不同混交比例对马尾松-卷荚相思混交林生长及土壤物理性质的影响

何善飞

（福清市龙江街道林业工作站，福建 福清 350300）

0 引言

我国“三北”防护林工程已开展了四十余年，相关领域学者对修复生态系统所用树木的种类及数量已有了较为成熟的研究成果，这为我国各省（自治区、直辖市）深入推进城乡及村镇生态建设提供了良好的理论基础。目前，我国自然生态环境状况依然不容乐观，不止西北、华北和东北地区受到水土流失等问题困扰，长江以南地区由于受围湖造田和海洋周边污染等问题影响，生态环境同样亟待改善。

作为全球光合作用及碳循环的主要组成部分，森林生态系统需要引起社会大众的高度重视。“三北”防护林工程的混交林种植经验在全国范围内适用，但由于不同地区地理和气候条件不同，其所适宜的优势林种可能不同，种植密度要求也不尽相同［1］。基于此，笔者以我国福建省福清市小南洋村为例，通过实地种植试验，探究不同比例混交林的生长状况及其影响因素，以期为我国生态系统的恢复和建设提供参考。

1 试验地与试验方法

1.1 试验地概况

试验地选取福清市小南洋村，其地理位置为东经119°61′、北纬25°96′，地处福清市城关东南方向，地形以丘陵、低山为主，属南亚热带海洋性气候，年平均温度21 ℃，年平均降水量1 525 mm，霜期短，土壤以红壤为主。

1.2 样地设置

笔者于2013年4月在福清市小南洋村旧采坑生态修复初步治理区，选择立地条件基本一致的坡面，按照株行距2 m×2 m 混交种植马尾松和卷荚相思1年生实生苗，马尾松与卷荚相思混交比例分别为1∶1（M1）、5∶1（M5），并设置马尾松纯林（M0）为对照。每种混交类型布设3 块20 m×20 m 的标准地，共设置9 块试验样地。马尾松与卷荚相思混交林试验样地基本概况如表1所示。

表1 马尾松与卷荚相思混交林试验样地基本概况

1.3 测定方法

1.3.1 马尾松与卷荚相思生长调查方法。笔者于2021年4月对马尾松与卷荚相思混交林生长情况及土壤物理性质进行调查。树木生长量采用生物量方程进行定量计算。生物量方程的主要理论依据是异速生长理论。该理论需要选取较容易测量的树木生长测定因子构建方程，计算相关因子与树木生长量之间的关系。在对试验数据进行选择记录时，笔者选取树枝、树叶、树干作为观察对象，对9 块试验样地内所有马尾松和卷荚相思分别进行每木检尺调查，用超声波测高仪测量树高H，用围径尺测量胸径D，根据生物量方程模型分别计算马尾松和卷荚相思树枝、树叶、树干生物量W［2-3］。

根据所设方程W=axb+ε 建模，根据SPSS 数据分析软件得出具体方程模型。反向推导可知，马尾松树枝、树叶、树干生物量计算公式为W马枝=0.101 8D1.6364，W马叶=0.244 3D0.9929，W马干=0.039 5（D2H）0.9318；卷荚相思树枝、树叶、树干生物量计算公式为W卷枝=0.498D1.262，W卷叶=0.085（D2H）0.500，W卷干=0.225D2.103。

1.3.2 土壤物理性质测定方法。在每块样地4 个角及对角线中心处挖取土壤剖面，分别按0～20 cm和20～40 cm 土层深度，用200 cm3规格的环刀取土样，共计90 个土样。将土样尽快带回实验室，用环刀法［4］测定土壤容重、最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度及总孔隙度物理指标。

1.4 数据处理与分析

通过Microsoft Excel 2013 整理数据。用SPSS 19.0 软件进行ANOVA 单因素方差分析及独立样本t检验，对数据进行标准化及综合评价分析。应用Origin 2018 软件绘制相关图形。

