皆伐与不同迹地清理方式对杉木林土壤物理性质的影响

刘 乐，王新杰，王廷蓉，武文昊

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

皆伐与不同迹地清理方式对杉木林土壤物理性质的影响

刘 乐，王新杰，王廷蓉，武文昊

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

以福建省三明市将乐国有林场内的杉木林作为研究对象，采用环刀法对皆伐与不同迹地清理方式下杉木林的土壤物理性质进行研究，旨在为杉木林的科学经营提供理论依据。结果表明：不同深度土层中，皆伐后1、3月的土壤容重均高于皆伐前；随着皆伐后时间的推移，同一土层中的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤含水率和总孔隙度呈现逐渐递减的趋势。同一土层中（除0～5 cm），不同迹地清理方式下样地的土壤容重存在显著差异，其中，采用炼山清理后的迹地土壤容重明显高于采用带状整地清理的迹地；不同深度土层中，对于土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤含水率等土壤水分物理性质，炼山处理后的结果均低于带状整地方式。

皆伐；炼山；整地；杉木林；土壤物理性质

杉木Cunningham ialanceolata是我国南方人工更新造林和重要工业用材的主要树种之一[1-3]，对维持和改善生态环境发挥着重要的作用。近年来，有学者发现，皆伐作业使杉木林地土壤许多物理性质发生了改变，皆伐后造成土壤透气性减少，地表水渗透性能力降低，土壤变得紧实，严重阻碍了森林进行更新、生长[4-5]。另外，有的研究者发现杉木皆伐作业后，用火烧方法清理采伐剩余物（炼山）和带状整地这2种林地清理方式可以防止森林病虫害的发生，改善林地土壤卫生环境[1,6,7]，直接或间接影响土壤的物理性质。但关于皆伐与不同迹地清理方式这两者对森林土壤物理性质影响的研究目前很少。基于此，本文以福建省三明市将乐国有林场内的试验地作为研究对象，就皆伐与不同迹地清理方式对森林土壤物理性质的变化情况进行综合分析，以便全面了解其土壤特性，为今后国家林木造林事业提供可靠的技术支持具有重要意义。

1 试验区概况

试验区位于福建省三明市将乐国有林场，将乐县（E117 °05 ′～ 117 °40 ′，N26 °26 ′～ 27 °04 ′）地属武夷山脉东南麓、金溪河畔，海拔140～1 203 m，以中、低山为主；将乐国有林场气候温和，属于典型的中亚热带季风区，年平均气温18.7℃，年降水量平均达1 669 mm，年均蒸发量1 204 mm，无霜日287 d；林场土壤类型多为红壤，并分布有黄红壤，其土层深厚，土壤肥沃，主要植被有人工杉木林、马尾松林以及果树、油桐、油茶、茶叶等。

2 研究方法

2.1 样地设计和样品采集

2014年5月在将乐国有林场集体林区选择3块面积大小（20 m×30 m）、坡向、坡度、坡位相同的林地作为试验样地，然后在设定的样地上挖取2个长、宽均约1尺左右、深均大于60 cm的土坑，并在每个土壤剖面上，按照0～5、5～10、10～ 20、20～ 40、40～ 60 cm 共分5个土层，用环刀采集各土层的土壤样品，每层重复取样2次，分析结果作为皆伐前的本底数据；2014年6、7月在对应的相同林分进行皆伐，之后分别在伐后1月（2014年8月）、3月后（2014年10月）采集样品，方法同伐前；于2014年7月，采用空间代替时间的方法，选择立地条件与皆伐前样地基本一致、杉木林皆伐后造林1年的林分作为研究对象，按照造林前采用不同迹地清理方法（炼山和带状整地），在其迹地上各选择3块面积大小（20 m×30 m）的样地，样品采集处理方法与皆伐前相同。

