营林措施对林地土壤理化性质及酶活性的影响

章进峰

(福建省永安国有林场，福建 永安 366000)

森林土壤是林业高质量发展的物质基础。森林土壤质量的好坏，不仅影响着林分生长量，而且与林分生产力密切相关[1-2]。杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方最重要的速生用材树种。长期以来的林业生产实践表明，随着杉木连栽次数增加，林分质量呈较为明显的下降趋势，林分生态环境恶化，土壤质量下降。据相关研究结果表明，导致杉木连栽地力下降的原因众多，杉木的生物学特性、营林措施如炼山、单一树种大面积种植所导致的林分结构单一、高密度种植、间伐时间迟等[3-4]。因此，如何增强杉木林的自肥能力，提高杉木林的土壤肥力，实现杉木林地的可持续营林，一直是杉木科技工作者密切关注的科学问题。

在传统的遗传控制、立地控制、密度控制、生态系统控制等“四大控制”途径中，立地控制是杉木大径材培育最关键的技术措施之一。只有立地指数在18及以上的立地才具有较好的培育杉木大径材林分的潜力[5]。近些年来，在杉木中心产区以及部分林地质量较好的区域，大径材培育成为杉木定向培育中的主要方向。在杉木大径材培育过程中，由于林分具有低密度的特点，林内光照条件充足，为改善林分结构，普遍采用林下套种阔叶树种或中药材的方式，这不仅可实现以耕代抚，从而提高林地地力；而且还可提高林地的复种指数，提高杉木林的经济效益，从而实现以短养长的效果。以往学者对杉木大径材培育的研究，主要集中在合理营林密度确定[6-8]、施肥技术[9-11]、林下套种阔叶树种[12-13]等方面。至于林下套种阔叶树种，目前大多数报道套种闽楠(Phoebebournei)后的营林效果[14-17]，而对套种红锥(Castanopsishystrix)的效果尚未见相关报道。鉴于此，本文以36年生杉木大径材林分为研究对象，探讨择伐、择伐+套种红锥、未择伐等不同营林措施对林分生长、土壤理化性质及酶活性的影响，以期为杉木大径材高效培育以及林地地力维持提供参考。

1 试验地概况

该试验林位于福建省三明市永安国有林场永浆工区66林班27大班1、2小班(117°23′53″E、25°56′3″N)。属于中亚热带季风气候区，年均降水量1569 mm，年均蒸发量1544 mm。试验林面积17.3 hm2，海拔200～254 m，立地质量等级Ⅰ级，土壤类型为红壤，土层厚度90 cm以上，坡向东、东北，下坡，坡度24°。该试验林于1981年营造，初植密度3300株·hm-2，1988年、1992年、1997年分别进行抚育间伐，最终保留密度约833株·hm-2。

2 研究方法

2.1 试验设计与方法

采用随机区组试验设计，设置间伐、间伐+套种红锥2个处理、以不间伐为对照，3个区组，每个区组3个试验小区，每个小区面积600 m2。

2016年4月，根据试验设计设置9个样地，同年6月对林分进行择伐，择伐强度约为35%，林分最终保留密度为567 株·hm-2；对套种样地进行林下劈草、耙带，按株行距4 m×4 m挖穴，挖穴规格为60 cm×40 cm×40 cm。2017年春季林下套种2年生红锥630株·hm-2，培育人工杉木—红锥复层异龄混交林；5月对红锥实施扩穴培土、劈草、追施复合肥150 g·株-1；9月实施块状锄草。2018年5月对套种红锥实施扩穴、劈草并追肥复合肥150 g·株-1，9月实施块状锄草。2019年5月对套种红锥实施块状锄草并修枝，修枝高度为第一盘枝条。2020年5月对套种红锥实施块状劈草。

2.2 调查及取样方法

2016年7月、2018年7月及2020年7月对每块样地内的杉木及红锥进行每木调查，测量胸径、树高等生长指标。用围径尺测定杉木及红锥胸径，用红外线测高测距仪测量杉木树高，用皮尺测定红锥树高。2020年7月在每块样地中按“S”路线分别挖3个土壤剖面，用环刀分别取0～20、20～40、40～60 cm土层样品用于测定土壤物质性质；在同一土壤剖面分别取0～20、20～40、40～60 cm土层混合样品2 kg，去除土壤中凋落物、石块后装入灭菌袋5 ℃条件下运回室内用于测定土壤化学性质及酶活性。

