白龙江流域不同林龄人工油松林土壤养分含量变化研究
时间：2023-02-22 09:25:07 来源：千叶帆 本文已影响人
丁全定，黄 石，齐 昊，杨 静，林 媛
(1.甘肃省白龙江林业科学研究所，兰州 730046；
2.甘肃白龙江森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃 舟曲 746300；
3.甘肃省兰州北山生态建设管护中心祖厉河林场，甘肃 会宁 730722)
林地土壤养分状况既是林地植被生长、演替及其生态功能发挥的基础条件，也是包括植物在内的生物与气候、地质等环境长期综合作用的结果。油松耐瘠、耐旱、生长快、腐朽少，是我国尤其是北方优良乡土树种和主要造林树种，油松林在甘肃省白龙江上游分布较广，呈片状纯林，中游则呈小片状分布，海拔为2 200～2 600 m左右，在地貌上多属于流水中度-深度切割的中山、高山前山带，宽谷谷坡下部，阳坡或半阳坡，宽谷中半阴坡亦有分布。在立木组成中油松林多呈单层同龄纯林分布，林分疏密度中等，平均0.6左右；
自然整枝好，林地透光度大[1]。但20世纪70年代采伐后，采伐迹地营造的人工油松林，随山杨、红桦、矮桦、辽东栎等先锋树种侵入，大多演替发展为次生杂木林[2]，林下木层及草被层均不发达，苔藓层几乎没有，稀疏下木层中以喜光的虎榛子、胡枝子、唐古特忍冬、菝葜、蔷薇类等灌木为主，草被以香青、蒿属等为主。为全面准确掌握白龙江流域人工油松林尤其是进入成熟期以后的人工油松林土壤养分状况和动态，给林地抚育管理和利用提供依据，我们进行了林地土壤养分含量测定研究。
本研究在白龙江流域天然油松林和人工油松林最集中、代表性较强的迭部林区进行。根据立地环境和分布区域，在电尕林场白云后山、哇巴沟、阿汝沟、普惹沟、资润沟分别选择立地条件基本一致，林龄35、40、45、50、55 a的人工油松林地(表1)，每个林龄选择3～5块林地，再在每个林地中设置调查样地，样地面积 400 m2(20 m×20 m)，按五点法在样地中布置采集点5个采集土样，同时调查、记录各样地内的油松林生长情况、立地环境条件，土壤剖面情况等[3]。化验分析土壤理化性状。
表1 调查样地的油松林环境与生长状况
土样按0～20、20～40 cm土层分层采集，每个采样点各层取样约500～1 000 g，用自封袋装取样品并标号，将土样带回室内自然风干、粉碎过筛；
各林龄等量土壤样品混合、按四分法留样后再分为3份(3次重复)。采用重铬酸钾氧化—稀释热法(GB7857-87)测定土壤有机质、氯化钾浸提—靛酚蓝和酚二磺酸比色法(LY/T1230-1999)测定土壤氮、双酸浸提法(LY/T1233-1999)测定土壤有效磷和pH测定仪[4]等方法来测定土壤养分。
3.1 土壤有机质含量变化
土壤有机质是构成土壤有机矿质复合体的核心物质，也是土壤养分的储藏库，其含量高低反映土壤肥力水平，进而影响植物的生长发育及其生态稳定性。
从图1可见，35～50 a生林地土壤有机质含量呈上升趋势，50～55 a生林地土壤有机质含量呈下降趋势，35 a生林地有机质含量显著低于其他林龄林地(P<0.05)；
从土壤不同层面上看，55 a生林地土壤有机质含量层次差异未达显著水平(P>0.05)，土壤有机质含量变化较为平缓。35 a生林地土壤有机质含量最低，为8.639 g·kg-1，受造林整地破坏表层植被和土壤结构，以及针叶树种凋落物难于分解的影响；