2.2 测定方法

对野外带回实验室的鲜土样品进行土壤水分物理性质和容重的测定，采用环刀法[8-9]。

2.3 数据处理

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[10]：

土壤容重不仅是土壤物理性质最重要的指标之一，也是土壤紧实度的敏感性指标[11-13]。从图1可知，各土层中，土壤容重大小顺序为：皆伐前＜皆伐1个月后＜皆伐作业3个月后，说明皆伐作业时，由于树木倒地或者滑动对杉木林地土壤产生了压实作用，使土壤容重改变[5]；在同一深度的土层中，皆伐后对林地土壤容重存在一定程度的影响，但无显著性差异（P＞0.5）；其中在5～10 cm土层中，皆伐1个月后和皆伐前的土壤容重间无显著性差异（P＞0.5），皆伐3个月后和皆伐前的土壤容重间差异性显著（P＜0.5）。随着土层深度的增加，皆伐1个月后杉木林下的土壤容重呈现出先增加后减少的趋势，而皆伐3个月后杉木林下的土壤容重随土层深度的增加表现出先增加再减少后又增加的趋势，可见皆伐作业容易带走表层土壤，并对土壤产生压实作用，使土壤变得更紧实。

夏冰举着手枪退出来，又轻轻打开旁边一间卧室，还是没人。另一间是书房，满架高高低低的图书，一些横放着，一些竖放着，上面还散乱着一些笔筒、镇纸之类的小物件。四壁都挂着画，全是雪萤的画像，有正面，有侧面，还有背影，有一张两个人牵手在一起，一个是雪萤，一个是范坚强，画成婚纱照的样子。夏冰愤愤地把这幅画从墙上扯下来，摔在地上，又在范坚强的画像上踩了几脚。

对所有样品土壤指标的数据使用Excel 2007软件进行统计整理，运用SPSS 20.0软件对数据进行显著性差异分析。

具体做法：将橄榄油5 kg倒入锅中，加入香菜段、葱段各1 500 g，小火慢慢熬至香菜、葱熟烂，油脂飘香即可。烹制海鲜菜起锅时或上桌前，将自制葱油淋入菜中，香气四溢，海鲜更鲜。

3 结果与分析

3.1 皆伐对土壤物理性质的影响

3.1.1 皆伐对土壤容重的影响

土壤容重（g/cm3）=环刀内干土重/环刀体积；

盛炜彤研究发现，土壤容重在1.10～1.25 g/cm3之间杉木的生长会受到影响,超过1.30 g/cm3会造成杉木生长不良，当达到1.10 g/cm3以下，为杉木最适宜的土壤容重[15]。从图2中可知，在各个土层中（除0～5 cm），不同迹地清理方式下样地的土壤容重存在显著差异，且采用炼山清理后的迹地土壤容重明显高于采用带状整地清理的迹地。炼山林分土壤容重在各个土层中（除0～5 cm）均大于1.10 g/cm3，而带状整地林分上的土壤容重，在各个土层中（除20～40 cm）均达到最适合杉木林生长的范围，这说明从长远的角度来看，与带状整地相比，炼山清理造成土壤容重增大，使得土壤变得更加紧密，进而不利于杉木林的生长。不同土层深度的土壤容重差值不同，两者在40～60 cm土层中土壤容重相差最大，为0.217 g/cm3，在0～5 cm土层中土壤容重相差最小，为0.080 g/cm3；随着土层深度的增加，炼山迹地的土壤容重从0～5 cm土层的1.052 g/cm3增加到20～40 cm土层的1.315 g/cm3，然后在40～60 cm土层中下降为1.294 g/cm3；带状整地迹地的土壤容重随着土层深度的增加，从0～5 cm土层的0.972 g/cm3增加到20～40 cm土层的1.117 g/cm3，然后在40～60 cm土层中下降为1.077 g/cm3。总之，迹地清理后，炼山较带状整地对土壤容重影响更严重，土壤容重增加。

