劉振華，李 貴，陳 瑞，吳 敏，童 琪，童方平

（湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004）

土壤是陸地表面能夠生長植物的疏松表層，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組分之一，在其物質(zhì)循環(huán)方面起重要的作用[1]。由于純林的栽植、經(jīng)營和采伐成本較低[2]，加之目前混交林中一些闊葉樹種尚未得到有效的開發(fā)，導(dǎo)致混交林的營建難以推廣。實(shí)踐證明，長期營建純林會(huì)引起林地地力的衰退等一系列問題[3]。趙忠等[4]認(rèn)為油松Pinus tabuliformis、 側(cè) 柏Platycladus orientalis混交林不同混交模式對林木的生長及養(yǎng)分、地力改善狀況存在差異。郭琦等[5]對不同混交模式杉木Cunninghamia lanceolata人工林林下土壤物理性質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明混交林土壤物理性質(zhì)優(yōu)于純林。林瑞余等[6]對27年生杉木、觀光木Tsoongiodendron odorum混交林及杉木同齡純林進(jìn)行研究，結(jié)果表明混交林具有較強(qiáng)的培肥土壤的功能。代鳳貴[7]對不同混交比例的巨尾桉Eucalyptus grandis×E.urophylla、杉木混交林研究表明混交林能夠提高土壤養(yǎng)分歸還量和循環(huán)速率。還有大量的研究報(bào)道表明，混交林相對于純林，具有改良土壤、提高養(yǎng)分利用及循環(huán)速度的優(yōu)勢[8-10]。

雖然目前已有一些對混交林模式的研究與評價(jià)，但是目前已經(jīng)確認(rèn)的成功的混交林模式還不多，本研究旨在通過對不同地貌的不同混交林模式的土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，篩選出林分生產(chǎn)力高、地力維護(hù)較好的混交林模式，為我國營林提供更多的成熟造林模式。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地Ⅰ位于湖南省安化縣馬路口鎮(zhèn)謝家溪村 林 場（ 28°25′29.21″N，110°59′32.15″E）， 屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.2 ℃，無霜期275 d，日照1 335.8 h，年降水量為1 500～1 700 mm。海拔在150～270 m之間，為低山丘陵區(qū)，砂巖發(fā)育的紅壤，土層厚度為75 cm。喬木主要為杉木、紅櫸Zelkova serrata、閩楠Phoebe bournei、 南 酸 棗Choerospondias axillaris， 均為人工種植，林下植被以鐵芒萁Dicranopteris dichotoma為主。

試驗(yàn)地Ⅱ位于湖南省新寧縣國有東嶺林場（26°15′22″N，110°45′00″E），屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫15.6 ℃，無霜期262 d，日照1 465.6 h，年降水量在1 350～1 650 mm之間。海拔在500～800 m之間，為山地中下部，花崗巖發(fā)育的紅壤，土層厚度為80 cm。喬木主要為杉木和馬褂木Liriodendron chinense，均為人工種植，林下植被以鐵芒萁為主。

試驗(yàn)地Ⅲ位于湖南省永州市國有金洞林場（26°13′28″N，111°15′38″E），屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫為16.3～17.7 ℃，無霜期265 d，日照1 452.2 h，年均降水量為1 600～1 900 mm，海拔在400～600 m之間，為山地下部，板頁巖發(fā)育的紅壤，土層厚度90 cm。喬木主要為杉木、閩楠、木荷Schima superba，均為人工種植，林下植被以鐵芒萁和冬茅為主。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

