于浦云，苗 杰，路兆軍，胡海燕，李東芹，張專文，孫 倩，薛 蕾，孫太元*

（1.煙臺市牟平區(qū)林業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 煙臺264100；2.煙臺市林業(yè)科學研究所，山東 煙臺264013；3.煙臺市龍口市國有林場，山東 龍口265700；4.煙臺市森林資源監(jiān)測保護服務中心，山東 煙臺264000）

赤松（Pinus densiflora）為松科（Pinaceae）松屬（P.）常綠喬木，耐干旱瘠薄，成林成材期較早，是溫帶和暖溫帶地區(qū)針葉林的主要建群樹種。赤松在我國和世界上的分布區(qū)較為狹窄,主要分布在山東半島、遼東半島和吉林省的東部，以及朝鮮、韓國和日本等國，山東半島為其原生地[1-3]。赤松是山東省的鄉(xiāng)土樹種,主要分布在膠東丘陵區(qū)和部分魯中山地,在平衡區(qū)域生態(tài)、提高生物多樣性、調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能方面發(fā)揮著重要作用，對荒山造林及水土保持有十分重要的意義[4]。近年來林業(yè)科研人員從林分生長、樹木生理生態(tài)、種群結(jié)構(gòu)、病蟲害防治等多方面對赤松天然林和人工林展開了系列研究工作[5-8]。羅廣軍[9]通過研究分析吉林省延邊地區(qū)赤松林的標準地資料,明確了赤松人工林的生長特征以及其與立地因子的關(guān)系,初步確定了赤松人工林的適宜立地條件。吳玉德[10]對吉林省龍井市天然赤松材的材積生長進行了初步研究，發(fā)現(xiàn)赤松材積生長可大致分成3個階段,幼年階段小于20年,成熟林為20-44年，過熟林大于44年。但目前對膠東丘陵區(qū)赤松林生長特征方面的研究卻少見報道。

土壤是林木生長和生態(tài)功能發(fā)揮的基礎(chǔ)，森林土壤質(zhì)量對森林健康非常重要。土壤物理特性和化學特性是森林土壤質(zhì)量最重要的組成部分，開展森林土壤理化特性研究，對于診斷林地土壤退化、結(jié)構(gòu)紊亂，以及所導致的土壤功能失調(diào)具有重要意義。國內(nèi)針對人工林土壤理化性質(zhì)開展了較多研究，涉及油松（P.tabulaeformis）[11-12]、麻櫟（Quercus acutissima）[12]、紅豆杉（Taxus chinensis）[13]、西南樺（Betula alnoides）[14]等多個樹種，相比之下，赤松林地土壤理化性質(zhì)方面的研究相對較少。本研究通過對膠東丘陵區(qū)不同林齡和密度的典型赤松人工林開展土壤理化特性研究，有利于探索有效的土壤質(zhì)量管理措施，為干旱瘠薄地區(qū)林地土壤質(zhì)量提升和人工林可持續(xù)經(jīng)營提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

膠東丘陵區(qū)位于山東省東部，北緯35°35'-38°3'，東經(jīng)119°30'-122°42'。行政區(qū)劃主要包括煙臺、青島、威海三地及濰坊市部分地區(qū)。該區(qū)丘陵的海拔多在500 m 以下，主要由花崗巖組成。由于受海洋的影響，與同緯度的內(nèi)陸相比，氣候溫和，氣溫變幅較小，屬暖溫帶濕潤半濕潤季風性氣候，四季分明，氣候特征明顯；春秋季節(jié)氣候干燥，降雨集中于夏季，約占全年降雨量的60%。年均氣溫11.3℃，年平均日照數(shù)2690 h，全年無霜期約207 d，年平均降水量740 mm[15]。由于成土母質(zhì)以花崗巖、片麻巖和片巖等深變質(zhì)結(jié)晶巖為主，區(qū)域內(nèi)土壤類型以棕壤為主，主要植被類型為常綠松柏類樹種和落葉闊葉類樹種為主，代表樹種主要有黑松（P.thunbergii）、赤松、油松、麻櫟、楸（Catalpa bungei）、刺槐（Robinia pseudoacacia）等。

