杉木樟樹混交比例對林分生長及土壤養分含量的影響

李光強

(瀏陽市瀏陽湖國有林場，湖南 瀏陽 410300)

杉木(Cunninghamialanceolata)為我國南方的主要用材樹種，具生長快、病蟲害少及木材材質好、用途廣等優點。據第9次全國森林資源清查結果，我國杉木栽培面積為990萬hm2，蓄積量達7.55億m3，在全國人工喬木林中面積排名第一。在我國南方，長期大面積地營建杉木純林，影響了其生物多樣性，導致林分抗逆性、林地生產力及地力等下降[1-2]。已有研究表明，營建混交林能夠提高林地土壤肥力和林分生物多樣性，增強林分的穩定性[3-8]。如福建柏(Fokieniahodginsii)[9]、閩楠(Phoebebournei)[10]、米櫧(Castanopsiscarlesii)[11]、楓香(Liquidambarformosana)[12]、無患子(Sapindussaponaria)[13]等與杉木混交能夠提高林地生產力和改善林地質量。樟樹(Cinnamomumcamphora)屬常綠大喬木樹種，其木材及根、枝、葉均可提取樟腦和樟油，是湖南省珍貴鄉土樹種。目前，關于杉木與樟樹混交的研究已有一些報道[14-16]，但是關于杉木樟樹不同混交比例的研究尚未見報道。本研究旨在探討杉木樟樹不同混交比例林分的生長和林地土壤養分含量的變化規律，以期為杉木樟樹混交林的營建和經營提供技術支撐。

1 試驗區概況

試驗地位于湖南省瀏陽市永和鎮永福村夏家沖，其中心點地理坐標為113°48′55 ″E，28°15′36″N。試驗區屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，年均日照1597.2 h，年均氣溫17.5℃，年均降水量1750mm。試驗地土壤為第四紀紅壤，土層厚度在80cm以上，坡向東南。造林后試驗林一直未進行間伐，林分保存完好，林下植被主要有鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、檵木(Loropetalumchinense)等。

2 研究方法

2.1 試驗設計

采用完全隨機區組試驗設計，于2013年春造林。共設計4種杉木樟樹混交比例，分別是6∶4(模式A)、3∶7(模式B)、10∶0(模式C)、0∶10(模式D)。其中模式A林分的初植密度為1995株·hm-2，模式B林分的初植密度為1995株·hm-2，模式C林分(杉木純林)的初植密度為2505株·hm-2，模式D林分(樟樹純林)的初植密度為1995株·hm-2。

2.2 樣地設置及林分生長調查

2022年12月，在4種混交模式林分中均選擇東南坡和海拔220～240m的區域，在每種林分內均設置3塊15m×15m的樣地，分別設置在上坡、中坡和下坡，并對樣地內所有林木進行測量，樹高用測高桿測量，胸徑用圍尺測量。

2.3 林分土壤養分含量測定

在每塊樣地左下角至右上角對角線的上坡、中坡和下坡各挖1個60cm深的土壤剖面，分別采集0～20cm、20～40cm、40～60cm等3個土層的土壤樣品，采集后將同一混交模式林分內相同土層的土壤樣品充分混合，共獲得12個混合土壤樣品。將采集的混合土壤樣品帶回實驗室測定。測定指標有土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量。全氮用半微量凱氏法測定；水解性氮用堿解擴散法測定；全磷和全鉀采用硝化法測定；速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計法測定；有機質采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定[17]。

