付嬌嬌　王慶成　張嬌　朱凱月

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

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立地土壤水分對脂松人工幼林生長的影響1)

付嬌嬌王慶成張嬌朱凱月

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

摘要在帽兒山地區(qū)引種栽培的12年生脂松試驗林中，設(shè)立上、中、下坡位3種常規(guī)尺度立地類型及設(shè)立凹地、凸地、伐樁附近、平緩坡地(對照)4種微立地類型，研究立地、微立地土壤水分物理性質(zhì)變化對脂松林木生長的影響。結(jié)果表明：①立地、微立地對土壤水分物理性質(zhì)有顯著影響(p<0.05)，土壤含水量從大到小依次為：下坡位、中坡位、上坡位；凹地、伐樁、對照、凸地。②上坡位脂松生長最好，胸徑(5.7 cm)分別比中、下坡位高11.8%(p<0.05)和29.6%(p<0.05)；樹高(4.3 m)分別比中、下坡位高3.1%(p>0.05)和14.5%(p<0.05)。③與對照相比，凸地有利于脂松生長，凹地和伐樁對脂松生長產(chǎn)生負影響。凸型微立地上，脂松胸徑、樹高略高于對照(p>0.05)；而凹型微立地上胸徑、樹高分別比對照低40.5%(p<0.05)和24.9%(p<0.05)；伐樁附近微立地上，脂松胸徑、樹高略低于對照(p>0.05)。含水量過高不利于脂松的生長，脂松造林應(yīng)選擇排水良好的上、中坡位；種植點的配置上，應(yīng)避開容易產(chǎn)生季節(jié)性積水的凹地。

關(guān)鍵詞脂松(Pinus resinosa Ait.)；脂松人工林；立地類型；微立地類型；土壤水分

分類號S724

Effect of Soil Moisture under Different Site/microsite Conditions on Growth of YoungPinusresinosaPlantation Stand

Fu Jiaojiao, Wang Qingcheng, Zhang Jiao, Zhu Kaiyue

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(4)：34-37,40.

We set downhill, middle solpe and upperhill sites, and concave, convex, close to stump microsites and reference within middle slope site in a 12-year-old red pine plantation stand at Maoershan Experimental Forest Farm. We detected the Variation in soil moisture and physical properties between different sites and microsites. The moisture content of soil on different slope positions was in an descending order of downhill, middle slope, and upperhill. The ranking of moisture content of soil within microsites was in an descending order of concave, close to stump, reference, and convex. The greatest growth of red pine trees was with trees on the upperhill site, with DBH (5.7 cm) of 11.8% (p<0.05) and 29.6% (p<0.05) greater, and height (4.3 m) of 3.1% (p>0.05) and 14.5% (p<0.05) greater than those on middle slope and downhill sites, respectively. Compared with reference microsite, the convex microsite had greater tree growth, while concave and close to stump microsite had a negative effect. Tree DBH and height on convex microsites were slightly greater (p>0.05) than those on reference microsites, while compared with concave microsites they were significantly lower. The tree growth on close to stump microsite was also lower than that on reference microsites (p>0.05). The relatively high soil moisture content retarded the red pine growth in this area. The upperhill and the middle-slope site with good drainage are suitable site for the establishment of red pine plantation in this area. Avoiding concave microsite which would produce timely waterlogging will benefit tree growth.

KeywordsRed pine (PinusresinosaAit); Red pine plantations; Site; Microsites; Soil moisture and physical properties

微立地為小地形和表面土壤特征相同的地塊，其范疇可小至1 m2，大則超過5 m2[1]。微立地可以由自然因素形成(如，局部地形差異、土壤差異、風(fēng)倒產(chǎn)生的洼地、倒木等)，亦可由經(jīng)營活動(如，采伐、整地等導(dǎo)致剩余物堆積、伐樁以及整地對局部地形的影響)[2]。微立地差異，不僅包括地形和土壤性質(zhì)的不同，在其范圍內(nèi)樹木生長所需的光照、溫度、水分、養(yǎng)分等生態(tài)因子狀況也各異[3]。因而，在人工造林或更新時，微立地對人工林生長也會產(chǎn)生重要的影響。歐美在20世紀70年代開始了微立地對植物生長影響的研究，特別在工業(yè)用材林林地管理方面十分注重微立地的作用[3-6]。我國自20世紀90年代中期以來也開展了微立地相關(guān)的研究[2-3，7]，從微立地尺度上研究林木生長和立地條件的關(guān)系，為充分發(fā)揮土地和樹種的潛力，縮短人工林輪伐期奠定基礎(chǔ)[2]。以往的研究，主要集中于微立地對人工幼林生長的影響，研究結(jié)果僅限于林木生長早期階段[2-3，7]，微立地影響的長期效果研究尚少。

