尤龍輝，聶森，陳金章，梁國清，陳世軍，黃金林

(1.福建省林業(yè)科學研究院，福建 福州 350012；2.泉州市林業(yè)科技推廣中心，福建 泉州 362000；3.南安五臺山國有林場，福建 泉州 362322)

土壤肥力影響林木生長，決定林分質(zhì)量，是森林生產(chǎn)力的重要評價指標之一。長期單樹種人工純林經(jīng)營會導致地力衰退，進而影響林木的正常生長，降低林分的生態(tài)功能[1,2]。庫區(qū)水源涵養(yǎng)林對調(diào)節(jié)區(qū)域水文循環(huán)，改善水文狀況及保護飲用水水源等具有重要作用[3]。但水源涵養(yǎng)林人工純林經(jīng)營所占比重大，其林下樹種組成較單一，林齡逐漸老化，林下灌草稀少，生物多樣性較低等問題導致水源涵養(yǎng)林生態(tài)功能低下。因此，亟需開展對單樹種經(jīng)營的水源涵養(yǎng)林進行林相改造的相關研究，以提高其林分質(zhì)量和生態(tài)功能。本文以南安五臺山林場山美工區(qū)山美水庫庫周濕地松和桉樹林兩種水源涵養(yǎng)林林分類型為研究對象，通過擇伐、皆伐等疏伐方式套種不同闊葉樹種，監(jiān)測不同改造模式對林地土壤理化性質(zhì)的影響，以期為南方紅壤丘陵區(qū)水庫庫周低質(zhì)低效水源涵養(yǎng)林分改造提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于南安山美水庫五臺山林場，地理位置為118°24′20″ E，25°16′45″ N，與永春交界，海拔80～1 000 m。屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫為19.5～21.0 ℃，最熱月平均氣溫達26～29 ℃；年降雨量為1 000～1 800 mm，3—9月降水量占全年的80%，無霜期350 d。土壤為沙頁巖發(fā)育的赤紅壤。林場工區(qū)內(nèi)水源涵養(yǎng)林以濕地松、巨尾桉和木荷(Schimasuperba)人工林為主，林下灌木主要有毛冬青(Ilexpubescens)、石斑木(Rhaphiolepisindica)、輪葉蒲桃(Syzygiumgrijsii)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)等為主，草本主要有鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、玉葉金花(Mussaendapubescens)等。

1.2 研究方法

1.2.1 林分改造模式 本研究所選濕地松人工林植于1976年，現(xiàn)有密度為225 株·hm-2；巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)人工林植于2006年，前茬是馬尾松(Pinusmassoniana)林，現(xiàn)有密度為450株·hm-2。2014年進行林分改造試驗。選取9種典型林分改造模式進行監(jiān)測跟蹤試驗，包括：濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種閩粵栲(Castanopsisfissa)和楊梅(Myricarubra)(A)；濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種臺灣相思(AcaciaconfusaMerr.)和楊梅(B)；濕地松純林均勻擇伐30%后按1∶1套種閩粵栲和臺灣相思(C)；不進行擇伐處理保留原有濕地松林，作為試驗對照(CK1)；巨尾桉純林皆伐后按1∶1套種馬占相思(Acaciamangium)和火力楠(Micheliamacclurei)(D)；巨尾桉純林皆伐后按1:1套種馬占相思和楓香(Liquidambarformosana)(E)巨尾桉純林皆伐后按1:1套種馬占相思和臺灣相思(F)；巨尾桉純林擇伐30%后按1∶1套種馬占相思和火力楠(G)；不進行擇伐處理保留原有桉樹林，作為試驗對照(CK2)。種植當年對補種樹木進行追肥和撫育管理，整個監(jiān)測試驗期內(nèi)及時補植枯、病死樹木。

1.2.2 試驗分析方法 2018年8月份，在每種改造模式林分內(nèi)布設的標準徑流小區(qū)東北、東南和西北3個角點2 m外，分別挖掘土壤剖面，分0～20 cm和20～40 cm土層，先用環(huán)刀采樣，每個土層取3～4個環(huán)刀，然后分土層用鋁盒取鮮土約500 g帶回實驗室測定土壤理化性質(zhì)。土壤水分-物理性質(zhì)用環(huán)刀法測定；pH值用酸度計法；全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量的測定方法參照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1228～1237-1999。

2 結果與分析

2.1 不同改造模式林下土壤物理性質(zhì)

