摘 要 為明確杉木（Cunninghamia lanceolata）閩粵栲（Castanopsis fissa）混交林土壤肥力和水源涵養(yǎng)能力，以杉木+閩粵栲混交林和杉木純林為研究對象，分析了林分土壤理化性質(zhì)、生物量、持水量和滲透性能等。結(jié)果表明：與杉木純林相比，混交林的植被層生物量、喬木層生物量、枯落物層現(xiàn)存量分別提高36.62%、19.57%和36.92%，0～lt;20 cm土層全磷、全氮和有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高31.74%、29.66%和45.23%，速效鉀、速效磷和水解氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別提高21.23%、33.33%和30.17%，0～lt;40 cm土層的持水量提高了17.79%，初滲速率、穩(wěn)滲速率分別提高了20.93%和25.78%，林分總持水量提高了18.37%。杉木+閩粵栲混交林顯著改善了林分的土壤肥力，土壤的入滲能力和抗蝕性等各項保水固土指標(biāo)得到顯著提升，林分涵養(yǎng)水源功能得以增強。

關(guān)鍵詞 閩粵栲；杉木；混交林；土壤肥力；水源涵養(yǎng)功能

中圖分類號：S725.2；S714.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.04.017

Abstract In order to clarify the soil fertility and water conservation function of mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Castanopsis fissa， taking mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Cunninghamia fissa， and pure forest of Cunninghamia lanceolata as research objects， soil physical and chemical properties， biomass， water retention and permeabilitynbsp; were analyzed. The results showed as follows： compared with pure Cunninghamia lanceolata forest， the biomass of vegetation layer， tree biomass and existing amount of litter layer of mixed forest increased by 36.62%，19.57% and 36.92%， respectively;The mass fraction of total phosphorus， total nitrogen and organic matter in soil layer of 0- lt; 20 cm increased by 31.74%， 29.66% and 45.23%， respectively;while the mass fraction of available potassium， available phosphorus and hydrolyzed nitrogen increased by 21.23%， 33.33% and 3017%， respectively;the amount of water holding in 0- lt; 40 cm soil layer increased by 17.79%;initial seepage rate and steady seepage rate increased by 20.93% and 25.78%， respectively;

and total amount of water in the stand increased by 18.37%. Thus， mixed forest of Cunninghamia lanceolata and Cunninghamia fissa significantly improved the soil fertility of the stand. The infiltration capacity and anti-erodibility of soil and other soil and water conservation indicators have been significantly improved， and the water conservation function of the stand has been enhanced.

Key words Castanopsis fissa;Cunninghamia lanceolata;mixed forest;soil fertility;soil and water conservation;water conservation function

杉木（Cunninghamia lanceolata）為杉科（Taxodiaceae）杉木屬（Cunninghamia）喬木，為我國重要的用材樹種，是南方人工造林的主要樹種之一。長期以來，杉木純林和多代連作引發(fā)了林分生產(chǎn)力下降、土壤退化、生態(tài)功能低下，進(jìn)而產(chǎn)生了生態(tài)顯著惡化的問題[1]，成為限制杉木可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。有學(xué)者提出，營建針闊混交林可提升區(qū)域杉木人工林生態(tài)功能，因此，優(yōu)選出適于與杉木混交的闊葉樹種，成為林業(yè)生產(chǎn)亟待解決的科學(xué)問題[2-4]。

閩粵栲（Castanopsis fissa）為殼斗科（Fagaceae）錐屬（Castanopsis）的常綠喬木，是福建省主要鄉(xiāng)土樹種之一，其生長快，適應(yīng)性強，耐瘠薄，對土壤要求不高，枝葉繁茂，根系發(fā)達(dá)，固土保水，林分生態(tài)功能強[5]。閩粵栲與杉木混交的效果如何？目前，國內(nèi)外對杉木閩粵栲混交林的研究甚少。洪宜聰報道了杉木閩粵栲混交林分特征與水土保持功能[6]、杉木林套種閩粵栲林分特性及其涵養(yǎng)水源功能[7]，魏重和報道了坡位對杉木+閩粵栲混交林和杉木純林養(yǎng)分積累的影響[8]。有關(guān)杉木閩粵栲混交林的土壤肥力及涵養(yǎng)水源功能研究未見報道。

為明確杉木閩粵栲混交林的土壤肥力，分析其保水固土性能，培育生態(tài)功能強、質(zhì)量高的杉栲混交林，以提高現(xiàn)有杉木人工林的生態(tài)功能，解決杉木人工林連作和不合理的樹種結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的生態(tài)問題，提升區(qū)域人工林生態(tài)功能，為營建針闊混交林提供科學(xué)參考[9]。2021年在福建省沙縣選擇杉木閩粵栲混交林和杉木純林開展生物量、土壤理化性質(zhì)、持水量和抗蝕性能等水源涵養(yǎng)功能的研究，旨在明確杉木閩粵栲混交林在培肥地力、改良土壤和保水固土等方面的功能，為南方營造杉木人工林提供可復(fù)制、可推廣的模式。

