撫育間伐對(duì)華北落葉松枯落物與土壤持水量的影響研究

王 磊

（河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)北曼甸林場(chǎng)，河北圍場(chǎng) 068450）

1 引言

塞罕壩是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)屏障，由于地處華北平原向內(nèi)蒙古高原、暖溫帶森林向溫帶草原的過(guò)渡地帶，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。該區(qū)分布著河北省主要的森林資源，華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是該區(qū)蓄積量最大、分布最廣的造林樹種，具有長(zhǎng)勢(shì)良好、材質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙等方面起著至關(guān)重要的作用［1］。在土壤的持水量研究中，枯落物既是森林生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，也是土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。枯落物的儲(chǔ)量主要取決于其輸入量及本身分解程度，輸入量主要受樹種組成、林分生長(zhǎng)狀況等因素的影響，其分解速率受季節(jié)、氣候等環(huán)境因子以及人為干擾的影響［2］。枯落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要層次，在增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤理化性質(zhì)、防止雨滴濺擊土壤破壞土壤結(jié)構(gòu)、防止地表水土流失等方面發(fā)揮重要作用［3］。土壤持水量和持水率是反應(yīng)土壤水源涵養(yǎng)能力高低的重要指標(biāo)。撫育間伐，指在未成熟的林分中，以林分發(fā)育、自然稀疏規(guī)律及森林培育為目標(biāo)，從而給保留木創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境條件，而適時(shí)適量采伐部分林木，調(diào)整樹種組成和林分密度，改善環(huán)境條件，是促進(jìn)保留木生長(zhǎng)的一種營(yíng)林措施。本文旨在研究撫育間伐2年后落葉松純林和落闊混交林林下枯落物土壤的持水量變化，借此研究撫育間伐對(duì)林地的積極作用，以達(dá)到提高木材蓄積等培育目的［4］。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置 塞罕壩位于河北省最北部，由內(nèi)蒙古克什克騰旗和多倫縣的部分地區(qū)組成，南、東分別與河北省御道口牧場(chǎng)和圍場(chǎng)縣的4個(gè)鄉(xiāng)相連。按地形分壩上、壩下2部分：壩上是內(nèi)蒙古高原南緣，以丘陵、曼甸為主，海拔1500～1940m；壩下是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形，海拔1010～1500m。

2.2 氣候條件 研究區(qū)氣候寒冷，冬長(zhǎng)，春秋短，夏季不明顯，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫-1.40℃，極端最高、最低氣溫分別為30.9℃和-42.8℃。年均降水量438mm，蒸發(fā)量1230mm。年均無(wú)霜期60d，積雪時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，年均日照時(shí)數(shù)為2368h。

2.3 森林資源 塞罕壩有林地面積707km2，森林覆蓋率75.2%，林木總蓄積4620000m3，平均年生長(zhǎng)率9.7%。按起源分：人工林505km2，天然林201km2；按齡組分：幼齡林277km2，中齡林345km2，近熟林85km2。

3 研究方法

3.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置 研究區(qū)位于塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)下屬的北曼甸林場(chǎng)、大喚起林場(chǎng)、千層板林場(chǎng)、第三鄉(xiāng)林場(chǎng)和陰河林場(chǎng)，在研究區(qū)內(nèi)設(shè)置撫育樣地和對(duì)照樣地，共120塊，面積均為20m×30m，同時(shí)調(diào)查并記錄樣地的基本信息，具體為樣地類型、林分類型、經(jīng)度、緯度、海拔、坡度、坡向、土壤類型等。

3.2 枯落物層調(diào)查 枯落物層，分為未分解層和半分解層。在樣地內(nèi)設(shè)1m×1m的小樣方，用鋼尺測(cè)量枯落物層厚度。將樣方內(nèi)枯落物按未分解層和半分解層分開(kāi)取樣，裝入塑料袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室，稱重。取部分樣品用電子天平稱重并記錄，然后用烘箱在70℃～80℃下將樣品烘干至恒重，冷卻后稱重，得樣品干重，計(jì)算枯落物自然含水率，然后換算枯落物總儲(chǔ)量。之后將風(fēng)干的枯落物樣品按照未分解層和半分解層分別取3份，裝入細(xì)網(wǎng)尼龍袋，用電子天平稱重并記錄，進(jìn)行浸水實(shí)驗(yàn)，浸泡24h后，靜置至枯落物有極少的水滴滴出為止。稱枯落物的濕重并記錄，計(jì)算枯落物最大持水量和最大持水率。

