全 文 ：第 34 卷第 15 期
2014年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.15
Aug.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:林业公益性行业项目 “南方集体林区次生林抚育间伐与高效利用技术研究冶(201004032)
收稿日期:2013鄄12鄄25; 摇 摇 修订日期:2014鄄03鄄07
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: csfuywd@ hotmail.com
DOI: 10.5846 / stxb201312253021
曾思齐,甘静静,肖化顺,刘发林,肖柏松,彭其龙,吴疆.木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性.生态学报,2014,34(15):4242鄄4250.
Zeng S Q, Gan J J, Xiao H H, Liu F L, Xiao B S, Peng Q L, Wu J.Changes in soil properties in regenerating Schima superba secondary forests.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(15):4242鄄4250.
木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性
曾思齐*,甘静静,肖化顺,刘发林,肖柏松,彭其龙,吴摇 疆
(中南林业科技大学,长沙摇 410004)
摘要:以湖南省青石冈林场木荷次生林为研究对象,在测定其土壤特征基础上,分析了林木天然更新指数和土壤理化性质的相
关性。 结果表明:1)8种林分更新状况有差异,更新状况由差到好的排序为:S鄄CP(0.46)
壤 pH值、容重与更新指数变化规律相反,全 K的含量与更新指数没有明显联系。 3)林木更新指数与土壤容重呈显著性负相关
关系( r= -0.86**),与土壤含水量( r= 0.93**)、有机碳( r= 0.90**)、全 N( r= 0.88**)、水解性氮( r= 0.83*)和全 P( r= 0.78*)呈
显著正相关关系,相关性依次减弱,且相关性在不同林分有一定差异,更新状况属于中等水平的林分相关性强,且 15—45cm 土
层土壤理化性质与更新指数的相关性最强;经主成分分析发现,在众多影响林分天然更新的土壤特性当中,含水量、有机碳和全
N决定该地区木荷次生林更新的关键因素。 研究的结果为森林可持续利用以及木荷次生林的恢复和管理提供科学依据。
关键词:木荷;次生林;土壤理化性质;天然更新;更新指数
Changes in soil properties in regenerating Schima superba secondary forests
ZENG Siqi*, GAN Jingjing, XIAO Huashun, LIU Falin, XIAO Bosong, PENG Qilong, WU Jiang
Centural South Univeristy of Forestry and Technology, Changsha 410004, China
Abstract: Soil physical and chemical properties may be altered in regenerating forests, which may affect site productivity
and ecosystem services. In this study, soil physic鄄chemical characteristics were investigated in a series of regenerating
Schima superba secondary forests in Qing Shigang Forest Farm, Hunan province. The correlations between the soil properties
and the regeneration index were also examined in the studied sites. The result showed that the eight sampling stands were in
different regenerating conditions with an order from poor to high condition as S鄄CP(0.46)
acidic environments and in fertilized sites. The high regeneration indexes were found in those forest stands with high organic
C, total N and total P contents in soils and low soil pH value and soil bulk density. No considerable relationship was found
between the regeneration index and soil K content. The regeneration index was negatively related to soil bulk density ( r =
-0.86**)and positively relative to soil water content ( r = 0.93**), soil organic carbon( r = 0.90**), total nitrogen( r =
0郾 88**), hydrolyzable nitrogen( r= 0.83*)and total phosphorus( r= 0.78*). The results obtained from the use of principal
component analysis indicated that water content, organic carbon and total nitrogen in soils were critical factors in
determining natural regeneration of Schima superba forests in the study region. Our results provide scientific basis and
reference for restoration and sustainable management of Schima superba secondary forests.
