皆伐对杉木林土壤物理性质的短期影响

王 敏，列淦文，黄香兰，叶龙华，吴 敏,3

(1. 佛山市国营云勇林场，广东 高明 528518； 2.华南农业大学林学院, 广东 广州 510642；3. 琉球大学理学院，日本 冲绳 903-0213)

皆伐对杉木林土壤物理性质的短期影响

王 敏1，列淦文2，黄香兰2，叶龙华2，吴 敏2,3

(1. 佛山市国营云勇林场，广东 高明 528518； 2.华南农业大学林学院, 广东 广州 510642；3. 琉球大学理学院，日本 冲绳 903-0213)

用环刀采集皆伐半年后的杉木林皆伐迹地土壤剖面0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35 、35～40、40～45、45～50、65～70和90～95cm土层的土样，测定其土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量等。结果表明：随着土层深度的增加，皆伐迹地的土壤容重和毛管孔隙度增加，非毛管孔隙度波动性下降，总孔隙度和毛管持水量下降后微升；与杉木林地表土层的土壤相比，皆伐迹地表土层土壤的容重、孔隙度和毛管持水量均有所下降。

杉木林；皆伐；土壤容重；毛管孔隙度；非毛管孔隙度；总孔隙度；毛管持水量

土壤水分影响林木的养分吸收和蒸腾等生理活动，土壤容重和孔隙度影响林木根系的生长和呼吸，因而土壤物理性质对林木的生长起着重要作用[1]，并受到广泛重视[2-7]。杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方主要造林和用材树种之一。当杉木林成熟时，通常是皆伐后将树干运走, 枝叶则留在林地。皆伐后的林地光照增强，温度变幅增大，加上枝叶残留物影响着土壤的物理特性。 杉木是佛山市云勇林场的主要用材树种之一。2004年10月云勇林场皆伐了一片10年生杉木林。薛立等[8]曾报道过该皆伐迹地半年后土壤化学性质的变化，我们对其土壤物理性质进行研究，以全面了解其土壤特性，为杉木林土壤资源的合理利用提供参考。

1 试验区概况

试验地位于广东省佛山市云勇林场，该区位于112°40′E、22°43′N，属于亚热带气候。其气候温和，年平均气温、最高气温和最低气温分别为22、34.5、3.5℃，偶有霜冻；雨量充沛，年降雨量平均达2000 mm，集中在4—8月，年平均相对湿度80%； 地貌属丘陵地带，土壤为花岗岩发育的酸性赤红壤，土层深厚。

皆伐前林分为连栽第2代10年生杉木林，林下植被以乌毛蕨(BlechnumorientaleL.)为主，2003年4月皆伐后将林木的枝叶留置采伐迹地。皆伐半年后，林下植物以芒草(MiscanthussinensisAnderss.)和蔓生莠竹(Microstegiumgratun(Hack) A. Camus.)为主。试验地坡度为27°，坡向约为南偏西70°，采样前未进行炼山和整地[8]。

2 研究方法

2.1土壤样品采集

2004年10月在采伐迹地和10年生杉木林地(对照)中部各挖1 m深的土壤剖面，按0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50、65～70、90～95cm 共分12个土层，用环刀采集各土层的土壤样品，重复3次。

2.2数据统计与分析

土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量的计算方法如下[9]:

毛管孔隙度(%)=毛管持水量×土壤容重

非毛管孔隙度(%)=总孔隙度-毛管孔隙度

采用Microsoft Excel 进行数据分析、作图和T-test进行平均数差异显著性检验。

3 结果与分析

3.1土壤容重的变化

随着土壤深度的增加，采伐迹地的土壤容重从0～5cm土层的1.10g/cm3增加到45～50cm土层的1.47 g/cm3，然后下降；杉木林地的土壤容重从0～5cm的1.05g/cm3增加到20～25cm土层时增加到1.41g/cm3，接着下降，然后在35～40cm土层时上升到1.47g/cm3的最大值后下降(见图1、表1)。总体来看，随着土层深度的增加土壤趋于紧密。

3.2土壤孔隙度的变化

采伐迹地的土壤毛管孔隙度呈缓慢增加趋势，范围在38.79%到44.77%之间；杉木林地的土壤毛管孔隙度呈波动性变化，范围在42.54%到48.48%之间(见图2、表1)。

采伐迹地的土壤非毛管孔隙度波动性下降，从0～5cm土层的20.24%减少到45～50cm土层的1.09%，然后上升到90～95cm土层的3.13%；杉木林地的土壤非毛管孔隙度从0～5cm土层的14.37%减少到40～45cm土层的2.61%，然后上升到90～95 cm土层的4.43%(见图3、表1)。