脂松(PinusresinosaAit.， Red pine)，亦謂挪威松(Norway pine)，是北美東北部地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，分布范圍極其廣泛[8]。脂松產(chǎn)區(qū)的氣候條件與我國東北地區(qū)極為相似，為該種向我國東北地區(qū)的成功引進提供了重要基礎(chǔ)。2002年，我國東北地區(qū)開始脂松優(yōu)良種源的引種栽培工作；2004年，帽兒山地區(qū)營造了脂松種源試驗林和引種栽培試驗林。帽兒山地區(qū)和產(chǎn)區(qū)土壤類型存在較大的差異，與脂松分布區(qū)的沙質(zhì)新成土相比，引種區(qū)的暗棕壤肥力相對較高，但在透氣性和排水性方面較差[9-10]。脂松喜排水良好的土壤，土壤水分是影響引種區(qū)脂松生長的重要因子。研究表明：不同土壤水分含量會對脂松的生長和生理特性產(chǎn)生不同程度的影響；脂松比較耐干旱，而不耐澇漬，中等水濕及偏輕度干旱立地較適宜脂松苗木生長[11]。不同立地間土壤水分狀況差異顯著[12-13]，相同立地內(nèi)不同微立地間土壤水分物理性質(zhì)存在較大差異[3]。王付剛等[14]調(diào)查了帽兒山脂松試驗林造林當(dāng)年和翌年微立地對脂松幼樹生長的影響，結(jié)果表明：中坡位脂松生長最好，且顯著高于上、下坡位。楊俊等[7]對微立地土壤物理性質(zhì)差異及與脂松幼林生長的影響進行了研究，結(jié)果表明：凹地形和伐樁對脂松生長呈負影響，差異顯著；凸地形對脂松生長呈正影響，差異不顯著。然而，隨著林木生長、樹高增加、冠幅增大、根系吸收能力增強等，微立地對脂松生長的影響尚不明確。

本文以帽兒山地區(qū)引種栽培的12年生脂松為研究對象，分析微立地尺度的土壤水分物理性質(zhì)變化及立地、微立地對脂松生長的影響，進一步確定土壤水分狀況對脂松生長的影響，為在微立地尺度上更準(zhǔn)確的適地適樹營造脂松人工林提供參考。

1研究區(qū)概況

研究地位于東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實驗林場尖砬溝森林培育實驗站(127°18′0″～127°41′6″E，45°2′20″～45°18′16″N)。該地屬長白山系張廣才嶺西北坡小嶺余脈，為典型低山丘陵地帶。平均海拔300 m，年平均氣溫2.8 ℃，年降水量724 mm，7—8月份雨量占全年總量的52%，年蒸發(fā)量1 094 mm，年日照時間2 471 h，無霜期120～140 d。

脂松試驗林造林時間為2004年，面積15 hm2。造林地為次生林采伐跡地，坡向為陽坡或半陽坡，坡度10°～25°。株行距1.5 m×2.0 m(3 333株/hm2)。

2研究方法

2014年10月，在脂松林內(nèi)，分為上、中、下3個坡位，各設(shè)立3個15 m×15 m標(biāo)準(zhǔn)地，共9個。在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，分別測定脂松的樹高、胸徑、近5 a的樹高連年生長量。依據(jù)地形和地表狀況，在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)劃分為凹形微立地、凸形微立地、伐樁(直徑≥15 cm)附近微立地3種微立地類型，每種微立地類型3個重復(fù)；以無明顯特征的平緩坡地為對照(由于脂松人工林內(nèi)上坡位和下坡位坡面平緩，微立地不典型，故僅在中坡位標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進行微立地劃分)。凸形和凹形微立地的范疇為1～5 m2，選擇位于中心的林木測定。伐樁附近微立地，在以其為中心半徑60 cm范圍內(nèi)選擇林木測定。