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Key Words: Schima superba; secondary forest; soil physic鄄chemical properties; natural regeneration; regeneration index
摇 摇 天然更新是森林健康发展中一个非常重要和复
杂的生态学过程,也是森林资源再生产的生物学过
程[1]。 充足且有生命力的种子 /种源,适宜的种子萌
发、支持幼苗成活和生长以及幼树形成的环境条件
是森林生态系统天然更新 (有性繁殖)的必备条
件[2鄄5],土壤作为林木生长的重要生境[5],其土层厚
度等理化性质对林木更新产生显著影响[7鄄8]。 养分
的含量以及空间分布特征等直接影响森林的更新
过程[8鄄9]。
我国南方次生林长时间存在人为不合理采伐、
樵采、垦殖,同时遭受过严重冰雪灾害,林分结构也
受到严重破坏,部分林地暴露,水土流失,林地水分
蒸发,土壤性质发生改变。 现存林分天然更新情况
良莠不齐,更新能力弱化,林分生产力降低,抵抗力
下降,生态效益减弱,严重影响了林分的健康发展和
森林的可持续利用。 在森林生态系统天然更新中,
研究工作者在土壤空间变异规律、人为干扰、幼苗更
新、物种空间分布格局等因素对自然更新影响方面
做了研究[10鄄12],但是对林木更新效果评价以及其与
土壤理化性质相关性研究较少。
木荷(Schima superba)是我国东部亚热带和南方
集体林区常绿阔叶林的主要优势树种之一[13],常绿
乔木,树冠浓密,花多肥厚,冬日叶色染红,可作庭荫
树及风景林栽植,也是庭院背景树、主干树、观赏树、
行道树的首选树种,木荷生长迅速,树干通直圆满,
树皮和树叶含有鞣质,可提取单宁,为制革工业的原
料,叶片革质,能耐火,可作为林区防火线树种,与马
尾松混交能防止松毛虫发生,在纯林和混交林中都
能发挥良好的生态效益。 木荷次生林作为中亚热带
重要的林分类型之一,在森林生态系统演替和天然
更新中发挥着重要作用。 本研究在林分更新和土壤
理化性质调查基础上,计算木荷林林分更新指数,揭
示土壤理化性质与天然更新的深层次关系,为有效
增强林木天然更新能力、优化生态环境、提高林分生
产率提供可靠数据,也为我国南方次生林高效利用
和可持续发展提供科学依据。
1摇 研究地区与研究方法
1.1摇 研究区概况
湖南省炎陵县青石冈国有林场位于罗霄山脉中
段,井冈山西麓,地处东经 113毅34忆45"—114毅07忆15义,
北纬 26毅03忆03"—26毅38忆30"之间。 全场属中亚热带
季风湿润气候区,年均气温 17. 3益,年均降雨量
1496.7mm,降雨集中期为每年的 4—9 月份,其降雨
量约占全年降雨量的 67%—73%。 林场内成土母岩
主要是花岗岩,其次是板页岩。 土壤垂直带谱明显,
海拔 1200m以下土壤的土层较深厚,层次完整,土壤
肥力较高。 本研究的样地所处的海拔在 1000—
1200m处,此海拔高度上主要是以黄棕壤为主。 该
研究区主要为天然次生林,主要树种有木荷、杉木
(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massomana)、
甜 槠 ( Castanopsis eyrei )、 香 樟 ( Cinnamomun
camphcra)、樱桃(Prunus pseudocerasus)、檫木(Sassafras
tsumu)、 虎皮楠 ( Daphniphyllum oldhamii )、 白栎
(Quercus fabri )、 合欢 ( Albizzia julibrissin )、 茅栗
(Castanea seguinii )、 细 叶 青 冈 ( Cyclobalanopsis
gracilis )、 长 叶 石 栎 ( Lithocarpus henryi )、 椆
(Cyclobalanopsis glauca)、山苍子(Litsea cubeba)、雷
公鹅 耳 枥 ( Carpinus viminea )、 红 楠 ( Machilus
thunbergii)、板栗(Castanea mollissima Blume)、漆树
(Rhus verniciflua)等等为次生林中主要组成树种,主
要分布在海拔为 1600m以下的地区。 样地立地情况
和植被组成见表 1(样地号以每块样地 3种主要组成
树种拉丁名首字母组成,各样地树种组成见表 1“树
种组成冶栏)。
1.2摇 材料与方法
1.2.1摇 样地设置与数据采集
2012年 7月至当年 9 月,运用典型抽样技术在