2.4 數據處理和分析

采用Excel 2017軟件進行數據整理，采用SPSS 17.0軟件進行方差分析和多重比較。

3 結果與分析

3.1 杉木樟樹不同混交模式林分生長量比較

由表1可知：按杉木的樹高、胸徑從大到小排序，10年生不同混交模式林分均依次為模式C林分、模式B林分、模式A林分，說明在混交一定比例樟樹的杉木樟樹混交林中的杉木，其生長速度相對杉木純林中的有所降低；樟樹的樹高、胸徑排序也表現出同樣的規律，說明在混交一定比例杉木的樟樹杉木混交林中的樟樹，其生長速度相對樟樹純林中的也有所降低；從單個樹種來看，其在純林中的生長速度都高于其在混交林中的，這可能與2樹種對林隙空間的利用相矛盾有關。2種混交林相比，隨著樟樹比例的增加，杉木和樟樹的樹高、胸徑均有所增加，這可能與樟樹的落葉量有關。杉木的落葉不容易腐爛，樟樹的落葉則較容易腐爛，能轉化為有機質為林木生長提供養分，因此，樟樹的比例越大，其林地土壤養分更豐富，更利于林木生長。杉木的樹高和胸徑在模式C林分與模式B林分之間沒有顯著差異，在模式C林分、模式B林分與模式A林分之間的差異均顯著；樟樹的樹高和胸徑在模式D林分與模式B林分之間沒有顯著差異，在模式D林分、模式B林分與模式A林分之間的差異均顯著；杉木、樟樹的樹高和胸徑在模式A林分與模式B林分之間的差異均顯著。

表1 不同混交模式林分中杉木、樟樹的生長量Tab.1The growth of Cunninghamia lanceolata and Cin-namomum camphora in different mixed stands模式杉木樹高/m杉木胸徑/cm樟樹樹高/m樟樹胸徑/cmA5.99±0.07 b 7.99±0.03 b7.17±0.03 b 9.05±0.04 bB7.04±0.03 a 9.63±0.09 a8.59±0.04 a10.63±0.02 aC7.47±0.09 a10.73±0.05 a//D//9.07±0.03 a11.08±0.03 a 注: 同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

3.2 杉木樟樹不同混交模式林分土壤養分含量差異

3.2.1 0～20cm土層土壤養分含量差異

由表2可知：不同模式林分0～20cm土層土壤的有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質含量分別是模式C林分的1.52、1.50、1.28倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.30、1.22、1.14倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.28、1.20、1.14倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.21、1.17、1.07倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.62、1.42、1.29倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.34、1.22、1.17倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.18、1.13、1.06倍。除全磷含量外，模式D、模式B、模式A林分的土壤養分含量各指標均顯著高于模式C林分的，即有樟樹的林分，其0～20cm土層的土壤養分含量各指標絕大部分較杉木純林的均有顯著提高。

表2 不同混交模式林分0～20 cm土層土壤養分含量Tab.2 The soil chemical properties of forest land in 0～20 cm soil layer of different model stands模式有機質含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A41.34±0.23 b1.58±0.02 c189.85±1.38 c0.31±0.00 b15.57±0.42 c18.58±0.37 b146.47±0.68 cB48.70±0.66 a1.69±0.01 b200.38±1.22 b0.34±0.00 a17.09±0.26 b19.40±0.30 b155.63±0.52 bC32.42±0.42 c1.38±0.00 d167.14±0.89 d0.29±0.00 c12.06±0.26 d15.86±0.22 c137.60±0.49 dD49.22±0.27 a1.79±0.02 a213.28±0.39 a0.35±0.00 a19.57±0.49 a21.27±0.19 a162.59±1.09 a

3.2.2 20～40 cm土層土壤養分含量差異

由表3可知：不同模式林分20～40cm土層土壤的有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質含量分別是模式C林分的1.30、1.31、1.13倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.31、1.18、1.13倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.27、1.21、1.12倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.59、1.29、1.24倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.43、1.27、1.20倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.39、1.34、1.17倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.20、1.18、1.15倍。土壤全鉀含量在模式B、模式D林分間無顯著差異，土壤有機質含量在模式A、模式B、模式C林分間均無顯著差異，全磷、速效磷和速效鉀含量在模式A、模式B林分間均沒有顯著差異，其他兩兩間均有顯著差異。

表3 不同混交模式林分20～40 cm土層土壤養分含量Tab.3 The soil chemical properties of forest land in 20～40 cm soil layer of different model stands模式有機質含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A26.76±0.24 b1.05±0.02 c186.17±1.87 c0.21±0.00 b 9.81±0.12 b13.14±0.11 b130.08±3.45 bB30.94±0.40 a1.10±0.01 b201.34±0.49 b0.22±0.01 b10.34±0.30 b15.13±0.23 a134.08±0.77 bC23.60±0.71 b0.93±0.01 d166.35±1.29 d0.17±0.00 c 8.17±0.04 c11.26±0.17 c113.23±0.79 cD30.72±0.23 a1.22±0.00 a210.98±0.79 a0.27±0.01 a11.72±0.19 a15.63±0.09 a135.57±0.49 a

