林分密度对杉木人工林土壤理化性质和酶活性的影响_汪星星.pdf
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1、收稿日期:20220615修回日期:20230413基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD2201302)作者简介:汪星星(1997),男研究方向:森林培育Email:13355632751 163com通信作者曹世江(1984),男,讲师,博士研究方向:森林培育Email:csjiang1123 126com林分密度对杉木人工林土壤理化性质和酶活性的影响汪星星1,2,廖文海1,2,孟芳芳1,2,蒋政1,曹光球1,2,曹世江1,2(1福建农林大学林学院;2国家林业局杉木工程技术研究中心,福建 福州 350002)摘要:以福建省洋口国有林场的杉木人工林为研究对象,采取以目标树为架构的全林
2、经营模式,分析 900、1 200、1 500、2 100、2 505 株hm25 种林分密度的杉木人工林样地中不同土层土壤的理化性质和酶活性结果表明:各密度处理下的土壤质量含水量、最大持水量、最小持水量、毛管持水量均随着土层深度的加大呈现减少的趋势;土壤容重与土层深度呈现正相关;pH 保持在一个稳定的水平,林分密度的改变对其影响不显著土壤的全铝和全铁质量分数随着土层深度的加大而增多,全铝质量分数在不同密度处理之间的差异显著,而全钾和全铁质量分数在不同密度处理之间的差异不显著;土壤的铵态氮、微生物生物量氮、微生物生物量碳质量分数均随着土层深度的加大而减少,但其在不同密度处理之间以及不同土层之间
3、的差异不显著;土壤的脲酶、酸性磷酸酶、多酚氧化酶活性均随着土层深度的加大而降低,且其在不同密度处理之间的开放科学(资源服务)标识码(OSID)差异较大可见,林分密度对杉木人工林土壤理化性质和酶活性都有不同程度的影响关键词:林分密度;杉木人工林;土壤理化性质;酶活性;全林经营中图分类号:S714文献标识码:A文章编号:1671-5470(2023)03-0329-08DOI:1013323/jcnkijfafu(natsci)202303007Effect of stand density on soil physicochemical properties andenzyme activiti
4、es of Chinese fir plantationsWANG Xingxing1,2,LIAO Wenhai1,2,MENG Fangfang1,2,JIANG Zheng1,CAO Guangqiu1,2,CAO Shijiang1,2(1College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University;2Chinese Fir Engineering Technology esearch Centerof State Forestry Administration,Fuzhou,Fujian 350002,China)Abs
5、tract:Chinese fir plantations,located in Fujian Yangkou State-owned Forest Farm,were managed under whole-forest manage-ment model with target tree as the framework In the plantations,sample plots with different stand retention densities,including900,1 200,1 500,2 100 and 2 505 planthm2,were investig
6、ated on the physicochemical properties and enzyme activities ofsoils in different layers The results showed that soil moisture content coefficients(soil mass moisture content,maximum capacity,minimum capacity,capillary capacity)of different sample plots showed a downward trend with the soil depths;s
7、oil bulk density waspositively correlated with soil depth;while soil pH remained stable regardless of stand density The total aluminum and total ironcontents increased with the soil depths,the total aluminum were most significantly different between sample plots while total iron andtotal potassium c
8、ontents were not Soil ammonium nitrogen,microbial nitrogen and carbon decreased with soil depths but had no sig-nificant differences between different stand retention densities and soil depths Soil urease,acid phosphatase and polyphenol oxidaseactivities also decreased with soil depths,and their lev