图1 皆伐前后林地土壤容重的变化Fig.1 Change of before and after clear cutting forest soil bulk density

3.1.2 皆伐对土壤水分和孔隙状况的影响

土壤孔隙度大小、数量及分配是土壤物理性质的基础，与持水性均是表征土壤肥力的重要指标，对林木根系伸展、物质转化、土壤排水、通气等都会产生直接影响[13-14]。皆伐前后林地土壤水分和孔隙度变化的平均值见表1。从表1可知,随着皆伐后时间的推移，同一土层中的毛管孔隙度、总孔隙度和非毛管孔隙度呈现逐渐递减的趋势,可见皆伐后使土壤通气透水性能力变差，这或许与深层土壤的有机质减少，土壤变得紧实有关系；随着土层深度的增加，皆伐1个月后的毛管孔隙度与总孔隙度先下降后上升，其非毛管孔隙度先下降后上升再下降；而皆伐3个月后的毛管孔隙度与总孔隙度先下降再上升后又下降，其非毛管孔隙度是先上升后下降，造成这种结果的原因可能是由于受到地理因素及其环境的影响，造成林地土壤孔隙度的差异。同一土层中土壤含水率随着伐后时间的推移逐渐降低，只有在40～60 cm土层中，土壤含水率大小顺序为：皆伐3个月后＜皆伐前＜皆伐1个月后；在0～5 cm土层中，皆伐后1个月的土壤含水率降幅最大，为16.65%；而在5～10 cm土层中，皆伐后3个月的土壤含水率降幅最大，为56.95%，其原因可能为人为干扰活动踩踏或者树木倒地以及滑动，对表层土壤产生影响，导致土壤表层持水性能减弱。

表1 皆伐前后林地土壤水分和孔隙度的变化Table 1 Clear cutting forest land before and after the change of soil moisture and porosity

3.2 不同迹地清理方式对壤物理性质的影响

3.2.1 不同迹地清理方式对土壤容重的影响

信息时代互联网技术的发展，给社会各个领域的工作都带来了机会与挑战，高校的后勤工作也与当前的背景关系密切，所以为了确保工作成果，要以互联网+的思维去开展工作工作改革，达成后勤工作社会化的目标。

图2 不同迹地清理方式处理后林地土壤容重的变化Fig.2 Different blanks of woodland soil bulk density change after the cleaning process

3.2.2 不同迹地清理方式对土壤水分和孔隙状况的影响

不同迹地清理方式处理后林地土壤水分和孔隙度变化的平均值见表2。从表2可知，各土层中，炼山迹地的毛管孔隙度略低于带状整地，其中在5～10 cm土层中，炼山迹地与带状整地的毛管孔隙度相等。同一土层中，炼山迹地的非毛管孔隙度明显低于带状整地，仅在40～60 cm的土层中，前者高于后者，且在不同土层深度的非毛管孔隙度差值很大，两者在5～10 cm的土层中差值最大，为0.071%。不同深度土层中，炼山迹地的总孔隙度低于带状整地林分的总孔隙度；随着土层深度的增加，炼山林分的总孔隙度呈现出先减小后增大再减小的趋势，而带状整地林分的总孔隙度表现出逐渐减小的趋势，这可能是由于炼山后比带状整地的杉木林地裸露的多，又受到雨水的直接冲击，土壤孔隙被径流携带的泥沙堵塞所致。同一土层中，炼山迹地的土壤含水率明显低于带状整地的土壤含水率，两者在不同土层深度的土壤含水率差值不同，随着土层深度的增加，前者与后者差值逐渐缩小，但在40～60 cm的土层中，两者之间的差值又变大，可能是炼山后，林地中的覆盖物被烧掉，比带状整地破坏土壤结构的程度严重，减少土壤水分向下渗透，持水能力从而降低。

