阔叶树种混交对红松人工林土壤养分的影响1)

王龙凤 赵丽宏 肖伟伟 王树力

( 东北林业大学，哈尔滨，150040) ( 黑龙江省尚志国有林场管理局) ( 东北林业大学)

土壤是森林植物的养分库，其养分状况直接或间接影响着森林生产力及稳定性[1]。土壤的养分状况与森林的组成及生长密切相关。一方面，森林植物生长需要从土壤中汲取养分，土壤养分状况决定了森林植物的类型及其生长[2-3]；另一方面，森林植物产生的凋落物归还土壤，会影响林下土壤的养分状况[4]。不同类型森林由于其凋落物性质和凋落量存在差异，养分归还量不同，对林下土壤养分状况产生的影响也存在差异[5]。通过研究森林组成与土壤养分的关系，可为森林的科学经营和林地养分的维持提供参考[6]。

红松是我国东北地区珍贵的乡土树种，有着极高的经济和生态价值[7]。以红松为主要组成树种的阔叶红松林对于东北地区生态环境的维护起着非常重要的作用[8-9]。由于历史原因和不合理的利用，结构复杂、功能强大稳定、生物量及生物多样性较高的原始阔叶红松林消耗殆尽[10-12]。虽然经过大面积造林来尽力恢复红松林，但红松人工纯林产生的一系列问题，如生物多样性下降[10]、地力衰退等影响了阔叶红松林的恢复进程。研究表明，在营造针阔混交林时引入阔叶树种，增加植物多样性，改善凋落物组成，可以有效促进养分循环，提高林地土壤肥力[13]，加速阔叶红松林的恢复进程。以往研究主要针对红松人工林下土壤的理化性质，并取得了丰硕的研究成果[14-18]。但同一立地条件下，多种阔叶树种混交对红松人工林土壤影响作用的对比研究尚不多见，关于红松人工纯林与不同树种红松混交林间土壤养分差异方面的研究尚待深入。本研究以东北林业大学帽儿山尖砬沟试验林场1987年营造的黄檗(Phellodendronamurense)红松(Pinuskoraiensis)混交林、水曲柳(Fraxinusmandshurica)红松混交林、胡桃楸(Juglansmandshurica)红松混交林、红松纯林为研究对象，对照天然次生林分析红松纯林与其混交林间土壤有机C、全N、全P、速效K、水解N、有效P质量分数的差异，探索不同阔叶树种混交对红松人工林土壤养分的影响，旨在为红松人工林的科学培育和林地土壤肥力的保持提供参考。

1 研究区概况

研究地点为东北林业大学森林培育试验站(45°23′～45°26′N，127°26′～127°39′E)，位于黑龙江省尚志市西侧帽儿山试验林场，属长白山系张广才岭西坡小岭余脉，为松嫩平原向张广才岭过度的低山丘陵区[19]。平均海拔300 m，坡度一般为6°～15°，地带性土壤为暗棕壤。年均蒸发量1 094 mm，其中5—6月份蒸发量最高，占年蒸发量的35.9%。年平均降水量723 mm，主要集中于7—8月份，占全年降水量50%以上。研究区属温带大陆性季风气候，年均气温2.8 ℃，极端最低气温-44 ℃，极端最高气温34.8 ℃。研究区主要乔木有水曲柳、榆树(Ulmuspumila)、长白落叶松(Larixolgensis)、红松、红皮云杉(Piceakoraiensis)、胡桃楸、白桦(Betulaplatyphylla)等；灌木主要有忍冬(LonicerajaponicaThunb)、茶条槭(AcerginnalaMaxim)、接骨木(Sambucuswilliamsii)等；草本主要有猴腿蹄盖蕨(Athyriummultidendatum)、北重楼(Parisverticillata)、狭叶荨麻(Urticaangustifolia)、轮叶百合(Liliumdistichum)、铃兰(Convallariamajalis)、林生茜草(Rubiasylvatica)等。

2 研究方法

2.1 样地设置

本试验选取1987年在次生林带状皆伐后同一山坡立地条件下营造的黄檗红松混交林、水曲柳红松混交林、胡桃楸红松混交林、红松纯林为研究对象，以水曲柳和胡桃楸为主要组成树种的次生林为对照(表1)。混交林中红松与黄檗、水曲柳、胡桃楸均为带状混交，株行距1.5 m×2.0 m，行数比为5∶3。红松纯林株行距为2.0 m×2.0 m。

表1 研究林分状况

2.2 样品采集及指标测定

2020年8月，在选取的黄檗红松混交林、水曲柳红松混交林、胡桃楸红松混交林、红松纯林、次生林中分别设置3块20 m×20 m的样地。在每块样地内以“S”形选取5个点，去除上层枯落物层，分别在土壤深度(h)为0