1 試驗地概況

試驗地位于福建省沙縣（26°6′—26°46′ N，117°32′—118°6′ E）北部高橋鎮(zhèn)杉口村和黃溪坑，海拔為410～490 m，為亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫19.6 ℃，年均降水量1 840 mm，相對濕度82.1%，霜期75～86 d。

2004年，在杉口村的坑頭和黃溪坑村的尾垅2處杉木采伐跡地開展劈草耙?guī)д赝谘?，穴?guī)格為20 cm×20 cm×40 cm，株行距為2 m×1.8 m。2005年春季，分別營造杉木純林和行數(shù)比為3∶1的帶狀杉木閩粵栲混交林[10]。所用的杉木、閩粵栲苗木均選用1年生的Ⅰ級實生苗，栽植密度2 700株Wingdings^B@hm-2。栽植后前3年每年開展2次全面鋤草撫育，第4、5年每年開展1次劈草撫育。截至2021年林齡為17年，杉木純林和杉木閩粵栲混交林面積分別為9.6和10.2 hm2。土壤類型為黃紅壤，土層深厚，為Ⅱ類立地類型。林下植被有野桂花（Osmanthus yunnanensis）、狗脊蕨（Woodwardia japonica）、地菍（Melastoma dodecandrum）、鐵絲草（Ophiopogon chingii）、地楊梅（Luzula campestris）、芒萁（Dicanopteris dichtoma）、闊葉箬竹（Indocalamus latifolius）等[11]。表1為試驗林概況。

2 試驗方法

2021年10月，在杉木純林和杉木閩粵栲混交林內(nèi)，分別建立20 m×30 m的標(biāo)準(zhǔn)地5個，于各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)開展每木調(diào)查，測量胸徑、樹高和枝下高等，分別調(diào)查純林、混交林的植被層、枯落物層、喬木層的生物量及持水量，測量各林分土壤的孔隙狀況、持水性能、養(yǎng)分狀況等理化指標(biāo)。

2.1 林分生物量和持水量調(diào)查

采用平均標(biāo)準(zhǔn)木方法，在各標(biāo)準(zhǔn)地中，以林分的樹高、胸徑均值為標(biāo)準(zhǔn)，分別選取5株與均值相近（誤差≤±5%）的杉木、閩粵栲為標(biāo)準(zhǔn)木，以分層切割法測取其枝、干、葉、皮的鮮質(zhì)量，對樹干2 m為分段截取圓盤進(jìn)行解析，以自然狀態(tài)挖出標(biāo)準(zhǔn)木根系并測取其鮮質(zhì)量。以“混合取樣法”分別選取各部分的20%和30%為樣本，于實驗室將30%的樣本烘干后，分別測取其干質(zhì)量，計算持水率。根據(jù)林分保留密度計算單位面積的林分生物量[12-14]。將20%的各器官樣本，置于水中浸泡24 h后，測取其最大持水率，計算各器官的持水量。

2.2 植被與枯落物層的生物量和持水量

在樣地上以“S”形分別設(shè)置1 m×1 m小樣方5個，采用樣方收獲法，詳細(xì)調(diào)查其植被的種類與數(shù)量，并測取鮮質(zhì)量。

以腐殖質(zhì)（H）、未分解（L）、半分解（F）分類

測取枯落物層的現(xiàn)存量，重復(fù)5次。以混合取樣法選取植被層和枯落物層的20%為樣本，測取含水率，并分別浸置于水中浸泡24 h后測取最大持水率，計算持水量[15，16]。

2.3 土壤物理和水文性質(zhì)分析

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)以“S”形設(shè)置5個樣點，于兩樹間挖掘土壤剖面，用環(huán)刀和塑料盒分別采集0～lt;20 cm、20～lt;40 cm和40～lt;60 cm的原狀土，于室內(nèi)測定土壤的孔隙度，稱取最大持水量時的土壤質(zhì)量（W1）和干土質(zhì)量（W2），計算土壤最大持水率、土層的持水量。用TST-55土壤滲透儀（江蘇永昌科教儀器制造有限公司）測取土壤滲透速率，用XY100型土壤團(tuán)聚體分析儀（北京祥宇偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司）測取土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，用團(tuán)粒分散法測取土壤滲透性，用TFY系列土壤養(yǎng)分測試儀（北京新地標(biāo)土壤設(shè)備有限公司）分析測定土壤化學(xué)性質(zhì)。

2.4 數(shù)據(jù)分析與處理

用Excel2010對各試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS22.0軟件對各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并用Duncan’s檢驗法進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分生物量

