林业科学  2010, Vol. 46 Issue (4): 1-7   PDF    
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黄承标, 曹继钊, 吴庆标, 韦家国, 蒙跃环, 李保平
Huang Chengbiao, Cao Jizhao, Wu Qingbiao, Wei Jiaguo, Meng Yuehuan, Li Baoping
秃杉林与杉木连栽林的土壤理化性质及林木生长量比较
Comparative Analysis on Soil Physi-Chemical Properties and the Tree Growth in Taiwania flousiana Plantations and Successive Rotation Plantations of Cunninghamia lanceolata
林业科学, 2010, 46(4): 1-7.
Scientia Silvae Sinicae, 2010, 46(4): 1-7.

文章历史

收稿日期:2009-01-19

作者相关文章

黄承标
曹继钊
吴庆标
韦家国
蒙跃环
李保平

秃杉林与杉木连栽林的土壤理化性质及林木生长量比较
黄承标1, 曹继钊2, 吴庆标1, 韦家国3, 蒙跃环3, 李保平1    
1. 广西大学林学院 南宁 530005;
2. 广西林业科学研究院 南宁 530001;
3. 广西南丹县山口林场 南丹 547200
摘要: 选择在杉木1代林采伐迹地上营造的8,11和14年生秃杉林及8,11和14年生杉木连栽2代林进行土壤理化性质及林木生长量对比试验。结果表明: 8,11和14年生秃杉林地土壤密度依次为0.893~1.112,0.797~1.256和0.598~1.211 g·cm-3,比杉木林下降0.9%~6.9%;3个林龄秃杉林地土壤总孔隙度依次为45.69%~65.33%,46.45%~68.74%和39.82%~68.26%,比杉木林提高6.6%~8.7%;3个林龄秃杉林地土壤通气度依次为3.43%~11.43%,4.15%~19.73%和2.28%~12.23%,比杉木林提高14.2%~24.4%;3个林龄秃杉林地土壤饱和持水量依次为46.89%~66.50%,40.90%~68.09%和42.36%~98.15%,比杉木林提高12.4%~14.9%;3个林龄秃杉林地土壤pH值依次为4.30~5.10,4.40~4.80和4.13~4.55,比杉木林降低1.3%~6.3%;3个林龄秃杉林地土壤有机质含量依次为46.03~71.45,34.96~68.67和25.59~79.38 g·kg-1,8年生比杉木林略低,11和14年生比杉木林提高23.4%~77.1%;3个林龄秃杉林地土壤全氮含量依次为1.78~3.55,1.97~3.04和2.01~3.12 g·kg-1,水解氮含量依次为146.9~355.3,185.0~370.5和136.6~365.9 mg·kg-1,均表现为8年生秃杉林比杉木林略低,11和14年生秃杉林比杉木林提高20.1%~35.6%;3个林龄秃杉林地土壤速效磷含量依次为0.5~2.7,0.6~1.5和0.6~2.8 mg·kg-1,比杉木林提高11.1%~54.5%;3个林龄秃杉林地土壤速效钾含量依次为15.4~137.5,34.5~115.5和18.7~89.1 mg·kg-1,比杉木林降低23.6%~47.6%;3个林龄秃杉林分平均胸径依次为10.70,12.67和14.13 cm,比杉木林提高12.4%~36.7%;3个林龄秃杉林分平均树高依次为8.63,11.47和13.33 m,比杉木林提高11.7%~30.2%;3个林龄秃杉林分平均蓄积量依次为93.308,153.418和203.824 m3·hm-2,比杉木林提高37.7%~117.5%。
关键词:秃杉引种    土壤理化性质    林木生长量    广西南丹县    
Comparative Analysis on Soil Physi-Chemical Properties and the Tree Growth in Taiwania flousiana Plantations and Successive Rotation Plantations of Cunninghamia lanceolata
Huang Chengbiao1, Cao Jizhao2, Wu Qingbiao1, Wei Jiaguo3, Meng Yuehuan3, Li Baoping1    
1. Forestry College, Guangxi University Nanning 530005;
2. Guangxi Academy of Forestry Nanning 530001;
3. Shankou Forest Farm of Nandan County in Guangxi Nandan 547200
Abstract: Soil physi-chemical properties and the tree growth were compared in successive rotation plantations of Cunninghamia lanceolata (CR Chinese Fir) in tree different ages(8-year-old, 11-year-old and 14-year-old), and Taiwania flousiana plantations with the same age pattern which were afforested in previous slash of Chinese Fir. The results showed that soil bulk densities were 