2.3 土壤理化性质测定

参照国家行业标准测定土壤物理性质和化学性质[18]。土壤物理性质采用环刀法测定，全N用凯氏法测定，全P用酸溶-钼锑抗比色法测定，全K采用酸溶-火焰光度法测定，有机质用重铬酸钾氧化-外加热法测定，水解N用碱解法测定，速效P用盐酸氟化铵法提取钼锑抗比色法测定，速效K用1 mol·L-1乙酸铵浸提火焰光度法测定。

2.4 土壤酶活性测定

采用靛酚蓝比色法测定土壤脲酶活性，以24 h后1 g土壤中NH3-N质量表示；采取4-硝基苯酚磷酸盐法测定土壤酸性磷酸酶活性，以24 h后1 g土壤中对硝基苯酚质量表示；采取紫外分光光度法测定土壤过氧化氢酶活性，以每20 min内 1 g土壤分解的过氧化氢质量表示；采用邻苯三酚比色法测定多酚氧化酶活性，以2 h后1 g土壤中紫色没食子素质量表示。

2.5 数据处理

将测定的数据采用Microsoft Excel 2020整理作图，使用SPSS 23统计软件进行双因素方差分析。

3 结果与分析

3.1 不同营林措施对杉木大径材林分生长的影响

从表1可知，不同营林措施对杉木大径材林分生长具有不同的影响。就同一处理2020年12月调查的数据与2018年7月相比，择伐+套种红锥处理的杉木大径材林分平均胸径提高3.88%，平均树高提高4.21%，林分蓄积量提高8.42%；择伐处理的杉木大径材林分平均胸径提高3.47%，平均树高提高4.32%，林分蓄积量提高4.87%；对照的杉木大径材林分平均胸径提高2.69%，平均树高提高3.29%，林分蓄积量提高7.88%。就林分平均胸径及平均树高增长幅度而言，择伐+套种红锥处理>择伐处理>对照。方差分析表明，对照的林分蓄积量与择伐+套种红锥和择伐处理的差异达极显著水平。

表1 不同营林措施对杉木生长的影响

3.2 不同营林措施对林分土壤理化性质的影响

3.2.1 不同营林措施对林分土壤物理性质的影响 由表2可知，不同营林措施对杉木大径材林分土壤物理性质具有不同的影响。就总体而言，随着土层深度加深，林地土壤容重呈上升趋势，而总孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度则呈下降的趋势。其中，择伐+套种红锥处理的40～60 cm与20～40、0～20 cm土层相比，土壤容重分别提高2.38%、19.45%，总孔隙度分别降低13.97%、19.54%，毛管孔隙度分别降低17.11%、17.42%。就不同营林措施而言，与对照相比，择伐及择伐+套种红锥处理均可降低土壤容重，提高土壤总孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度。其中，择伐+套种红锥处理的0～20、20～40、40～60 cm土层，土壤容重分别降低21.57%、8.94%、9.52%，总孔隙度分别提高12.49%、12.79%、0.88%，毛管孔隙度分别提高11.57%、11.51%、12.40%，非毛管孔隙度则分别提高7.19%、3.91%、11.32%。就土壤物理性质改良效果而言，择伐+套种红锥>择伐>对照。

表2 不同营林措施对林分土壤物理性质的影响

方差分析结果表明，40～60 cm土层的土壤容重，择伐+套种红锥处理与其它处理相比差异达极显著水平(P<0.01)；20～40 cm土层的土壤总孔隙度，择伐+套种红锥处理与其它处理相比差异达极显著水平(P<0.01)；20～40、40～60 cm土层的土壤非毛管孔隙度，择伐+套种红锥和对照与择伐处理间差异达极显著水平(P<0.01)。

