树种组成对福建柏人工混交林生长及土壤物理性质的影响

陈水玉

(福建省安溪丰田国有林场，福建 泉州 362411)

1 引言

纯林虽然具有较高的生产力且经营管理简单易操作，但在如今气候多变与“双碳”目标背景下，长期单一树种造林及管理带来一系列生态问题，营造混交林及管理越来越受到人们的关注[1]。选择相互促生的多树种混交造林可显著改变大面积种植针叶纯林后引起的林地地力衰退现状，甚至提高林地生产力[2]。森林经营中，基于树种组成的树木空间结构及其相互作用在控制森林生态系统功能方面发挥着重要作用[3]。福建柏(Fokieniahodginsii)，属柏科(Cupressaceae)福建柏属，是我国Ⅱ级重点保护的单型属常绿树种，具有树形美、生长快、适应性较强等特点，为南方优良的造林树种，在我国以福建中部最多[4]。根据已有研究结果分析，我国已经在福建柏栽培技术方面进行了一定的研究及探索，也有少量福建柏混交林生长与土壤物理性质相互关系的研究[5～8]。陈克铭[9]，冯国伟[10]等对福建柏人工混交林生长效果及土壤理化性质研究，结果得出，浅根系的福建柏与深根系树种混交能够从深层次改善土壤肥力，促进福建柏生长，显著提高林分生产力。本研究以福建省安溪丰田国有林场为试验区，以不同树种组成的福建柏人工混交林为研究对象，通过比较和分析3种典型福建柏人工林林分生长特性、土壤物理性质的差异，探讨福建柏林地树种配置对林分生长和土壤物理性质的影响，以期为福建柏人工林经营管理提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验区概况

本试验在福建省安溪丰田国有林场内开展，试验区位于北纬25°16′～25°20′、东经118°1′～118°57′，地处福建省东南沿海，属于亚热带季风气候。该试验区为低山丘陵地貌，具有显著的季风气候，气候条件温和，年降雨量充沛，年均降水量1800 mm，全年平均气温19.5 ℃，最高37 ℃ ，最低0 ℃，全年无霜日330 d，冰霜日较少。土壤为黄红壤，土层较厚，可达60 cm。该试验区林下植被主要有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、箬竹(Indocalamustessellatus)、深绿卷柏(Selaginelladoederleinii)、淡竹叶(Lophatherumgracile)、乌毛蕨(Blechnumorientale)等。

2.2 样地设置和调查

2021年7月，在全面踏查的基础上，在试验区选择林龄相同，坡度、坡向等立地条件基本一致的不同树种配置的3种9年生福建柏人工林类型作为研究对象，包括福建柏-刨花润楠混交林(Ⅰ)和福建柏-桉树混交林(Ⅱ)、福建柏纯林(Ⅲ)，福建柏与刨花润楠、桉树的混交比例均为6∶4，混交方式均为株间混交。在每种林分类型中设置3个20 m×20 m标准地，共9个标准地，样地之间的间隔超过30 m。记录样地坡度、坡向和海拔等基本信息，见表1。对每个标准地的所有林木进行每木检尺，记录胸径、树高、冠幅、郁闭度及株数，计算林分总密度。

表1 样地基本情况

2.3 土壤样品采集与处理

在设置的每个标准地中按照对角线等距布设3个土壤采样点，在每个采样点去除土壤表面杂草、枯枝落叶和石砾后挖取深度至少60 cm的土壤剖面，记录土壤质地情况，见表1。按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm用标准环刀分层采集原状土，取样位置为每层土壤的中间部位，每个采样点每个土壤层采集2个环刀土，9个标准地共162个环刀土，用烘箱烘干和浸泡等方法处理测定土壤密度、含水量等主要物理性质[11]。

2.4 数据处理与分析

采用Excel 2010软件对试验数据进行处理，每个标准地每层土壤物理性质取3个采样点的平均值作为统计值，利用SPSS 20.0进行统计分析，采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)对人工林生长指标及土壤物理性质指标差异性进行分析，同时采用LSD最小显著差法进行多重比较，数据均以平均值±标准差表示。

3 结果与分析

3.1 不同福建柏人工混交林生长特性差异

由表2可知，3种人工林中福建柏胸径、树高、冠幅及林分郁闭度均表现为Ⅰ最大，分别为13.4 cm、8.87 m、2.63 m和0.82，Ⅲ最小，分别为10.8 cm、7.27 m、2.10 m和0.62；其中，Ⅰ和Ⅱ福建柏胸径、冠幅均无显著差异，但均与Ⅲ间差异显著；Ⅱ和Ⅲ树高不存在显著差异，均与Ⅰ差异显著；Ⅱ林分总密度最大，为1194株/hm2，Ⅲ最小，为990株/hm2。方差分析结果(表3)表明，3种人工林福建柏胸径、树高、总密度和郁闭度差异达到极显著水平(P<0.01)，冠幅差异达到显著水平(P<0.05)。