0.893-1.112, 0.797-1.256 and 0.598-1.211 g·cm-3 respectively in 8, 11, 14-year-old Taiwania flousiana plantations soils (0~100 cm), which were lower 0.9%-6.9% than those in CR Chinese Fir plantations. Total soil porosity in the three ages of Taiwania flousiana plantations was respectively 45.69%-65.33%, 46.45%-68.74% and 39.82%-68.26%, and all higher 6.6%-8.7% than that in the CR Chinese Fir plantations. The soil ventilation degree was respectively 49.57%-59.71%, 44.55%-66.68% and 42.38%-66.16%, and also higher 14.2 %-24.4% than that in the CR Chinese Fir plantations. The soil saturation moisture capacity was respectively 3.43%-11.43%, 4.15%-19.73% and 2.28%-12.23%, and higher 12.4%-14.9% than that in the CR Chinese Fir plantations; The saturated water contents were 46.89%-66.50%, 40.90%-68.09% and 42.36%-98.15% respectively, and higher 12.4%-14.9% than that in the CR Chinese Fir plantations. pH values of forest soil (0-40 cm layer) were 4.30-5.10, 4.40-4.80 and 4.13-4.55 respectively in 8, 11, 14-years-old of Taiwania flousiana plantations, which were lower 1.3%-6.3% than that in the CR Chinese Fir plantations, and the organic matter contents were 46.03-71.45, 34.96-68.67 and 25.59-79.38 g·kg-1, and lower that in CR Chinese Fir plantations in the 8-year-old, however higher 23.4%-77.1% than that in the 11, 14-years-old. Total nitrogen and hydrolysis nitrogen contents were 1.78-3.55, 1.97-3.04, 2.01-3.12 g·kg-1 and 146.9-355.3, 185.0-370.5, 136.6-365.9 mg·kg-1, and slightly lower than that in 8-year-old is and higher 20.1%-35.6% in the 11, 14-years-old. Available P contents were 0.5-2.7, 0.6-1.5 and 0.6-2.8 mg·kg-1 respectively, and higher than that 11.1%-54.5% in the CR Chinese Fir plantations. Available K contents were 15.4-137.5, 34.5-115.5 and 18.7-89.1 mg·kg-1, and lower 23.6%-47.6% than that in the CR Chinese Fir plantations. In the 8, 11, 14 years-old of Taiwania flousiana plantations, the average diameter was 10.70, 12.67 and 14.13 cm respectively, and higher 12.4%-36.7% than that in the CR Chinese Fir plantations. The average tree height were 8.63, 11.47 and 13.33 m respectively, and higher 11.7%-30.2% than that in the CR Chinese Fir plantations. Tree stands volumes were 93.308, 153.418 and 203.824 m3·hm-2 respectively, higher 37.7%-117.5% than that in the CR Chinese Fir plantations.
Key words: continuous planting Cunninghamia lanceolata    Taiwania flousiana introduction experiments    soil physi-chemical properties    tree growth    Nandan County of Guangxi    