8种具有代表性的林分类型中分别设置 3 块 25m伊
25m样地,进行地上的更新调查和地下的土样采集
工作。 将每个样地分为 100 个 2.5m伊2.5m 的小样
方,更新调查在小样方内进行,记录更新层(树高
臆2.0m)幼苗、幼树树种、树高、地径(测量工具为电
子游标卡尺),调查并记录灌木和乔木树种、胸径(或
者地径)以及样地海拔、腐殖质厚度、草本覆盖度、灌
木覆盖度、郁闭度、地形等基本情况。 土样采集点设
在各样地一条对角线的首末和中点,在 0—15cm、
15—30cm、30—45cm 和 45—60cm 土层平行取样 3
个,分别称重装袋标号存放。
3424摇 15期 摇 摇 摇 曾思齐摇 等:木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性 摇
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表 1摇 样地概况
Table 1摇 General situation of different sample plots
编号
Number
海拔
Altitude
/ m
腐殖质厚度
Humus
thickness
/ cm
草本盖度
Herb
Coverage
/ %
灌木盖度
Shrub
coverage
/ %
郁闭度
Crown
density
地形
Topography
树种组成
Tree species
composition
S鄄SP 1196 0.42 10 2 0.82 山谷 木荷、檫木、樱桃
S鄄DC 1132 2.63 3 3 0.43 山坡 木荷、虎皮楠、甜槠、白栎、合欢
S鄄CD 1164 3.14 10 16 0.59 山坡 木荷、茅栗、虎皮楠、细叶青冈、杉木
S鄄CL 1160 1.72 2 17 0.78 山坡 木荷、甜槠、长叶石栎、细叶青冈
S鄄CM 1147 1.63 5 2 0.48 山坡 木荷、香樟、红楠、甜槠、椆
S鄄CQ 1013 2.51 40 10 0.73 山坡 木荷、杉木、白栎、细叶青冈、甜槠、合欢、山苍子、雷公鹅耳枥
S鄄PC 1054 2.04 35 5 0.71 山坡 木荷、马尾松、甜槠、虎皮楠、红楠、山苍子
S鄄CP 1052 1.01 15 2 0.68 山坡 木荷、杉木、马尾松、板栗、漆树、雷公鹅耳枥、樱桃、红楠、白栎、细叶青冈
1.2.2摇 更新指数调查与指数的计算
结合青石冈林场木荷林分的实际情况,结合本
项目部分研究成果[14],采用熵值法从分布情况、生
长情况和年龄结构 3个方面构建了木荷更新的评价
指标体系,选取单位面积株树、频度、幼苗平均高、幼
苗平均地径、大苗百分比等 5 个指标计算更新指数
(表 2)。
表 2摇 木荷更新情况评价指标体系
Table 2摇 The evaluation index system of Schima superba
regeneration situation
目标层
The target layer
准则层
Rule layer
指标层
Index layer
木荷更新状况评价 分布情况 单位面积株数
The evaluation index of 频度
Schima superba 生长情况 平均高
regeneration situation 平均地径
年龄结构 大苗百分比
(1)权重的计算方法
用熵值法[15]计算 5个指标的权重。
1)原始数据标准化
X ij =
xij - xmin
xmax - xmin
伊 琢 + (1 - 琢) , 琢 沂 (0,1)
(1)
式中,X ij为去量纲化后的数据,xij为第 i个样本的第 j
个指标的原始数据,xmin、xmax分别为 xij对应的第 i 个
样本的第 j个指标的最小值和最大值。 此外,本研究
中的 琢取值 0.6。
2)求取第 i个样本的第 j个指标的比重
yij = X ij /移
m
i = 1
X ij ,j = 1,2,3,踿踿踿,n (2)
3)求取第 j个指标的信息熵
ej = - k移
m
i = 1
yij lnyij ,其中 k = 1 / lnm ,0臆ej臆1
(3)
4)求取第 j个指标的变异系数
g j = 1-ej (4)
5)求取第 j个指标的权重
w j = g j /移
n
j = 1
g j (5)
(2)更新指数的计算方法
Uhi =移
n
i = 1
W j·X ij (6)
G i =移
n
h = 1
Uhi (7)
式中,Uhi为评价指标体系中准则层对应的分布状况
系数、生长状况系数和年龄结构系数;h 取值为 1,2,
3;W j 为第 j个评价指标的权重值,X ij为第 i个样本第
