劉 敏，郎明翰，2，楊樹軍，曹怡立

（1.遼寧省沙地治理與利用研究所；2.遼寧章古臺科爾沁沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，遼寧 阜新 123000）

人工林地力衰退是由于在人工林營造和經(jīng)營過程中樹種選擇和林分結(jié)構(gòu)設計不當或者在整地和森林林分經(jīng)營不合理導致森林土壤生態(tài)環(huán)境退化、林地生產(chǎn)力下降的現(xiàn)象[1]。人工林地力衰退，又稱作為‘第二代效應’[2]，最早于19 世紀初由德國發(fā)現(xiàn)。當時德國為了提高林木的單產(chǎn)，將天然闊葉林改變?yōu)獒樔~人工林[3]。后期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，連栽后導致生產(chǎn)力下降。1923 年，在Weidemann 的報道中[3]，下薩克森地區(qū)云杉林第二、三代的產(chǎn)量降低后，土地生產(chǎn)力出現(xiàn)了退化。1966 年Keeves 指出[4-5]，在澳大利亞第二代輻射松Pinus radiata的土地生產(chǎn)力平均下降25%。同樣，人工林地力衰退在我國也普遍存在，落葉松Larix gmelinii、杉木Cunning‐hamia lanceolata、楊樹Populusspp.、木麻黃Casua‐rina equisetifolia、馬尾松Pinus massoniana和桉樹Eucalyptus robusta等人工林都存在著不同程度的地力衰退和生產(chǎn)力下降的現(xiàn)象。馮宗煒等[6]研究發(fā)現(xiàn)，杉木林地土壤肥力和微生物數(shù)量隨著林木林齡的增加而降低。盛煒彤[7]研究發(fā)現(xiàn)，隨著杉木林連栽代數(shù)的增加，除多酚氧化酶外，土壤酶活性均下降了。綜上所述，人工林地力衰退是一個世界性的問題[8-10]，且在我國呈日趨嚴重的態(tài)勢。

遼寧省章古臺附近分布著大面積沙丘沙地，經(jīng)過治理后，大多數(shù)轉(zhuǎn)化固定沙丘沙地[11]。自1953 年原遼寧省固沙造林研究所開始樟子松引種栽培以來，樟子松在三北地區(qū)廣泛栽植，其人工林面積不斷擴大，已成為我國三北地區(qū)的主要造林樹種之一。目前三北地區(qū)的樟子松人工林面積已達11 341 hm2，為提高樟子松林分的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力，原遼寧省固沙造林研究所選取以遼西北樟子松引種區(qū)為典型研究試驗示范區(qū)，在對已有實用技術(shù)進行組裝、配套與集成的基礎上，開展樟子松人工林速生豐產(chǎn)增效技術(shù)集成與示范研究。本項試驗就是從凋落物的分解速率著手，研究樟子松純林與針闊混交林的凋落物對地力維護的影響，以期為三北地區(qū)樟子松人工林經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗地設在遼寧省彰武縣章古臺省沙地治理與利用研究所的試驗林內(nèi)（42o43′~42o51′N，121o53′~122o22′E），屬亞濕潤干旱區(qū)，年降水量480~520 mm，年均蒸發(fā)量1 700 mm，年均氣溫5.7 ℃，無霜期150~160 d。該地區(qū)主要分布的喬木樹種有樟子松Pinus sylvestrisvar.mongolica、云杉Picea asperata等。常見草本植物有少花蒺藜草Cenchrus pauciflorus、狗尾草Setaria viridis、披堿草Elymus dahuricus等。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

2018 年10 月末，選取樟子松凋落物和7 種闊葉樹種（山杏、胡枝子、皂角、丁香、楊樹、榆樹、五角楓）凋落物葉片，將其進行不同組合，每種組合凋落物干質(zhì)量均為100 g，共15 種組合模式。組合模式分為單一樹種和針闊樹種凋落物質(zhì)量等比混合。

2.2 方 法

2018 年10 月末，采用埋藏分解法（Burial De‐composition Method，BDM），將凋落物裝入25 cm×40 cm、孔徑0.5 mm 的尼龍網(wǎng)分解袋，分別埋在萬畝林、三家子、種子園試驗區(qū)所設的標準地（樟子松純林）內(nèi)，共45 袋樣品。凋落物埋坑呈點狀隨機分布，覆土3 cm 與地面平齊。2020 年9 月中旬，取出15 種植物樣本，剔除雜質(zhì)后稱其質(zhì)量（濕質(zhì)量），烘干后稱干質(zhì)量，計算枯落物的失重率。

式中：PW為失重率；W為烘干質(zhì)量。

埋土前和埋土2 年后，分別將各植物樣本放在60 ℃烘箱12 h，烘干后磨碎，對樟子松單獨樣本和樟子松與7 種闊葉樹組合樣本進行養(yǎng)分（有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀）含量測定。采用蒸餾法測定全N含量，采用鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量，采用重鉻酸鉀容量法測定全碳含量。計算各植物樣本2 年內(nèi)的養(yǎng)分釋放率。

式中：PN為釋放率；N1為埋土前植物養(yǎng)分含量；N2為埋土后植物養(yǎng)分含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0 軟件進行單因素方差分析，采用Excel 2007 作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 凋落物分解速率