设船舶j相对于船舶i运动的轨迹曲线方程为f(x)，那么船舶i到船舶j的最近距离则可看作是船舶i到曲线f(x)的最近距离见图1。

表2 不同迹地清理方式处理后林地土壤水分和孔隙度的变化Table 2 Different ways to be clean after processing the change of soil moisture and porosity

4 结论与讨论

皆伐作业对杉木林地的土壤物理性质造成了一定的影响。不同深度土层中，皆伐后1、3月土壤容重均高于皆伐前，说明皆伐作业使得土壤变得更为紧实[16]；随着皆伐后时间的推移，同一土层中的毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤含水率和总孔隙度呈现逐渐递减的趋势，与景芸等[17]的研究结果一致。这些变化可能是由于皆伐导致林冠的保护作用逐渐消失，大量杂草丛生，土壤中有机质减少，对土壤产生干扰，撞击和压实土壤，使土壤容重增加，大量的孔隙被堵塞，林地长时间暴露，从而造成土壤持水能力下降，引起水土流失[18-19]，不利于伐后杉木林土壤生态系统的改善和恢复。因此，为了维护杉木林地的生态平衡，减少皆伐作业对林地土壤带来的负面作用，就要做好对伐区规划，确定合理的采伐面积，在皆伐作业时，尽量减少杉木在地面滑动或滚动。

同一土层中（除0～5 cm），不同迹地清理方式下样地的土壤容重存在显著差异，其中，采用炼山清理后的迹地土壤容重明显高于采用带状整地清理的迹地，后者总体上在最适合杉木林生长的范围内。总体来说，随着土层深度的增加，炼山和带状整地清理后的迹地土壤变得更为紧密。不同深度土层中，对于土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和土壤含水率等土壤水分物理性质，炼山处理后的结果均低于带状整地方式。以上这些试验结果表明，炼山后，林地裸露，土壤阻水和蓄水能力减弱，土壤容重增加，致使地表径流增加，土壤物理性质恶化[20]，破坏性比带状整地方式更为严重。因此为了防止水土流失和改善杉木林地土壤结构，促进杉木林的更新生长，建议在皆伐后的迹地清理方式中，优先选择带状整地，不提倡进行炼山清理。

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Effects of clear cutting and slash clearance on soil physical properties of the Chinese fi r forest

LIU Le, WANG Xin-jie, WANG Yan-rong, WU Wen-hao
(The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

By taking the state-owned forest farms ofCunninghamia lanceolataforest in Sanming City, Fujian Province as the researched object, adopted the ring knife method under different mark place clean up the way of clear cutting andCunninghamia lanceolataforest soil physical properties were studied, aimed to provide theoretical basis for theCunninghamia lanceolataforest scienti fi c management.The results showed that the soil of different depth, soil bulk density of 1,3 months after clear cutting were higher than before clear cutting; with the passage of time after clear cutting, the same soil capillary porosity and non-capillary porosity, soil moisture content and total porosity showed a gradual decreasing trend.In the same soil (except for the 0～5 cm), under the different way to be clean up sample soil bulk density of signi fi cant differences, which, using controlled burning cleaned soil bulk density was signi fi cantly higher than the use of clean-banded site preparation; soil at different depths, for capillary porosity of the soil, soil moisture non-capillary porosity and other physical properties of soil moisture, affect the outcome of treatment after controlled burning land preparation methods were below the ribbon.

clear cutting; burning-slash; soil preparation; Chinese fi r forests; the soil physical properties

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.010

http: //qks.csuft.edu.cn

S791.27

A

1673-923X(2016)07-0055-05

2015-03-25

国家林业公益性行业科研专项:林改后南方林地可持续经营关键技术研究与集成示范(201004008)

刘 乐，硕士研究生

王新杰，副教授；E-mail：xinjiew@bjfu.edu.cn

刘 乐，王新杰，王廷蓉，等.皆伐与不同迹地清理方式对杉木林土壤物理性质的影响[J].中南林业科技大学学报，2016,36(7): 55-59.

[本文编校：吴 毅]