混交林和純林的生物量分析見表2。從表2可知，杉栲混交林的喬木層、植被層的生物量和枯落層的現(xiàn)存量均比杉木純林大。在林分的喬木層、植被層、 枯落物層生物量上，杉栲混交林與杉木純林間的差異均極顯著。

3.2 土壤狀況

3.2.1 土壤結(jié)構(gòu)

從表3可知，相同土層混交林和純林的＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體及土壤結(jié)構(gòu)體破壞率的差異均極顯著。杉栲混交林0～lt;20 cm、20～lt;40 cm和40～lt;60 cm土層的＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量（干篩）與杉木純林相比，分別提高了13.05、10.76和8.52個百分點。杉栲混交林的0～lt;20 cm、20～lt;40 cm和40～lt;60 cm土層的結(jié)構(gòu)體破壞率與杉木純林相比，分別下降3.38、3.20和2.73個百分點，表明杉栲混交林土壤的各項主要物理性質(zhì)指標(biāo)均比杉木純林好。

3.2.2 土壤孔隙度

表4表明，混交林各土層的總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均得以改善提高，混交林的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度和土壤密度與杉木純林相對應(yīng)土層的差異極顯著。與杉木純林相比，杉栲混交林0～lt;20 cm、20～lt;40 cm和40～lt;60 cm土層，毛管孔隙度分別提高7.54、4.63和3.76個百分點，非毛管孔隙度分別提高1.69、1.03和0.75個百分點，總孔隙度分別提高9.23、5.66和4.51個百分點，土壤密度分別下降14.87%、11.37%和10.61%，表明營造杉木閩粵栲混交林后，林地的土壤得到改良，通透性增強，土質(zhì)疏松，土壤的物理性質(zhì)各項主要指標(biāo)趨于合理，有利于養(yǎng)分和水分的吸收與輸送。

3.2.3 土壤養(yǎng)分

植物生長所需的營養(yǎng)元素主要來自于土壤。從表5可知，相同土層，混交林的各主要養(yǎng)分指標(biāo)參數(shù)均高于杉木純林，兩者間的差異均極顯著。閩粵栲凋落物量大，分解速率快，將吸收土壤的部分養(yǎng)分以枯枝落葉方式歸還給林地，使得混交林的土壤結(jié)構(gòu)及肥力均得到改良與提高，加快了養(yǎng)分的循環(huán)，進(jìn)而促進(jìn)了林木生長和生態(tài)功能提升。

3.3 林分保水固土性能

3.3.1 地上部分持水能力

從表6可知，杉栲混交林林冠層持水量和持水率與杉木純林間的差異極顯著。杉栲混交林林冠層持水量為31.72 thm-2，與杉木純林相比提高了17.26%。

從表7可知，杉栲混交林的枯落物層、植被層的持水量和持水率與杉木純林間的差異極顯著，表明杉栲混交林林冠、植被和枯落物等層次的持水性能均好于杉木純林，林分表現(xiàn)出更加有效截留雨水和更強的保水固土能力。

3.3.2 土壤水分狀況

從表8可知，杉栲混交林土壤各層持水狀況均比杉木純林好。

杉栲混交林土壤的毛管持水量、自然含水量、田間持水量和最大持水量等參數(shù)與杉木純林相比差異均極顯著。與純林相比，混交林土壤的水分狀況得以改善，各水分參數(shù)均有不同幅度的提升，地表水徑流減少，混交林土壤的蓄水能力提高，表現(xiàn)出較強涵養(yǎng)水源性能。

4 結(jié)論與討論

采用杉木與閩粵栲以3∶1比例營造帶狀杉栲混交林，試驗結(jié)果表明，杉木與閩粵栲混交其土壤的各項主要物理、化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)得以優(yōu)化，土壤結(jié)構(gòu)的性能好于杉木純林。杉栲混交林的土壤持水量等涵養(yǎng)水源性能的各項指標(biāo)均優(yōu)于杉木純林。

在營造杉木林時以一定的比例采用帶狀混交方式栽植閩粵栲，營建杉栲混交林，可改變杉木的生境條件，林中枯落物數(shù)量增加且分解加快，這有利于改善土壤的化學(xué)性質(zhì)，土壤中各養(yǎng)分的含量得以提高，土壤肥力增加[17，18]，進(jìn)而促進(jìn)了杉木與閩粵栲的生長，林分生物量得以提高，樹冠層增厚增大，減弱了降水對地表的沖擊，林分總持水量增大，同時改善了土壤的物理性質(zhì)，使土壤的密度變小，孔隙增加，孔隙度趨于合理，滲透性能得以增強，林地涵蓄水分的能力提升，提高了林分涵養(yǎng)水源的功能[19-21]?；旖涣至帜镜母捣植嫉目臻g增大，提高了根系網(wǎng)結(jié)土壤的能力，同時，土壤的有機膠結(jié)物增多，表現(xiàn)出比純林更強的水土保持功能。因此，在杉木林中混交栽植閩粵栲，改變了原有單一樹種的林分結(jié)構(gòu)，營建了具有較高生態(tài)功能的森林，增強了林分的抗逆性，進(jìn)而提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[22-24]。