杉木(Cunninghamia lanceolata)连栽导致土壤物理性质变差、地力衰退以及林分生产力下降等问题早已被学术界和林业生产部门所证实。方晰等(2009)研究了连栽第2代杉木林和撂荒对第1代杉木林采伐迹地土壤养分的影响,结果显示撂荒地土壤有机质、养分含量普遍高于连栽杉木林地, 且腐殖质碳、有效磷及全磷含量的差异均达到极显著水平。孙启武等(2003)对不同栽植代数杉木林土壤理化性质进行测定,得出第2代土壤密度比第1代大,土壤孔隙度、持水量、pH值、有机质及主要养分含量均低于第1代。俞元春等(2000)杨玉盛等(1998)对不同栽植代数杉木林土壤理化性质和林分生长量进行测定,发现林地土壤密度随着杉木栽植代数的增加而增大,土壤持水能力及渗透性能下降,林分蓄积量降低。杨玉盛等(2000)对杉木林取代杂木林后及随杉木多代连栽代数的增加,土壤保水和供水能力下降,全量养分含量减少,土壤供肥、保肥能力及林分生产力下降。王清奎等(2004)研究了杉木连栽对土壤有机质含量等的影响,得出杉木连栽林地有机质含量和质量均低于混交林,且随栽植代数的增加呈明显下降趋势。罗云建等(2006)研究发现,随着杉木连栽代数的增加,林分生物量和土壤有机碳贮量均明显下降。国外Dell等(1995)Dosskey等(1997)James等(1994)对碳循环的研究十分关注。因此,寻求适宜种植于杉木连栽迹地的树种,已成为当务之急。

秃杉(Taiwania flousiana)系杉科(Taxodiaceae)台湾杉属(Taiwania),天然分布在贵州、云南等地,垂直分布海拔800~2 500 m,是第三纪古热带植物区系中古老孑遗植物和世界稀有珍贵树种。20世纪70年代末,广西山口林场针对本地区因杉木连栽引发的地力衰退、生物生产力下降等不良现状,先后从云南和贵州引种秃杉优良种源进行育苗造林试验,经引种后发现该树种比同龄同立地的杉木生长迅速,以后便陆续开展此项研究工作。吴庆标等(2008)研究得出秃杉的经济效益优于同等立地的杉木2代林;何斌等(2008; 2009)研究了秃杉人工林各组分营养元素含量及凋落物储量;梁宏温等(2008)研究了秃杉人工林木材物理力学性质。广西南丹县山口林场已引种栽植秃杉1 562.1 hm2,并取得了较显著的经济、生态和社会效益。本研究选择在杉木1代林采伐迹地上营造的8, 11和14年生秃杉林及8, 11和14年生杉木连栽第2代林,进行土壤理化性质及林木生长量对比试验,为寻找杉木连栽迹地替代树种、丰富速生丰产林造林树种提供参考。

1 研究区概况

研究区位于广西南丹县山口林场(107°29′—107°55′E, 24°24′—25°37′N),海拔600~1 200 m,坡度25~40°,土壤为砂岩发育形成的山地黄壤,土层厚80~130 cm。根据引种区南丹县气象站(海拔697.9 m)气象资料,研究区年均气温16.9 ℃,最冷月(1月)均温7.4 ℃,极端低温-5.5 ℃;最热月(7月)均温24.6 ℃,极端高温35.5 ℃,年均降雨量1 497.9 mm,其中4—10月占全年降水量的87.5%,年均蒸发量1 134, 8 mm,年均相对湿度83%,年均日照时数1 257.0 h,≥10 ℃年积温5 244.0 ℃;年均有霜期9.3天,年均风速1.5 m·s-1,属中亚热带湿润气候型。

2 研究方法 2.1 试验设计

秃杉种源来自云南省腾冲县天然母树种源基地。采种后,在引种试验区内进行播种育苗。造林试验地选择在海拔850~1 150 m的地段上,造林试验地为杉木1代林,经过皆伐炼山清理后进行穴垦整地,种植穴规格为0.4 m×0.4 m×0.3 m,秃杉与杉木均采用1年生裸根苗造林。造林时间分别为1999年3月(8年生)、1996年3月(11年生)和1993年3月(14年生)。造林后当年5—6月进行带状铲草抚育1次;造林后第2—4年,每年5—6月和9—10月各铲草抚育。造林时,每个年龄段分别设置3个不同坡向,每个坡向设置上坡、中坡和下坡3个坡位,每个坡位分别设置面积为20 m×20 m的样地3个。

