不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)遼東紅松林和雜木林土壤物理性質(zhì)及土壤水分的影響

吳生廣

（喀左縣林業(yè)局，遼寧 朝陽122300）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，遼東山區(qū)現(xiàn)有森林面積230萬hm2，占全省有林地面積的61.7%；森林蓄積量1.3億m3，占全省森林總蓄積量的77.9%；其中水源涵養(yǎng)林110萬hm2，年涵養(yǎng)水源120億t，每年為中城部鄉(xiāng)提供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活用水70億t，占該地區(qū)用水量的80%［1］。遼東山區(qū)的森林不僅是遼寧省重要的水源涵養(yǎng)林基地和商品材生產(chǎn)基地，更是遼寧中部城鄉(xiāng)的綠色屏障，肩負(fù)著發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善生態(tài)環(huán)境的雙重使命。

但該地區(qū)存在的問題卻很嚴(yán)重：（1）林分質(zhì)量差，單位面積蓄積量低。（2）大面積營(yíng)造人工林，病蟲害嚴(yán)重，生物多樣性低，由于人工林連作，地力衰退的問題日趨嚴(yán)重。（3）水源涵養(yǎng)能力下降。遼東山區(qū)曾經(jīng)是林木蔥郁連綿、蔭庇千里，蓄積豐富。由于戰(zhàn)爭(zhēng)和掠奪，森林資源日漸貧乏。（4）大面積采伐對(duì)土壤的影響巨大。

新中國成立以來，遼東山區(qū)進(jìn)入了長(zhǎng)期的生態(tài)恢復(fù)與重建階段，但實(shí)際上是邊恢復(fù)邊破壞，甚至是破壞程度超出恢復(fù)能力，加上人為不合理經(jīng)營(yíng)，使森林的水源涵養(yǎng)功能降低，水土流失面積加大，土壤侵蝕模數(shù)增加。

這些問題的出現(xiàn)，雖說原因是多方面的，但最根本的原因還在于林分結(jié)構(gòu)的不合理。以往在遼東地區(qū)推行的林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式已不適合當(dāng)前林業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，無論是改善林分生態(tài)功能，還是從林分可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的角度來看，都必須對(duì)現(xiàn)有林分實(shí)施改造［2］。然而森林經(jīng)營(yíng)措施在土壤改良方面無論是方案的制定還是措施的實(shí)施在國內(nèi)外研究都是很少見的，盡管改良效果較為顯著。有鑒于此，我們開展了此項(xiàng)研究，旨在為今后遼東地區(qū)林業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

1.1 自然條件

試驗(yàn)區(qū)位于遼東山區(qū)，土壤多為暗棕色森林土和棕色森林土，土層厚40～60cm。本區(qū)屬長(zhǎng)白植物區(qū)系，地帶性森林植物群落是以紅松為主的針闊混交林，目前大多是以櫟林和雜木林為主的天然次生林，還有以落葉松、油松和紅松等為主的人工林。

1.2 氣候特征

該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其氣候特點(diǎn)是：寒冷期長(zhǎng)、平原風(fēng)大、東濕西干、雨量集中、日照充足、四季分明。平均氣溫4～7℃，年降水量700～1 100mm，年蒸發(fā)量1 200～1 600mm，無霜期127～150d，海拔300～800m，全年平均氣溫為5～10℃。

1.3 固定試驗(yàn)區(qū)基本概況

本研究共設(shè)固定觀測(cè)場(chǎng)2處：太陽溝林班試驗(yàn)區(qū)和倒木溝林班試驗(yàn)區(qū)。位于遼寧東部山區(qū)中心部位的本溪縣草河口鎮(zhèn)正溝村內(nèi)。太陽溝林班試驗(yàn)區(qū)分皆伐區(qū)、擇伐區(qū)和對(duì)照區(qū)，于1982年林冠（雜木林）下栽植紅松，皆伐區(qū)為帶狀皆伐上層林木栽紅松純林；1994年進(jìn)行上層撫育作業(yè)，擇伐上層保留木設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地?fù)穹^(qū)，同時(shí)設(shè)立對(duì)照區(qū)。倒木溝試驗(yàn)區(qū)（雜木林標(biāo)準(zhǔn)地）：2林班37小班，面積3.8hm2。1995年設(shè)立弱度區(qū)、對(duì)照區(qū)、中度區(qū)和強(qiáng)度區(qū)，面積分別為856、851、829和822m2。強(qiáng)度區(qū)、中度區(qū)、弱度區(qū)、對(duì)照區(qū)的撫育標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)規(guī)程》，其中中度區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適宜保留株數(shù)，強(qiáng)度和弱度則在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上分別上延和下延1個(gè)徑級(jí)。

