白龍江流域不同林齡人工油松林土壤養分含量變化研究

丁全定，黃 石，齊 昊，楊 靜，林 媛

(1.甘肅省白龍江林業科學研究所，蘭州 730046；2.甘肅白龍江森林生態系統國家定位觀測研究站，甘肅 舟曲 746300；3.甘肅省蘭州北山生態建設管護中心祖厲河林場，甘肅 會寧 730722)

林地土壤養分狀況既是林地植被生長、演替及其生態功能發揮的基礎條件，也是包括植物在內的生物與氣候、地質等環境長期綜合作用的結果。油松耐瘠、耐旱、生長快、腐朽少，是我國尤其是北方優良鄉土樹種和主要造林樹種，油松林在甘肅省白龍江上游分布較廣，呈片狀純林，中游則呈小片狀分布，海拔為2 200～2 600 m左右，在地貌上多屬于流水中度-深度切割的中山、高山前山帶，寬谷谷坡下部，陽坡或半陽坡，寬谷中半陰坡亦有分布。在立木組成中油松林多呈單層同齡純林分布，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世紀70年代采伐后，采伐跡地營造的人工油松林，隨山楊、紅樺、矮樺、遼東櫟等先鋒樹種侵入，大多演替發展為次生雜木林[2]，林下木層及草被層均不發達，苔蘚層幾乎沒有，稀疏下木層中以喜光的虎榛子、胡枝子、唐古特忍冬、菝葜、薔薇類等灌木為主，草被以香青、蒿屬等為主。為全面準確掌握白龍江流域人工油松林尤其是進入成熟期以后的人工油松林土壤養分狀況和動態，給林地撫育管理和利用提供依據，我們進行了林地土壤養分含量測定研究。

1 樣地設置與土樣采集

本研究在白龍江流域天然油松林和人工油松林最集中、代表性較強的迭部林區進行。根據立地環境和分布區域，在電尕林場白云后山、哇巴溝、阿汝溝、普惹溝、資潤溝分別選擇立地條件基本一致，林齡35、40、45、50、55 a的人工油松林地(表1)，每個林齡選擇3～5塊林地，再在每個林地中設置調查樣地，樣地面積 400 m2(20 m×20 m)，按五點法在樣地中布置采集點5個采集土樣，同時調查、記錄各樣地內的油松林生長情況、立地環境條件，土壤剖面情況等[3]?；灧治鐾寥览砘誀?。

表1 調查樣地的油松林環境與生長狀況

土樣按0～20、20～40 cm土層分層采集，每個采樣點各層取樣約500～1 000 g，用自封袋裝取樣品并標號，將土樣帶回室內自然風干、粉碎過篩；各林齡等量土壤樣品混合、按四分法留樣后再分為3份(3次重復)。采用重鉻酸鉀氧化—稀釋熱法(GB7857-87)測定土壤有機質、氯化鉀浸提—靛酚藍和酚二磺酸比色法(LY/T1230-1999)測定土壤氮、雙酸浸提法(LY/T1233-1999)測定土壤有效磷和pH測定儀[4]等方法來測定土壤養分。

3 結果分析

3.1 土壤有機質含量變化

土壤有機質是構成土壤有機礦質復合體的核心物質，也是土壤養分的儲藏庫，其含量高低反映土壤肥力水平，進而影響植物的生長發育及其生態穩定性。

從圖1可見，35～50 a生林地土壤有機質含量呈上升趨勢，50～55 a生林地土壤有機質含量呈下降趨勢，35 a生林地有機質含量顯著低于其他林齡林地(P<0.05)；從土壤不同層面上看，55 a生林地土壤有機質含量層次差異未達顯著水平(P>0.05)，土壤有機質含量變化較為平緩。35 a生林地土壤有機質含量最低，為8.639 g·kg-1，受造林整地破壞表層植被和土壤結構，以及針葉樹種凋落物難于分解的影響；40～50 a生林地土壤有機質含量逐漸增加，這與油松凋落物持續分解的積累有關，50 a生林地有機質含量最高為36.201 g·kg-1；55 a生林地土壤有機質含量較之前有所下降，這是由于油松凋落物持續發酵后所產生的分解物影響了微生物的生存環境，導致枯枝落葉分解和土壤有機質含量降低。