j个评价指标去量纲化后的数据,n 为第 h 准则层对
应的评价指标个数;G i 为评价林木更新状况的更新
指数;在该公式中,n为准则层的数目,即 n= 3。
1.2.3摇 土样的预处理与测定
采回的土样一批烘干后挑出大的石块和植物根
茎,过 100目筛存放于铝盒保存到干燥器内备用,用
于测定全 P 和全 K。 另一批自然风干,过 60 目筛后
存放于铝盒,用于测定有机碳、水解性氮和全 N。 其
中土壤含水量用烘干法测定;容重用环刀法测定;pH
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用 25颐1水土比溶液,用酸度计测定;有机碳用重铬酸
钾水合加热法测定;全 N 和水解性氮分别采用凯氏
定氮仪法和扩散吸收发测定,土壤全 P 用钼锑抗显
色后在 72型光电分光光度计上测定, 全 K 用火焰
光度法测定[16]。
1.2.4摇 数据处理
本实验所得数据,前期统计和计算在 Microsoft
Excel2010上完成,用 SPSS18.0 (中文版)软件进行
单因素方差分析和相关性分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同样地更新指数
更新指数是一个综合考虑更新层幼苗分布情
况、生长情况和年龄结构等因子的数量指标,可定量
描述天然更新效果,更新指数越大表明林地的更新
效果越好,反之则越差。 此指数采用熵值法计算单
位面积株数、频度、平均高、平均地径和大苗百分比
等 5个指标层的权重(表 3),对设定分布情况、生长
情况和年龄结构 3 个准则层以及单位面积株树、频
度、幼苗平均高、幼苗平均地径、大苗百分比等 5 组
原始数据进行标准化(表 4)。
表 3摇 木荷次生林更新指标计算参数表
Table 3摇 Relevant parameters of Schima superba regeneration index system
类别
Category
分布状况
Distribution
株数
Plant number
频度
Frequency
生长状况
Growth
平均高
Average high
平均地径
Average diameter
年龄结构
Age structure
大苗百分比
Percentage
of seedlings
信息熵 Information entropy 0.97 0.98 0.98 0.99 0.98
变异系数 Coefficient of variation 0.04 0.02 0.02 0.01 0.02
权重 Weight 0.31 0.17 0.19 0.13 0.20
表 4摇 木荷次生林幼苗更新调查数据标准化表
Table 4摇 Standardization of initial data of the Schima superba regeneration evaluation indexes
类别
Category
分布状况
Distribution
株数
Plant number
频度
Frequency
生长状况
Growth
平均高
Average high
平均地径
Average diameter
年龄结构
Age structure
大苗百分比
Percentage
of seedlings
S鄄SP 0.42 0.40 0.48 0.50 0.53
S鄄DC 0.60 0.65 0.43 0.43 0.41
S鄄CD 0.57 0.56 0.67 0.58 0.82
S鄄CL 0.98 0.94 0.4 0.46 0.43
S鄄CM 1.00 1.00 0.41 0.40 0.40
S鄄CQ 0.40 0.43 0.84 1.00 1.00
S鄄PC 0.72 0.81 0.73 0.69 0.76
S鄄CP 0.91 0.84 0.89 0.75 0.92
表 5摇 木荷更新评价指标相关系数和更新指数表
Table 5摇 The related coefficient of Schima superba regeneration evaluation indexs and regeneration evaluation
编号
Number
更新评价相关系数 Regeneration evaluation index
分布状况系数
Distribution
生长状况系数
Growth
年龄结构系数
Age structure
更新指数
Regeneration
evaluation
S鄄SP 0.20 0.16 0.10 0.46
S鄄DC 0.30 0.14 0.08 0.52
S鄄CD 0.27 0.20 0.17 0.64