不同坡位土壤取樣，分別在每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)采用十字取樣法布置采樣點(5點)，在0～10 cm深度中間取環(huán)刀和鋁盒土壤樣品，用于測定土壤水分物理性質(zhì)。測定凸地形和凹地形土壤水分物理性質(zhì)，在凸、凹地形的中心附近；伐樁在其附近60 cm內(nèi)取點。在0～10 cm深度中間取環(huán)刀和鋁盒土壤樣品，每個微地形重復(fù)3次。采用烘干法測定土壤水分含量、用環(huán)刀法測土壤密度、孔隙度、持水量等土壤水分物理性質(zhì)[15]。降水?dāng)?shù)據(jù)，由黑龍江帽兒山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站提供。

數(shù)據(jù)處理，采用SPSS(SPSS公司，13.0)對數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計和正態(tài)檢驗，然后進行單因素方差分析，并用LSD法進行多重比較和Pearson相關(guān)性分析。

3結(jié)果與分析

3.1不同立地土壤水分物理性質(zhì)

坡位對土壤水分物理性質(zhì)有顯著影響(見表1)。下坡位的含水量最高(81.8%)，分別比上、中坡位高26.4%(p<0.05)和19.6%(p<0.05)；上坡位和中坡位間差異不顯著(p>0.05)。土壤密度從大到小依次為：上坡位、中坡位、下坡位，各坡位間無顯著差異(p>0.05)。飽和持水量、毛管持水量、田間持水量，從大到小依次為：下坡位、中坡位、上坡位，且差異顯著(p<0.05)。下坡位的總孔隙度最高(66.9%)，比上坡位高15.5%(p<0.05)，比中坡位高5.8%(p<0.05)。

表1　12年生脂松人工林不同坡位土壤水分物理性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)。

不同微立地類型土壤水分物理性質(zhì)存在顯著差異(見表2)。土壤含水量，從大到小依次為：凹地、伐樁、對照、凸地。凹地、伐樁土壤含水量，分別比對照高57.2%(p<0.05)和11.2%(p>0.05)，凸地土壤含水量比對照低2.9%(p>0.05)。土壤密度，從大到小依次為：凸地、伐樁、對照、凹地。凸地、凹地土壤密度與對照差異顯著(p<0.05)，伐樁土壤密度與對照差異不顯著(p>0.05)。飽和持水量、毛管持水量和田間持水量均存在顯著差異，從大到小依次為：凹地、伐樁、對照、凸地?？偪紫抖?，從大到小依次為：凹地、伐樁、凸地、對照；凹地、伐樁總孔隙度與對照差異顯著(p<0.05)，凸地總孔隙度與對照差異不顯著(p>0.05)。

表2　12年生脂松人工林不同微立地土壤水分物理性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)。

3.2不同立地條件對脂松生長的影響

不同坡位脂松生長存在顯著差異(見表3)。上坡位脂松平均樹高最高，比中、下坡位分別高出3.1%(p>0.05)和14.5%(p<0.05)；中、下坡位間，樹高差異顯著(p<0.05)。在胸徑方面，也表現(xiàn)為上坡位最大，分別比中坡位、下坡位高11.8%和29.6%(p<0.05)；中、下坡位間，胸徑差異顯著(p<0.05)。

表3　12年生脂松人工林不同坡位林木樹高、胸徑

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

坡位由上到下脂松的逐年高生長量呈遞減趨勢，不同年份相同坡位脂松的生長量與年均降水量負相關(guān)(見表4)。2013年，年平均降水量最高(928.4 mm)，該年脂松高生長量最低，且不同坡位脂松高生長量表現(xiàn)為：上坡位比中、下坡位分別高12.6%(p>0.05)和66.7%(p<0.05)；中坡位和下坡位差異顯著(p<0.05)。2011年，年平均降水量最低(553.6 mm)，該年脂松高生長量最高，且不同坡位脂松高生長量表現(xiàn)為：上坡位比中、下坡位分別高5.9%(p>0.05)和18.7%(p<0.05)；中坡位和下坡位差異顯著(p<0.05)。2010、2012、2014年，高生長量均表現(xiàn)為：上、中坡位顯著高于下坡位(p<0.05)，上坡位高于中坡位，但差異不顯著(p>0.05)。