9、els varied significantly between different retention densities In a conclusion,stand density has different degrees of influences on soil physicochemical properties and enzyme activities of Chinese fir plantationsKey words:stand density;Chinese fir plantation;soil physical and chemical properties;enz
10、yme activity;whole-forest management林分密度是森林经营中人为控制的主要因子,适宜的林分密度不仅会促进林下植被生长、维护林地植被多样性,还可以起到保水保肥的作用,从而提高林木生产力,达到提高大径材培育的目标1 Lomina etal2 研究表明,中等林分密度的格木(Erythrophleum fordii)幼林能够显著改善土壤的水分利用和营养成分福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷 第 3 期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University(Natural Science Edition)2023
11、 年 5 月状况,对林下植被多样性也具有显著的促进作用;杜满义等3 针对不同林分密度的油松(Pinus tabulifor-mis)林的土壤水分特性研究得出,林分密度对土壤表层水分的影响大于深层土壤;丁波等4 针对不同林分密度的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林土壤酶活性进行研究,结果证明林分密度增大可以显著提升土壤酶活性目前,人工林主要有两种营林措施,分别是全林经营和目标树经营目标树经营作为一种效果良好的单株择伐经营方式,可以显著促进目标树生长,但是未关注非目标树的生长情况;全林经营未伐除非目标树和不良木,不能有效提高森林的经济效益本研究采取一种新的营林措施 以目标
12、树为架构的全林经营模式,对杉木人工林进行研究,此模式是在充分满足目标树生长条件的同时,关注目标树以外的树木的生长情况,提高全林生长量、价值量和中间收益的育林方法魏军红5 认为,以目标树为架构的全林经营模式,综合了全林经营和目标树抚育两种育林方式的优点,既提高了投资收益,又充分利用了林地的生产力,挖掘了目标树的生长潜力,实现了多赢的结果杉木是我国南方最主要的造林树种之一据第九次全国森林资源清查数据,杉木人工林面积已占据我国人工林总面积的 29%6 但是,经营方式不当导致杉木人工林出现生产量下降、林分环境恶化、地力下降等问题,严重制约了杉木林地的可持续发展和林分效益的提升本研究以杉木人工林为研究对
13、象,采取以目标树为架构的全林经营模式,探索林分密度对土壤理化性质和酶活性的影响,以期为杉木人工林物种多样性保育和生态系统服务功能提升提供理论支撑1材料与方法11研究地概况试验林位于福建省洋口国有林场,地处武夷山脉北段东南侧,属于中亚热带气候,林场地形以低山丘陵为主;海拔约 600 m,处于黄壤、红壤交接带,土壤肥沃,坡度 25;年平均降水量 2 000 mm,主要集中在38 月;无霜期可达 310 d;夏季平均温度 2829,冬季平均温度 19;年平均蒸发量约 1 400 mm7 优势树种为杉木,林下灌木主要为盐肤木(hus chinensis)、苦竹(Pleioblastus amarus)
14、,草本植物主要有乌毛蕨(Blechnum orientale)、乌蕨(Stenoloma chusana)、五节芒(Miscanthus floridulus)等12样地设置和样品采集试验林地为 2008 年种植的纯杉木人工林,采用完全随机区组设计,2019 年 3 月依据生长量并综合目标树在林地的空间布局,确定目标树并作标记,伐除干扰树,对目标树进行树体控制,所有林分均采用以目标树为架构的全林经营模式设置 5 个处理,每个处理共 3 个重复:(1)目标树密度为 135 株hm2,林分密度为900 株hm2,记为 A1 样地;(2)目标树密度为135 株hm2,林分密度为1 200 株hm2,
15、记为 A2 样地;(3)目标树密度为 135 株hm2,林分密度为1 500 株hm2,记为 A3 样地;(4)目标树密度为 135 株hm2,林分密度为2 100 株hm2,记为 A4 样地;(5)目标树密度为9 株hm2,林分密度为2 505 株hm2,记为 CK 样地本试验于 2021 年 10 月开始,在每块样地内,按照“品”字形布设样点,分别采集各样点 020、2040、4060 cm 土层的土壤样品用容积100 cm3的环刀取原状土样,用于土壤质量含水量、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、土壤容重及土壤孔隙度等物理性质的测定在每一层均匀取土,然后将同一层土壤等量充分混合后,随机取
16、 1 kg 左右土样,贮存在自封袋中,带回实验室内土样分两批保存:一批在实验室过2 mm筛后放入 4 冰箱内保存,用于土壤铵态氮、硝态氮质量分数的测定;另一批在实验室内自然风干后过2 mm筛及 0149 mm 筛保存,用于土壤其他化学性质的测定13土壤理化性质和酶活性测定131土壤理化性质(1)土壤物理性质与养分质量分数测定:采用环刀法测定土壤物理性质8;采用电位法测定土壤 pH9;用电感耦合离子发射光谱仪(PE optima 8000)测定全钾、全铝、全铁质量分数10(2)土壤铵态氮、硝态氮质量分数的测定:将过 2 mm 筛后的新鲜土壤用 2 molL1的 KCl 溶液浸提,水土质量比为 1
17、0 1,并于室温下振荡 30 min(170 rmin1),用离心机于 9 000 rmin1下离心12 min,将滤液置于连续流动分析仪(Skala San+)上进行测定11(3)土壤微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(microbial biomass nitro-033福建农林大学学报(自然科学版)第 52 卷gen,MBN)质量分数的测定:采用氯仿熏蒸浸提法11 进行测定称取 5 g 过 0149 mm 筛后的新鲜土壤,置于50 mL烧杯中,并与装有 50 mL 05 molL1的 NaOH 溶液和无乙醇的氯仿的烧杯共同置于真空干
