梁廷熙
(廣東省德慶縣林業(yè)局,廣東 德慶 526600)
馬尾松(Pinusmassoniana)屬松科松屬針葉樹種,其不僅是優(yōu)良的建筑用材,還是優(yōu)良的造紙及人造纖維板原料,此外還可用于生產(chǎn)松香、松節(jié)油等化工產(chǎn)品,在廣東、廣西、江西、安徽、福建、浙江等我國(guó)南方17個(gè)省(區(qū))均有分布。馬尾松利用價(jià)值高,用途廣泛,目前已成為我國(guó)南方主要造林樹種[1,2]。然而,長(zhǎng)期單一樹種純林模式研究,導(dǎo)致立地衰退、林地生產(chǎn)力下降[3,4]。同時(shí),大面積馬尾松純林極易遭受病蟲害[5,6],尤其近年來(lái)日趨嚴(yán)重的松材線蟲病[7],致使全國(guó)多地實(shí)施了“限松令”,松樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展遭受了明顯的遏制。馬尾松作為優(yōu)良的脂材兩用樹種,在水源涵養(yǎng)、水土保持、地力維護(hù)等生態(tài)功能方面效益顯著。在當(dāng)下林業(yè)發(fā)展堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山和生態(tài)優(yōu)先的理念下,提升森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及林分質(zhì)量是推進(jìn)馬尾松產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提與保障。
與純林相比,混交林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,生態(tài)功能強(qiáng)大[8,9]。以往研究表明,馬尾松作為高氮需求樹種,與闊葉樹特別是與枯落物豐富、氮?dú)w還量高、耐蔭能力較強(qiáng)的闊葉樹種混交,其不僅有效提升了林分養(yǎng)分歸還和水源涵養(yǎng)能力,增加了土壤肥力,同時(shí)有效提升了林分生長(zhǎng)量[10,12]。因此,進(jìn)行混交林營(yíng)造是解決馬尾松林分生態(tài)系統(tǒng)脆弱、林分質(zhì)量不高問題的關(guān)鍵,而將現(xiàn)有馬尾松純林改造成異齡混交林則更為實(shí)際與亟需。基于此,本文以紅錐為混交樹種,通過設(shè)置不同比例馬尾松林下異齡混交模式,分析了馬尾松林分生長(zhǎng)及相關(guān)林地生態(tài)因子的變化,以期為將馬尾松純林改造為混交林提供科學(xué)參考。
研究區(qū)位于廣東省德慶縣,地理位置位于111°41′10″E,23°8′42″N,氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候類型,年平均氣溫21 ℃,年降水量1500 mm,年平均相對(duì)濕度81%。試驗(yàn)林地海拔為200~250 m,坡度20~25°,土壤為黃棕壤,土層厚度40~60 cm。林下植被以灌木、草本為主,主要有山烏桕(Sapiumdiscolor)、菝葜(Smilaxchina)、三叉苦(Evodialepta)、粽葉蘆(Thysanolaenamaxima)、鐵芒萁(Dicranopterislinearis)、懸鉤子(Rubuscorchorifolius)等。
2.2.1 試驗(yàn)林改造
研究區(qū)馬尾松純林為2012年?duì)I建的馬尾松實(shí)生苗植苗林,株行距2 m×2 m,種植密度167株/畝。待馬尾松林分形成整齊林相時(shí),在保留木空間位置均勻的前提下,于2017年采用下層疏伐法進(jìn)行林分間伐,去弱留強(qiáng),設(shè)置4種保留密度:120、100、80、60株/畝。間伐后清理砍伐剩余物,在穴狀整地后以一年生紅錐容器苗進(jìn)行馬尾松林下紅錐套種,套種密度為0、20、40、60株/畝。最終形成4種混交比例的馬尾松×紅錐異齡混交林,即紅錐混交比例0、1/6、1/3、1/2,林分密度均為120株/畝。套種后連續(xù)3年,每年進(jìn)行砍灌割草、追肥(復(fù)合肥250 g/株,N∶P∶K=15∶15∶15)各1次。
2.2.2 數(shù)據(jù)收集
以馬尾松純林為對(duì)照(CK,P0),1/6(P1)、1/3(P2)、1/2(P3)為馬尾松×紅錐混交林試驗(yàn)處理,各林分中分別設(shè)置3個(gè)20 m×25 m大小固定樣地。2021年底采用每木檢尺進(jìn)行各樣地樹高、胸徑調(diào)查,用完全隨機(jī)方式,以樣地中高徑生長(zhǎng)量與平均值相差10%以內(nèi)的植株作為采樣目標(biāo)樹種,將距離樹干基部50 cm處上坡位作為取樣區(qū)。每個(gè)樣地設(shè)5個(gè)取樣區(qū),在每個(gè)取樣區(qū)內(nèi)設(shè)置30 cm×30 cm小樣方,采用環(huán)刀采集小樣方內(nèi)0~20 cm土壤樣品1 kg左右。將各林分每個(gè)樣地中5個(gè)取樣區(qū)中土壤樣品混勻后分成2份帶回實(shí)驗(yàn)室,一份貯存于4 ℃冰箱用于微生物多樣性分析,另一份用于土壤持水性及養(yǎng)分含量分析。