3.2.2 不同营林措施对杉木林土壤化学性质的影响 不同营林措施对杉木大径材林分土壤化学性质具有不同的影响(表3)。就同一处理不同土层深度杉木林土壤养分含量差异而言，随着土层深度加深，土壤有机质、水解氮、速效磷、速效钾含量均呈下降的趋势。其中，择伐+套种红锥处理的0～20 cm土壤有机质与20～40、40～60 cm土层相比分别提高27.10%、44.59%。就同一土层不同处理土壤养分含量差异而言，择伐+套种红锥处理的土壤有机质、水解氮、速效磷含量高于择伐及对照，以对照含量最低；择伐处理的速效钾含量高于择伐+套种红锥及对照，也以对照含量最低。

表3 不同营林措施对杉木林土壤化学性质的影响

方差分析结果表明，20～40 cm土层的土壤有机质含量，择伐+套种红锥和对照与择伐处理间差异达极显著水平(P<0.01)；0～20 cm土壤水解氮含量，择伐+套种红锥处理与其它处理间差异达极显著水平(P<0.01)、20～40 cm土壤速效磷含量，对照处理与择伐+套种红锥、择伐处理间差异达极显著水平(P<0.01)；不同土层土壤速效钾含量，对照与其它处理间差异达极显著水平(P<0.01)。

3.3 不同营林措施对杉木大径材林分土壤酶活性的影响

由图1可知，不同营林措施对杉木大径材林分不同土层深度的脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶及酸性磷酸酶活性具有不同的影响。择伐+套种红锥处理有利于提高0～20 cm土层的脲酶活性，其次为对照；在20～40、40～60 cm土层，对照的脲酶活性最高，其次为择伐+套种红锥处理。择伐处理有利于提高不同层次土壤过氧化氢酶活性，在0～20及20～40 cm土层，与对照相比，择伐+套种红锥土壤过氧化氢酶活性分别提高3.45%、0.59%。不同土层的多酚氧化酶活性均表现为择伐+套种红锥处理>择伐处理>对照，而酸性磷酸酶活性则表现为择伐+套种红锥处理>对照>择伐处理。

图1 不同营林措施对杉木大径材林分土壤酶活性的影响

方差分析结果表明，20～40 cm土层的土壤脲酶活性，择伐+套种红锥和对照处理与择伐处理间差异达极显著水平； 0～20 cm土层的土壤过氧化氢酶和多酚氮化酶活性，不同处理两两相比差异均达极显著水平；20～40、40～60 cm土层的多酚氮化酶活性，择伐处理与择伐+套种红锥和对照间差异达极显著水平。

4 小结与讨论

杉木是我国南方最重要的用材树种。随着人民生活水平提高，人们对杉木木材市场材种结构需要发生了变化，大径级木材已不能满足市场需求。近些年来，大径材培育已成为杉木定向培育的一个主要方向，湖南、广西、贵州、福建、浙江等省陆续建立了较大面积的杉木大径材培育基地。改善杉木大径材林分结构、维持地力成为杉木大径材林分质量精准提升优先解决的问题。以往大径材培育大都注重速生性和经济效益，而往往忽略了地力维持。诸多研究结果表明，营建杉木大径材复层林营林林分，可改善林分环境，改变林地单一凋落物组成，改善林地土壤微生物组成及提高土壤酶活性，加速杉木凋落物分解速度及林分养分循环，从而提高杉木大径材林分生长速度[15-17，19]。本文研究结果也表明，杉木大径材培育采用择伐+林下套种红锥，不仅可促进杉木的生长，而且还有利于地力维持。杉木大径材营林密度较低，通过林下植被天然更新实现近自然营林要经历的时间较长，而人工林下套种不仅可短期内实现复层林营林，且还可促进杉木枯枝落叶分解及改善地力和微生物组成，从而实现杉木林地的地力恢复[19-20]。

在杉木大径材林下套种的过程中，应综合考虑套种树种的生物学和生态学特性，筛选适宜的林下套种树种，确定上层乔木合理保留密度以及林下树种的套种密度，并在以后的经营过程中适时采取合理的营林措施，及时调节林分种间关系，从而达到林分复层异龄林效果。由于本研究调查的试验林林下套种仅3 a，今后的林分生长情况及地力变化情况，有待于今后的进一步跟踪研究。