不同红松混交林内土壤改良效果研究

高明娟

（辽宁省本溪市明山区林场，辽宁 本溪 117000）

土壤的形成受到多种因子的综合影响，包括植被类型、地形、气候、母质等，不同的林分内可形成具有不同理化性质的土壤类型[1]。土壤理化性质改善的基础即为林间生物的旺盛积累过程，改善后的土壤又对植物生长起到积极的作用，为生物物质的良性循环创造条件[2-3]。因此，对各种林分条件下土壤理化性质差异的研究有助于更好地指导森林植被的更新、恢复等。

辽宁省东部地区的地带性顶级植被群落即为红松阔叶混交林。当地的森林多年来经历了多次大规模破坏，森林生态系统失衡，出现了逆行演替，导致天然林的低质、低效。近些年，为了实现山区的经济发展，当地在经营天然次生林过程中经营措施多数以取材为单一目标，进一步加剧了对次生林的破坏，林下植被等生物多样性破坏严重，明显削弱了森林生态系统的功能、降低了森林在涵养水源方面的功能[4-5]。为了逐步实现红松阔叶林顶级群落的恢复，一项重要的手段即为人工营建红松阔叶混交林。早在20世纪60年代，辽宁省就采取了人工栽植红松林、抚育阶段对林下的阔叶类树木进行适当选留等，或者在次生林的林冠下栽植红松等方式，进行红松混交林的营建。经过多年培养，目前辽东南地区存在各种类型的红松混交林，不同的人工混交培养方式下土壤性质出现了不同变化，为了对不同类型红松混交林改善土壤效果进行深入了解，特开展了此研究，为更好地发挥出红松混交林在涵养水源等方面的功效提供理论参考。

1 研究区概况

试验地点选择在辽宁东部山区的本溪县草河口镇，为温带大陆性季风气候，土壤类型以暗棕色、棕色森林土为主，土层厚平均在40 cm以上，以红松为主的针阔混交林类型为主；年均温在4～7 ℃，降水量年均700 mm以上，蒸发量年均1200～1600 mm，无霜期平均130 d左右，试验林间海拔平均500 m左右，≥5 ℃积温年均值3300 ℃。试验林地内混交林主要为红松与胡桃楸、水曲柳、槺椴混交，造林时间在1990年左右，采取的混交方式包括带状混交和块状混交。每种混交林2种混交方式均营建2块林作为重复，同期还种植了红松纯林作为对照处理。造林时红松选择生长3年的移植苗，阔叶类选择生长1年的播种幼苗。造林后5年每个林分内每年进行抚育，1～5年内分别进行2、2、1、1、1次抚育；阔叶类树木在其生长2～3年时结合特性需要进行平茬；所有林分生长9～10年后对林间的杂灌、藤蔓等进行清理。所有林分郁闭后开展为了3次间伐措施，分别在2003年、2012年和2020年，主要伐除对红松生长产生影响的阔叶类树以及长势不佳、培养前途不佳的红松树，为混交林的健康生长创造空间、透气、光照等环境条件[6-8]。各处理林间的林分情况见表1。

表1 各种红松混交林概况

2 研究方法

2.1 调查样地的选择

在试验区域内选择不同的、具有当地典型植被特征的红松混交林，每个处理标准样地的布设面积为600 m2（20 m×30 m），每个处理设置4个标准样地作为重复，带状混交、块状混交方式的样地分别2个。

2.2 调查项目及方法

土壤物理性质的调查选择土壤容重、土壤总孔隙度、最大含水量3个主要指标开展分析。土壤化学性质的调查选择pH值、全氮、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾作为主要指标开展分析，分别采取电位法、凯氏蒸馏法、重铬酸钾-硫酸氧化测定法、扩散吸收法、碳酸氢铵法、火焰光度计法[8]。

土壤的取样采取环刀法，在每个重复标准样地内随机选择采样点3个，分别取0～20、20～40 cm深度的土层样品，带回实验室分析，各处理林分3个重复标准地内3个采样点共计9个数据最后取平均值分析[9]。

3 结果与分析

3.1 不同林分内土壤物理性质比较

土壤物理性质与状态很大程度上受到土壤颗粒大小、土壤中三相物质分布情况以及矿物质等多种因素共同作用的影响，因此土壤物理特性的反映指标通常选择土壤容重、孔隙度等[1]。自然状态下单位容积的土壤经过烘干至恒重后的质量即为土壤的容重，此性质为土壤最基本的物理性质，该值影响到土壤的孔隙度情况，对土壤的渗透性、保水性产生影响[3]。在相同或者类似的土壤质地情况下，土壤容重与孔隙度呈反比，容重越大，土壤越板结，团粒结构缺乏，反之则表明土壤越疏松、吸水性越佳[6]。土壤孔隙用于物质与能量储存、交换，植物根系养分、水分获取也通过孔隙，其状况与土壤的通气情况、根系生长、土壤透水能力等密切相关，很大程度上影响到土壤的肥力情况[7]。