2.2.3 指標(biāo)測(cè)定
微生物多樣性測(cè)定。參照鮑佳書等[13]方法,采用Biolog-ECO微平板培養(yǎng)10 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算林地中微生物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)。
土壤持水性測(cè)定。以采環(huán)刀浸泡法,用100 cm3環(huán)刀從上至下分層采集樣品,在室內(nèi)環(huán)刀浸泡,參照羅斯生[14]等方法測(cè)定土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量。
土壤養(yǎng)分含量測(cè)定。全氮用凱氏定氮法測(cè)定,全磷及有效磷用鉬銻抗比色法測(cè)定,全鉀用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定,堿解氮用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度法測(cè)定。
數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行制圖,用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析,多重比較采用LSD法(p<0.05)。
由圖1可以看出,不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對(duì)馬尾松樹高、胸徑生長(zhǎng)量影響差異顯著。與馬尾松純林(P0)相比,1/6紅錐混交比例(P1)試驗(yàn)林中馬尾松樹高、胸徑無(wú)顯著增加,而1/3(P2)和1/2(P3)紅錐混交比例林分中馬尾松高徑生長(zhǎng)量均明顯增加,分別較馬尾松純林的樹高、胸徑增加了20.4%~24.5%和18.7%~21.3%。這說明,以1/3~1/2紅錐混交比例能顯著提升馬尾松樹高、胸徑生長(zhǎng)量。
注:圖中不同小寫字母表示不同混交比例林分間達(dá)差異顯著水平(p<0.05),下同
微生物是林地生態(tài)系統(tǒng)中重要生態(tài)因子,參與枯落物分解,改變土壤理化性質(zhì)。研究證明,微生物多樣性直接反映了微生物群落穩(wěn)定性及土壤質(zhì)量[13,15]。由圖2可知,隨著紅錐混交比例增大,林地微生物多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)均呈線性增加的趨勢(shì)。相關(guān)性分析結(jié)果表明,林地微生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)與紅錐混交比例均為極顯著的正相關(guān)線性關(guān)系(R2=0.99)。這表明,馬尾松與紅錐異齡混交顯著增加了林地微生物群落的穩(wěn)定性。
圖2 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對(duì)林地微生物多樣性的影響
水是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ),土壤持水能力是衡量森林生態(tài)功能的一個(gè)關(guān)鍵因素。土壤容重反映土壤緊實(shí)度,容重越大,土壤越緊實(shí),土壤越板結(jié)嚴(yán)重,持水性越差,不利于植物生長(zhǎng)。土壤孔隙度與土壤貯水能力有關(guān)。通常,土壤孔隙度越大,貯水能力越強(qiáng)。土壤持水量則直接代表土壤持水能力[14,16]。從表1可以看出,隨著紅錐混交比例增大,土壤容重逐漸減小,而土壤孔隙度和土壤持水量逐漸增大。結(jié)果表明,在供試4種試驗(yàn)林中,以1/2紅錐混交比例林分中土壤持水能力最強(qiáng),說明與紅錐混交能有效改善林地土壤持水性,且混交比例越大效果越好。
表1 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對(duì)林地土壤持水性的影響
氮、磷、鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育中三大主要營(yíng)養(yǎng)元素,土壤中氮、磷、鉀元素的含量反映了林地養(yǎng)分供給能力,即土壤肥力情況。不同紅錐混交比例林分中,林地土壤氮磷鉀元素含量差異顯著(表2)。從各林分元素含量大小來(lái)看,全氮、堿解氮表現(xiàn)為:P3>P2>P1>P0,全磷、全鉀為:P3≈P2>P1≈P0,有效磷、速效鉀為:P3≈P2>P1>P0。整體上,以1/3~1/2紅錐混交比例林地土壤中氮磷鉀元素含量明顯偏高。這說明,馬尾松與紅錐異齡混交能有效提升林地土壤肥力。
表2 不同比例馬尾松×紅錐異齡混交對(duì)林地土壤養(yǎng)分含量的影響