微立地對脂松生長產(chǎn)生顯著影響(見表5)。凹型微立地上，樹高、胸徑比對照分別低24.9%(p<0.05)和40.5%(p<0.05)。伐樁微立地上，樹高、胸徑分別比對照低6.5%(p>0.05)4.9%和(p>0.05)。凸型微立地上，樹高比對照低2.4%(p>0.05)；胸徑比對照高出0.9%(p>0.05)。

表4年均降水量對脂松人工林不同坡位脂松逐年高生長量的影響

年份年平均降水量/mm坡位高生長量/cm2010592.10上(58.10±0.72)a中(56.24±0.08)a下(43.12±0.27)b2011553.06上(62.74±1.00)a中(59.20±3.20)a下(49.63±3.01)b2012639.08上(45.75±3.00)a中(45.05±1.12)a下(33.11±0.25)b2013928.40上(42.28±2.29)a中(37.55±1.40)a下(22.08±0.89)b2014617.15上(55.06±1.44)a中(48.20±1.81)a下(40.59±2.61)b

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

表5　脂松人工林不同微立地脂松樹高、胸徑

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

微立地類型對脂松逐年高生長量產(chǎn)生顯著影響，總體趨勢從大到小依次為：凸地、對照、伐樁、凹地，不同年份相同微立地脂松的生長量與年均降水量負相關(guān)(見表6)。年均降水量最高的2013年，脂松高生長量最低，且不同微立地上脂松高生長量表現(xiàn)為：凸地比對照高出7.4%(p>0.05)；凹地和伐樁分別比對照低48.7%(p<0.05)、1.2%(p>0.05)；凸地與凹地差異顯著，凸地與伐樁差異不顯著。年均降水量最低的2011年，脂松高生長量最高，且不同微立地脂松高生長量表現(xiàn)為：凸地比對照高3.1%(p>0.05)；凹地、伐樁比對照分別低21.2%(p<0.05)、3.5%(p>0.05)；凸地和凹地差異顯著(p<0.05)，凸地和伐樁差異不顯著(p>0.05)。2010、2012、2014年，高生長量均表現(xiàn)為：凸地高于對照，差異不顯著(p>0.05)；凹地低于對照，差異顯著(p<0.05)；伐樁低于對照，差異不顯著(p>0.05)。

3.3土壤水分物理性質(zhì)與脂松生長相關(guān)性

脂松的生長，與土壤密度、非毛管孔隙度呈正相關(guān)，與其它變量均為負相關(guān)(見表7)。脂松胸徑生長，與含水量、毛管持水量、田間持水量之間呈極顯著負相關(guān)(p<0.01)，與飽和持水量呈顯著負相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與毛管孔隙度呈顯著負相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與土壤密度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)。樹高生長，與含水量、飽和持水量、毛管持水量、田間持水量間均呈極顯著負相關(guān)(p<0.01)，與毛管孔隙度呈顯著負相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，與土壤密度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.01)。

表6年均降水量對脂松人工林不同微立地脂松逐年高生長量的影響

年份年均降水量/mm微立地類型高生長量/cm2010592.10對照(57.84±0.08)ac凹地(48.69±1.38)b凸地(60.67±1.39)a伐樁(53.36±3.10)bc2011553.60對照(59.20±3.20)a凹地(46.67±2.20)b凸地(61.00±3.98)a伐樁(57.16±3.31)ab2012639.08對照(45.05±1.12)a凹地(32.00±2.31)b凸地(39.22±3.58)ab伐樁(36.88±3.44)ab2013928.40對照(37.55±1.40)a凹地(19.25±1.13)b凸地(40.33±3.79)a伐樁(37.12±4.92)a2014617.15對照(48.20±1.81)a凹地(35.28±3.55)b凸地(48.56±4.95)a伐樁(41.31±2.90)ab

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；數(shù)字后同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