5424摇 15期 摇 摇 摇 曾思齐摇 等:木荷次生林林木更新与土壤特征的相关性 摇
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续表
编号
Number
更新评价相关系数 Regeneration evaluation index
分布状况系数
Distribution
生长状况系数
Growth
年龄结构系数
Age structure
更新指数
Regeneration
evaluation
S鄄CL 0.46 0.14 0.09 0.68
S鄄CM 0.48 0.13 0.08 0.69
S鄄CQ 0.20 0.29 0.20 0.69
S鄄PC 0.36 0.23 0.16 0.74
S鄄CP 0.42 0.27 0.19 0.88
摇 摇 由表 5可直观地看出青石冈林场木荷的更新情
况,其中 S鄄CP 样地更新指数最大,更新效果最好,
S鄄CP样地更新指数最小,更新效果最差。 各林分的
更新状况由差到好的排序为:S鄄CP(0.46)
不仅树种种类丰富,且是以马尾松和杉木两种针叶
树种为混交树种的针阔混交林。
2.2摇 不同林分土壤特性
对各样地土壤理化性质分别进行单因素方差分
析,其 F值依次为 6.29(P = 0.01)、4.03(P = 0.01)、
3郾 42(P= 0.05)、4.05(P= 0.01)、3.47(P = 0.05)、4.16
(P= 0.01)、4.69(P= 0.05)和 1.59,除了全 K 含量以
外其他理化性质在不同林分的含量都有显著性差
异,其中土壤含水量、容重、水解性氮、全 N和全 P 都
具有极显著性差异,说明不同林分土壤理化性质具
有很大差异。 经测定,其中 S鄄CP 林分土壤含水量最
高,而 S鄄SP 林分含水量最低,低至 6.43%时,最大值
和最小值相差 24.36%;土壤容重的变化趋势与含水
量的变化趋势相反,即土壤容重越小的林地土壤含
水量越高。
表 6摇 不同样地土壤物理性质
Table 6摇 Soil physical properties in each Sample plot
编号
Number
含水量
Water content / %
容重
Bulk density / (g / cm3)
S鄄SP 6.43依6.53 1.53依0.13
S鄄DC 14.71依6.79 1.34依0.15
S鄄CD 22.82依2.54 1.25依0.03
S鄄CL 26.52依5.31 1.12依0.09
S鄄CM 29.30依0.62 1.05依0.04
S鄄CQ 27.92依2.72 1.05依0.07
S鄄PC 26.11依3.83 1.19依0.08
S鄄CP 32.79依1.25 1.03依0.12
摇 摇 均值依标准差(Mean依SD)
对研究区不同林分土壤化学性质分析发现,该
地区土壤呈弱酸性,土壤中水解性氮、有机碳、全 N
以及全 P 在 S鄄CP 林分中含量最高,分别达到 260.32
mg / kg、30.99g / kg、1.80 g / kg和 0郾 22 g / kg,而在 S鄄SP
林分中含量仅 151.24 mg / kg、6.92 g / kg、0.37 g / kg和
0.10 g / kg,且有机碳、全 N以及全 P 的含量的变化也
符合此规律,但全 K的含量没有明显的变化规律。
表 7摇 不同样地土壤化学性质
Table 7摇 Soil chemical properties in each Sample plot
编号
Number pH
水解性氮
Hydrolyzable N /
(mg / kg)
有机碳
Organic C /
(g / kg)
全 N
Total N /
(g / kg)
全 P
Total P /
(g / kg)
全 K
Total K /
(g / kg)
S鄄SP 4.74依0.06 151.24依29.41 6.92依4.70 0.37依0.23 0.10依0.03 7.14依0.52
S鄄DC 4.45依0.09 141.81依70.37 6.92依11.44 0.45依0.66 0.06依0.07 3.43依1.10
S鄄CD 4.21依0.04 166.74依25.27 13.37依 9.56 0.67依0.53 0.11依0.04 4.97依1.73
S鄄CL 4.39依0.02 217.97依58.96 15.39依7.55 1.17依0.35 0.18依0.04 8.85依2.60
S鄄CM 4.20依0.03 250.02依55.09 24.85依4.00 1.57依0.27 0.22依0.01 6.98依5.59