不同红松混交林内土壤主要物理性质统计结果见表2。根据表2可知，混交林分不同的林间土壤容重表现出不同程度的差异，整体均表现为随着土壤的增厚而逐渐降低的趋势，分析其原因可能在于表层的枯落物等比较多、腐殖质含量丰富，土壤相对疏松多孔；0～20 cm土层内，混交林以红松+槺椴的处理土壤容重为最低，土壤孔隙度最大、最大含水量最高；红松+胡桃楸的混交林内土壤容重最大，孔隙度最小；20～40 cm土层内，土壤容重按照从大到小顺序排列依次为红松纯林＞红松+胡桃楸＞红松+水曲柳＞红松+槺椴，总孔隙度依次为红松+槺椴＞红松+水曲柳＞红松+胡桃楸＞红松纯林，最大含水量依次为红松+水曲柳＞红松+槺椴＞红松+胡桃楸＞红松纯林。由此可知，各混交林内土壤容重均小于红松纯林的对照林、土壤孔隙度、最大含水量均＞对照处理，表明混交林可一定程度上降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤保水能力。

表2 各红松混交林处理林间土壤主要物理性质分析

3.2 不同林分内土壤化学性质比较

有机质是土壤重要组分，来源于动植物等所有的非矿物质，是植物生长养分的重要源泉，其形成多数来源于植物的枯枝落叶脱落在地表经过微生物代谢及各种综合作用分解、腐殖化[10]。各红松混交林内土壤有机质含量均高于红松纯林的对照（表3），分析原因在于枯枝落叶的回归作用，混交林内枯枝落叶等相对更多；0～20 cm土层中的有机质含量均高于20～40 cm土层，分析其原因可能在于表面枯枝落叶分布更多，分解后主要分布在表层，按照从高到低排列依次为红松+水曲柳＞红松+胡桃楸＞红松+槺椴＞红松纯林。

植物的生长离不开氮元素，直接对植物的生长发育产生影响，土壤中积累的氮元素主要有以下几个原因：动植物残体的分解代谢、施入的肥料[3]。根据表3可知，所有混交林处理的土壤全氮、碱解氮含量较红松纯林对照均有不同程度的增加，且以0～20 cm土层的氮元素含量高于20～40 cm土层；全氮含量各混交林处理以红松+水曲柳＞红松+胡桃楸＞红松+槺椴＞红松纯林，碱解氮含量以红松+槺椴＞红松+水曲柳+红松+胡桃楸＞红松纯林。

磷元素在植物生长发育、新陈代谢中起着重要作用，植物生长所需要的磷元素主要来源于土壤，土壤中速效磷的含量直接反映出土壤供应磷元素的能力[5]。根据表3可知，各混交林处理的土壤速效磷含量均高于红松纯林处理，且以0～20 cm 土层的含量更高；各混交林以红松+水曲柳＞红松+槺椴＞红松+胡桃楸＞红松纯林。

钾元素对植物的生长必不可少，土壤中速效钾含量是土壤钾元素供应能力的反映。根据表3可知，各混交林处理林间土壤速效钾含量均高于对照处理，且以0～20 cm土层的含量更高；以红松+水曲柳＞红松+胡桃楸＞红松+槺椴＞红松纯林。

pH值也是土壤化学性质中重要的因素之一，与腐殖质等养分的分解有着密切的关系。根据表3可知，各混交林处理林间土壤pH值均大于对照处理，且20～40 cm土层pH值＞0～20 cm。

表3 各红松混交林处理林间土壤主要化学性质分析

4 结 论

通过分析，各种红松混交林内土壤容重均低于红松纯林对照，以红松+槺椴混交的林分土壤容重最低，且随着土壤深度的增加，土壤容重随之增加；土壤的孔隙度、最大含水量各混交林均大于红松对照林，随着土层加深而逐渐降低，以红松+槺椴混交林分孔隙度最大、最大含水量最高；土壤的pH值、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均以混交林大于红松纯林，且0～20 cm土层的pH值小于20～40 cm，其余含量均为0～20 cm为更高。综合各养分含量比较，混交林中以红松+水曲柳、红松+槺椴2种林分改善土壤的效果更好，在降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤最大含水量、增加土壤养分含量等方面有着更明显的作用。