馬尾松是我國(guó)南方生態(tài)建設(shè)和造林用材主要樹種,人工林面積發(fā)展迅速[2],其經(jīng)營(yíng)模式主要以純林為主。由于長(zhǎng)期的馬尾松人工純林營(yíng)建,病蟲害問題極為突出,尤其近幾年爆發(fā)的松材線蟲病,傳染性強(qiáng),防治效果不明顯,被稱為松樹癌癥[7]。為阻止該病害的進(jìn)一步傳播,多個(gè)省區(qū)已明令禁止馬尾松的種植。松樹產(chǎn)業(yè)在我國(guó)林業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有舉足輕重的地位,提升林分生態(tài)穩(wěn)定性,增強(qiáng)林分抗性,是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí),通過混交能有效提升森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,增強(qiáng)抗逆能力。目前有關(guān)馬尾松混交方面的研究大多關(guān)于同齡混交,而將現(xiàn)有馬尾松林分改造為異齡混交林方面研究仍鮮少見。馬尾松為強(qiáng)陽(yáng)性速生樹種,但早期生長(zhǎng)較為緩慢[1],具有“三年不見樹,五年不見人”的生長(zhǎng)習(xí)性。本試驗(yàn)以剛郁閉、林相較為整齊的5年生馬尾松林分為改造對(duì)象,以經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、土壤改良效果好的鄉(xiāng)土闊葉樹種紅錐為異齡混交樹種,在混交林改建4年后探索了不同混交比例馬尾松生長(zhǎng)及林地生態(tài)因子的變化。研究發(fā)現(xiàn),以1/3~1/2紅錐混交比例,馬尾松高徑生長(zhǎng)量顯著提升,林地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng),說明今后可選擇以紅錐為混交樹種進(jìn)行馬尾松純林的改造。
在林地生態(tài)系統(tǒng)中,微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是森林生態(tài)恢復(fù)與重建的重要參與者[17]。微生物影響著有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)和植物養(yǎng)分利用過程,微生物參數(shù)被認(rèn)為是土壤質(zhì)量變化的重要指標(biāo)之一。微生物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)被視為最關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù),其中多樣性指數(shù)表明土壤中微生物群落的多樣性,而豐富度指數(shù)反映了微生物利用碳源種類數(shù)的不同,表明土壤微生物功能的多樣性,以多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)可表征林地土壤微生物的多樣性。林地微生物依賴于植被發(fā)育,植被通過根系、地上和地下等生物過程影響土壤微生物多樣性。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,紅錐混交比例與林地微生物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系,其R2值均達(dá)0.99。從微生物群落多樣性的區(qū)域格局來(lái)看,土壤微生物群落多樣性與覆蓋于土壤上的植物群落多樣性呈正相關(guān)[17]。這表明,相較馬尾松純林,馬尾松×紅錐混交林更利于微生物群落的發(fā)展。紅錐為高氮?dú)w還樹種[18],而馬尾松對(duì)氮素需求較高[19],一方面通過枯落物養(yǎng)分歸還,增加林地氮儲(chǔ)量促進(jìn)馬尾松生長(zhǎng),另一方面相較馬尾松枯落物,紅錐凋落物易分解且氮含量高,利于增加微生物多樣性,是一種優(yōu)良的馬尾松混交樹種,這與以往有關(guān)凋落物對(duì)馬尾松生長(zhǎng)影響方面的研究結(jié)果是相似的[20]。
土壤持水性與養(yǎng)分含量是反映森林生態(tài)功能最為重要的兩個(gè)指標(biāo)[19,21]。筆者發(fā)現(xiàn),紅錐混交比例與土壤持水能力、氮含量變化趨勢(shì)一致,即紅錐混交比例越大,土壤持水能力越強(qiáng),氮含量越高。這顯示紅錐在改良土壤持水性與氮儲(chǔ)量方面功能顯著。然而,值得一提的是,馬尾松生長(zhǎng)量并未隨著紅錐混交比例增大而增大,在紅錐混交比例為1/3和1/2時(shí),并未發(fā)現(xiàn)馬尾松高徑生長(zhǎng)量在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。從土壤中磷、鉀養(yǎng)分含量變化來(lái)看,在紅錐混交比例為1/3和1/2時(shí),全磷/有效磷、全鉀/速效鉀含量均無(wú)顯著差異。這暗示了磷、鉀可能是進(jìn)一步提升馬尾松生長(zhǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵,今后進(jìn)行馬尾松×紅錐的混交林改造時(shí),可適當(dāng)補(bǔ)充一定的磷鉀肥以促進(jìn)馬尾松生長(zhǎng)。