S鄄CQ 4.26依0.06 277.16依8.35 29.34依3.57 1.76依0.19 0.25依0.01 4.25依1.09
S鄄PC 4.36依0.16 260.39依15.03 23.15依4.91 1.43依0.16 0.22依0.01 2.73依0.95
S鄄CP 4.25依0.29 260.32依41.86 30.9依3.69 1.80依0.24 0.22依0.01 1.22依2.92
摇 摇 均值依标准差(Mean依SD)
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摇 摇 总体看来,酸性环境更有利于林分的更新,当
pH值在 4.02—5.15范围内,酸性越强的林分更新指
数越大(表 7),即更新情况越好。 土壤中水解性氮、
有机碳、全 N以及全 P 在更新效过最好的林地中含
量分别达到 260.32 mg / kg、30.99g / kg、1.80 g / kg 和
0郾 22 g / kg,而在更新效果最差的样地仅 151.24 mg /
kg、6.92 g / kg、0.37g / kg 和 0.10 g / kg,即林地养分含
量越高林分更新效果越好,且有机碳、全 N以及全 P
的含量高的样地更新指数明显大于其含量低的样
地。 而 K的含量与更新没有明显的联系。
2.3摇 更新指数与土壤特性相关性分析
对不同林分更新指数与土壤理化性质做相关性
分析,进一步了解土壤养分对林木更新的影响。
分析表明(图 1),更新指数与土壤特性关系密
切。 土壤两个物理指标与林分更新的相关系数的绝
对值均大于 0.7,表明其与更新指数相关性强,含水
量与林分更新指数的相关系数 r = 0.93(P = 0.01),
土壤容重与林分更新指数相关系数 r = -0.86(P =
0郾 01);更新指数与土壤 pH(P= 0.05)和全 K两个化
学性质呈负相关关系,其他化学性质呈正相关关系,
图 1摇 更新指数与土壤养分的相关性分析
Fig.1摇 The correlation coefficient between regeneration index
and soil nutrient
*表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关,**表示在 0.01 水平
(双侧)上显著相关
其中更新指数与有机碳、全 N、水解性氮和全 P 的含
量的关相系数依次为 0. 90 ( P = 0. 01)、0. 86 ( P =
0郾 01)、0郾 83(P= 0.05)、0.78(P = 0.05),均大于 0.7,
可见土壤有机碳、全 N、水解性氮与更新的相关性是
显著的,表明它们能显著影响木荷次生林天然更新。
表 8摇 不同林分更新指数与土壤养分的相关性分析
Table 8摇 The correlation coefficient between regeneration index and physical and soil nutrient
编号
Number
含水量
Water
content / %
容重
Bulk density
/ (g / cm3)
pH
水解性氮
Hydrolyzable N
/ (mg / kg)
有机碳
Organic C
/ (g / kg)
全 N
Total N
/ (g / kg)
全 P
Total P
/ (g / kg)
全 K
Total K
/ (g / kg)
S鄄SP 0.96 -0.78 -0.88 0.79 0.80 0.71 0.70 -0.32
S鄄DC 0.96* -0.85 -0.85 0.49 0.78 0.88 0.75 -0.24
S鄄CD 0.98* -0.99 -0.77 0.73** 0.87 0.85 0.93* -0.50
S鄄CL 0.97* -0.79 -0.70 1.00 0.96 0.97 0.79 -0.28
S鄄CM 0.96 -0.81 -0.68 0.89 0.95 0.94 0.82 -0.44
S鄄CQ 0.99* -0.94 -0.62 0.85 0.88 0.92 0.70 -0.29
S鄄PC 0.91 -0.84 -0.64 0.92 0.97 0.99 0.88 -0.70
S鄄CP 0.90 -0.79 -0.62 0.96 0.91 0.88 0.87 -0.50
摇 摇 *表示在.05 水平(双侧)上显著相关,**表示在.01 水平(双侧)上显著相关
摇 摇 对不同林分更新指数与土壤理化性质做相关性
分析(表 8),二者的相关性与图 1 基本保持一致,其
