德昌杉木人工林生长性状与土壤因子相关性研究

赖世会, 贾晨, 能州, 罗建勋, 严贤春, 方颖

1.西华师范大学，四川 南充 637002；

2.四川省林业科学研究院，四川 成都 610041；

3.若尔盖县林业和草原局，四川 阿坝 624500

德昌杉木（Cunninghamia unica）为国家三级保护树种，属高大常绿乔木，冠幅小，生长快，较喜阴，适应特殊性干旱气候[1-2]。德昌杉木是当地重要的用材之一，也是培育良种杉木的优良种质资源[3]，但由于德昌杉木分布区域狭窄，前期又对其天然林资源的乱砍滥伐造成天然资源急剧减少，因此保护德昌杉木资源已刻不容缓。且近年来杉木人工林出现了一些生长衰退的状况，导致杉木人工林生态和经济效益降低、生物多样性降低等一系列生态安全问题[4-5]。这种现象与立地选择不当有一定关系，经查阅大量资料显示：关于德昌杉木的研究大都集中在德昌杉木生长分析；德昌杉木和杉木同工酶的研究；德昌杉木胞核学研究；德昌杉木育种[6-10]。关于杉木的研究也集中在不同地区杉木生态系统稳定性评价；不同抚育方式对杉木人工林生长、林下植被以及土壤特征的影响；不同混交措施下杉木造林效果；基于转录组测序的杉木开发及应用；生长素对杉木幼苗抗氧化酶活性的研究等方面[11-17]，尚未发现针对德昌杉木人工林生长性状与土壤因子的相关性研究。因此，本研究通过查阅相关资料和实地调查对德昌杉木人工林生长性状与土壤因子的差异性和相关性进行分析。以期了解掌握德昌杉木人工林培育的最佳土壤条件，结果表明德昌杉木适宜栽植在全钾含量丰富的土壤中，为提高德昌杉木人工林培育技术提供科学依据和理论参考。

1 研究区概况

6个研究区平均海拔为2 100 m，气候多样，大都为亚热带季风气候，土壤质地主要为红壤和黄壤,土层厚度50～80 cm，腐殖质层厚5～15 cm，枯枝落叶层厚度5～10 cm，研究区具体信息如下（见表1）。在幼林龄(17年生)、近熟林（24年生）、成熟林（21、30、31、35年生）和过熟林（38、40年生）4个龄组均设置了样地，其中幼林龄平均胸径为19.4cm，平均树高12.8 m，近熟林平均胸径和平均树高分别为30.2 cm、13.5 m，成熟林平均胸径和平均树高分别为24.2 cm、18.7 m，过熟林平均胸径和平均树高分别为40.9 cm、21.5 m。

表1 研究区概况Tab.1 Situation of study areas with different treatments

2 研究方法

2.1 样地设置

2017—2018 年在德昌杉木分布区域，排除边缘效应，在6个研究区内共选定30个典型立地类型的标准样地，样地大小为20 m×20 m，标准地内目标树采用刷红油漆标记，样地边界采用白色油漆标记。

2.2 每木检尺测定

对标准地中的德昌杉木进行每木检尺，测定其树高、胸径、枝下高、冠幅等生长性状并记录林龄。

2.3 土壤样品采集与分析

在每个样地内，上中下3个坡面分别用土钻采集各位置的各层土样，去除土壤表面的凋落物层，取0～40 cm的土样，之后分别对3个坡面的土样充分混合后放入布袋（约750 g），风干，测定分析土壤有机质、全氮、全磷、全钾的含量。每个样地取1个混合土样，共取30份土样。土壤测定方法按照国家相关标准执行：其中土壤有机质用油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定，土壤全氮用凯氏蒸馏法测定，土壤全磷用高氯酸硫酸法，土壤全钾用氢氟酸、高氯酸消煮后火焰光度计法测定。

2.4 数据处理

利用SPSS22.0软件进行数据的差异性分析和相关性分析，结合Microsoft Excle 2010对测定数据进行统计。

3 结果与分析

3.1 不同地区同林龄的林分生长性状与土壤化学性质分析

对不同地区相同林龄的林分生长性状进行单因素方差分析（one-way ANO-VA）结果表明，不同地区17年生的德昌杉木生长性状存在显著差异（P＜0.05），不同地区30年生的德昌杉木生长性状也存在显著差异（P＜0.05）。对17年生和30年生的德昌杉木生长性状多重比较分析（LSD），结果显示（见表2），P3的德昌杉木的胸径、树高、胸径年生长量、树高年生长量与P4、P1、P5同林龄德昌杉木的胸径、树高、胸径年生长量、树高年生长量均存在显著差异；P1与P5的德昌杉木枝下高、冠幅无显著差异，P4与P3、P1、P5的德昌杉木枝下高、冠幅均存在显著差异；P2和P3德昌杉木的枝下高差异性显著，其余生长性状无显著差异。

对不同地区相同林龄的林分土壤化学性质进行单因素方差分析，结果表明，17年生德昌杉木林分中的土壤有机质在不同地区间存在显著差异（P＜0.05），而碱解氮、全氮、全磷、全钾等指标在不同地区间的差异均不显著；对其多重比较表明（见表3），P1与P4、P3、P5德昌杉木的土壤有机质存在显著差异，而P4、P3、P5德昌杉木的土壤有机质无显著差异；30年生德昌杉木林分中的土壤化学性质在不同地区间的差异均不显著（P＜0.05）。