2 調(diào)查研究方法

2.1 外業(yè)調(diào)查

進(jìn)行分析的土壤樣本均為混合樣本。采樣方法是在不同的森林類型下，不同的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇有代表性的地點(diǎn)3～5個(gè)，按土壤發(fā)生層用環(huán)刀進(jìn)行采樣［3］。

2.2 土壤物理性質(zhì)測(cè)定

2.2.1 土壤含水量 采用燒干法，即將土樣在105℃烘干至恒質(zhì)量（6～8h）貯存在干燥器中，用質(zhì)量法求含水量［4］。

2.2.2 土壤容重和孔隙度 采用環(huán)刀法，在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按“S”形設(shè)3個(gè)樣點(diǎn)，用環(huán)刀取0～10cm、10～20cm土層土樣，測(cè)定容重和孔隙度［4］。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同森林類型土壤物理性質(zhì)

枯枝落葉在林下形成松軟海綿狀枯枝落葉層，具有較強(qiáng)的持水能力。不同類型林下枯枝落葉積累狀況不同，對(duì)土壤物理性質(zhì)影響有明顯的差異。土壤容重是反映土壤肥力特征的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在一定范圍內(nèi)，土壤容重越小，土壤肥力就越高。土壤孔隙狀況也是重要的土壤物理特性，是影響水分運(yùn)動(dòng)和保水的重要物理屬性，其分類和評(píng)價(jià)常用總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度作為指標(biāo)。在森林水文生態(tài)研究中，非毛管孔隙因排水迅速而對(duì)徑流調(diào)節(jié)具重要作用，它反映土壤動(dòng)態(tài)涵蓄水能力。土壤孔隙度可以間接反映土壤的水分和熱量狀況，從而明顯影響植物生長(zhǎng)。一般說來，在一定范圍內(nèi)，土壤孔隙度越大，越利于植物的生長(zhǎng)。土壤總孔隙度則反映土壤潛在蓄水能力和調(diào)節(jié)降雨的潛在能力。

2種森林類型林下土壤物理性質(zhì)見表1。通過表1數(shù)據(jù)可知，表層土壤（0～10cm）無論是總孔隙度還是非毛管孔隙度都很高，容重較小，這是森林土壤枯落物積累并腐爛，從而形成很厚的腐殖質(zhì)層的結(jié)果。而根部集中分布在10～30cm土層，在林木根系生長(zhǎng)發(fā)育的同時(shí)，也促進(jìn)了土壤的發(fā)育，改善了土壤的結(jié)構(gòu)，所以這一層土壤的容重較上層大，總孔隙度和非毛管孔隙度也較高。從表層10cm土層及0～20cm土壤總孔隙度看，闊葉林高于針葉林，林冠下紅松林和雜木林間差異顯著（F＝22.76）。

表1 不同林型下土壤物理性質(zhì)

3.2 不同采伐－更新方式下土壤物理性質(zhì)

分析表明，表1中3種不同的采伐方式土壤容重和總孔隙度差異不顯著（期望值P分別為0.607和0.358）。但是在0～10cm的土層中，擇伐上層林木區(qū)、皆伐上層林木區(qū)容重分別高出對(duì)照區(qū)10.5%、4%。主要原因是在撫育間伐作業(yè)中人為和機(jī)械對(duì)表層土壤結(jié)構(gòu)的破壞以及牲畜對(duì)林地的踩踏致使土壤被壓實(shí)、板結(jié)；而對(duì)照區(qū)很少干擾。因此，在林地進(jìn)行作業(yè)時(shí)應(yīng)盡量減少外因的影響，特別要注意保護(hù)枯枝落葉層。

3.3 不同間伐強(qiáng)度下土壤物理性質(zhì)