2.1.1 濕地松林擇伐套種鄉(xiāng)土闊葉樹種對林地土壤物理性質(zhì)的影響 套種鄉(xiāng)土闊葉樹種均可以明顯降低濕地松林地的土壤容重，但不同改造模式間差異不顯著(表1)。各模式0～20 cm土層的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度顯著高于模式CK1，20～40 cm土層僅模式A和B的改善效果較明顯。

2.1.2 桉樹林擇伐、皆伐套種鄉(xiāng)土闊葉樹種對林地土壤物理性質(zhì)的影響 桉樹林只有改造模式G顯著降低林地土壤容重。改造模式E和G在0～20 cm土層毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度均較高，且只有模式G的孔隙度與模式CK2沒有達到顯著差異；模式D和F較小，與模式CK2相比較沒有明顯的變化規(guī)律。各模式20～40 cm土層的土壤孔隙度均沒有明顯的變化規(guī)律。

此外，無論是濕地松林改造模式，還是桉樹林改造模式，0～20 cm土層的容重均小于20～40 cm土層，而土壤孔隙度則呈相反的趨勢。

表1 不同林分改造模式土壤孔隙度及其貯水量

2.2 不同改造模式林下土壤化學性質(zhì)

2.2.1 濕地松林擇伐套種鄉(xiāng)土闊葉樹種對林下土壤化學性質(zhì)的影響 由圖1a可以看出，不同改造模式對濕地松林下0～20 cm及20～40 cm土層的土壤pH值均沒有顯著影響，各模式0～20 cm土層土壤pH值低于20～40 cm土層。由圖2b可以看出，0～20 cm土層，模式A、B和C的有機質(zhì)含量均顯著高于模式CK1，模式A最大，達到19.121 g·kg-1。20～40 cm土層，只有模式A和B的有機質(zhì)含量顯著高于模式CK1，其中模式A有機質(zhì)含量為14.16 g·kg-1。

a.pH值 b.有機質(zhì)含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全鉀含量 h.速效鉀含量

0～20 cm土層，模式A和C的全氮、水解氮含量顯著高于模式CK1，其中模式A的全氮和水解氮含量最高，分別為1.26 g·kg-1和126.72 mg·kg-1，模式B與模式CK1差異不顯著(圖1c)。20～40 cm土層，模式A和C的全氮含量顯著高于模式CK1，水解氮只有模式A顯著高于模式CK1，模式A的全氮和水解氮的含量分別為1.04 g·kg-1和104.52 mg·kg-1，其他模式與模式CK1差異不顯著(圖1d)。

由圖1e可看出，0～20 cm和20～40 cm土層，模式A、B和C的全磷和速效磷的含量均顯著高于模式CK1。其中，0～20 cm土層，不同改造模式全磷含量從大到小依次為模式A(0.71 g·kg-1)>模式C(0.52 g·kg-1)>模式B(0.42 g·kg-1)>模式CK1(0.32 g·kg-1)；速效磷含量則表現(xiàn)為模式C(8.82 mg·kg-1)>模式A(8.52 mg·kg-1)>模式B(6.82 mg·kg-1)>模式CK1(3.93 mg·kg-1)。20～40 cm土層，不同改造模式全磷含量從大到小依次為模式C(0.78 g·kg-1)>模式A(0.58 g·kg-1)>模式B(0.51 g·kg-1)>模式CK1(0.35 g·kg-1)，速效磷含量則表現(xiàn)為模式A(11.37 mg·kg-1)>模式C(10.47 mg·kg-1)>模式B(9.13 mg·kg-1)>模式CK1(4.38 mg·kg-1)。(圖1f)

由圖1g可看出，0～20 cm土層，各模式全鉀和速效鉀含量的變化趨勢與全氮和水解氮相似，模式A和C的全鉀和速效鉀含量顯著高于模式CK1，模式B全鉀含量與模式CK1差異不顯著，但速效鉀含量有顯著差異(圖1h)。模式A的全鉀和速效鉀含量分別為17.25 g·kg-1、107.45 mg·kg-1。20～40 cm土層，只有模式A與模式CK1有顯著差異，含量分別為15.38 g·kg-1、132.13 mg·kg-1。

2.2.2 桉樹林擇伐或皆伐套種鄉(xiāng)土闊葉樹種對林下土壤化學性質(zhì)的影響 由圖2a可看出，不同改造模式對桉樹林下0～20 cm及20～40 cm土層的土壤pH值也沒有顯著影響。由圖2b可看出，0～20 cm土層，除模式G有機質(zhì)含量(18.23 g·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著。20～40 cm土層，各模式間有機質(zhì)含量均沒有顯著差異。

