不同经营措施对辽东红松林和杂木林土壤物理性质及土壤水分的影响

2013-01-13吴生广

防护林科技 2013年6期

吴生广

（喀左县林业局，辽宁朝阳122300）

据统计，辽东山区现有森林面积230万hm2，占全省有林地面积的61.7%；森林蓄积量1.3亿m3，占全省森林总蓄积量的77.9%；其中水源涵养林110万hm2，年涵养水源120亿t，每年为中城部乡提供工农业生产和人民生活用水70亿t，占该地区用水量的80%［1］。辽东山区的森林不仅是辽宁省重要的水源涵养林基地和商品材生产基地，更是辽宁中部城乡的绿色屏障，肩负着发展经济、改善生态环境的双重使命。

但该地区存在的问题却很严重：（1）林分质量差，单位面积蓄积量低。（2）大面积营造人工林，病虫害严重，生物多样性低，由于人工林连作，地力衰退的问题日趋严重。（3）水源涵养能力下降。辽东山区曾经是林木葱郁连绵、荫庇千里，蓄积丰富。由于战争和掠夺，森林资源日渐贫乏。（4）大面积采伐对土壤的影响巨大。

新中国成立以来，辽东山区进入了长期的生态恢复与重建阶段，但实际上是边恢复边破坏，甚至是破坏程度超出恢复能力，加上人为不合理经营，使森林的水源涵养功能降低，水土流失面积加大，土壤侵蚀模数增加。

这些问题的出现，虽说原因是多方面的，但最根本的原因还在于林分结构的不合理。以往在辽东地区推行的林业经营模式已不适合当前林业发展的现实需要，无论是改善林分生态功能，还是从林分可持续经营的角度来看，都必须对现有林分实施改造［2］。然而森林经营措施在土壤改良方面无论是方案的制定还是措施的实施在国内外研究都是很少见的，尽管改良效果较为显著。有鉴于此，我们开展了此项研究，旨在为今后辽东地区林业的发展提供科学的理论依据。

1 试验区自然概况

1.1 自然条件

试验区位于辽东山区，土壤多为暗棕色森林土和棕色森林土，土层厚40～60cm。本区属长白植物区系，地带性森林植物群落是以红松为主的针阔混交林，目前大多是以栎林和杂木林为主的天然次生林，还有以落叶松、油松和红松等为主的人工林。

1.2 气候特征

该地区属于温带大陆性季风气候，其气候特点是：寒冷期长、平原风大、东湿西干、雨量集中、日照充足、四季分明。平均气温4～7℃，年降水量700～1 100mm，年蒸发量1 200～1 600mm，无霜期127～150d，海拔300～800m，全年平均气温为5～10℃。

1.3 固定试验区基本概况

本研究共设固定观测场2处：太阳沟林班试验区和倒木沟林班试验区。位于辽宁东部山区中心部位的本溪县草河口镇正沟村内。太阳沟林班试验区分皆伐区、择伐区和对照区，于1982年林冠（杂木林）下栽植红松，皆伐区为带状皆伐上层林木栽红松纯林；1994年进行上层抚育作业，择伐上层保留木设立标准地择伐区，同时设立对照区。倒木沟试验区（杂木林标准地）：2林班37小班，面积3.8hm2。1995年设立弱度区、对照区、中度区和强度区，面积分别为856、851、829和822m2。强度区、中度区、弱度区、对照区的抚育标准执行《森林经营技术规程》，其中中度区为标准规定的适宜保留株数，强度和弱度则在标准的基础上分别上延和下延1个径级。

2 调查研究方法

2.1 外业调查

进行分析的土壤样本均为混合样本。采样方法是在不同的森林类型下，不同的标准地内选择有代表性的地点3～5个，按土壤发生层用环刀进行采样［3］。

2.2 土壤物理性质测定

2.2.1 土壤含水量采用烧干法，即将土样在105℃烘干至恒质量（6～8h）贮存在干燥器中，用质量法求含水量［4］。

2.2.2 土壤容重和孔隙度采用环刀法，在每块标准地内按“S”形设3个样点，用环刀取0～10cm、10～20cm土层土样，测定容重和孔隙度［4］。

3 结果与分析

3.1 不同森林类型土壤物理性质

枯枝落叶在林下形成松软海绵状枯枝落叶层，具有较强的持水能力。不同类型林下枯枝落叶积累状况不同，对土壤物理性质影响有明显的差异。土壤容重是反映土壤肥力特征的一项重要指标。在一定范围内，土壤容重越小，土壤肥力就越高。土壤孔隙状况也是重要的土壤物理特性，是影响水分运动和保水的重要物理属性，其分类和评价常用总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度作为指标。在森林水文生态研究中，非毛管孔隙因排水迅速而对径流调节具重要作用，它反映土壤动态涵蓄水能力。土壤孔隙度可以间接反映土壤的水分和热量状况，从而明显影响植物生长。一般说来，在一定范围内，土壤孔隙度越大，越利于植物的生长。土壤总孔隙度则反映土壤潜在蓄水能力和调节降雨的潜在能力。