表7　12年生脂松人工林生長與土壤水分物理性質(zhì)的相關(guān)性

注：** 表示在0.01水平顯著；*表示在0.05水平顯著。

4結(jié)論與討論

對于生長在適宜海拔范圍內(nèi)的林木，坡位是影響其生長的關(guān)鍵地形因子之一[2，12，16]。上坡位和中坡位脂松的樹高、胸徑高于下坡位，差異顯著(p<0.05)，上坡位高于中坡位，但差異不顯著(p>0.05)(見表3)。原因是上、中坡位水分因重力作用能夠迅速排出，土壤含水量較低，下坡位為水分積聚區(qū)，土壤含水率最高(見表1)，而脂松的樹高、胸徑生長與含水量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系(p<0.01)(見表7)。本文研究結(jié)果與王付剛等[14]的研究結(jié)果不同，王付剛等認為中坡位脂松生長狀況最好，且顯著高于上、下坡位，原因是幼樹剛移植對水分要求較高，而上坡位含水量低，幼樹可能受到干旱脅迫。脂松逐年高生長量因降水量的增加而降低(見表4)。這是由于帽兒山地區(qū)土壤相對脂松原產(chǎn)區(qū)排水能力較差[11]，容易產(chǎn)生季節(jié)性積水，因此對脂松的生長構(gòu)成限制。

由于土壤水分和通氣狀況等的不同，造成不同微立地間土壤水分物理性質(zhì)存在較大差異[3]。凹地土壤含水量顯著低于對照(見表2)。這是由于凹地地勢低洼，地表徑流、地下徑流都容易在凹地聚集，尤其是雨后更容易積水，導(dǎo)致凹地土壤儲存了較多的水分。凸地地勢較高，土壤儲存的水分較少，因而凸地土壤含水量低于對照(見表2)。伐樁和其根系的腐爛，導(dǎo)致伐樁附近的土壤較松軟，含有較多的水分，但是由于孔隙度較大(見表2)，部分水分能流失，所以伐樁附近土壤含水量低于對照，但差異不顯著(p<0.05)(見表2)。

不同的土壤水分物理性質(zhì)，使土壤呼吸、土壤微生物和土壤動物種群及活動以及根系活動、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和吸收出現(xiàn)差異，必然導(dǎo)致林木生長不同([2])。凹地不利于脂松的生長，凹型微立地上脂松的樹高、胸徑顯著低于對照；伐樁附近脂松樹高、胸徑生長也低于對照，但差異不顯著(p<0.05)；凸地利于脂松生長，但凸型微立地上脂松的樹高、胸徑生長與對照差異并不顯著(見表5)。這與楊俊等([7])研究結(jié)果基本一致。2010—2014年間，年平均降水量最高為2013年，最低為2011年(見表6)。對照立地上脂松2013年高生長量(37.5cm)最低，2011年高生長量最高(見表6)。2013年，凹地脂松高生長量比對照低18.3cm；2011年，凹地脂松高生長量比對照低12.5cm(見表6)。說明降水量對脂松的生長產(chǎn)生顯著影響，降水量高不利于脂松的生長，且降水量越高，凹地的負影響越大。

3結(jié)論

3種木材的5種不同形態(tài)試樣中粉末樣的點燃時間遠小于其它形態(tài)樣，而杉木、水曲柳的標(biāo)準(zhǔn)樣、組拼樣、顆粒樣點燃時間相差不大。3種木材的顆粒樣燃燒持續(xù)時間均最短，燃燒更劇烈，其中杉木、水曲柳的熱釋放速率明顯高于其它形態(tài)樣的熱釋放速率；粉末樣燃燒持續(xù)時間均最長，熱釋放速率及熱釋放速率峰值均最低，同時粉末樣的產(chǎn)煙速率也最低。同種木材不同形態(tài)試樣的熱釋放總量相差不大；不同木材熱釋放總量不同，從大到小依次為木莢豆、水曲柳、杉木。利用錐形量熱儀法分析木材的燃燒性能，當(dāng)不能取得標(biāo)準(zhǔn)試樣規(guī)格時，利用組拼方法獲得的試樣進行燃燒試驗的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)試樣較接近，但顆粒樣和粉末樣與之相比則有較大差異。

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收稿日期：2015年10月28日。

作者簡介：第一付嬌嬌，女，1988年10月生，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，碩士研究生。E-mail：1006740389@qq.com。通信作者：王慶成，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：wqcnefu@163.com。

1)國家科技支撐計劃項目(2011BAD37B02)。

責(zé)任編輯：張玉。