0～20 cm土層，除模式D全氮含量與模式CK2沒有顯著差異，其他模式均顯著高于模式CK2。其中，模式F全氮含量最高，達到1.04 g·kg-1(圖2c)。模式G的水解氮含量(110.24 mg·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著。20～40 cm土層，除模式E的全氮與水解氮含量(分別為1.16 g·kg-1和82.12 mg·kg-1)顯著高于模式CK2，其他模式差異不顯著(圖2d)。

由圖2e、圖2f可看出，可看出，0～20 cm土層，模式E和G的全磷和速效磷含量顯著高于模式CK2，其他模式?jīng)]有顯著差異。其中，模式G的全磷和速效磷含量最高，分別為0.41 g·kg-1和7.71 mg·kg-1。20～40 cm土層，除了模式E全磷含量與模式CK2差異不顯著外，其他模式的全磷含量和速效磷含量均顯著高于的模式CK2。其中模式F的全磷含量最大，為0.47 g·kg-1，模式G的速效磷含量最大，為8.04 mg·kg-1。

a.pH值 b.有機質(zhì)含量 c.全氮含量 d.水解氮含量

e.全磷含量 f.速效磷含量 g.全鉀含量 h.速效鉀含量

由圖2g、圖2h可看出，0～20 cm土層，模式D、E、F和G的全鉀、速效鉀含量均顯著高于模式CK2。其中模式G的全鉀、速效鉀含量最高，分別為12.11 g·kg-1和82.19 mg·kg-1。20～40 cm土層，模式D、E、F和G的速效鉀含量也顯著高于模式CK2，但全鉀含量差異不顯著。其中，模式D的全鉀含量最大，為12.50 g·kg-1，模式F的速效鉀含量最高，為87.36 mg·kg-1。

3 結論與討論

近年來，對單樹種純林進行疏伐套種闊葉樹種改造后，影響林地土壤肥力的研究不在少數(shù)。翁琳琳[4]發(fā)現(xiàn)對針葉林套種闊葉樹后，不僅可以改善林地土壤水分物理性質(zhì)，也可以一定程度提升林地減少產(chǎn)流產(chǎn)沙量的效能。詹學齊[5]對馬尾松林下疏伐套種了木荷，阿丁楓等改造試驗后，林地土壤孔隙度、水穩(wěn)性團聚體及氮、磷、鉀素含量有顯著提高。顏耀[6]發(fā)現(xiàn)在短期內(nèi)，在土壤侵蝕區(qū)馬尾松林下套種楓香、山杜英及無患子等闊葉樹種后，土壤的孔隙度及其貯水能力有一定改善，但土壤pH值及養(yǎng)分元素含量沒有顯著差異。

本研究結果表明，濕地松林擇伐套種闊葉樹后，0～20 cm土層，各模式土壤孔隙度、全氮、全磷、有機質(zhì)、速效磷、速效鉀含量顯著高于濕地松純林，且套種了閩粵栲的改造模式改善效果較好。20～40 cm土層，除了套種閩粵栲和楊梅的改造模式對土壤孔隙度和養(yǎng)分含量改良效果較好，其他模式總體上差異不顯著。這可能是由于閩粵栲的凋落葉凋落量較大，分解速率快，養(yǎng)分歸還效率較高有關[7,8]。本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，補種的闊葉樹種凋落物凋落現(xiàn)存量從大到小依次為閩粵栲(1.47 t·hm-2)>楊梅(1.26 t·hm-2)>臺灣相思(0.84 t·hm-2)。

桉樹林皆伐后，除了套種馬占相思和楓香的改造模式林地各層土壤的孔隙度、氮素、磷素、鉀素和有機質(zhì)顯著高于桉樹純林外，其他模式差異總體上不顯著。桉樹林擇伐套種馬占相思和楓香改造模式林地各層土壤的全磷、有機質(zhì)、水解氮含量顯著高于桉樹林皆伐套種馬占相思和楓香的改造模式。這與孫東婧[9]對杉木林不同間伐強度套種闊葉樹對林地土壤養(yǎng)分含量的影響類似，這是因為桉樹林皆伐后，套種的闊葉樹種林齡較小，郁閉度較低，容易在強降雨的情況下造成水土及其養(yǎng)分元素流失，但隨著林分改造時間的推移，這種情況將逐漸改善[10]，但還需更長時間的跟蹤監(jiān)測加以驗證。