3.2.3 40～60 cm土層土壤養分含量差異

由表4可知：不同模式林分40～60cm土層土壤的有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現為模式D林分的>模式B林分的>模式A林分的>模式C林分的，以模式C林分(杉木純林)的最低；模式D、模式B、模式A林分的土壤有機質含量分別是模式C林分的1.33、1.17、1.07倍，土壤全氮含量分別是模式C林分的1.22、1.18、1.15倍，土壤堿解氮含量分別是模式C林分的1.19、1.13、1.08倍，土壤全磷含量分別是模式C林分的1.54、1.38、1.23倍，土壤速效磷含量分別是模式C林分的1.35、1.29、1.16倍，土壤全鉀含量分別是模式C林分的1.50、1.32、1.25倍，土壤速效鉀含量分別是模式C林分的1.23、1.16、1.11倍。土壤有機質含量在模式A、模式C林分間無顯著差異，土壤全氮含量在模式A、模式B林分間沒有顯著差異；其他兩兩間均有顯著差異。

表4 不同混交模式林分40～60 cm土層土壤養分含量Tab.4 The soil chemical properties of forest land in 40～60 cm soil layer of different model stands模式有機質含量/(g·kg-1)全氮含量/(g·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)全磷含量/(g·kg-1)速效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(mg·kg-1)A18.19±0.31 c0.94±0.01 b166.56±1.19 c0.16±0.00 c7.37±0.06 c11.39±0.10 c107.36±0.96 cB19.89±0.14 b0.97±0.01 b175.15±0.71 b0.18±0.00 b8.18±0.03 b12.01±0.08 b112.12±0.86 bC16.94±0.48 c0.82±0.01 c154.92±0.87 d0.13±0.00 d6.34±0.06 d 9.10±0.24 d 96.98±0.95 dD22.54±0.67 a1.00±0.01 a184.47±0.66 a0.20±0.00 a8.59±0.04 a13.67±0.07 a119.66±0.52 a

3.2.4 不同土層土壤養分含量差異

綜合分析表2、表3和表4數據可知：同一模式下，不同土層土壤的養分含量有差異。除模式B林分中堿解氮含量外，4種不同混交比例模式林分的土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均表現為0～20cm土層的>20～40cm土層的>40～60cm土層的，且隨著土層的加深，養分含量下降速度加快。

4 結論與討論

(1)幼齡林階段(10年生時)的杉木樟樹混交林中的杉木，其樹高、胸徑相對于杉木純林中的小。鄒圭碧[18]、劉振華等[19]的研究表明，杉木與闊葉樹混交，不僅杉木的生長量得到了提高，同時闊葉樹的生長量也得到了提高，與本研究的結論不同。這可能是因為該試驗林處于幼齡期，樟樹落葉的養分回歸量較少，并且樟樹的樹冠較寬，對杉木的生長有一定的影響。

(2)隨著樟樹比例的增加，混交林中杉木、樟樹的樹高和胸徑均逐漸增大。這可能與樟樹枯落物數量及分解難易程度有關，杉木的枯落物較樟樹的難分解，養分回歸速度較慢。

(3)不同混交比例的林分，其各土層的土壤養分含量各指標均呈現模式D林分(樟樹純林，杉木樟樹混交比例為0∶10)的>模式B林分(杉木樟樹混交比例為3∶7)的>模式A林分(杉木樟樹混交比例為6∶4)的>模式C林分(杉木純林，杉木樟樹混交比例為10∶0)的；相同的土層，土壤養分含量各指標絕大部分在不同混交模式林分間的差異均顯著。這是因為杉木屬淺根性樹種，樟樹屬深根性樹種，兩者在生態位上互補，兩樹種混交能夠改善土壤物理性質和林地地力[15，20]。

(4)不同混交比例林分的土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量均隨著土層深度的增加而逐漸減少，其中0～20cm土層土壤養分含量最高，其次為20～40cm土層的，最低為40～60cm土層的。