18、燥箱中,5 min 后,抽空真空干燥箱里的空气,并确保氯仿沸腾,于黑暗真空中熏蒸16 h然后将装有 NaOH 溶液和氯仿的烧杯从真空干燥箱中移出,并用油泵反复抽气,使土壤中的氯仿气味消失,直接用总有机碳分析仪(岛津 TOC-VCPH)测定土壤 MBC 和 MBN 质量分数(MBC)=C/KC(MBN)=N/KC其中,C和 N分别为熏蒸和未熏蒸土样浸提液中有机碳和全氮质量分数的差值,KC为转换系数 045132土壤酶活性使用土壤酶活性试剂盒(Sino Best Bio,中国)测定脲酶、多酚氧化酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性12 14数据分析利用 SPSS 260 软件对数据进行整理和分析,并采用单因
19、素方差分析不同林分密度杉木人工林土壤理化性质和酶活性的差异显著性利用 Origin 2019 软件作图2结果与分析21林分密度对林下土壤物理性质的影响如表 1 所示,土壤质量含水量基本随着土层的加深而呈现下降的趋势除 A4 样地外,其他样地的土壤质量含水量均表现为 020 cm2040 cm4060 cm A1 和 A2 样地中 020 cm 与 4060 cm 土层的质量含水量具有显著差异(P005);A4 样地中 020 cm 土层的质量含水量与其他土层均具有显著差异(P005)2040 cm 土层下,A4 和 CK 样地的质量含水量与其他样地呈显著差异(P005),其余样地间无显著差异(
20、P005)表 1以目标树为架构的全林经营模式下林分密度对土壤水分状况的影响1)Table 1Effect of stand density on soil moisture conditions under whole-forest management mode with target tree as the framework样地土层/cm质量含水量/(gkg1)最大持水量/mm毛管持水量/mm最小持水量/mmA102029534141Aa45786509Ab42054368Ab41110338Ab204029157323Aa41230120BCab38743104Bab38065092B
21、ab406023745197Ab38733139Aa36383099Aa35759109AaA202027223200Ab43223110Ab39698121Ab38941115Ab204025150178ABb39702154ABa36750143ABab36066150ABab406022282165Aa36810225Ba34607213Ba34054211AaA302027368325Aa45594711Aa40865630Aa40019602Aa204025470145ABa44575400Ca40123329Ba39153296Ba406023949326Aa39640436Aa3
22、6849361Aa36201348AaA402026030164Ab42522086Ab39157047Ab38560050Ab204022522126Ba35581274BCab34264176Aa33719178Aa406022676078Aa37060393Ba35239274Aa34572247AaCK02027024053Ab46673370Ab42651318Ab41992313Ab204024132213Bab42370125Aab38445086Ba37863091Ba406023293127Aa39703181Aa36409126Aa35635094Aa1)数据为平均值标准差
23、同列数据后附不同大写字母者表示相同土层下不同密度处理间差异显著(P005),同列数据后附不同小写字母者表示相同密度处理下不同土层间差异显著(P005)除 A4 样地外,土壤最大持水量基本随着土层的加深呈现下降趋势2040 cm 土层下,A3 样地的最大持水量与 A2、CK 样地有显著差异(P005);4060 cm 土层下,A2、A4 样地的最大持水量与其他样地均有显著差异(P005)A3 样地中 020 cm 与 4060 cm 土层的最大持水量无显著差异(P005);而 A2样地中表层土壤的最大持水量与其他土层之间均有显著差异(P005)(表 1)除 A4 样地外,其余样地的毛管持水量均随
24、着土层的加深而呈现递减的趋势020 cm 土层下,不同样地的毛管持水量之间无显著差异(P005);2040 cm 土层下,A4 样地的毛管持水量与 A1、A3、CK 样地呈显著差异(P005);4060 cm 土层下,A2 样地的毛管持水量与其他样地呈显著差异(P005)A1 和133第 3 期汪星星等:林分密度对杉木人工林土壤理化性质和酶活性的影响A2 样地中 020 cm 与 4060 cm 土层的毛管持水量呈显著差异(P005);A4 和 CK 样地中 020 cm 土层的毛管持水量与其他土层呈显著差异(P005)(表 1)除 A4 样地外,其余样地的最小持水量均随着土层的加深而呈现递减
25、的趋势2040 cm 土层下,A4 样地的最小持水量与 A1、A3、CK 样地呈显著差异(P005);而 020 cm 和 4060 cm 土层下,不同样地的最小持水量之间无显著差异(P005)A1 和 A2 样地中 020 cm 与 4060 cm 土层的最小持水量呈显著差异(P005);A4 和 CK 样地中 020 cm 土层的最小持水量与其他土层均呈显著差异(P005)(表 1)如表 2 所示,土壤容重随着土层的加深而增大2040 cm 土层下,A4 样地的土壤容重与其他样地呈显著差异(P005);020 cm 和 4060 cm 土层下,不同样地的土壤容重之间无显著差异(P005)A
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