1.2 樣地設(shè)置

在研究區(qū)內(nèi)的煙臺市轄區(qū)選取15塊有代表性的不同林齡、不同密度赤松人工林地作為研究對象，每塊樣地面積均為10 m×10 m，其中1-4號樣地位于牟平區(qū)神童村林場，5-8號樣地位于牟平區(qū)風云林場，9-12號樣地位于萊山區(qū)曲村林場，13-15號樣地位于昆崳山林場。林地的土壤類型為棕壤，林下植被主要有麻櫟、胡枝子（Lespedeza bicolor）、臭椿（Ailanthus altissima）、商陸（Phytolacca acinosa）、山苜楂（Gypsophila oldhamiana）、地榆（Sanguisorbaofficinalis）等。各塊樣地人工林的林齡、密度、郁密度、林下蓋度及立地因子等基本概況見表1。

表1 不同赤松人工林樣地基本概況Table1 Summary information of forest plots of P.densiflora plantations

1.3 林分生長調(diào)查及土壤采樣方法

調(diào)查及取樣時間為2018年9月。對所選樣地赤松人工林進行每木生長調(diào)查，調(diào)查指標包括樹高、胸徑和冠幅。樹高測定采用測高桿或測高儀，胸徑采用圍尺；測量冠幅時，分別量取樹冠垂直投影的南北和東西方向外沿距離，計算兩者平均值。

在每塊樣地隨機選取4個采樣點，用土鉆采集0-20 cm 土層的土壤樣品，每個采樣點約1 kg，去除其中的植物根系、動植物殘體，混合均勻后用四分法取1 kg 土樣，裝袋后帶回實驗室。將土樣置于實驗室陰涼處自然風干，分成兩份，分別過20目篩和100目篩備用。

1.4 土壤理化指標測定方法

共測定土壤物理指標8個，分別為容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、毛管持水量、粘粒（＜0.002 mm）含量、粉砂粒（0.002～0.05 mm）含量和砂粒（0.05～2.0 mm）含量。土壤容重采用環(huán)刀法測定，所用環(huán)刀規(guī)格為100 cm3；采用環(huán)刀浸水法測定土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和毛管持水量[11]。土壤顆粒機械組成采用吸管法測定[16]。

共測定土壤化學指標8個，分別為pH值、電導率（EC）、陽離子交換量（CEC）、有機質(zhì)、全氮、有效氮、有效磷、有效鉀。土壤pH值采用酸度計測定（水土比為2.5:1）；電導率采用電導率儀測定（水土比為5:1）；CEC 采用EDTA-乙酸銨混合液交換法測定；采用油浴加熱—重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量；全氮含量采用凱式定氮法測定；有效氮含量的測定采用堿解擴散法；有效磷含量采用0.5 mol/L 碳酸氫鈉溶液浸提—鉬藍比色法測定；用1 mol/L 中性醋酸銨溶液浸提—火焰光度計法測定土壤有效鉀含量[17]。

1.5 土壤理化指標分級標準

根據(jù)中國土壤pH值分級標準[18]，pH值＜4.5為極強酸性，4.5～5.5為強酸性，5.5～6.5為微酸性，6.5～7.5為中性，7.5～8.5為微堿性，＞8.5為強堿性。關(guān)于林地土壤理化指標的等級劃分，目前國內(nèi)外尚沒有可利用的統(tǒng)一標準。在本研究中，土壤養(yǎng)分指標采用全國第二次土壤普查時土壤養(yǎng)分的分級標準[19]，其它指標參考全國土壤普查辦公室提出的林地土壤資源評價分級指標[20]，以及前人對林地土壤指標的評價標準[21]，總結(jié)得出林地土壤主要理化指標的分級標準（表2），用于判斷赤松林地土壤理化指標的豐缺狀況。由于土壤粉砂粒和砂粒含量尚未有可供參考的豐缺閥值，因此沒有制定這兩個指標的分級標準。