2.2 土壤理化性质测定

2006年7—8月,在各样地内,按对角线设置3个土壤剖面,按0~20,20~40和40~100 cm 3个土层,用100 cm3不锈钢环刀取原状土样(每土层3个重复)带回室内,按中国林业标准——森林土壤分析方法(中国科学院南京土壤研究所,1978),分别测定3个土层的土壤密度、孔隙度、通气度和持水量等, 并测定0~20和20~40 cm土层的pH值和养分含量。pH值采用电位法测定;有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定;全氮采用浓H2SO4-HClO4法-凯氏半微量法测定;全磷采用氢氧化钠碱溶-钼锑抗比色法测定;全钾采用火焰光度计法测定;水解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用EDTA浸提法测定;速效钾采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法测定。

2.3 林分生长量测定

在各样地内进行每木检尺。胸径用围卷尺测量,树高用测高杆测量,单株蓄积量按广西林业勘测设计院等(1996)的回归公式V=0.656 71×10-4×D1.769 412×H1.069 769计算。式中: V为单株平均立木蓄积量(m3),DH分别为平均胸径(cm)和平均树高(m),单株平均立木蓄积量乘以单位面积株数为林分蓄积量。采用EXCEL, SPSS 13.0软件处理数据, 对秃杉林和杉木林2种林分的测定数据进行差异显著检验, 对2种林分3个年龄段不同坡位的测定数据进行方差分析。

3 结果与分析 3.1 土壤物理性质 3.1.1 土壤密度

表 1可看出,8,11和14年生秃杉林土壤密度依次为0.893~1.112,0.797~1.256和0.598~1.211 g·cm-3,其中0~20 cm土层密度随着林龄的增大呈现下降趋势,相应比同龄杉木林下降,平均值下降3.0%。差异显著检验结果表明,8, 11和14年生2种林分土壤密度的t值统计量依次为1.098<t0.05=2.131, 0.170<t0.05=2.131和0.422<t0.05=2.145。由此说明,杉木1代林引种秃杉可疏松林地土壤,降低土壤密度,但与同龄杉木林地的差异不显著。2种林分3种坡位土壤密度的方差分析表明,F=0.296~2.175<F0.05=3.634,显示出土壤密度的坡位差异不显著。

表 1 秃杉和杉木林地土壤物理性质 Tab.1 Soil physical properties comparison of Cunninghamia lanceolata and Taiwania flousiana plantation
3.1.2 土壤孔隙度

土壤孔隙度是土壤中养分、水分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场地,其数量上的大小及分配是土壤物理性质的基础,也是评价土壤结构特征的重要指标。由测定结果可知(表 1):8,11和14年生秃杉林土壤非毛管孔隙度依次为3.55%~13.10%,4.43%~21.88%和6.70%~22.30%,随林龄的增大呈现递增趋势以及随土层深度的增加而减小,相应比同龄杉木林地提高13.9%~23.4%。差异显著检验结果表明: 8, 11和14年生2种林分土壤非毛管孔隙度的t值统计量依次为0.561<t0.05=2.120,0.881<t0.05=2.131和0.549<t0.05=2.120, 均未达到显著水平。8, 11和14年生秃杉林土壤毛管孔隙度依次为42.91%~53.71%,39.31%~51.80%和33.12%~47.91%, 随林龄的增大呈现递减趋势,相应比同龄杉木林地提高5.1%~5.5%。差异显著检验结果表明: 8, 11和14年生2种林分土壤毛管孔隙度的t值依次为1.701<t0.05=2.120,1.098<t0.05=2.120和0.884<t0.05=2.120, 均未达到显著水平。

土壤总孔隙度是非毛管孔隙度与毛管孔隙度的综合表现,8,11和14年生秃杉林土壤总孔隙度依次为45.69%~65.33%,46.45%~68.74%和39.82%~68.26%,相应比同龄杉木林地高。差异显著检验结果表明: 8, 11和14年生2种林分土壤总孔隙度的t值依次为1.272<t0.05=2.132,0.978<t0.05=2.120和0.787<t0.05=2.120,均未达到显著水平。2种林分3个坡位总孔隙度的方差分析结果表明: F=0.035~2.653<F0.05=3.634,说明土壤总孔隙度的坡位差异均不显著。