3個(gè)試驗(yàn)地均選擇了空間上地域相鄰、樹齡相近、環(huán)境條件（母巖、土壤）基本一致的混交模式進(jìn)行研究。安化縣馬路口鎮(zhèn)謝家溪村林場選擇5種混交模式（①M(fèi)1，7杉木2紅櫸閩楠；②M2，3杉木2馬尾松Pinus massoniana3閩楠2紅櫸；③M3，6杉木2紅櫸2南酸棗；④純紅櫸林（CK1）；⑤純杉木林（CK2）。株間混交，造林時(shí)間為2003年春，株行距為2 m×2.5 m；新寧縣東嶺林場2種混交模式（①M(fèi)4，8杉木2馬褂木；②純杉木林（CK）。株間混交，造林時(shí)間為2003年春，株行距為2 m×2.5 m）；永州市國有金洞林場選擇2種混交模式（①M(fèi)5，6.5杉木2.5閩楠1木荷；②純杉木林（CK）。株間混交，造林時(shí)間為2001年春，株行距為2 m×3 m）。在每種混交模式森林內(nèi)分別建立了面積均為20 m×20 m的固定樣地，3次重復(fù)。

2.2 樣品采集

于2015年12月到2016年3月期間在不同造林模式類型的林分內(nèi)分別按照上坡、中坡和下坡3個(gè)不同坡位進(jìn)行采樣，每個(gè)坡位采集3個(gè)平行樣，每個(gè)采集地去除枯枝落葉層，分別按0～20、20～40、40～60 cm 3個(gè)不同土層深度采集土壤樣品。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，按照不同測定項(xiàng)目的要求分別通過不同孔徑的土壤篩，去掉其中的石塊及植物根系，盡量磨碎土壤顆粒，混合均勻，按照圓錐四分法進(jìn)行分樣。將樣品分別裝入玻璃制的廣口瓶里，置于4 ℃冰箱保存待測。

2.3 土壤化學(xué)性質(zhì)的測定

用半微量凱氏法測定全氮；用堿解擴(kuò)散法測定水解性氮；全磷和全鉀采用硝化法測定；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色；速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—稀釋熱法測定。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel、 SPSS、DPS等軟件進(jìn)行各類數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同混交模式土壤的化學(xué)性質(zhì)

根據(jù)安化縣5種不同的混交模式林分土壤化學(xué)性質(zhì)結(jié)果進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表1。

從表1可知，在0～20 cm土層，不同的混交模式之間土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量之間均存在極顯著差異；在20～40 cm土層，除土壤全氮含量沒有顯著差異外，全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量之間存在極顯著差異；在40～60 cm土層，除土壤全氮含量各混交模式之間存在顯著差異外，全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量之間存在極顯著差異。這表明在丘陵區(qū)的安化縣不同混交模式之間林分的土壤化學(xué)性質(zhì)除個(gè)別指標(biāo)外其余的均有顯著差異。

表1 安化縣不同混交模式林分土壤化學(xué)性質(zhì)方差分析?Table1 Variance analysis of soil chemical properties of difference mixed forest in Anhua county

由于試驗(yàn)地Ⅱ和試驗(yàn)地Ⅲ都只有2個(gè)模式，所以對其進(jìn)行兩獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 東嶺林場和金洞林場不同混交模式土壤化學(xué)性質(zhì)T檢驗(yàn)?Table2 The T-test of soil chemical properties of difference mixed forest in Dongling forest farm and Jingdong forest farm

根據(jù)表2的分析結(jié)果，在新寧東嶺林場試驗(yàn)林0～20 cm土層中，林分土壤的全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)在不同的林分類型中差異顯著，速效鉀在不同混交模式中無顯著差異；在20～40 cm土層中，林分土壤的全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)在不同的混交模式中差異顯著，僅速效鉀無顯著差異；在40～60 cm土層中，不同混交模式之間的差異性與20～40 cm土層規(guī)律相同，也只有速效鉀無顯著差異。分析結(jié)果（見表2）表明：在新寧東嶺林場試驗(yàn)地，不同混交模式之間、林分不同土層的土壤化學(xué)性質(zhì)之間絕大部分指標(biāo)都存在顯著差異。