40～50 a生林地土壤有机质含量逐渐增加，这与油松凋落物持续分解的积累有关，50 a生林地有机质含量最高为36.201 g·kg-1；
55 a生林地土壤有机质含量较之前有所下降，这是由于油松凋落物持续发酵后所产生的分解物影响了微生物的生存环境，导致枯枝落叶分解和土壤有机质含量降低。
图1 土壤有机质含量
3.2 土壤全氮、碱解氮含量变化
由图2可见，35～40 a生林地土壤全氮含量呈上升趋势，45 a生全氮含量显著高于其他林龄林地(P<0.05)，45～55 a生林地土壤全氮含量呈下降趋势，未达显著水平(P>0.05)。土壤深度不同全氮含量不同，0～20 cm层显著高于20～40 cm层差异显著(P<0.05)。由图3可知，碱解氮含量作为土壤氮素有效性的重要指标，与全氮含量无线性关系，在55 a生林地土壤中碱解氮含量最高，为144.738 mg·kg-1，这与油松凋落物长时期分解的积累有关，随着油松林龄增长，土壤碱解氮含量呈上升趋势。
表2 不同林龄人工油松林土壤养分含量
图2 土壤全氨含量
图3 土壤碱解氨含量
3.3 土壤全磷、速效磷含量变化
测定结果表明，在不同林龄人工油松林土壤全磷含量，50 a生林地最高，0～20 cm为1.476 g·kg-1，20～40 cm为1.577 g·kg-1；
35 a生林地土壤全磷含量最低，为0.537 g·kg-1。由图4可看出，土壤全磷含量随着树龄增加而增加，到树龄50 a左右达到峰值，之后随着树龄的增加而全磷含量减少，这与土壤有机质含量变化趋势一致。从土壤不同层面上看，0～20 cm层全磷含量显著低于20～40 cm层全磷含量，层次差异显著(P<0.05)，这与土壤有机质含量变化趋势一致。
图4 土壤全磷含量
速效磷是衡量土壤中磷元素的重要指标，从图5可见，随着林龄增加速效磷含量呈上升趋势，但按照土壤养分含量分级标准，均处于低或较低水平(<10 mg·kg-1)。50～55 a生林地速效磷含量显著高于其他林龄林地(P<0.05)。从土壤不同层面上看，0～20 cm层速效磷含量显著高于20～40 cm层速效磷含量，差异显著(P<0.05)，这与全磷不同层面变化恰好相反，原因是磷在土壤中容易被固定，不容易从上层向下层积累导致利用率低。因此，速效磷不同层面的差异变化随着树龄增长逐渐变大。
图5 土壤速效磷含量
3.4 土壤pH值变化
不同林龄油松林土壤pH值不同，35 a生林地pH值显著低于其他林龄林地(P<0.05)，呈弱酸性。随着树龄增长，土壤pH值呈先上升后下降，在0～20 cm和20～40 cm土层中变化趋势较为平缓(图6)，表明油松林适宜生长的土壤pH值趋于中性。从土壤不同层面上看，pH值0～20 cm显著低于20～40 cm(P<0.05)，主要原因是林地植被凋落物累积后通过林内水气、热量作用，破坏表层土壤团粒结构，使土壤中过多的铁、铝、氢等离子与土壤胶体结成大块，导致土壤pH值低于下层土壤。
图6 土壤pH值
迭部林区不同林龄油松林土壤养分特征主要表现为，一是土壤有机质含量和pH值随着树龄增长先上升后下降，原因在于林地凋落物持续发酵后所积累的分解物，抑制了有机质含量增加；
二是土壤碱解氮与全氮含量相关性不显著，随着林龄增长碱解氮含量呈上升趋势；
三是速效磷含量随着树龄增长而略有增长，但其含量明显低于全国土壤养分标准。鉴于此，在以后油松林造林抚育中，一方面要营造油松混交林，合理配置群落结构，提高生态功能；
另一方面在造林后和适当年份要对油松林林地施入磷肥，从而改善土壤养分结构，有利于油松林可持续经营和林地养分循环。