綜合分析表1數(shù)據(jù)，3種間伐強(qiáng)度對(duì)雜木林土壤容重和總孔隙度的影響差異不太明顯（P分別為0.358和0.165）。0～10cm中度區(qū)土壤容重比對(duì)照區(qū)低16.9%，總孔隙度高于對(duì)照6.8%，說明撫育間伐后由于林內(nèi)環(huán)境條件的改善，土壤微生物活動(dòng)增強(qiáng)，促進(jìn)了凋落物的分解與轉(zhuǎn)化，因此降低了土壤容重，增加了土壤的總孔隙度，改了土壤結(jié)構(gòu)和滲透性以及土壤有效水的供應(yīng)狀況。0～20cm平均容重弱度區(qū)和強(qiáng)度區(qū)分別比對(duì)照區(qū)低9.7%、6.2%；而平均總孔隙度比對(duì)照低16.7%、13.9%。從而可以看出，撫育間伐應(yīng)以中度區(qū)的強(qiáng)度為主，盡可能避免大強(qiáng)度（過量）和小強(qiáng)度（不足）撫育。

3.4 土壤水分

土壤水分物理特性可以通過土壤最大持水量、最小持水量、毛管持水量、滲透速率和滲透系數(shù)等指標(biāo)來反映。森林土壤滲透性能是重要的土壤水文性質(zhì)，土壤滲透速度大意味著降水能很快貯存于土壤中，反之則形成地表徑流。試驗(yàn)研究表明：紅松林內(nèi)土壤的最大、最小、毛管持水量等指標(biāo)數(shù)值皆高于雜木林，而其滲透速率和滲透系數(shù)卻不及雜木林（表2）。

表2 不同森林類型下土壤水分狀況

這是由于雜木林中闊葉枯落物提高了林內(nèi)土壤滲透率，從而改變了其土壤水分的物理特性，所以出現(xiàn)上述結(jié)果。森林土壤的滲透率及最大持水量與土壤孔隙度尤其是非毛管孔隙度密切相關(guān)，孔隙度越大，持水能力越強(qiáng)。

通過對(duì)紅松林內(nèi)不同采伐－更新方式的土壤物理性質(zhì)、土壤蓄水能力分析比較，3種區(qū)域差異不顯著（P＝0.17）。但擇伐區(qū)和皆伐區(qū)林地土壤蓄水能力比對(duì)照區(qū)強(qiáng)，即擇伐區(qū)＞皆伐區(qū)＞對(duì)照區(qū)。這表明土壤水分的改良也是一個(gè)持續(xù)的過程。

在雜木林幾種不同的間伐強(qiáng)度中，中度區(qū)最大、最小、毛管持水量，滲透速率等分別比對(duì)照高出43.75%、61.76%、2.6%、133.7%、138.6%，對(duì)改善土壤水分的效果最好。其次是強(qiáng)度區(qū)和弱度區(qū)。主要是由于中度區(qū)林冠對(duì)降水的截留量大及枯落物儲(chǔ)量大，加之林木根系活躍，增加了土壤有機(jī)質(zhì)，減少了土體的結(jié)構(gòu)破壞率，改善了土壤孔隙狀況和持水性能，提高了土壤滲透速度。在強(qiáng)度和弱度區(qū)中情況比較復(fù)雜，其中最大、最小、毛管持水量分別低于對(duì)照，滲透速率等卻高于對(duì)照，主要是撫育強(qiáng)度過大導(dǎo)致林內(nèi)出現(xiàn)林窗，而活林木根系減少和逐漸分解提高了下層土的孔隙度所致。

4 結(jié)論

4.1 通過對(duì)試驗(yàn)區(qū)主要森林類型雜木林、紅松林土壤物理性質(zhì)分析比較可知：就表層10cm土層及0～20cm土層土壤非毛管孔隙度來看，雜木林林地土壤蓄水能力高于紅松林，雜木林林下的枯枝落葉質(zhì)軟，容易分解，灰分及土壤養(yǎng)分的元素含量較高。闊葉林在土壤改良、涵養(yǎng)水源方面較針葉林好。

4.2 通過對(duì)不同紅松林更新方式（擇伐區(qū)和皆伐區(qū)）的物理性質(zhì)、土壤水分等的分析可知：擇伐栽植有利于土壤水分、理化性質(zhì)的改良。

4.3 從間伐強(qiáng)度上看，中度間伐對(duì)土壤水分、理化性質(zhì)的改良效果最好。

［1］遲德霞.遼東山區(qū)三種林型撫育間伐效果研究［D］.沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006

［2］尤文忠，劉明國，姜振華，等.遼西水土保持林穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)模式的探討［J］.遼寧林業(yè)科技，2007（1）：44－46

［3］耿玉清，孫向陽，亢新剛，等.長(zhǎng)白山林區(qū)不同森林類型下土壤肥力狀況的研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，21（6）：97－101

［4］中國土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì).土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法［M］.北京：科學(xué)出版社，1983