图1 不同林地的土壤容重Fig.1 Soil bulk density of different woodlands

图2 不同林地的土壤毛管孔隙度Fig.2 Soil capillary porosity of different woodlands

采伐迹地的土壤总孔隙度从0～5cm土层的59.29%下降到35～40cm土层的46.48%后略微上升；杉木林地的土壤总孔隙度从0～5cm土层的60.97%下降到20～25cm土层的47.70%后轻微波动，在35～40cm土层达到最小值，为45.42%(见图4、表2)。

3.3土壤毛管持水量的变化

采伐迹地的土壤毛管持水量从0～5cm土层的36.14%下降到30～35cm土层的27.10%，然后逐渐上升到90～95cm土层的31.99%；杉木林地的土壤毛管持水量从0～5cm土层的44.22%上升到5～10cm土层的49.95%，然后波动下降，并在35～40cm土层达到28.87%的最小值(见图5、表2)。

3.4采伐迹地和杉木林地土壤物理性质对比分析

除了20～25cm土层外，采伐迹地各土层的土壤容重大于或接近于杉木林地的相应土层， 其中5～10、25～30、30～35 、45～50和65～70cm土层显著(P<0.05)大于后者(见表1)。采伐迹地90～95cm土层的毛管孔隙度与杉木林地接近，其余土层小于后者，其中0～5、5～10、15～20、25～30、30～35 、45～50和65～70 cm土层显著小于后者(P<0.05)。采伐迹地25～30和35～40cm土层的非毛管孔隙度大于杉木林地的相应土层，0～25cm的各土层和30～35cm土层显著大于后者，而40～45cm土层小于后者，45～ 95的各土层显著小于后者(P<0.05)。

图3 不同林地的土壤非毛管孔隙度 Fig.3 Soil non-capillary porosity of different woodlands

图4 不同林地的土壤总孔隙度Fig.4 Soil total porosity of different woodlands

图5 不同林地的土壤毛管持水量Fig.5 Soil capillary moisture capacity of different woodlands

表1 不同土层的土壤土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度(平均值±标准差)Tab.1 Soilbulkdensity,capillaryporosityandnon-capillaryporosityofdifferentlayers土层(cm)土壤容重(g/cm3)毛管孔隙度(%)非毛管孔隙度(%)采伐迹地杉木林地采伐迹地杉木林地采伐迹地杉木林地0～5 1.10±0.11A1.05±0.02A39.05±2.77B46.60±1.22A20.24±1.32A14.37±1.80B5～101.23±0.05A1.06±0.01B41.50±1.24B53.04±1.79A13.02±0.53A7.63±1.42B10～151.26±0.18A1.26±0.11A42.53±0.74A46.52±3.15A10.69±1.20A6.66±0.98B15～201.31±0.21A1.31±0.02A39.73±0.81B45.37±2.15A11.75±1.54A6.05±1.53B20～251.34±0.01A1.41±0.07A43.29±1.00A44.04±2.42A6.91±1.55A3.66±0.34B25～301.44±0.00A1.31±0.01B41.58±1.23B47.13±0.47A5.02±1.09A4.18±0.23A

续表1 不同土层的土壤土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度(平均值±标准差)Tab.1 Soilbulkdensity,capillaryporosityandnon-capillaryporosityofdifferentlayers土层(cm)土壤容重(g/cm3)毛管孔隙度(%)非毛管孔隙度(%)采伐迹地杉木林地采伐迹地杉木林地采伐迹地杉木林地30～351.43±0.02A1.33±0.02B38.79±0.75B46.75±0.74A8.17±0.05A4.03±0.16B35～401.45±0.06A1.47±0.01A42.28±0.20A42.54±0.27A4.20±1.01A2.88±0.09A40～451.46±0.06A1.40±0.02A43.68±1.27A45.09±0.66A2.30±1.77A2.61±0.10A45～501.47±0.07A1.30±0.03B44.63±0.42B47.23±1.61A1.09±0.48B4.57±0.46A65～701.41±0.04A1.27±0.02B44.25±1.25B48.48±0.82A3.40±0.13B4.55±0.26A90～951.41±0.09A1.37±0.01A44.77±0.92A44.70±0.41A3.13±0.28B4.43±0.33A 注:表中不同字母表示差异显著,相同字母表示差异不显著;检验的显著性水平为P=0.05;n=3。下同。

采伐迹地各土层土壤总孔隙度小于或接近于杉木林地的相应土层，其中5～10、25～30、30～35 、45～50和65～70cm土层显著小于后者(P<0.05)(见表2)。采伐迹地20～25和35～40 cm土层的毛管持水量接近杉木林地的相应土层，其余土层小于或显著小于后者(P<0.05)。