在試驗(yàn)Ⅲ金洞林場試驗(yàn)林0～20 cm土層中，土壤全氮、水解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)在不同的混交模式中有顯著差異，土壤全磷、全鉀、速效鉀在不同的模式中差異不顯著；在20～40 cm土層中，林分土壤的水解氮、速效鉀和有效磷在不同的混交模式中有顯著差異，土壤全氮、全磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)在不同的模式中差異不顯著；在不同混交模式之間的差異性與20～40 cm土層規(guī)律相同，林分土壤的水解氮、速效鉀和有效磷在不同的混交模式中有顯著差異，土壤全氮、全磷、全鉀和有機(jī)質(zhì)在不同的模式中差異不顯著。在金洞林場試驗(yàn)地，不同混交模式中土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)的規(guī)律與新寧地稍有差異，在金洞林場試驗(yàn)林土壤養(yǎng)分主要在有效養(yǎng)分指標(biāo)（水解氮、速效鉀和有效磷）之間存在顯著差異，而其他土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間無顯著差異。

3.2 不同模式土壤的養(yǎng)分含量

根據(jù)表3結(jié)果可知，安化縣所有的模式中都表現(xiàn)出土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)存在以下規(guī)律：上層（0～20 cm）＞中層（20～40 cm）＞下層（40～60 cm）；土壤pH值除M3模型外，不同土壤層pH值基本一致，也基本上存在上層（0～20 cm）＞中層（20～40 cm）＞下層（40～60 cm）的規(guī)律。這表明上層土壤由于林木的枯落物的腐爛分解增加了表層土壤肥力，土層越深受枯落物影響越小。按照林分0～60 cm土層整體肥力情況分析，混交林類型之間表現(xiàn)出如下規(guī)律：土壤全氮含量，M3＞M2＞M1＞櫸木純林＞杉木純林，其中M3、M2、M1分別高出櫸木純林10.3%、6.5%、5.6%，高出杉木純林11.3%、7.5%、6.6%；土壤全磷含量，M2＞M3＞M1＞櫸木純林＞杉木純林，其中M2、M3、M1分別高出櫸木純林90.9%、36.3%、22.7%，高出杉木純林110%、50%、35%；土壤全鉀含量，M2＞M1＞M3＞櫸木純林＞杉木純林，其中M2、M1、M3分別高出櫸木純林67.9%、23.2%、18.0%，高出杉木純林84.1%、35.0%、29.4%；土壤水解氮含量，M2＞M1＞M3＞櫸木純林＞杉木純林，其中M2、M1、M3分別高出櫸木純林28.4%、16.5%、11.2%，高出杉木純林96.5%、78.2%、70.2%；土壤速效鉀含量，M3＞M2＞櫸木純林＞ M1＞杉木純林，其中M3、M2分別高出櫸木純林45.5%、24.0%，高出杉木純林99.1%、69.7%，M1高出杉木純林17.7%；土壤有效磷含量，M1＞M2＞M3＞杉木純林＞櫸木純林，其中M1、M2、M3分別高出櫸木純林211.9%、210.9%、98.2%，高出杉木純林84.3%、83.8%、17.1%；土壤有機(jī)質(zhì)含量，M2＞M1＞M3＞杉木純林＞櫸木純林，其中M2、M1、M3分別高出櫸木純林123.1%、110.3%、98.1%，高出杉木純林35.0%、27.2%、19.8%。

表3 安化縣不同混交模式土壤的化學(xué)性質(zhì)Table3 Soil chemical properties of difference mixed forest in Anhua county

所有混交模式中，除土壤速效鉀含量中櫸木純林＞ M1外，其余所有土壤養(yǎng)分指標(biāo)均為混交林大于杉木純林和櫸木純林。

從表4可知，新寧縣東嶺林場杉木與馬褂木混交林土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)均表現(xiàn)為混交林高于純林，在不同土壤層中也與安化呈現(xiàn)的規(guī)律一樣：上層（0～20 cm）＞中層（20～40 cm）＞下層（40～60 cm）?；旖涣滞寥乐腥?、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量比杉木純林分別高45.9%、31.8%、27.0%、38.7%、2.8%、75.5% 和74.2%。

