免煉山對南方紅壤區(qū)桉樹人工林土壤性質(zhì)影響

徐鳳翠，鄧文相，黃群珍

（廣西壯族自治區(qū)國有高峰林場，廣西壯族自治區(qū) 南寧 530001）

1 煉山與免煉山兩種不同林地清理方法區(qū)別

在人工林地的經(jīng)營過程中，煉山是最為普遍而且經(jīng)濟的一種林地經(jīng)營方式，即人為控制的火燒，是一種清理林地的措施[1]。由于煉山經(jīng)濟、方便、有效降低病蟲害[2]，同時煉山能在短期內(nèi)釋放大量養(yǎng)分，刺激幼林生長，在我國南方林業(yè)生產(chǎn)中曾起到重要作用[3-4]。然而，大面積煉山造成跡地養(yǎng)分損失，水土流失及土壤物理性質(zhì)退化也引起了人們的極大關(guān)注。研究表明，頻繁且大范圍的燒山并不利于林地生態(tài)環(huán)境的長期穩(wěn)定;在土壤的理化性質(zhì)方面，煉山后的土壤pH會顯著提高，土壤有機碳大量轉(zhuǎn)化為無機形態(tài)；有效養(yǎng)分過度釋放卻失去了林地表層植被的保護導致水土流失。楊尚東[5]在對桉樹人工林土壤進行為期4個月的研究后，認為煉山在短期內(nèi)能提高土壤養(yǎng)分含量，但是不利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定。龍濤[6]在對馬尾松（Pinus massoniana Lamb）人工林土壤微生物進行研究后發(fā)現(xiàn)，煉山后土壤微生物物種豐富度下降13%～47%，多樣性指數(shù)降低12%～17%，得出煉山會造成土壤微生物多樣性顯著下降的結(jié)論。煉山所帶來的生態(tài)、環(huán)境問題是顯而易見的。因此，急需尋找一種經(jīng)濟、生態(tài)效益兼?zhèn)涞牧值厍謇矸椒ā?/p>

免煉山處理是借鑒了近自然林業(yè)經(jīng)營理論,在發(fā)揮經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)上兼顧生態(tài)效益，保留林地采伐剩余物，同時人工清理林地雜草，輔以草甘膦等除草劑的施用，保證目標樹種能順利定植的一種林地清理措施[7]。大量研究表明免煉山造林具有防止水土流失、保持土壤肥力、保護生物多樣性、保護林區(qū)生態(tài)環(huán)境、減少二氧化碳及煙塵大量排放、預防和減少森林火災發(fā)生等優(yōu)點[8]。由于免煉山造林借鑒了近自然林業(yè)理論,在發(fā)揮經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)上兼顧生態(tài)效益，其生態(tài)、環(huán)保和社會效益均明顯高于煉山造林，利大于弊。

紅壤是廣西分布最廣、面積最大的土壤之一，是中國乃至世界上最重要的土壤資源。研究紅壤區(qū)典型人工林免煉山造林方式對土壤性質(zhì)的影響對林地可持續(xù)經(jīng)營、提高人工林經(jīng)濟、生態(tài)效益具有重要現(xiàn)實意義。本研究試驗地布設于廣西國有高峰林場，選取林場內(nèi)典型紅壤區(qū)桉樹人工林為研究對象，通過試驗地布設、土壤采樣、實驗室分析等一系列工作，探討煉山與免煉山兩種不同林地清理措施對土壤養(yǎng)分以及林木生長量的影響，為人工林地采伐剩余物管理方式提供新的解決措施。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于廣西南寧國有高峰林場銀嶺分場（東經(jīng)108°08′～108°53′，北緯22°49′～23°15′）。屬典型南亞熱帶氣候，夏長冬短，熱量豐富，四季分明，雨量充沛。年平均氣溫21℃，大于或等于10℃，活動積溫7 500℃，極端最高氣溫40℃，極端最低氣溫-2℃，在高山山頂部有雪，一般2～3 d可融化。年降水量1 200～1 500 mm，多集中在6月—9月，年蒸發(fā)量1 250～1 620 mm，蒸發(fā)量稍大于降雨量。年日照時數(shù)1 450～1 650 h，相對濕度80%以上。研究區(qū)海拔均低于300 m，土壤類型以第四紀紅土母質(zhì)發(fā)育而來的赤紅壤為主，質(zhì)地為中壤至輕黏，保水保肥尚好。

2.2 試驗地布設

試驗地共2種處理，煉山（B）、免煉山（N），每種處理各設置3個重復，共計6個20 m×20 m標準樣地，樣地均為尾葉桉（Eucalyptus urophylla）新造林。雜草類型有東方烏毛蕨（Blechnum orientale L.）、鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma Bernh）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）、鹽膚木（Rhus chinensis Mill.）。林木采伐時間為2018年10月，試驗處理為當年12月，次年1月造林，2019年12月進行林地基礎(chǔ)信息與生長量調(diào)查，林地概況見表1所示。

表1 林地概況Tab.1 Overview of forest land

高峰林場林地清理技術(shù)規(guī)程。（1）煉山處理。全部伐倒林地內(nèi)的藤類、雜草、灌木，伐根要求20 cm以下。需要煉山的，隔火線一般要求寬15 m以上，危險地段20 m以上，隔火線內(nèi)刮凈雜草、落葉、腐朽木等，直至實泥，報經(jīng)相關(guān)部門驗收合格后按有關(guān)用火規(guī)定煉山，并把燒不完的枝丫等剩余物歸堆燒干凈。（2）免煉山處理。清山：用割草灌機將林地上的雜灌、竹類、藤類、芒類等植物全部割除，要求伐根低于20 cm。過長的植物用機械分段截斷，并統(tǒng)一推放到帶外，確保不影響到后面工序的施工。扒帶：沿等高線清理出一條寬度為100 cm的帶，帶內(nèi)要求將一切雜灌鏟除干凈直至表土。帶間距與相應的造林密度的行距相同。