圖1 土壤有機質含量

3.2 土壤全氮、堿解氮含量變化

由圖2可見，35～40 a生林地土壤全氮含量呈上升趨勢，45 a生全氮含量顯著高于其他林齡林地(P<0.05)，45～55 a生林地土壤全氮含量呈下降趨勢，未達顯著水平(P>0.05)。土壤深度不同全氮含量不同，0～20 cm層顯著高于20～40 cm層差異顯著(P<0.05)。由圖3可知，堿解氮含量作為土壤氮素有效性的重要指標，與全氮含量無線性關系，在55 a生林地土壤中堿解氮含量最高，為144.738 mg·kg-1，這與油松凋落物長時期分解的積累有關，隨著油松林齡增長，土壤堿解氮含量呈上升趨勢。

表2 不同林齡人工油松林土壤養分含量

圖2 土壤全氨含量

圖3 土壤堿解氨含量

3.3 土壤全磷、速效磷含量變化

測定結果表明，在不同林齡人工油松林土壤全磷含量，50 a生林地最高，0～20 cm為1.476 g·kg-1，20～40 cm為1.577 g·kg-1；35 a生林地土壤全磷含量最低，為0.537 g·kg-1。由圖4可看出，土壤全磷含量隨著樹齡增加而增加，到樹齡50 a左右達到峰值，之后隨著樹齡的增加而全磷含量減少，這與土壤有機質含量變化趨勢一致。從土壤不同層面上看，0～20 cm層全磷含量顯著低于20～40 cm層全磷含量，層次差異顯著(P<0.05)，這與土壤有機質含量變化趨勢一致。

圖4 土壤全磷含量

速效磷是衡量土壤中磷元素的重要指標，從圖5可見，隨著林齡增加速效磷含量呈上升趨勢，但按照土壤養分含量分級標準，均處于低或較低水平(<10 mg·kg-1)。50～55 a生林地速效磷含量顯著高于其他林齡林地(P<0.05)。從土壤不同層面上看，0～20 cm層速效磷含量顯著高于20～40 cm層速效磷含量，差異顯著(P<0.05)，這與全磷不同層面變化恰好相反，原因是磷在土壤中容易被固定，不容易從上層向下層積累導致利用率低。因此，速效磷不同層面的差異變化隨著樹齡增長逐漸變大。

圖5 土壤速效磷含量

3.4 土壤pH值變化

不同林齡油松林土壤pH值不同，35 a生林地pH值顯著低于其他林齡林地(P<0.05)，呈弱酸性。隨著樹齡增長，土壤pH值呈先上升后下降，在0～20 cm和20～40 cm土層中變化趨勢較為平緩(圖6)，表明油松林適宜生長的土壤pH值趨于中性。從土壤不同層面上看，pH值0～20 cm顯著低于20～40 cm(P<0.05)，主要原因是林地植被凋落物累積后通過林內水氣、熱量作用，破壞表層土壤團粒結構，使土壤中過多的鐵、鋁、氫等離子與土壤膠體結成大塊，導致土壤pH值低于下層土壤。

圖6 土壤pH值

4 結論

迭部林區不同林齡油松林土壤養分特征主要表現為，一是土壤有機質含量和pH值隨著樹齡增長先上升后下降，原因在于林地凋落物持續發酵后所積累的分解物，抑制了有機質含量增加；二是土壤堿解氮與全氮含量相關性不顯著，隨著林齡增長堿解氮含量呈上升趨勢；三是速效磷含量隨著樹齡增長而略有增長，但其含量明顯低于全國土壤養分標準。鑒于此，在以后油松林造林撫育中，一方面要營造油松混交林，合理配置群落結構，提高生態功能；另一方面在造林后和適當年份要對油松林林地施入磷肥，從而改善土壤養分結構，有利于油松林可持續經營和林地養分循環。