2 结果与分析

2.1 马尾松与卷荚相思不同混交比例对其生长的影响

2.1.1 不同混交比例混交林生长状况分析。3 组试验样地树木生长状况如图1所示。由图1可知，在与卷荚相思混交后，马尾松的胸径与树高都有不同程度的增长，可见混交可以更好地促进林木生长。通过大致计算两种树木树高和胸径的增长比例可知，马尾松与卷荚相思的种植比例为1∶1 时，与对照组相比，马尾松树高增幅为5.0%左右，树木胸径增幅为20.0%左右；马尾松与卷荚相思的种植比例为5∶1 时，与对照组相比，马尾松树高增幅为25.0%左右，树木胸径增幅为28.0%左右；与混交比例1∶1 相比，混交比例为5∶1 的M5组卷荚相思生长状况更加良好，其中卷荚相思树高增幅在7.3%左右，胸径增幅在6.5%左右。混交比例为5∶1 时，两种树木的生长状况最优。

图1 不同混交比例下马尾松和卷荚相思的生长情况

2.1.2 不同混交比例下两种树木的生物量分析。上文对于3 组混交林生长状况的分析只是定性得出M5组的混交比例对马尾松和卷荚相思的生长较为有利，下一步需要根据建立的参数方程进行更加细致地分析。3 组试验样地树木具体生物量如表2所示。

由表2可知，在通过了小样本的t检验后，当P＜0.05 时，3 组不同混交比例的混交林中，马尾松的枝生物量、叶生物量和干生物量都存在显著性差异，其中M5组的枝生物量、叶生物量和干生物量均值最高，分别为4.83、2.59、20.69 t/hm2；卷荚相思在两种混交比例下的枝生物量、叶生物量和干生物量也存在显著性差异，其中M1组的枝生物量、叶生物量和干生物量均值最高，分别为8.82、2.74、37.36 t/hm2。由表2可知，不同混交比例混交林对不同树木的生长存在一定影响：混交比例为5∶1，即种植更多的马尾松时，更有利于马尾松的生长和生物量的增加；混交比例为1∶1，即卷荚相思种植比例与马尾松持平时，卷荚相思的生长更为茂盛，生物量比马尾松更多，尤其是卷荚相思的干生物量增长趋势最为明显。

表2 不同混交比例下马尾松和卷荚相思的生物量 t/hm2

2.2 马尾松与卷荚相思不同混交比例对土壤物理性质的影响

土壤的物理性质主要体现在其内部结构和肥力状况。因此，笔者对土壤容重、土层间孔隙和通气性进行对比研究，通过对上述3 种主要指标的测算，分析3 块试验样地土壤的物理性质。

2.2.1 土壤容重。土壤容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能及保水能力的高低。土壤容重越小，说明土壤结构、透气透水性能越好［5］。试验样地0～20 cm 和20～40 cm 两种深浅不同的土层容重大小如图2所示。

图2 马尾松与卷荚相思不同混交比例对土壤容重的影响

由图2可知，在通过了小样本的t检验后，当P＜0.05 时，0～20 cm 土层中，M5样地的土壤容重与M1、M0有显著性差异，M5的土壤容重小于M1和M0；在20～40 cm 土层，3 块试验样地的土壤容重没有显著性差异。这说明纯马尾松树林的土质密度比混交林的土质密度大，具有更强的黏性，且土质密度并不随着马尾松种植比例的提高而增加。

2.2.2 土壤孔隙和通气度。土层间孔隙的多少代表着土壤疏松程度，土层间的孔隙越多，土质越疏松，就能吸收更多的水分［6-7］。土壤通气度在一定程度上反映了土地的持水时间，土壤通气度越好，其持水效果就越好。试验样地0～20 cm 和20～40 cm土层土壤孔隙和通气度如图3所示。

图3 马尾松与卷荚相思不同混交比例对土壤孔隙和通气度的影响

从0～20 cm 的土层持水表现来看，在通过了小样本的t检验后，当P＜0.05 时，3 组试验样地土壤的最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度和总孔隙度没有显著性差异，基本维持在同一水平线上下小幅波动。而更深的20～40 cm 土层中，3 组试验样地土壤最大持水率、非毛管孔隙度和总孔隙度没有显著性差异；毛管持水率有显著性差异，按照持水率大小排序为M5＞M1＞M0。