3.1.3 土壤通气度

土壤通气度与土壤孔隙度密切相关,两者一般呈正相关关系。从测定结果可看出(表 1): 8年生秃杉林地土壤通气度为3.43%~11.43%,比同龄杉木林地平均提高14.2%,t=0.618 4<t0.05=2.120; 11年生为4.15%~19.73%,比同龄杉木林地平均提高17.6%,t=0.990<t0.05=2.120; 14年生为2.28%~12.23%,比同龄杉木林地平均提高24.4%,t=0.874<t0.05=2.120。2种林分土壤通气度在不同坡位表现为下坡>中坡>上坡。2种林分3个坡位土壤通气度的方差分析结果表明: F=8.223~8.665>F0.01=6.226,说明土壤通气度的坡位差异均达到极显著水平。

3.1.4 土壤饱和持水量

8,11和14年生秃杉林地土壤饱和持水量依次为46.89%~66.50%,40.90%~68.09%和42.36~98.15%(表 1),相应比同龄杉木林地提高14.9%,12.4%和14.2%。差异显著检验结果表明: 8, 11和14年生2种林分土壤饱和持水量的t值依次为1.634<t0.05=2.160,0.969<t0.05=2.160和1.525<t0.05=2.262,均未达到显著水平。2种林分3个坡位土壤饱和持水量的方差分析结果表明: F=1.834~2.269<F0.05=3.634,说明土壤饱和持水量的坡位差异均不显著。

3.2 土壤化学性质 3.2.1 土壤pH值

表 2可看出: 8,11和14年生秃杉林地0~40 cm土层的pH值依次为4.30~5.10,4.40~4.80和4.13~4.55,相应比同龄杉木林下降1.3%~6.3%,并随着林龄增大逐渐减小。存在这一现象的原因可能与这2种林分的凋落物性质以及土壤中交换性盐基离子淋失等因素有关。2种林分3个林龄土壤pH值的差异性显著检验结果表明: t=0.695<t0.05=2.035,差异不显著。2种林分3个坡位土壤pH值的方差分析结果表明: F =0.163~0.242<F0.05=3.682,差异也不显著。

表 2 秃杉和杉木林地土壤化学性质 Tab.2 Soil chemical properties comparison of Cunninghamia lanceolata and Taiwania flousiana plantation
3.2.2 土壤有机质

表 2可看出: 8,11和14年生秃杉土壤有机质含量依次为46.03~71.45,34.96~68.67和25.59~79.38 g·kg-1,与同龄杉木林土壤有机质含量相比,8年生秃杉比杉木林地略低,而11和14年生则分别比杉木林提高6.4%和22.9%。2种林分3个林龄土壤有机质含量的差异性显著检验结果表明: t=0.740<t0.05=2.035。2种林分3个坡位土壤有机质含量的方差结果表明: F=0.012~0.120<F0.05=3.682,说明研究区土壤有机质含量的坡位差异均不显著。

3.2.3 土壤氮素

表 2可看出: 8,11和14年生秃杉林土壤全氮含量依次为1.78~3.55,1.97~3.04和2.01~3.12 g·kg-1,与杉木林土壤全氮含量相比较,8年生秃杉林比杉木林略低,而11和14年生则分别比杉木林提高20.1%和35.6%,与土壤有机质含量的变化趋势相一致。2种林分3个林龄土壤全氮含量的差异显著检验结果表明: t=1.968<t0.05=2.032,差异不显著。2种林分3个坡位土壤全氮含量的方差结果表明: F=7.379~9.120>F0.01=4.026,说明研究区土壤全氮含量的坡位差异极显著。

表 2可看出: 8,11和14年生秃杉林土壤水解氮含量依次为146.9~355.3,185.0~370.5和136.6~365.9 mg·kg-1,与杉木林相比,8年生秃杉林比杉木林地略低,而11和14年生则分别比杉木林提高20.7%和32.0%,与土壤全氮含量的变化趋势相吻合。2种林分3个林龄土壤水解氮含量的差异性显著检验结果表明: t=1.390<t0.05=2.032,差异不显著。2种林分3个坡位土壤水解氮含量的方差分析结果表明: F=0.810~1.145<F=3.684,差异不显著。