從圖1 可以看出，胡枝子和樟子松+胡枝子兩種凋落物的含水率最高，均達到40%；含水率最低的凋落物是樟子松+丁香（7%）。經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)，針葉樣本的含水率顯著高于闊葉樣本（P＜0.05）。將針闊凋落物與單獨闊葉凋落物含水率對比后可知，楊樹、五角楓組合凋落物的含水率升高；榆樹、胡枝子組合凋落物的含水率不變；皂角、山杏和丁香組合凋落物的含水率下降。

圖1 章古臺人工固沙林不同樣本種類分解速率

從圖1 還可以看出，樟子松+榆樹組合凋落物的失重率最高84.1%；其次是樟子松+皂角組合凋落物（83.5%）；樟子松+山杏凋落物的失重率最?。?9.1%）。將針闊凋落物混合后，楊樹、山杏和胡枝子組合凋落物的失重率下降；榆樹、皂角、丁香和五角楓組合凋落物的失重率上升。

3.2 養(yǎng)分釋放

從表1 可以看出，在經(jīng)過2 年的土埋后，凋落物的氮、磷、鉀和有機質(zhì)均有效地釋放。將樟子松凋落物和闊葉樹凋落物等比例混合后，樟子松+皂角組合凋落物氮釋放率最高82.4%，是單一樟子松凋落物氮釋放率的8.6 倍。樟子松+胡枝子組合凋落物的氮釋放率次之，達80.4%，各組合凋落物的氮釋放率均顯著高于單一樟子松凋落物的氮釋放率，氮的釋放率均顯著提高（P＜0.05）。鉀釋放率具有與氮相似的規(guī)律，針闊混合凋落物的鉀釋放率顯著高于單一樟子松針葉凋落物鉀的釋放率（P＜0.05），其中樟子松+楊樹組合凋落物的鉀釋放率最高71.4%，樟子松+榆樹組合凋落物的鉀釋放率最低63.6%。

然而，磷和有機質(zhì)的釋放率與氮、鉀不同，經(jīng)過針闊混合后，五角楓、榆樹和皂角3 種針闊混合凋落物的磷釋放率顯著增加（P＜0.05）；楊樹、胡枝子和山杏3 種針闊混合凋落物的磷釋放率提高得不顯著（P＞0.05）；丁香+樟子松組合的磷釋放率反而降低。五角楓、丁香和山杏3 種針闊混合凋落物的有機質(zhì)釋放率顯著高于單一樟子松凋落物釋放率（P＜0.05）；楊樹、榆樹、胡枝子和皂角4 種針闊混合凋落物的有機質(zhì)釋放率顯著低于單一樟子松凋落物的有機質(zhì)釋放率（P＜0.05）。

將4 種養(yǎng)分的釋放率綜合比較后得出，鉀的平均釋放率最高，顯著（P＜0.05）高于其他3 種養(yǎng)分的平均釋放率（表1）。

表1 人工樟子松林凋落物養(yǎng)分釋放率 /%

4 討論與結(jié)論

凋落物不同組合的失重率差異顯著，研究發(fā)現(xiàn)，除樟子松+楊樹、樟子松+山杏和樟子松+胡枝子3 種組合外，針闊凋落物混合后的失重率顯著提高（P＜0.05）。由于闊葉樹種凋落物分解速率大于針葉樹種，將針闊凋落物混合后有利于凋落物的分解和養(yǎng)分的釋放[12-19]。寧世江[20]對杉木+火力楠Mi‐cheliam acclurei研究得出，火力楠為闊葉樹種，其凋落物易分解，且凋落物多，能有效改善土壤營養(yǎng)狀況，提高土壤肥力，從而促進林分生長。因此，若加速人工林凋落物的分解速率，可以考慮選取凋落物多、易于分解的樹種與樟子松進行混交，本試驗分解速率最高的組合為榆樹+樟子松凋落物。

包青[21]研究發(fā)現(xiàn)，白樺Betula platyphylla與紅松Pinus koraiensis混交林中，白樺與紅松根際土壤養(yǎng)分具有互補特性。王殿遴[22]認為，杉木與馬棘同栽是解決杉木連茬地力衰退的有效措施。本試驗研究表明，針闊凋落物等量混合顯著增加了氮、鉀和部分組合凋落物的磷、有機質(zhì)返還土壤的速率（P＜0.05），證明針闊混交林對地力的維護強度高于單一的樟子松人工林。本研究結(jié)論與包青和王殿遴的研究相似。大量研究表明，由于單一樹種會過度消耗土壤肥力，導致土壤理化性質(zhì)變差[23]，林分生產(chǎn)力下降[24]，土壤有毒物質(zhì)累積[25]，同時混交林對林地養(yǎng)分（有機質(zhì)、氮、磷）的返還比純林高[26]，以上種種均是導致單一樹種人工林生長量、林地肥力低于混交人工林的誘因[27]?？梢?，從凋落物養(yǎng)分返還角度來看，混交林生態(tài)系統(tǒng)比純林生態(tài)系統(tǒng)更加優(yōu)越。

根據(jù)本研究結(jié)果，氮、磷、鉀、有機質(zhì)返還最優(yōu)組合分別為樟子松+胡枝子、樟子松+皂角、樟子松+楊樹和樟子松+五角楓。因此，可以結(jié)合當?shù)厝斯ち譅I造和經(jīng)營需求，酌情選擇不同樹種混交，使樟子松人工固沙林防風固沙效果更穩(wěn)定更長久。