中林分更新指数与土壤含水量、水解性氮、有机碳、
全 N和全 P 均呈正相关关系,与土壤容重、pH 和全
K呈负相关关系。 在不同林分更新指数相关关系表
现有差异,更新指数与土壤含水量、水解性氮、有机
碳、全 N和全 P 相关性强弱表现为重点强两头弱,与
土壤容重虽然呈现出负相关关系,但也符合中间强
两头弱的特点,与 pH的负相关关系在更新指数小的
林分表现出较强的附相关性,在更新指数大的林分
负相关性较弱,与全 K 的相关性很弱且没有明显的
变化规律。 总体看来,林分更新指数与土壤含水量、
水解性氮、有机碳、全 N 和全 P 有很强的正相关关
系,且与土壤含水量相关性最密切。
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表 9摇 更新指数与各土层土壤养分的相关性分析
Table 9摇 The correlation coefficient between regeneration index and physical and soil nutrient in each layer
土层
Soil layer
/ cm
含水量
Water
content
/ %
容重
Bulk
density
/ (g / cm3)
pH
水解性氮
Hydrolyzable N
/ (mg / kg)
有机碳
Organic C
/ (g / kg)
全 N
Total N
/ (g / kg)
全 P
Total P
/ (g / kg)
全 K
Total K
/ (g / kg)
0—15 0.84** -0.78* -0.63 0.81* 0.89** . 0.83* 0.792* -0.23
15—30 0.90** -0.81* -0.68 0.75* 0.92** 0.940* 0.85** -0.34
30—45 0.94** -0.89** -0.74* 0.86** 0.92** 0.86** 0.85** -0.48
45—60 0.94** -0.89** -0.68 0.72* 0.78* 0.77* 0.72* -0.48
摇 摇 *表示在.05 水平(双侧)上显著相关,**表示在.01 水平(双侧)上显著相关
摇 摇 在天然更新中,由于种子和幼苗根系在土壤中
所处的具体位置,不同土层的土壤理化性质对其生
长发育的影响强弱不同,具体表现就是在不同土层
土壤理化性质与更新指数相关性强弱不同。 因此对
不同土层土壤理化性质与林分更新指数做相关性分
析,分析结果(表 9)表明,土壤的含水量与容重对更
新指数的影响都随土层的加深而加大,其中土壤含
水量与更新指数的相关系数由 0—15cm 的 0. 838
(P= 0.01)增加到 45—60cm 的 0.942(P = 0.01),土
壤容重与更新指数相关系的数绝对值也随土层的加
深而变大,在 0—30cm 土层上在 0.05 水平上显著负
相关,在 30—60cm 土层上在 0.01 水平上显著负相
关。 在 15—30cm 和 30—45cm 两个土层上土壤的 6
个化学性质与更新指数的相关系数都大于其在在
0—15cm和 45—60cm土层与更新指数的相关系数,
也大于各土层土壤化学性质平均值与更新指数的相
关系数。
2.4摇 影响更新的关键因子
经过以上分析发现,土壤的多种理化性质均与
林分更新有紧密关系,可见许多变量之间相关性比
较强,证明他们存在信息上的重叠,用 SPSS 软件对
木荷次生林的理化性质进行数据降维的统计分析,
即主成分分析,最终找出影响林分更新的主要因子。
由表 10可以看出,木荷次生林不同更新指数下
主成分前 3 项的特征根(Initial Eigenvalues)大于 1,
并且累计百分比达到 98.477%,已经几乎包含了全
部的信息,这时舍去其他 5 项主成分仅损失 1.523%
的信息,因此只需选择 3个主成分。
从表 11可以看出,对不同更新指数林分第一主
成分影响较大的有含水量、容重、水解性氮、有机质、
全 N和全 P,第一主成分就可以看成是这些指标的
综合因子,在第一主成分中全 N的特征向量最大,说
表 10摇 木荷次生林不同林分方差主成分提取表
Table 10 摇 Total variance explained of Schima superba secondary
forest stand
主分量
Principal
component
特征值
Total
贡献率
Rate of
variance / %
累计贡献率
Contribution
rate / %
1 6.248 68.101 78.101
2 3.952 17.898 85.999
3 1.678 12.478 98.477