表2 林地土壤主要理化指標的分級標準Table2 Classification standards of main indicators of forest soil quality

1.6 數(shù)據(jù)分析

除常規(guī)生長指標外，本研究還采用年均生長速率來比較不同林齡赤松人工林的生長情況，計算方法是分別用各樣地林木的平均胸徑、樹高、冠幅除以林齡。鑒于樣地1～12的林齡較為接近，將這12塊樣地作為一個林齡組進行計算，平均林齡為18 a。

利用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理與圖表制作，采用SPSS 23.0軟件進行描述性統(tǒng)計和回歸分析。采用變異系數(shù)來表征土壤理化指標的變異程度，計算公式為：變異系數(shù)=(標準差/平均值)×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同赤松人工林的生長特征

樹高、胸徑和冠幅是表征林分生長特征的主要指標。不同密度、不同林齡赤松人工林的生長特征如表3所示。由表中結(jié)果可知，所調(diào)查15個膠東丘陵區(qū)赤松人工林的平均樹高、胸徑和冠幅分別為5.60 m、9.39 cm和2.71 m，而低林齡組（16-23 a）的平均樹高、胸徑和冠幅分別僅為4.38 m、7.37 cm和2.38 m，生長狀況較差。由圖1可以看出，供試赤松人工林的樹高、胸徑和冠幅隨林分密度增加呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，統(tǒng)計分析結(jié)果表明，各生長指標與林分密度均表現(xiàn)出雙曲線函數(shù)（Y=A+B/X）擬合關(guān)系，達到顯著性水平（P ＜0.05，R=0.9591）。

表3 不同赤松人工林生長特征Table3 Growth characteristics of forest plots of P.densiflora plantations

圖1 林分密度對赤松人工林生長指標的影響Figure1 Effects of density on growth indexes of P.densiflora plantations

由表4結(jié)果可以看出，赤松人工林在0-18年間的年均生長速率要明顯高于18-65年間的生長速率。以胸徑為例，林齡0-18年和18-65年間的年均生長速率分別為0.243 cm/a和0.130 cm/a，表明赤松人工林前期生長速度較快。

表4 赤松人工林主要生長指標的年均生長速率Table4 Annual average growth rate of main growth indexes in P.densiflora plantations

2.2 不同赤松人工林的土壤物理特性

變異系數(shù)可以用于表征指標敏感性，變異系數(shù)越大表明該指標對差異性也越敏感，低于10%為弱變異，高于100%為強變異，處于二者之間（10%～100%）的為中等變異[22]。由表5可以看出，所有土壤物理指標均屬于中等變異，這說明膠東丘陵區(qū)赤松林地土壤的物理性質(zhì)相對較為穩(wěn)定。

赤松林土壤物理指標的描述性分析結(jié)果見表5和表6所示。調(diào)查結(jié)果表明，赤松人工林土壤容重處于0.94～1.66 g/cm3之間，其中46.67%樣地的土壤容重處于“適中”等級，其余基本上都處于“較低”或“較高”水平。供試樣地的土壤粘粒含量普遍較低，均處于“很低”和“較低”等級，90%以上為“很低”水平，砂粒含量較高，平均值高達63.3%。本研究中，供試土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度處于“適中”等級的分別占40%、53.33%和46.67%，均是所占百分比最高的等級，說明赤松人工林土壤的通透性較好。毛管持水量變幅為14.27%～ 39.01%，80%處于“較高”和“很高”水平，說明供試林地土壤的保水能力較強。

表5 赤松人工林土壤物理指標描述性統(tǒng)計結(jié)果Table5 Descriptive statistical analysis of soil physical indexes in P.densiflora plantations

表6 赤松人工林土壤物理指標不同等級所占比例Table6 Percentage of different grade of soil physical indexes in P.densiflora plantations

