相关，针叶长度与感病指数呈极显著负相关，针叶长度与枯黄针叶率呈显著负相关；针叶重量与感病指数、枯黄针叶率呈极显著负相关，其相关系数分别为-0.64、-0.68。感病指数与枯黄针叶率呈显著正相关。侧枝长度、针叶长度和针叶重量较大的油松长势良好，其感病指数和枯黄针叶率较低，反之亦然。

表3 油松长势相关指标与感病指数、枯黄针叶率的相关性分析Table.3 Correlation Analysis Between Growth Indexes and Disease Index，Yellow Needles Rate of Pinus tabulaeformis

2.4 不同样地土壤的理化性质

2.4.1 土壤pH

油松适宜在酸性土壤生长，徐春达等根据油松的自然分布和土壤特性分析，发现油松适生的土壤pH值范围为微酸性(5.50-6.50)到中性(6.50-7.50)之间[13]。由图1可以看出，1-20号样地土壤pH值随采样深度的增加而增大，pH值在7.86-8.38之间，均为碱性土壤。

2.4.2 土壤含盐量

由图2可知，各样地的土壤含盐量均存在显著性差异(P<0.05)。0-20、20-40、40-60cm三层土样含盐量，相比油松人工林，油松天然林整体偏低，普遍小于0.3%；油松人工林普遍大于0.6%，属于重度盐土。另外，从土壤的垂直分布来看，各样地土壤含盐量均呈现由表层(0-20cm)至下层(20-40cm、40-60cm)逐渐减少的趋势。

2.4.3 土壤有机质

由图3可看出， 0-20、20-40、40-60cm的土壤油松天然林样地(15-20号)相比人工林样地(1-14号)有机质含量均高，并呈显著性差异。土壤有机质含量整体趋势由表层向下依次递减，其中油松天然林土壤0-20cm分别比20-40、40-60cm有机质含量平均值高15.46g·kg-1、21.53 g·kg-1，油松人工林土壤0-20cm分别比20-40、40-60cm有机质含量平均值高2.38 g·kg-1、4.26 g·kg-1。

2.4.4 土壤速效氮

从图4可看出，0-20cm土壤速效氮含量坎布拉天然林(15、16、17号样地)和互助北山天然林(18、19号样地)含量高，均大于100.00mg·kg-1，且与其他样地之间呈显著性差异(P<0.05)；20-40、40-60cm土壤速效氮含量天然林显著高于人工林。整体趋势，速效氮含量随采样深度的增加而降低。

2.4.5 土壤速效磷

由图5可知，1-20号样地之间速效磷含量呈显著性差异，0-20cm土壤16、17号样地速效磷含量最高，分别为5.57mg·kg-1和5.18mg·kg-1，19号样地速效磷含量最低为0.03mg·kg-1。20-40cm土壤速效磷含量17号样地最高为5.60mg·kg-1，为含量最低的19号样地的110倍。40-60cm土壤17号样地含量最高，19号样地含量最低。速效磷含量随采样深度的增加无明显变化规律。

2.4.6 土壤速效钾

钾是植物生理结构中最重要的组成元素之一[15]，钾在品质和抗逆方面的作用至关重要[16,17]。从图6可看出，调查样地土壤速效钾含量均大于100mg·kg-1，钾元素含量丰富，有的样地大于160mg·kg-1，钾元素含量极高。速效钾含量随采样深度增加无明显规律。

2.5 土壤养分指标与油松感病指数、枯黄针叶率之间的相关性

从表4可看出，土壤理化指标与油松感病指数、枯黄针叶率之间存在一定的相关性。其中，土壤有机质含量与感病指数、枯黄针叶率存在极显著负相关(P<0.01)，其相关系数分别为-0.88、-0.56；土壤含盐量与感病指数、枯黄针叶率存在极显著正相关(P<0.01)，其相关系数分别为0.58、0.55；土壤PH与感病指数存在极显著正相关(P<0.01)；速效磷与感病指数存在显著负相关(P<0.05)；速效氮与感病指数存在极显著负相关(P<0.01)，与枯黄针叶率存在显著负相关(P<0.05)。综合分析，土壤肥力越好、含盐量越低，油松感病指数和枯黄针叶率越低，同时土壤pH对土壤有机质、矿物质的分解和土壤微生物的活动具有重要作用，影响土壤养分释放，因此，pH与有机质、速效养分存在显著相关性。

表4 土壤养分指标与油松感病指数、枯黄针叶率之间Pearson相关性

3 结论与讨论

油松针叶枯黄病害的发生与油松长势有密切关系，侧枝长度、针叶长度和平均针叶重量较大的油松长势良好，其针叶枯黄病害感病指数和枯黄针叶率下降。油松针叶枯黄病害的发生与土壤因子有密切关系，油松适宜种植在pH较低、含盐量较低、富含有机质的土壤。

油松林地土壤养分的垂直分布遵循一定规律，土壤有机质、速效氮、速效磷含量随土壤深度的增加而逐渐减小，具有明显的表聚效应，这与很多专家学者的研究结果一致[19-21]。表层土壤受凋落物、土壤动物及微生物影响，生物残体和有机养分产生量较多，生物固氮作用较强，致使表层土壤的有机质和速效养分含量明显高于下层[22]。

研究森林土壤理化性质，有助于阐明地上植被与土壤的相互作用及机理、森林和土壤整个生态系统过程，可为实现森林人工调控、提高土壤肥力提供科学依据。