4 0.072 0.905 99.382
5 0.032 0.395 99.777
6 0.017 0.211 99.988
7 0.001 0.012 100.000
8 0.000 0.000 100.000
表 11摇 木荷次生林不同更新样地主成分特征向量
Table 11摇 Principal component eigenvector in each Schima superba
secondary forest Sample plot
变量
Principal component
主成分 Principal component
P1 P2 P3
含水量 Water content 0.956 0.013 -0.744
容重 Bulk density -0.955 -0.094 0.229
pH -0.792 0.132 0.574
水解性氮 Hydrolyzable N 0.951 0.117 0.272
有机碳 Organic C 0.973 -0.262 0.172
全 N Total N 0.981 0.065 0.165
全 P Total P 0.927 0.224 0.285
全 K Total P -0.347 0.124 -0.159
明全 N在林分更新中起到了极其重要的作用。 在第
2主成分中,pH、水解性氮、有机碳、全 N和全 P 的特
征向量较大,但有机碳的特征向量最大,说明有机碳
是决定林木更新好坏的重要指标。 在第 3 主成分
中,含水量的特征向量最大,说明林分更新对土壤含
水量要求较高。 综上所述,影响林分更新最主要的
因子为含水量、有机碳和 N。
8424 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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3摇 结论和讨论
(1) 采用熵值法进行综合评价,方法和数据的
客观性保证了结论的客观性[17]。 更新指数是一个
综合性的评价指标,可以直观反映样地更新效果,经
测定和计算,8种林分更新状况有差异,更新状况由
差到好的排序为:S鄄CP (0.46)
等针叶树种的混角度高,其更新效果明显好于其它
样地的更细效果,这一结果也与张水松等[18]研究结
果吻合,即木荷的混交林比纯林发展得更好。
(2)在不同林分中,更新指数与土壤特性的相关
性强弱呈中间强两头弱的橄榄型,即更新状况属于
中等水平的样地与林地土壤特性相关性更强,且随
着土层的加深更新指数与含水量、有机碳、全 N、水
解性氮和全 P 的相关关系也越来越密切,然而该地
区土层越深土壤含水量越低,因此土壤含水量成为
该地天然更新的一个重要的限制因子;在不同土层
中,林分更新指数与土壤理化性质的相关性的强弱
表现不同,更新指数与土壤理化性质的相关系数在
第 3土层(30—45cm)最大,在第 2 土层(15—30cm)
次之,在第 1土层(0—15cm)相关性最弱,在深度最
大的第 4土层(45—60cm)次之,说明林木早期生长
对中层土壤养分需求多于表层和深层土壤养分的需
求,因此要对该地区林木进行施肥管理,埋施的施肥
方式将起到很好的效果。
(3)该地区酸性环境更有利于林分的更新。 林
地养分含量越高其更新效果越好,研究表明有机碳、
全 N以及全 P 的含量高的样地更新指数明显大于养
分含量低的样地。 而 K的含量与更新没有明显的联
系。 有研究表明 N作为自然生态系统中主要的限制
性养分[19],能够对植物群落的生物量形成、物种组
成和群落演替产生等方面产生显著的影响[20鄄21],本
研究也表明全 N和水解性氮含量变化与林地更新指
数大小的变化均具有很强的相关性;含水量、有机
碳、全 P 也表现出相同的特征,而 pH值、土壤容重与
更新指数变化规律相反。
(4)更新指数与土壤理化性质相关性由强到弱
依次为土壤含水量、有机碳、全 N、水解性氮和全 P,
可见含水量对林木更新起着至关重要的作用,而容
重的增加对林木更新有不利影响,因为土壤的紧实
度不仅影响植物的根系形态和地上部的生长还影响
植物对水分和养分的吸收和利用[22鄄23],杨勇等研究
认为土壤容重的降低能促进根系和地上部的生
长[24]。 在不同林分的 3 个主成分中,土壤含水量、
有机碳和全 N特征向量最大,说明土壤含水量、有机
碳和全 N决定该地区木荷次生林更新好坏的关键因
素。 因此,对于更新情况差的林地采取适当的水肥
管理措施,将有效提高和改善该地区木荷次生林木
的天然更新效果。
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