3.2.4 土壤磷素

表 2可看出: 8,11和14年生秃杉林土壤速效磷含量依次为0.5~2.7,0.6~1.5和0.6~2.8 mg·kg-1,相应比杉木林提高11.1%~54.5%。2种林分3个林龄速效磷含量的差异性显著检验结果表明: t=1.632<t0.05=2.048,差异不显著。2种林分3个坡位土壤速效磷含量的方差分析结果表明: F=3.755~6.632>F0.05=2.657,达到显著水平。

3.2.5 土壤钾素

钾是林木生长过程吸收量最多的营养元素之一,其中土壤速效钾是土壤钾素的现实供应指标。由表 2可看出: 8,11和14年生秃杉林土壤速效钾含量依次为15.4~137.5,34.5~115.5和18.7~89.1 mg·kg-1,随林龄增大呈波浪式下降趋势,相应比杉木林降低23.6%~47.6%。2种林分3个林龄土壤速效钾含量的差异性显著检验结果表明: t=1.387<t0.05=2.045,差异不显著。2种林分3个坡位土壤速效钾含量的方差分析结果表明: F=5.979~9.423>F0.01=4.456,达到极显著水平。

3.3 林分生长量 3.3.1 胸径生长量

表 3可知: 8,11和14年生秃杉林平均胸径依次为10.7,12.7和14.1 cm,年平均生长量为1.01~1.34 cm,均达到速生标准, 相应比8,11和14年生杉木林(7.8,11.3和11.7 cm)依次提高36.7%,12.4%和20.4%,平均值提高21.7%。2种林分3个林龄平均胸径的差异性显著检验结果表明: t=2.603>t0.05=2.131, 差异达到显著水平。2种林分3个坡位平均胸径的方差分析结果表明: F=0.264~0.458<F=5.143,差异不显著。

表 3 秃杉和杉木林2种林分的生长量 Tab.3 Growth comparison of Cunninghamia lanceolata and Taiwania flousiana plantation
3.3.2 树高生长量

表 3可知: 8,11和14年生秃杉林平均树高依次为8.63,11.47和13.33 m,年平均生长量为0.95~1.08 m,也达到速生标准。比相同环境条件8,11和14年生杉木林分(6.63,9.90和11.93 m)依次提高30.2%,15.9%和11.7%,3个年龄平均值提高17.4%。2种林分3个林龄平均胸径的差异性显著检验结果表明: t=1.561<t0.05=2.131,差异均不显著,存在这一现象的原因,可能与秃杉尚未进入高生长速生期有关。2种林分3个坡位平均树高的方差分析结果表明:F=0.321~0.647<F=5.143,差异不显著。

3.3.3 林分蓄积量

表 3可知: 8,11和14年生秃杉林平均立木蓄积量依次为93.308,153.418和203.824 m3·hm-2,相应比杉木林分(42.904,111.387和128.917 m3·hm-2)依次提高117.5%,37.7%和56.9%,平均提高58.6%。2种林分3个林龄平均蓄积量的差异性显著检验结果表明: t=2.493>t0.05=2.131,达到显著水平。显然,秃杉引种对提高林分生产力的效果相当显著。2种林分3个坡位平均蓄积量的方差结果表明: F=0.260~0.417<F=5.143,差异不显著。

4 结论与讨论

在广西南丹县境内的杉木林采伐迹地上引种秃杉,分别对8,11和14年生3个不同年龄的秃杉林与同立地相同年龄的杉木连栽林的土壤理化性质及林木生长量进行对比研究。结果表明:在该区域引种秃杉,对解决杉木连栽引发的地力衰退及生物生产力下降具有重要意义,并可丰富造林树种。本研究仅在广西北部南丹县山口林场海拔859~1 123 m进行秃杉引种对比试验,存在一定的局限性。因此,应扩大秃杉引种区域范围以及综合系统的研究,例如在全区范围内进行不同地理区域以及垂直带谱的对比试验,深入开展秃杉优树的选择与无性系的繁育、林木营养器官与土壤营养元素的同步跟踪监测、配方施肥试验与密度控制等系统研究,筛选出广西地区的最适宜引种栽培区和适宜栽培区。

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