表2 福建柏人工林生长特性

表3 不同福建柏人工混交林生长指标的方差分析

3.2 不同福建柏人工混交林土壤物理性质差异

森林土壤空隙性、贮蓄水特征等物理性质是土壤质量的重要决定因子，能够有效影响土壤中营养物质的贮存和供应能力[12]。由表4可知，在0～60 cm各层土壤中，3种福建柏人工林的土壤最大持水量、田间持水量和孔隙度均表现为林分类型Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，土壤密度则为林分类型Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，其中，0～20 cm、40～60 cm土层的最大持水量和孔隙度及0～20 cm土壤密度在3种人工林间存在显著差异，0～20 cm土层的田间持水量、20～40 cm土层的最大持水量、田间持水量和孔隙度在林分类型Ⅰ和Ⅱ间差异不显著，但Ⅰ、Ⅱ均显著高于Ⅲ，40～60 cm土层的土壤密度在林分类型Ⅰ和Ⅱ间不存在显著差异，但Ⅰ、Ⅱ均显著小于Ⅲ，20～40 cm土层土壤密度、40～60 cm土层土壤田间持水量在Ⅰ与Ⅲ间差异显著；3种人工林0～40 cm土层土壤体积含水量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，40～60 cm土层土壤体积含水量为Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，其中，3种人工林间0～20 cm土壤体积含水量差异显著，20～40 cm土壤体积含水量在林分类型Ⅰ、Ⅱ间无显著差异，但均显著高于Ⅲ，40～60 cm土壤体积含水量在林分类型Ⅱ、Ⅲ间差异不显著，但均显著低于Ⅰ。方差分析结果(表5)表明，3种人工林土壤最大持水量、田间持水量和土壤孔隙度差异达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。

随着土层的加深，3种人工林土壤最大持水量、田间持水量和孔隙度均不断降低，土壤密度不断增大，其中，林分类型Ⅱ、Ⅲ的0～20 cm土层最大持水量、孔隙度均与20～40 cm、40～60 cm差异显著，林分类型Ⅱ的0～20 cm土层田间持水量显著高于其它两个土层，林分类型Ⅰ 、Ⅱ的0～20 cm土层土壤密度显著小于20～60土层。林分类型Ⅰ的土壤体积含水量随土壤深度增加而升高，林分类型Ⅱ不断降低，林分类型Ⅲ在20～40 cm土层最小，40～60 cm土层最大，林分类型Ⅰ、Ⅲ土壤体积含水量在各层土壤间差异不显著，林分类型Ⅱ的0～20 cm土层土壤体积含水量显著高于20～60 cm土层。方差分析结果(表6)表明，3种人工林不同土层土壤密度差异达到极显著水平(P<0.01)。

表4 福建柏人工林土壤物理性质

表5 不同福建柏人工混交林土壤物理性质的方差分析

3.3 福建柏人工混交林生长指标与土壤物理性质相关关系

福建柏人工林土壤物理性质与林分生长指标的相关系数见表7。福建柏冠幅、林分郁闭度均与土壤最大持水量、田间持水量、孔隙度存在显著正相关性，土壤密度与福建柏冠幅、林分总密度、郁闭度表现一定的负相关性。福建柏胸径、树高与最大持水量、田间持水量关系密切，呈显著正相关。体积含水量与福建柏生长指标、林分生长特性间无显著相关性，其它土壤物理性质指标与福建柏生长指标、林分生长特性间也无显著相关性。

表6 福建柏人工混交林不同深度土壤物理性质的方差分析

表7 福建柏人工林生长特性与土壤物理性质相关分析

4 结论与讨论

基于不同树种组成的合理林分结构是维持林地生产力和提高森林生态系统功能的重要条件，相比于纯林，针阔混交林在改善林内环境、提高土壤理化性质和增加植物多样性等方面发挥着重要作用[13～16]。本研究中，选择了福建柏纯林、福建柏与刨花润楠、桉树的混交林进行对比研究，发现混交林中福建柏胸径、树高等生长状况明显优于福建柏纯林，而且以福建柏-刨花润楠混交林生长最好。林分总密度与福建柏生长在不同林分类型间变化存在差异，福建柏-桉树混交林总密度最大，福建柏-刨花润楠混交林郁闭度最大，而福建柏纯林总密度与郁闭度均最小，这可能是由于福建柏纯林垂直结构单一，林木都处于同一水平层次，种内竞争较大，部分个体被淘汰，密度大幅度减小，随之形成林窗，导致林分郁闭进程比混交林慢[17]。

森林土壤主要理化性质对我国森林生态系统的发育演化过程、空间格局形成和综合生态功能评价具有重要影响[18]。近些年来，关于森林土壤物理性质研究在不断深入且取得了一定的成果，研究范围广，分析内容深[19]，对于森林经营管理具有重要的指导意义。对3种福建柏人工林土壤物理性质进行对比分析可知，0～60 cm各土层的最大持水量、田间持水量和土壤孔隙度均有福建柏-刨花润楠混交林最大，福建柏纯林最小，而土壤密度则呈现相反的变化趋势，福建柏纯林最大，福建柏-刨花润楠混交林最小，这与陈乾等[20]的研究结果基本一致，福建柏纯林的土壤密度高于混交林，而土壤密度与容重存在密切的关联性；各土层土壤体积含水量在不同林分类型间变化较大，0～40 cm土层体积含水量在福建柏-桉树混交林中最大，福建柏纯林中最小，40～60 cm土层则在福建柏-刨花润楠混交林中最大，福建柏-桉树混交林最小。3种人工林土壤最大持水量、田间持水量和孔隙度随着土壤深度增加不断降低，土壤密度则呈增大的趋势，而土壤体积含水量在不同土层间的变化趋势存在较大的差异。

本研究通过相关性分析发现，福建柏冠幅、林分郁闭度是土壤物理性质的主导因子，福建柏冠幅、林分郁闭度与土壤最大持水量、田间持水量、孔隙度存在显著正相关性，福建柏冠幅、林分郁闭度与土壤密度呈显著负相关。本研究仅讨论了部分林分特征、土壤物理性质及其相关性，除树种组成影响福建柏人工林土壤物理性质外，可能还有其他环境因子影响福建柏人工林土壤物理性质，如气候、光照和降雨等因素[21，22]，后续可综合考虑这些因素，进一步研究福建柏人工林土壤理化性质与环境因子间的关系。