对不同地区同林龄德昌杉木的生长形状与土壤化学性质进行Pearson相关分析，结果表明，不同地区同林龄德昌的生长性状与土壤化学性质无显著相关关系（见表4）。

表2 不同地区同林龄的林分生长性状多重比较结果Tab.2 Multiple comparison results of stand growth traits of the same stand age in different areas

表3 不同地区同林龄的林分土壤化学性质差异性分析结果Tab.3 Difference analysis results of soil chemical properties of stands with the same age in different areas

表4 不同地区同林龄德昌杉木生长性状与土壤因子的Pearson相关分析系数Tab.4 Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with the same stand age in different areas

3.2 同一地区不同林龄的林分生长性状与土壤化学性质分析

对同一地区不同林龄的林分生长性状进行单因素方差分析，结果表明，同一地区不同林龄的德昌杉木各生长性状均存在显著差异（P＜0.05，如P3地区和P1地区），在P6地区除胸径和胸径年生长量性状外，其他生长性状在不同林龄间差异均显著。多重比较表明（见表5），P3林龄为24年和30年的德昌杉木的胸径、冠幅、树高年生长量无显著差异，林龄为17年和林龄为31的胸径、树高、冠幅、胸径年生长量、树高年生长量存在显著差异；P6不同林龄的胸径年生长量无显著差异，林龄为35年和林龄38年、林龄38年和林龄40年的德昌杉木胸径无显著差异，其他各林龄的生长形状间均存在显著差异。

对同一地区不同林龄的林分土壤化学性质进行单因素方差分析结果表明，P3不同林龄的土壤全磷、全钾存在显著性差异；P1不同林龄的土壤化学性质无显著性差异；P6德昌杉木不同林龄的土壤全氮存在显著性差异，其他均无显著差异。

和多重比较结果表明（见表6），P3林龄为24年与31年的林分有机质、碱解氮、全氮存在显著差异，林龄为31年与其他林龄的林分土壤全磷存在显著差异，林龄为17年与其他林龄的林分土壤全钾存在显著差异。P6不同林龄林分的有机质、全磷、全钾均无显著性差异，林龄为35年与林龄为38年的土壤碱解氮差异显著，林龄为38年与林龄为35年、40年的土壤全氮差异显著。

表5 同一地区不同林龄林分生长性状差异性分析结果Tab.5 Difference analysis results of growth characteristics with different stand ages in the same area

表6 同一地区不同林龄的林分土壤化学性质差异性分析结果Tab.6 Difference analysis results of soil chemical properties of stands with different ages in the same area

对同一地区不同林龄德昌杉木的生长形状与土壤化学性质进行Pearson相关分析，结果表明（见表7），同一地区不同林龄德昌的胸径年生长量与土壤全钾存在极显著相关关系，树高年生长量与土壤全钾存在显著相关关系，其余生长性状与土壤化学性质无显著相关关系。

4 讨论与结论

不同地区同一林龄的德昌杉木生长性状差异性显著，但土壤化学性质无显著差异，且德昌杉木的生长性状与土壤因子无显著相关关系。这说明不同地区同一林龄德昌杉木的生长性状差异与土壤因子无关，造成这一差异的原因可能是密度因子、不同地区的小气候、林下植被的郁闭度等，在今后的研究中可以立足于这些因子分析德昌杉木的生长性状差异。

同一地区不同林龄的德昌杉木生长性状存在显著差异，如17年生与24年生、27年生的德昌杉木生长性状均存在显著差异，除P3地区17年生与24年生的土壤全钾存在显著差异外，其余地区各林龄间土壤化学性质均无显著差异。因此，造成德昌杉木的生长性状差异的大部分原因是德昌杉木的生长性状波动：在贾晨等研究人员的研究结果中表明德昌杉木树高连年生长量在18年时达到最大，平均生长量在27年时达到最大值；胸径生长也具有前期速生性，连年生长量与年平均生长量分别在15年和21年达到最大值[1]。再者，胸径年生长量与土壤全钾存在极显著正相关，树高年生长量与全钾存在显著正相关，其余生长性状与土壤化学性质无明显相关关系，表明德昌杉木适宜种植在全钾含量丰富的土壤中。但全钾包括矿物钾、缓效性钾、速效钾，反映的是土壤钾素的总储存量，其中有90%～98%在较长时间内是无效的，因此全钾值不能用于指导对德昌杉木的施肥[18]。土壤全钾含量还受土壤矿物质种类、土地利用方式、生物气候条件等的影响，不同植物的生长活动及凋落物的分解都直接或者间接影响土壤的理化性质[19-20]，因此在进行德昌杉木种植时应结合这些因素综合选择造林地。在后续的研究中应增加样本采集数量，立足于持久性观测更多土壤因子或立地条件对德昌杉木生长性状的影响机制。

表7 同地区不同林龄德昌杉木生长性状与土壤因子的Pearson相关分析系数Tab.7 Pearson correlation analysis coefficient between growth traits and soil factors of Dechang Cunninghamia unica with different stand ages in the same area