3.3 土壤水分-物理性質(zhì)測(cè)定 用環(huán)刀分層取樣。采用機(jī)械分層，分為：0～10cm、10～20cm和20～40cm。取樣為3個(gè)重復(fù)，3次取樣相距較近。先將去蓋的環(huán)刀套在環(huán)刀柄上，向下按壓，與挖出的臨時(shí)土壤水平面持平，不要過(guò)度按壓，然后用土壤刀將環(huán)刀帶土取出，去除多余的土壤，蓋上已放好濾紙的環(huán)刀蓋。取好環(huán)刀，編號(hào)，帶回室內(nèi)測(cè)定土壤的水分。將取回來(lái)的環(huán)刀加鮮土質(zhì)量，用天平稱重，計(jì)算土壤自然含水量。再將裝有濕土的環(huán)刀，放入平底盆中，注水，并保持盆中水面高度略低于環(huán)刀上沿，使其吸水達(dá)24h，取出后擦去表面水分，立即稱量得到最大持水量。將稱量后的環(huán)刀，取出放置在鋪有干砂的平底盤中2h后稱重，計(jì)算出毛管持水量。隨后環(huán)刀繼續(xù)放置在鋪有干砂的平底盤中，控至24h后稱量，算出最小持水量。再將環(huán)刀打開(kāi)頂蓋，放入烘箱中，150℃烘6h，烘干為止，稱量，算出土壤自然含水量與土壤容重，最后稱量帶濾紙環(huán)刀干重［5］。

4 結(jié)果與分析

4.1 枯落物儲(chǔ)量與持水量

4.1.1 撫育間伐對(duì)枯落物儲(chǔ)量的影響 影響枯落物的儲(chǔ)量的主要因素有輸入量及本身分解程度，而輸入量不僅受樹種組成、林分生長(zhǎng)狀況影響，且枯落物的分解速率也收各種環(huán)境因子以及各類人類活動(dòng)得影響［6］。結(jié)果表明（見(jiàn)表1），撫育后枯落物厚度大于撫育前，其中，撫育后枯落物厚度撫育樣地的增加量小于對(duì)照樣地，枯落物總儲(chǔ)量的變化表現(xiàn)為撫育樣地的減少量小于對(duì)照樣地，則說(shuō)明撫育后枯落物厚度增加并且分解速率加快。在間伐過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致樹木的枝葉掉落從而使枯落物厚度增加，而撫育間伐使樣地密度，郁閉度等降低，從而加速了枯落物的分解。撫育前后各層次枯落物儲(chǔ)量所占比例各不同，2014年撫育和對(duì)照的未分解層儲(chǔ)量所占比例相同為42%，半分解層枯落物儲(chǔ)量所占比例相同為58%，而在2016年撫育與對(duì)照相比，未分解層占比較低，半分解層占比較高。

表1 撫育前后枯落物厚度及儲(chǔ)量

4.1.2 撫育間伐對(duì)枯落物持水量的影響 由表2可知枯落物最大持水量和最大持水率均值的大小關(guān)系為撫育后大于撫育前，且撫育樣地的增加量大于對(duì)照樣地，從總體來(lái)看未分解層最大持水量和最大持水率均高于半分解層。

表2 撫育前后枯落物持水量

4.2 撫育前后樣地土壤物理性質(zhì)及持水量分析

4.2.1 土壤物理性質(zhì)分析 土壤容重是反應(yīng)土壤物理性質(zhì)的1項(xiàng)重要指標(biāo)，由表3可知，撫育前后土壤容重增加不明顯，且撫育和對(duì)照之間沒(méi)有變化，其原因可能是撫育時(shí)間過(guò)短，土壤理化性質(zhì)變化較慢，撫育效果不明顯。

土壤孔隙度反映土壤孔隙狀況和松緊程度，是一定體積的土壤內(nèi)，總孔隙體積占土壤總體積的百分?jǐn)?shù)［7］?？偪紫抖染当憩F(xiàn)為：撫育后大于撫育前，撫育樣地的增加量大于對(duì)照樣地，則說(shuō)明撫育后土壤孔隙度增加，利于水分和空氣的進(jìn)入。其中0～10cm的各孔隙度值最高，分別為1.07%、52.06%、56.21%，20～40cm的各孔隙度值最低，分別為0.68%、50.37%、51.05%。

表3 撫育前后土壤物理性質(zhì)及持水性能

4.2.2 土壤持水量分析 土壤水分物理性質(zhì)在森林土壤水源涵養(yǎng)能力和土壤水分供應(yīng)方面發(fā)揮重要作用，土壤持水量越大，土壤水分供應(yīng)越充足［6］，由圖1、2、3、4可知，最大持水量除10～20cm層撫育后大于撫育前，其余層均小于撫育前，最小持水量和毛管持水量除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前。自然含水量撫育后大于撫育前，因?yàn)樽匀缓渴墚?dāng)年降水影響較大，其影響效果不穩(wěn)定，所以撫育前后變化與其他指標(biāo)相比較大。對(duì)照樣地變化量略小于撫育樣地，但變化量不明顯。