2.3 土壤樣品采集

煉山、免煉山處理后1年進行土壤樣品采集。在每個標準地內(nèi)，采用環(huán)刀法和布袋法采集土壤混合樣品（0～40 cm）。每標準地表層取3個環(huán)刀樣（100 cm3），環(huán)刀法用于測土壤物理性質(zhì)。同時采集表層土壤500 g，用于土壤化學性質(zhì)測定。

2.4 土壤樣品測定

土壤物理性質(zhì)采用環(huán)刀法測定土壤pH：水浸提后用pH計進行測定（1∶2.5土水比）；有機質(zhì)：重鉻酸鉀-濃硫酸高溫外熱法，分光光度計測定；全氮、堿解氮：凱氏定氮法，全自動間斷化學分析儀測定；全磷、全鉀：氫氧化鈉熔融法，全磷用全自動間斷化學分析儀測定，全鉀用火焰光度計測定；有效磷、速效鉀采用Mehlich 3聯(lián)合浸提法，原子吸收分光光度計測定[11]。

2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

單因素方差分析是檢驗在單一因素影響下，一個或多個因變量各因素水平分組下總體均值之間的差異是否具有統(tǒng)計意義的一種常用統(tǒng)計方法。可以通過分析結(jié)果的F值或者P值來確定該因素是否影響因變量的顯著性。同時還可以進一步對各因素水平分組下總體均值進行兩兩比較，判斷它們兩兩之間是否存在顯著性。所有的數(shù)據(jù)和圖表均采用Excel 2016、SPSS 19.0完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤物理性質(zhì)

同列不同小寫字母表示差異性顯著p<0.05（下同）。

對煉山、免煉山處理尾葉桉人工林土壤物理性質(zhì)進行方差分析Tukey差異性檢驗后，各差異性顯著指標如表2所示。兩種處理土壤物理性質(zhì)除比重并未表現(xiàn)出顯著差異性（p>0.05），其余各項指標差異顯著（p<0.05）。煉山處理土壤密度為1.22，與免煉山處理相比，密度顯著增加17.31%（p<0.05），土壤毛管孔隙度與肥毛管孔隙度分別為38.53%、5.45%，顯著低于免煉山處理（p<0.05）。煉山處理土壤總孔隙度為43.98%，與免煉山處理的59.81%相比，下降35.99%。

表2 煉山與免煉山土壤物理性質(zhì)差異性分析Tab.2 Analysis on the difference of soil physical properties

3.2 土壤化學性質(zhì)

對煉山、免煉山處理尾葉桉人工林土壤化學性質(zhì)進行方差分析Tukey差異性檢驗后，各差異性顯著指標見表2所示。研究區(qū)土壤呈酸性，煉山處理土壤pH略高于免煉山處理，但并未表現(xiàn)出顯著差異性（p>0.05）。煉山處理一年后，土壤有機質(zhì)含量為21.11 g/kg，顯著低于免煉山處理的28.29 g/kg，下降了25.37%。其原因在于土壤有機質(zhì)在火燒過程中被蒸發(fā)、氧化和焦化，大部分損失的有機碳轉(zhuǎn)換為CO2和CO等氣體進入大氣中，只有少部分轉(zhuǎn)換為黑炭進入土壤穩(wěn)定碳庫。

從土壤大量養(yǎng)分元素來看，煉山處理全氮、全磷含量分別為1.51 g/kg、0.18 g/kg均低于免煉山處理，全鉀含量為23.25 g/kg，相比免煉山處理顯著增加了52.25%（p<0.05），這是由于在燒山過程中，枯枝落葉均被燒毀，釋放了大量的鉀元素，即使有表面徑流與雨水沖刷損失的部分養(yǎng)分元素，其總體含量仍然很高。從速效養(yǎng)分元素來看，煉山處理土壤有效磷含量為0.15 mg/kg顯著低于免煉山處理（p<0.05），堿解氮與速效鉀含量分別為95.78 mg/kg、116.87 mg/kg，相比免煉山處理的83.54 mg/kg、85.31 mg/kg顯著增加了14.65%、36.70%（p<0.05），由于煉山處理后地表裸露，同時研究區(qū)域土壤為富鋁缺磷的酸性紅壤，因此磷元素流失較為嚴重。

表3 煉山與免煉山土壤化學性質(zhì)差異性分析Tab.3 Analysis on the difference of chemical properties of the soil

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，南方紅壤區(qū)尾葉桉人工林煉山后一年，土壤密度顯著上升，總孔隙度顯著下降，不利于植物根系良性發(fā)育。有機質(zhì)含量、全磷、有效磷含量顯著下降，相比免煉山處理，煉山處理后土壤理化性質(zhì)呈現(xiàn)退化趨勢，有機質(zhì)含量大幅度下降不利于土壤長期的保肥保水能力。因此，在南方紅壤區(qū)尾葉桉人工林的生產(chǎn)實踐中，建議推廣免煉山造林，保證人工林的健康、生態(tài)、可持續(xù)經(jīng)營。