采集的土壤样品自然风干，去除动植物残体、根系、石块后，研磨分别过筛，以测定土壤各项土壤养分质量分数。土壤有机C质量分数使用TOC元素分析仪测定；土壤全N质量分数使用浓硫酸消煮-半微量凯氏定氮法测定；土壤全P质量分数采用硫酸-高氯酸消化-钼锑抗比色法测定；土壤水解N质量分数采用碱解扩散法测定；土壤速效K质量分数采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定；土壤有效P质量分数采用HCl-H2SO4浸提法测定[20]。

2.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0整理分析试验数据。对土壤样品有机C、全N、全P、速效K、水解N、有效P质量分数的测定数据及有效养分与全量养分的比率进行单因素方差分析，并做LSD比较(a=0.05)[17]。

3 结果与分析

3.1 红松人工林与次生林间土壤养分质量分数差异

在0

在10 cm

表2 红松人工林与次生林各土层养分质量分数

表3 红松人工林较天然次生林的养分降低率

在20 cm

王淑坤[21]的研究表明，红松人工林与次生林土壤养分特征有较大的差异，红松人工林土壤养分状况明显低于次生林。龚珊珊等[22]发现，桉树人工林表层土壤养分含量显著低于天然林，相较于天然林，人工林对养分有更大的需求及消耗。本研究中，红松人工林下所有土层土壤有机C、全N、全P、速效K、水解N、有效P质量分数均低于原有次生林，红松人工林培育过程中土壤养分状况较原有次生林土壤变差。相较于红松混交林，红松纯林土壤养分下降程度更大。说明长期培育红松人工纯林加速了土壤养分的下降进程。一方面，针叶纯林下物种多样性较次生林低，其地表针叶枯落物难以分解[23]，导致土壤养分下降[24]；另一方面，由于针叶分解导致pH降低[25]，人工针叶纯林的土壤微生物数量、土壤酶活性也较次生林下降，其土壤有机质分解能力和腐殖质合成强度均弱于次生林，土壤养分供应能力亦比天然次生林差[26]。

3.2 红松混交林与红松纯林间土壤养分质量分数差异

在0

在10 cm

表4 红松混交林较红松纯林的土壤养分提高率

在20 cm

冯健等[27]研究表明，针阔混交林土壤养分含量高于针叶纯林，混交林能够更好的维持土壤肥力。衣晓丹等[28]研究发现，营造杉木马尾松混交林可以在一定程度上改善土壤养分状况，是防止因多代连载杉木纯林导致地力下降的有效措施。本研究结果与上述研究结果基本一致。与红松纯林相比，红松混交林土壤全C、全N、全P、速效K、水解N、有效P质量分数均有不同程度的提高，胡桃楸红松混交林各层土壤全C、全N、速效K、水解N、有效P质量分数提高率大于黄檗红松混交林、水曲柳红松混交林。出现以上现象的原因是红松混交林中黄檗、水曲柳、胡桃楸均为阔叶树种，产生的凋落物较多，归还给土壤的有机残体量较大，回归土壤养分量高。也有研究表明，黄檗内含有生物碱[29]，水曲柳、胡桃楸叶片呈中性[25]，能够缓解栽植红松造成的土壤酸化，更好的促进红松混交林土壤养分循环。而红松纯林为单一针叶树种，质地较硬的针叶中含有木质素类等较难分解的物质，加之针叶有油脂包被，分解受到抑制[30]，养分回归土壤相对较难。

3.3 红松混交林与红松纯林间土壤养分有效性差异

土壤有效养分能被植物直接吸收利用，有效养分占全量的比率反映了不同林分对养分的活化能力[31]。不同树种与红松混交，由于其树种特性、根系分布、根系分泌物、养分互补格局均不相同，对N元素、P元素的活化能力也均不同。对于水解N与全N的比率，在0

表5 红松混交林与纯林间土壤有效养分比率

4 结论

次生林采伐后营造红松纯林以恢复林地营养的过程中，由于林分生长吸收大量营养，土壤出现了一定程度的地力下降。红松人工林各层土壤的有机C、全N、全P、速效K、水解N、有效P质量分数均低于次生林；红松混交林各层土壤的有机C、全N、全P、水解N、有效P、速效K质量分数均高于红松纯林，其中以胡桃楸红松混交林养分提高程度最大。不同混交树种对红松混交林下土壤营养的活化能力不同，胡桃楸对N、P元素的活化能力均高于黄檗和水曲柳。恢复过程中应用以培育混交林为主，并针对不同混交树种的红松人工林采取不同的营养调控对策。