圖1 最大持水量

圖2 最小持水量

圖3 毛管持水量

圖4 自然含水量

4.2.3 土壤持水率分析 由圖5、6、7、8可知，2014年對(duì)照0-10cm層最大持水率可達(dá)到70.80%，最小持水率達(dá)65.33%，毛管持水率65.33%，最大持水率除10～20cm撫育后大于撫育前，其余各層均小于撫育前，毛管持水率和最小持水率除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前，自然含水率撫育后明顯高于撫育前。土壤持水率受外界條件及時(shí)間影響，由于本研究時(shí)間較短，部分持水率雖撫育后大于撫育前，但效果不夠明顯。

圖5 最大持水率

圖6 最小持水率

圖7 毛管持水率

圖8 自然含水率

5 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)撫育間伐前后枯落物儲(chǔ)量的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，枯落物厚度撫育后大于撫育前，其中，撫育后枯落物厚度的增加量撫育樣地小于對(duì)照樣地，枯落物總儲(chǔ)量表現(xiàn)為撫育樣地的減少量小于對(duì)照樣地，則說(shuō)明撫育后枯落物儲(chǔ)量增多。撫育前后各層次枯落物儲(chǔ)量所占比例各不同，2014年撫育和對(duì)照的未分解層儲(chǔ)量所占比例相同為42%，半分解層枯落物儲(chǔ)量所占比例相同為58%，而在2016年撫育與對(duì)照相比，未分解層占比較低，半分解層占比較高。由于枯落物厚度與林分密度及郁閉度等因素有關(guān)，撫育后林分密度小，郁閉度小，分解速率加快?？萋湮飳釉诒３炙?，涵養(yǎng)水源方面發(fā)揮著重要作用，而撫育間伐使林分密度減小，郁閉度降低，從而導(dǎo)致枯落物層分解速率加快［7］。但由于撫育間伐會(huì)造成樹木枝葉的掉落，所以枯落物厚度有所增加。枯落物最大持水量和最大持水率均值的大小關(guān)系為撫育后大于撫育前，且撫育樣地的增加量大于對(duì)照樣地，從總體來(lái)看未分解層最大持水量和最大持水率均高于半分解層。土壤孔隙度反映土壤孔隙狀況和松緊程度，是一定體積的土壤內(nèi)，總孔隙體積占土壤總體積的百分?jǐn)?shù)?？偪紫抖染当憩F(xiàn)為：撫育后大于撫育前，撫育樣地的增加量大于對(duì)照樣地。由數(shù)據(jù)可知，撫育間伐后毛管孔隙度，總孔隙度都增大，表示該地土壤松緊程度較松，利于水分和空氣的進(jìn)入［8］，同時(shí)也說(shuō)明撫育間伐對(duì)土壤的改良有積極作用。

土壤容重和土壤孔隙度是反映土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)，土壤容重變小，土壤孔隙度相應(yīng)的變大，土壤持水量和持水率也會(huì)變大［9］。本研究表明，土壤容重增加不明顯，且撫育和對(duì)照之間沒(méi)有變化。在持水量和持水率中，最大持水量除10～20cm層撫育后大于撫育前，其余層均小于撫育前，最小持水量和毛管持水量除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前，自然含水量撫育后大于撫育前，這與撫育間伐土壤持水量趨勢(shì)表現(xiàn)不一致，其原因可能與林地水分入滲速度及林地植被吸水能力有關(guān)［10,11］，還有待進(jìn)一步研究。并且，樣地?fù)嵊g伐的時(shí)間較短，效果不夠明顯，還需更長(zhǎng)的時(shí)間研究分析。

通過(guò)對(duì)撫育間伐枯落物儲(chǔ)量、土壤持水能力的研究分析發(fā)現(xiàn)，間伐2年的林地在枯落物厚度有所增加和儲(chǔ)量有所降低，其原因是由于林分密度降低，郁閉度降低，是其分解速率加快，而撫育間伐會(huì)造成樹木枝葉的掉落造成厚度增加。而在持水能力方面撫育后略優(yōu)于撫育前，雖然可能是由于撫育間伐時(shí)間太短，效果不夠明顯，但是還是可以看出撫育間伐對(duì)土壤的改良是具有積極作用。