在營造杉木林時選擇生態(tài)功能較強的適宜樹種帶狀混交，營建針闊混交林，建立良好的森林生態(tài)系統(tǒng)，可提高林分生態(tài)功能，亦可提升林分的生態(tài)景觀，同時可有效解決大面積的純林導(dǎo)致森林生態(tài)功能脆弱、地力嚴(yán)重衰退、水土流失等傳統(tǒng)的生態(tài)問題，是南方營造用材林的好途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪宜聰.6種植物源農(nóng)藥對松麗毒蛾幼蟲的毒力[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2021，49（9）：124-127

[2] 杜燕，鄭小賢，羅梅.將樂縣常綠闊葉林主導(dǎo)功能類型的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2013，33（2）：39-43

[3] 周洋，鄭小賢，王琦，等.福建三明栲類次生林主要樹種更新生態(tài)位研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2015，30（4）：84-88

[4] 羅佳，田育新，周小玲，等.不同造林模式水源涵養(yǎng)功能研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，37（3）：79-85

[5] 福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.DB35/T 1525-2015.閩粵栲栽培技術(shù)規(guī)范[S/OL].（2016-02-09）[2023-01-20]http：//www.csres.com/s.jsp？keyword=%C3%F6%D4%C1%E8%E0%D4%D4%C5%E0%BC%BC%CA%F5%B9%E6%B7%B6amp;pageNum=1

[6] 洪宜聰.杉木閩粵栲混交林分特征與水土保持功能研究[J].江蘇林業(yè)科技，2016，43（5）：18-24

[7] 洪宜聰.杉木林套種閩粵栲林分特性及其涵養(yǎng)水源功能[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2017，32（3）：71-77

[8] 魏重和.坡位對杉木×閩粵栲混交林和杉木純林養(yǎng)分積累的影響[J].福建林業(yè)科技，2011，38（4）：46-50

[9] 洪宜聰.杉木閩粵栲異齡復(fù)層林的土壤肥力及其涵養(yǎng)水源功能[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，45（11）：65-71

[10] 洪宜聰，鄭雙全，黃健韜，等.閩粵栲栽培實用技術(shù)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2018

[11] 樊艷榮，陳雙林，林華，等.不同林下植被干擾措施對毛竹林下植物種群分布格局的影響[J]，生物多樣性，2013，21（6）：709-714

[12] 郭琦，王新杰，衣曉丹.不同林齡杉木純林下生物量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，42（3）：85-88

[13] 洪宜聰.馬尾松閩粵栲異齡復(fù)層混交林的林分特征及涵養(yǎng)水源能力[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，45（4）：54-59

[14] 林明春.閩粵栲人工林生物量研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2014，28（6）：34-37

[15] 楊玉盛，林鵬，郭劍芬，等.格氏栲天然林與人工林凋落物數(shù)量、養(yǎng)分歸還及凋落葉分解[J]．生態(tài)學(xué)報，2003，23（7）：1278-1289

[16] 鄭路，盧立.我國森林地表凋落物現(xiàn)存量及養(yǎng)分特征[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2012，27（1）：63-69

[17] 洪宜聰，王啟其，黃健韜，等.閩楠人工林土壤肥力及其涵養(yǎng)水源功能[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，47（3）：68-73

[18] 凌威，王新杰，劉樂，等.皆伐與不同跡地清理方式對杉木土壤化學(xué)性質(zhì)的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，44（4）：48-53

[19] 趙亮生，閆文德，項文化，等.不同年齡階段杉木人工林枯落物層水文特征[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2013，28（4）：1-5

[20] 曾鋒，邱治軍，許秀玉.森林凋落物分解研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（1）：239-243

[21] 李志安，鄒碧，丁永楨，等.森林凋落物分解重要影響因子及其研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2004，23（6）：77-83

[22] Andreassian V.Water and forests：from historical controversy to scientific debate[J].Journal of Hydrology，2004，29（1）：1-27

[23] PUTUHENA W M，CORDERY I.Some hydrological effects of changing forest cover from eucalypts to Pinus radiata[J].Agri-cultural and Forest Meteorology，2000，100（1）：59-72

[24] 祁金虎，楊會俠，丁國泉，等.撫育間伐對遼東山區(qū)人工紅松林土壤物理性質(zhì)及持水特性的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，44（5）：48-51