2.3 不同赤松人工林的土壤化學特性

土壤化學性質(zhì)主要反映了土壤肥力狀況，多數(shù)指標直接關(guān)系到林木生長，對于森林健康和土壤質(zhì)量都有著深刻的影響。由表7可以看出，供試土壤各項化學指標中以pH值的變異系數(shù)最小，屬低變異，其余指標均處于中等變異水平，說明膠東丘陵區(qū)赤松人工林地土壤化學性質(zhì)整體變異不大，穩(wěn)定強較強。

由分析結(jié)果可知（表7、表8）膠東丘陵區(qū)赤松林地的土壤pH值變化范圍為4.81～6.05，表現(xiàn)為酸性，平均值為5.56，均處于“較低”等級。供試土壤EC 普遍很低，變幅為20.2～115.6 μs/cm，均處于“很低”等級。從表4可以看出，側(cè)柏人工林地土壤CEC 平均值為9.57 cmol/kg，整體均值處于“很低”等級。統(tǒng)計結(jié)果表明，15塊樣地中土壤CEC處于“很低”和“適中”等級的分別占據(jù)整體的2/3和1/3。供試赤松林地土壤有機質(zhì)平均值為25.63 g/kg，變幅為18.2～71.2 g/kg，均處于“適中”、“較高”或“很高”等級，表明膠東丘陵區(qū)赤松人工林地土壤有機質(zhì)含量處于中等或以上水平。

表7 赤松人工林土壤化學指標描述性統(tǒng)計分析結(jié)果Table7 Descriptive statistical analysis of soil chemical indexes of P.densiflora plantations

表8 赤松人工林土壤化學指標描述性統(tǒng)計分析結(jié)果Table8 Percentage of different grades of soil chemical indexes of P.densiflora plantations

由測定結(jié)果可知，供試土壤全氮含量變幅為0.53～2.9 g/kg，雖然低林齡赤松林地土壤全氮含量較低，但供試林地全氮平均含量較高，這是由于昆崳山林場的高林齡赤松林地土壤全氮含量均處于 “很高”等級的原因。有效氮含量的變幅為14.6～256 mg/kg，平均值為95.25 mg/kg，有86.66%土樣的有效氮含量達到“適中”、“較高”或“很高”等級。土壤有效磷含量處于0.6～5.4 mg/kg之間，90%以上的樣地處于“很低”水平，平均值僅為1.91 mg/kg；土壤有效鉀含量變幅為32～91 mg/kg，53.33%的土壤屬于 “適中”等級，其余均為“較低”水平。結(jié)果表明，供試赤松人工林的全氮和有效氮含量含量整體較高；而有效磷含量很低，有效鉀含量整體則較為適宜。

3 結(jié)論

本文以膠東丘陵區(qū)不同林齡和密度的赤松人工林為對象，綜合分析了其生長特征以及土壤理化特性，研究表明，供試赤松人工林的樹高、胸徑和冠幅隨林分密度增加呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，各生長指標與林分密度均表現(xiàn)出雙曲線函數(shù)擬合關(guān)系，達到顯著性水平（P ＜0.05）。赤松人工林前期生長速度較快，在0-18 a 間的年均生長速率要明顯高于18-65 a間的生長速率。

赤松人工林土壤容重處于0.94～1.66 g/cm3之間，整體較為適中，土壤粘粒含量普遍較低，90%以上為“很低”水平。赤松人工林土壤的通透性較好，保水能力較強。供試赤松林地土壤pH值均表現(xiàn)為酸性，土壤EC 普遍很低，變幅為20.2～115.6 μs/cm，均處于“很低”等級。林齡較高的赤松人工林土壤CEC較為適中，而低林齡赤松林地土壤CEC處于“很低”水平。膠東丘陵區(qū)赤松人工林地土壤有機質(zhì)含量處于中等或以上水平；全氮和有效氮含量整體上較高，而有效磷含量很低，有效鉀含量整體較為適宜。