通过对上述不同土层和不同树木种植比例的样地土壤容重和持水率情况分析可知，树木种植比例的不同不影响浅层土壤的通气性和持水效果，纯种马尾林深层土壤的总持水效果不如混交林。在雨水相对较少的情况下，混交林木可利用发达的根系吸收更深层的水分持续生长，进而改善土壤物理性质。

2.3 马尾松与卷荚相思不同混交比例对混交林生长及土壤物理性质的综合影响

前文分开分析了马尾松与卷荚相思在不同混交比例下的生长状况和生物量，以及3 块试验样地不同土层的土壤容重、总孔隙度和通气度等土壤物理性质。下面笔者利用正交分析法，将多种相关影响因素转换为两种主成分因子进行综合分析，研究马尾松与卷荚相思不同混交比例对混交林木生长及土壤物理性质的影响，分析结果如表3所示。

表3 不同混交比例混交林生长及土壤物理性质主成分解释的总方差分析 %

由表3可知，两种主要成分的特征值相差无几，方差贡献率也与特征值成正比，最终正交得出这两种主成分累计贡献率达到100%，说明该方程中拟合的主要成分对所有影响因素的变量解释非常契合。

由于主成分因子方程拟合效果较好，所以可综合3 个试验分组的主成分得分，得出综合影响分数，并排出相应名次（见表4）。

表4 不同混交类型生长及土壤物理性质的综合得分比较

通过对表中M0、M1和M53 组两种主成分的得分进行加总，可知在M5的混交比例下，树木与土壤结合的综合评分最高，为0.700 610；在M1的混交比例下，综合得分第二，为0.012 819；纯种马尾松的综合得分甚至是负数。由此可见，营造马尾松纯林不利于森林生态系统良好发展。

3 讨论

3.1 不同混交比例对林分生长的影响

在构建生长量回归方程时，试验人员规避了不可测量的因素对于树木生长的影响，尽量保证外界日照、温度和湿度相同，用可测得的树高、胸径、枝干和树叶代入，在整体模拟中差异性较为显著。由此得知，混交林比马尾松纯林在树木生长和生物量方面均有较大优势，但对于混交林中马尾松和卷荚相思的具体种植比例还需要进一步探索。从试验分组中所给出的对照比例来看，M1组两种树种的长势不如M5组，但M1组中卷荚相思的长势和生长速度都相对高于M5组的卷荚相思，推断分析可能是卷荚相思作为一种常绿阔叶乔木更加适合我国东南沿海地区的气候条件，所以在种植比例相同的情况下更具生长优势。

而在不同混交比例的林木生物量方面，情况则有所不同。混交比例不同的差异性较为显著。但在M5的混交比例下，马尾松生物量更多；在M1的混交比例下，卷荚相思生物量远远多于相同数量的马尾松。这也从侧面印证了卷荚相思更适应我国东南部地区的生长环境，更有利于促进当地的碳循环。

3.2 不同混交比例对土壤特性的影响

在研究不同混交比例对不同土层最大持水率、毛管持水率、非毛管孔隙度和总孔隙度的影响时，在保持95%的置信区间时，浅层0～20 cm 土壤的相关研究因素都没有因为混交比例不同而产生显著性差异。在20～40 cm 土层中，也只有毛管持水率在不同混交比例之间存在显著性差异，且M1混交比例下毛管持水率均值最大。这说明卷荚相思的种植比例有一定程度增大时，会提高种植土地的持水效果，因而此种树种适合在我国东南部地区生长。

4 结论

我国不同地区的土壤理化特质不同，所以其所适宜栽种的树种不同。该试验研究表明，对于我国东南部地区，营造混交林比纯林更利于树木生长，且混交林所产生的生物量更多，而且以5∶1 的混交比例种植马尾松与卷荚相思更利于林木生长。从土壤物理性质的相关研究来看，卷荚相思更适合在我国东南部地区的土壤条件下生长，对于土地的滋养效果也更好。

笔者所做的试验只是为给我国东南沿海等地区的森林生态系统建设提供思路，后续还需要选择不同树种进行更多混交种植比例的试验，寻找出更加完善的森林生态系统保护方案，为我国实现“双碳”目标做出贡献。