抚育间伐对兴安落叶松天然林生长和土壤理化性质的影响

徐庆祥，卫 星，王庆成，高振岭

(1.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040;2.辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东 118002;3.黑龙江省大兴安岭图强林业局，黑龙江图强 165301)

抚育间伐是森林经营管理措施之一，是人类有目的的对天然林、人工林等进行人为干扰活动［1］。间伐后林分的群落结构、物种组成和生境条件会发生改变，进而影响到林分的生产力和土壤的肥力状况［2］。

抚育间伐能促进林木生长，提高林分生产力。以往研究表明，水曲柳天然次生林抚育20a后，各不同强度间伐林分的蓄积、胸径及树高的生长量均超过对照林分，抚育促进林木生长效果显著［3］。落叶松云冷杉混交林抚育间伐后，林分及林木的胸径、断面积和蓄积生长率均增加［4］。侧柏人工林经不同强度抚育后单木胸径、树高、冠幅和林分蓄积生长均增加［5］。

一般地，抚育间伐对森林土壤肥力具有明显的改善作用。列绵卓夫在33a生的松林里采用不同强度的抚育间伐，9a后的调查结果表明，抚育间伐增加了土壤有效营养元素的含量，增加量随抚育强度的增大而提高［6］。张鼎华 (2001)关于不同类型人工林的抚育间伐试验结果表明，间伐后林分土壤肥力提高［2］。唐效蓉等 (2005)的研究表明抚育间伐后土壤速效氮、有效磷、速效钾含量及土壤含水率、有机碳、有机质含量都明显提高［7］。也有研究表明抚育间伐降低了土壤肥力，阿叶尔(Iyer J．G．，1975)于1958年秋在北美乔松林内的抚育试验结果表明，抚育后15a林内土壤营养元素含量降低［6］。关于抚育间伐对土壤肥力影响的不同结果，与林分类型、树种和生长阶段，林分密度以及气候条件的不同有关［7－8］。

大兴安岭林区是寒温带北方针叶林地带——泰加林地带的一部分，是中国最大的天然林区［9］。这一地区树种组成简单，兴安落叶松 (Larix gmelinii)占主导地位［9］。由于近几十年来不合理的大规模开发利用，天然落叶松资源已显著减少，如何合理的经营好现有兴安落叶松天然林已成为生产上迫切需要解决的问题［10－11］。研究表明，兴安落叶松天然林幼中龄林年生长量较高，后期年生长量较低［12］，主要原因是中龄林以后林分密度过大，林木竞争激烈，林木分化和自然稀疏严重［13］。

本研究以大兴安岭林区70 a生落叶松天然林为研究对象，通过标准地调查和土壤样品分析，探讨抚育间伐对林木生长及土壤理化形质的影响，为兴安落叶松天然林的合理经营提供依据。

1 研究地区概况与研究方法

1.1 研究地区概况

图强林业局 (东经 121°55'38″～ 123°29'00″，北纬 52°15'55″～ 53°33'44″)位于大兴安岭北坡，黑龙江上游额木尔河流域。地貌属低山丘陵类型，南北走向，南高北低，平均海拔500 m左右。属寒温带大陆性气候，夏季短暂，冬季寒冷漫长，雨雪少，植物生长期短。年平均气温－4.94℃，年无霜期82～109 d;年结冰期达220d;年平均降水量432 mm，年平均蒸发量894 mm;年日照时数2 404 h;超过10℃以上的年均积温1 400℃左右。地带性土壤为棕色针叶林土，土土层浅，土壤呈酸性。立地类型条件较差，主要立地类型以草类林、杜鹃林、矶踯躅林为主。全局地位级在Ⅳ级以上的面积占63%，林地生产力偏低［14－15］。

1.2 研究方法

1.2.1 外业调查

(1)标准地设立与调查。研究林分位于大兴安岭地区图强林业局潮河林场。林分的一部分分别于1999年和2009年进行两次下层抚育间伐，每次的株数间伐强度平均约为38%，另一部分作为对照，不做任何处理。2011年10月在抚育间伐林分和未间伐林分分别设置3块样地，样地面积均为20 m×20 m，相邻样地间隔20 m以上。

(2)土壤样品采集。在每个样地内，随机选取3个有代表性样点，进行土壤样品采集。由于林内土层非常薄，土层厚度均在10～20 cm，环刀样品采集0～10 cm土层，称取鲜重后取部分混合均匀的土壤装入铝盒带回实验室测定含水率;在土壤剖面上由上至下垂直均匀取样至母质层深度，充分混合作为测定土壤pH值及营养元素含量的样品，装入塑料封口袋和铝盒内带回实验室。

1.2.2 室内分析

(1)林分蓄积量计算。兴安落叶松立木材积查阅内蒙古大兴安岭林区一元立木材积表［16］。

白桦采用一元立木材积公式［17］:

樟子松采用公式［18］:

式中:V为立木材积，m3;D为胸高直径，cm。

(2)土壤理化性质分析。土壤容重采用环刀法［19］。pH值采用电位法 (水浸法)，水解性氮采用碱解－扩散法，有效磷采用0.05 mol/L盐酸－0.025 mol/L硫酸浸提法，速效钾采用1 mol/L醋酸铵浸提 －火焰光度计法，全氮、碳氮比采用VARIO Macro元素分析仪进行测定，全磷采用硫酸－高氯酸酸溶－钼锑抗比色法，全钾采用硫酸－高氯酸酸溶－火焰光度计法［20］。