表4 東嶺林場、金洞林場不同混交模式土壤的化學(xué)性質(zhì)Table4 Soil chemical properties of difference mixed forest in Dongling forest farm and Jingdong forest farm

從表4可知，金洞林場杉木、閩楠與木荷混交林土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)均顯現(xiàn)出混交林高于純林，在不同土壤層中也與安化、新寧東嶺林場呈現(xiàn)的規(guī)律一樣：上層（0～20 cm）＞中層（20～40 cm）＞下層（40～60 cm）。混交林土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量比杉木純林分別高13.2%、19.0%、14.3%、59.2%、24.8%、74.5%和18.9%。

在丘陵地混交樹種林分中土壤全磷含量、全鉀含量、水解性氮含量和有機(jī)質(zhì)含量最高的模式為M2；林分土壤全氮含量、速效鉀含量最高的模式為M3。

在丘陵地通過營造3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸混交林，相對于杉木純林，混交林林分土壤全磷含量提高了110%，全鉀含量提高了 84.1%，水解性氮含量提高了96.5%，有機(jī)質(zhì)含量提高了35%；通過營造6杉木2紅櫸2南酸棗混交林，相對于杉木純林，混交林林分土壤全氮、速效鉀含量分別提高了10.3%、99.1%。

在山地通過營造8杉木2馬褂木混交林，與杉木純林比較，混交林土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量分別高45.9%、31.8%、27.0%、38.7%、2.8%、75.5% 和74.2%。

3.3 不同混交模式土壤pH值的差異

由圖1可知，3個(gè)試驗(yàn)地中單個(gè)試驗(yàn)地不同混交模式林地土壤pH值差別不大，但在不同試驗(yàn)地之間，林地土壤pH值差別較大，安化點(diǎn)的pH值高于新寧東嶺林場點(diǎn)，其中金洞林場林分土壤的pH值最低，3個(gè)試驗(yàn)地均成酸性。安化試驗(yàn)地混交林分土壤pH值均高于杉木純林，但是M2（杉木+馬尾松+閩楠+紅櫸）和M3（杉木+紅櫸+南酸棗）的pH值低于櫸木純林；新寧東嶺林場和金洞林場兩試驗(yàn)地均是混交林林分土壤pH值高于杉木純林，這說明闊葉樹混交后能在一定程度上降低土壤的酸性，而土壤酸性的增加意味著土壤肥力得到提高，這有利于森林更新。

圖1 不同混交模式土壤pH值Fig.1 The pH of soil in difference mixed forests

3.4 林分土壤養(yǎng)分與生長量之間的相關(guān)性

植物利用土壤中的速效養(yǎng)分進(jìn)行生長，速效養(yǎng)分的含量直接影響植物的生長，而有機(jī)質(zhì)則是養(yǎng)分的主要來源。從表5可知，安化試驗(yàn)地林分的水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)均與林分的年均生物量和林分蓄積呈正相關(guān)，其中水解氮和有機(jī)質(zhì)含量與林分的年均生物量呈顯著正相關(guān)。

表5 安化縣試驗(yàn)地林分土壤化學(xué)性質(zhì)與生長量之間的相關(guān)性分析?Table5 The correlation analysis between soil chemical properties and growth in Anhua test-forest

4 討論與結(jié)論

不同針葉樹與珍貴闊葉樹混交造林，對混交林分土壤養(yǎng)分的含量有顯著影響。在丘陵區(qū)，安化縣不同混交模式之間林分的土壤化學(xué)性質(zhì)除土壤全氮含量外，其余的土壤化學(xué)性質(zhì)均有顯著差異。在山區(qū)，新寧東嶺林場試驗(yàn)地不同混交模式之間，林分不同土層的土壤化學(xué)性質(zhì)除速效鉀含量外，其余的土壤化學(xué)性質(zhì)均有顯著差異。在金洞林場混交林分土壤水解氮、速效鉀和有效磷之間也存在顯著差異。