表2 不同土层的土壤总孔隙度和毛管持水量(平均值±标准差)Tab.2 Soiltotalporosityandcapillarymoisturecapacityofdifferentlayers土层(cm)总孔隙度(%)毛管持水量(%)采伐迹地杉木林地采伐迹地杉木林地0～5 59.29±4.09A60.97±0.78A36.14±6.15A44.22±0.94A5～1054.52±1.77B60.67±0.49A33.89±2.33B49.95±2.23A10～1553.22±6.54A53.18±3.90A34.42±5.40A37.10±6.35A15～2051.49±7.73A51.41±0.62A31.02±4.33A34.60±2.07A20～2550.20±0.55A47.70±2.48A32.19±0.38A31.28±3.20A25～3046.60±0.13B51.31±0.24A28.84±0.92B35.85±0.54A30～3546.96±0.71B50.78±0.75A27.10±0.89B35.19±1.08A35～4046.48±2.21A45.42±0.36A29.31±1.35A28.87±0.37A40～4545.98±2.28A47.70±0.57A29.96±0.39B31.94±0.81A45～5045.73±2.48B51.80±1.16A30.51±1.10B36.32±2.08A65～7047.65±1.13B53.03±0.79A31.34±1.56B38.24±1.27A90～9547.91±3.20A49.13±0.27A31.99±2.62A32.55±0.42A

4 结论与讨论

采伐迹地和杉木林地的土壤容重均随着土层深度的增加而呈增加趋势，这可能与森林地表凋落物的积累、有机质含量高和根系分布密集有关。有机质对土壤物理性质[10]，特别是容重有重要影响[11]。采伐迹地光照强度和水热变化剧烈，有利于大量采伐剩余物的分解及有机质的矿化作用[12]，可以使表土层有机质含量显著增加[13]，土壤变得疏松。杉木林地表的凋落物有利于有机质积累，可以改善土壤的物理性质[14], 减少容重。随着土层深度的增加，向下面土层淋溶的有机质减少，土壤容重增加。

采伐迹地毛管孔隙度随着土层深度的增加呈缓慢增加趋势，这可能是在森林的皆伐过程中，人为践踏和林木对土壤的撞击造成了上层土壤的毛管孔隙度减少有关。杉木林地没有受到采伐影响，所以毛管孔隙度变化规律不明显。随着土层深度的增加，采伐迹地和杉木林地的土壤非毛管孔隙度和总孔隙度均呈下降趋势，可能与深层土壤的有机质减少，土壤变得紧实有关。

人为干扰活动会踩踏压实土壤, 影响土壤的颗粒组成、土壤孔隙的数量和土壤持水性能[15]。采伐过程中人为践踏和林木对土壤的撞击能引起土壤容重和硬度增加，非毛管孔隙度的减少[16]，因此，采伐迹地0～10 cm土层的容重、0～20cm土层的毛管孔隙度和毛管持水量以及0～25cm土层的非毛管孔隙度小于杉木林地的相应土层。

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(文字编校：唐效蓉，龚玉子)

Short-termeffectofclearcuttingonsoilphysicalpropertiesinChinesefirstand

WANG Min1，LIE Ganwen2，HUANG Xianglan2, YE Longhua2, WU Min2,3

(1.Yunyong Forest Farm of Foshan City, Gaoming 528518, China； 2.College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 3.Faculty of Science, University of the Ryukyus, Okinawa 903-0213, Japan)

The soil physical properties of Chinese fir stand after clear cutting based on the determination of soil bulk density, capillary porosity, non-capillary porosity, total porosity and capillary moisture capacity at different layers (0～5 cm, 5～10 cm, 10～15 cm, 15～20 cm, 20～25 cm, 25～30 cm, 30～35 cm, 35～40 cm, 40～45 cm, 45～50 cm, 65～70 cm and 90～95 cm). The results showed that with the increase of soil depth, the soil bulk density and capillary porosity increased, while non-capillary porosity decreased after fluctuation, and total porosity and capillary moisture capacity decreased followed by a slight increase in clear cutting slash. The soil bulk density, porosity and capillary moisture capacity decreased in upper soil layers of the clear cutting slash compared with those of the Chinese fir stand.

Chinese fir stand; clear cutting; soil bulk density; capillary porosity; non-capillary porosity; total porosity; capillary moisture capacity

2012-02-06

2012-05-24

广东省林业局项目 (4400-07041)。

王 敏(1984-)，女，重庆市人，助理工程师,学士，主要从事森林土壤研究。

S 714.2

A

1003-5710(2012)03-0018-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2012. 03. 005