2 结果与分析

2.1 抚育间伐对兴安落叶松天然林生长的影响

兴安落叶松天然林抚育间伐12 a后，林分结构和生长状况出现了显著差异。与对照林分比较，间伐林分的平均密度 (胸径≥1 cm)由9 367株/hm2降到3 608株/hm2(P＜0.05)，减小了61.5%;平均胸径 (胸径≥1 cm)由5.44 cm提高到9.67 cm(P＜0.05)，提高了77.8%;林分蓄积 (胸径≥5 cm)由65.4227 m3/hm2提高到133.311 7 m3/hm2(P＜0.05)，提高了103.8%，见表1。

表1 抚育间伐对兴安落叶松天然林林分结构及生长的影响Tab.1 Impact of thinning on forest structure and growth in natural Larix gmelinii forest

间伐前兴安落叶松天然林密度过大 (表1)，林木竞争激烈，分化明显，大多个体发育不良;林内卫生状况差，有枯立木、枯倒木存在;林木生长空间严重不足，胸径材积生长缓慢，林分生产力偏低。间伐后的林分，形成了良好结构，改善了小气候状况，扩大了营养空间，减少了抑制优良林木生长的林木，促进了林分的生长，增加了单位面积产量。

图1 抚育间伐对兴安落叶松天然林土壤理化性质的影响Fig.1 Impact of thinning on soil properties in natural Larix gmelinii forest

2.2 抚育间伐对兴安落叶松天然林土壤容重的影响

土壤容重是表征土壤质量的一个重要参数［21］。与对照林分比较，间伐林分土壤容重有所增大，但二者差异不显著 (P＞0.05)如图1(a)所示。王利东 (2012)、张鼎华 (2001)等的研究结果表明，间伐使林地土壤容重降低［22，2］。本研究与前人的研究结果出现了差异。分析原因可能是所研究的林分类型不同，本文研究的是天然林，王利东(2012)、张鼎华等 (2001)研究的是人工林。天然林受人为扰动较少，土壤物理性质一直保持了较好状态;而人工林林地土壤已经产生了不同程度的退化，间伐后林下光照增加，引起林下植被量增加，进而引起土壤中根系增多，导致土壤容重降低［2］。

2.3 抚育间伐对兴安落叶松天然林土壤化学性质的影响

与对照林分比较，间伐后林分土壤pH值有所增大，但二者差异不显著 (P＞0.05)，如图1(b)所示。间伐后，林分郁闭度降低，林地内光照增强，地温增高，凋落物分解加快。Gustafson(1943)、王新宇和王庆成 (2008)的研究表明，针叶凋落物在分解过程中会产生有机酸［23－24］。凋落物分解加快，分解产生的有机酸会增多，pH值应该降低，但结果是pH值提高。原因可能是，间伐后土壤活性增强，土壤矿质化、养分循环加快，土壤交换性能得到了改善［2］。张鼎华等的研究，间伐两年后人工林林地土壤交换性能得到了改善，土壤pH值 (水浸提)0～10 cm土层各林分土壤提高0.11～0.14个pH值单位［2］。

抚育间伐后土壤水解性氮没有显著变化 (P＜0.05)，如图1(c)所示。原因是土壤中的氮元素主要来源于大气降水，加上氮本身的惰性，决定了其含量不会产生较大的变化［25］。

抚育间伐后林地土壤有效磷含量减少，但变化不显著 (P＞0.05)，速效钾显著降低 (P＜0.05)(图1(c))。张鼎华 (2001)、贾忠奎 (2010)的研究表明，间伐抚育会促进土壤内微生物数量和活性的增加，加速土壤养分矿质化，促进土壤有效磷和速效钾含量增加［2，25］。本研究与前人研究结果出现差异的原因可能是，天然林的间伐与人工林的抚育有很大不同，人工林的间伐会改善土壤的养分条件，而天然林林分土壤经过多年的发育，土壤养分基本已达最佳状态，抚育间伐措施不能再改善土壤养分状况。也有可能是间伐确实加速了土壤矿化速率，导致有效磷和速效钾量增多，但光照条件的改善使林木生物量增长对这两个元素需求的增长幅度更大，导致土壤中有效磷和速效钾降低。与氮、磷相比，土壤钾移动性最强，间伐干扰有增加土壤容重的趋势，导致地表水入渗放慢，形成地表径流和壤中流，钾溶解在水中，从林分中输出，速效钾显著降低。

相比对照林分，间伐林分土壤全氮量、全磷量、全钾量和土壤碳氮比 (全碳/全氮)均降低，但变化均不显著 (P＞0.05)，如图1(d)、图1(e)所示。这说明一定程度的间伐扰动对兴安落叶松天然林林地土壤氮磷钾全量养分不会产生明显影响。与对照林分比较，间伐林分土壤全氮量和碳氮比均降低，可知全碳量比全氮量降幅更大，说明间伐林分土壤有机质分解相比对照林分更加容易。分析原因应该是间伐后林下光照增强，地温增高，导致土壤有机质分解速度加快，养分循环加快。

3 结论

兴安落叶松天然林抚育间伐后，林木胸径、蓄积生长显著加快 (P＜0.05)，容重、pH值、水解性氮、有效磷、全氮、全磷、全钾、碳氮比等土壤理化性质并未出现显著变化 (P＞0.05)，仅土壤速效钾显著降低 (P＜0.05)，土壤肥力状况未发生明显变化。抚育后优化了林分结构，提高了林分生产力，同时不会对林地土壤肥力和质量造成明显影响。

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