2种森林类型林下土壤物理性质见表1。通过表1数据可知，表层土壤（0～10cm）无论是总孔隙度还是非毛管孔隙度都很高，容重较小，这是森林土壤枯落物积累并腐烂，从而形成很厚的腐殖质层的结果。而根部集中分布在10～30cm土层，在林木根系生长发育的同时，也促进了土壤的发育，改善了土壤的结构，所以这一层土壤的容重较上层大，总孔隙度和非毛管孔隙度也较高。从表层10cm土层及0～20cm土壤总孔隙度看，阔叶林高于针叶林，林冠下红松林和杂木林间差异显著（F＝22.76）。

表1 不同林型下土壤物理性质

3.2 不同采伐－更新方式下土壤物理性质

分析表明，表1中3种不同的采伐方式土壤容重和总孔隙度差异不显著（期望值P分别为0.607和0.358）。但是在0～10cm的土层中，择伐上层林木区、皆伐上层林木区容重分别高出对照区10.5%、4%。主要原因是在抚育间伐作业中人为和机械对表层土壤结构的破坏以及牲畜对林地的踩踏致使土壤被压实、板结；而对照区很少干扰。因此，在林地进行作业时应尽量减少外因的影响，特别要注意保护枯枝落叶层。

3.3 不同间伐强度下土壤物理性质

综合分析表1数据，3种间伐强度对杂木林土壤容重和总孔隙度的影响差异不太明显（P分别为0.358和0.165）。0～10cm中度区土壤容重比对照区低16.9%，总孔隙度高于对照6.8%，说明抚育间伐后由于林内环境条件的改善，土壤微生物活动增强，促进了凋落物的分解与转化，因此降低了土壤容重，增加了土壤的总孔隙度，改了土壤结构和渗透性以及土壤有效水的供应状况。0～20cm平均容重弱度区和强度区分别比对照区低9.7%、6.2%；而平均总孔隙度比对照低16.7%、13.9%。从而可以看出，抚育间伐应以中度区的强度为主，尽可能避免大强度（过量）和小强度（不足）抚育。

3.4 土壤水分

土壤水分物理特性可以通过土壤最大持水量、最小持水量、毛管持水量、渗透速率和渗透系数等指标来反映。森林土壤渗透性能是重要的土壤水文性质，土壤渗透速度大意味着降水能很快贮存于土壤中，反之则形成地表径流。试验研究表明：红松林内土壤的最大、最小、毛管持水量等指标数值皆高于杂木林，而其渗透速率和渗透系数却不及杂木林（表2）。

表2 不同森林类型下土壤水分状况

这是由于杂木林中阔叶枯落物提高了林内土壤渗透率，从而改变了其土壤水分的物理特性，所以出现上述结果。森林土壤的渗透率及最大持水量与土壤孔隙度尤其是非毛管孔隙度密切相关，孔隙度越大，持水能力越强。

通过对红松林内不同采伐－更新方式的土壤物理性质、土壤蓄水能力分析比较，3种区域差异不显著（P＝0.17）。但择伐区和皆伐区林地土壤蓄水能力比对照区强，即择伐区＞皆伐区＞对照区。这表明土壤水分的改良也是一个持续的过程。

在杂木林几种不同的间伐强度中，中度区最大、最小、毛管持水量，渗透速率等分别比对照高出43.75%、61.76%、2.6%、133.7%、138.6%，对改善土壤水分的效果最好。其次是强度区和弱度区。主要是由于中度区林冠对降水的截留量大及枯落物储量大，加之林木根系活跃，增加了土壤有机质，减少了土体的结构破坏率，改善了土壤孔隙状况和持水性能，提高了土壤渗透速度。在强度和弱度区中情况比较复杂，其中最大、最小、毛管持水量分别低于对照，渗透速率等却高于对照，主要是抚育强度过大导致林内出现林窗，而活林木根系减少和逐渐分解提高了下层土的孔隙度所致。