所有混交模式中，混交林林分土壤全氮、全磷、全鉀、水解氮、速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)均顯現(xiàn)出混交林高于純林，在不同土壤層中呈現(xiàn)的規(guī)律為：上層（0～20 cm）＞中層（20～40 cm）＞下層（(40～60 cm）。王家彬等[11]對不同林分類型的不同土層養(yǎng)分進(jìn)行了分析，研究表明表土層的養(yǎng)分明顯高于下層土壤，并且隨著土層厚度的增加不斷遞減，最后趨于穩(wěn)定，這與曹裕等[12]的研究結(jié)果一致。

通過林分對土壤的改善情況來看，本研究結(jié)果表明在丘陵地3杉木2馬尾松3閩楠2紅櫸混交為較好的混交模式；在山地8杉木2馬褂木混交為較好的混交模式。郭東強(qiáng)等[13]對馬尾松純林、桉樹純林和3 種不同模式混交林土壤養(yǎng)分進(jìn)行了綜合評價(jià)，結(jié)果為桉樹純林＞混交林A＞混交林C＞混交林B＞馬尾松純林，馬尾松純林土壤養(yǎng)分在5種模式中最低，這與本研究結(jié)果一致。這與馬尾松和杉木等一般針葉樹含單寧物質(zhì)較多、并且凋落物緊密、造成分解較慢等原因有關(guān)[14]。而桉樹純林土壤養(yǎng)分高于混交林[13]，這與本研究結(jié)果不一致，原因可能是桉樹生長旺盛，枝葉較多，造成的凋落物多，并且桉樹葉容易被分解，而本研究中的櫸木等闊葉樹生長較慢，產(chǎn)生的凋落物較少，造成土壤肥力的恢復(fù)較慢。本研究混交林中其他的樹種如馬褂木、閩楠等樹種的引入增加了林地的凋落物，因?yàn)椴煌臉浞N混交使林分形成了不同的林層，加速了樹木的自然整枝作用，這可能在一定程度上加速了林地肥力的恢復(fù)。諸多研究表明林地的土壤養(yǎng)分特征與樹種的生長特性和凋落物養(yǎng)分歸還能力有關(guān)[15-17]。

土壤中的養(yǎng)分元素被植物根系所吸收，通過以凋落物等形式歸還至地表，然后通過微生物等分解作用釋放至土壤，從而實(shí)現(xiàn)其在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)[18]。由于在山地地貌中，目前能夠選擇的中齡、近熟林和成熟林的混交模式少，選擇的范圍較少，近年來營造了大量針闊、闊闊混交林，由于這些混交林目前還處于幼林期，林分的功能尚未完全發(fā)揮，因此在今后的混交林林分土壤地力評價(jià)中還需要投入大量的研究并做長期的定位觀測。通過營造針葉和珍貴闊葉樹種混交林，林分的土壤化學(xué)性質(zhì)得到改善，土壤肥力得到提高，這有利于提高林分的生長量和減少水土流失。湖南省乃至我國南方地區(qū)長期以來營造人工純林，每年均有大量的采伐跡地和需改造的人工純林，如何選擇造林樹種，采取怎樣的混交模式既可以獲得較高的生產(chǎn)力，又能實(shí)現(xiàn)林地的可持續(xù)經(jīng)營，發(fā)揮森林的多功能效應(yīng)，將是我國林業(yè)資源培育面臨的一個(gè)重要問題，營造混交林將是解決這個(gè)問題的重要途徑之一，因此針對不同地貌開展不同的混交林模式研究將會(huì)是今后林業(yè)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。