红松人工林土壤理化性质对抚育间伐的响应

杨会侠

（辽宁省森林经营研究所，辽宁辽东半岛森林生态系统国家定位观测研究站，辽宁 丹东 118003）

红松人工林土壤理化性质对抚育间伐的响应

杨会侠

（辽宁省森林经营研究所，辽宁辽东半岛森林生态系统国家定位观测研究站，辽宁 丹东 118003）

为评价不同间伐强度对红松人工林土壤环境的长期影响，对弱度、中度、强度、极强度4种间伐强度和未间伐（对照）的红松人工林土壤理化性质进行了研究。结果表明：抚育间伐明显提高林分平均胸径，有利于林分结构的优化；除弱度间伐外，中度、强度与极强度抚育间伐有效地降低了土壤容重，总孔隙度和非毛管孔隙度增大，毛管持水量和非毛管持水量明显提高，土壤物理性质明显改善，且以中度间伐效果最佳；抚育间伐不同程度地改变了土壤pH值，除弱度间伐外，其他强度间伐均提高了全氮和碱解氮含量、全磷和有效磷含量、全钾和有效钾含量，且以中度间伐效果最佳，但间伐强度对土壤有机碳影响并不显著。因此，为维持红松人工林土壤的持续生产力，应以适宜的间伐强度进行森林经营活动。

抚育间伐；红松人工林；土壤理化性质

红松是我国珍贵用材树种之一，是东北地区顶极植被群落针阔混交林的重要建群树种。优良的木材材质和独特风味的坚果使得红松的经济价值一路攀升，但由于天然红松林面积的急剧减少，发展红松的人工栽培成为满足人们对球果、木材需求的最重要途径。近几十年来红松人工林在我国东北地区得到了快速发展，尤其是以红松大径材培育和红松籽生产为主要目标的红松果材兼用林种植面积越来越大，已经成为我国东北地区商品林主要经营模式之一[1]。土壤是森林生态系统的重要组成部分，是系统内植被生长的基础，同时植被生长状况也反作用于土壤。不同的森林经营活动不同程度地改变了林地植被生长状况，并随着时间推移使林地土壤性质发生变化。了解森林土壤理化性质的变化，掌握森林生态系统土壤与植被相互作用规律，是全面认识森林生长规律与合理制定森林经营策略的重要理论依据。本文通过比较不同间伐强度红松人工林土壤理化性质来探讨森林经营活动过程中森林土壤与红松人工林的互作机制，以期为进一步了解红松人工林生态系统的生长规律和合理制定红松人工林经营管理技术提供科学依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

试验地位于辽宁省东部山区的本溪县草河口镇，地理坐标为东经123°51′、北纬40°53′，海拔高度为280 m。本地区属温带大陆性季风气候，四季分明。年平均降水量为926.3 mm，年平均气温为9.5℃。年平均日照时数2 800 h，年平均湿度60%。辽东山区土壤主要基岩为花岗岩、片麻岩、玄武岩和其它变质岩，主要土壤种类为棕壤和暗棕壤。辽东山区植被类型丰富，全地区属长白植物区系，原生地带性植被已被破坏殆尽，目前以天然次生林和红松、落叶松等人工林为主。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择与设置

试验地位于辽宁省森林经营研究所试验林场的解放林，为1949年营造的红松人工纯林，造林前植被为山杨和桦树次生林。对红松人工林生长状况进行调查，标准地设置于1967年，设有保留原有株数的对照区和4个不同间伐强度调查样地，分别包括弱度间伐区、中度间伐区、强度间伐区和极强间伐区，每块样地面积0.1 hm2。每2～3a调查1次标准地内红松生长状况，试验地于1967年、1984年、1994年、2005年和2012年共经历了5次间伐。

2014年8月在标准地内除每木检尺外，同时分别随机布设3个2 m×2 m和3个1 m×1 m的小样方进行灌木和草本植被调查，分别记录种名、盖度、株数、株高等，并按“S”形设置5点做土壤剖面，分上、下两层（即A层、B层）取土壤样品，分别留做土壤物理和化学性质指标测定。

1.2.2 土壤理化性质测定

土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量、土壤渗透系数测定等采用环刀法[2]；pH值测定采用pH计法；全氮测定采用凯氏定氮法；碱解氮测定采用碱解扩散法；全磷测定采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法；有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；全钾测定采用氢氧化钠碱熔-原子吸收法；速效钾测定采用乙酸铵浸提-原子吸收法。

1.2.3 数据处理

文中所有数据均采用Excel 2007软件进行数据整理，采用SPSS 13.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同间伐强度下红松人工林生长状况

通过红松人工林抚育间伐试验45 a的观测数据（表1）来看，随着林龄增长，林分的平均胸径不断提高。与对照相比，抚育间伐显著提高了林分的平均胸径，且随着间伐强度的提高，平均胸径增长加快，这可能是由于抚育间伐改善林分的光、热和土壤条件，减少了存留人工红松植株的种间竞争，促进了其快速生长。

2.2 抚育间伐对红松人工林土壤物理性质的影响

2.2.1 抚育间伐对红松人工林土壤容重的影响

土壤容重是表征土壤密实程度的指标。从表2可以看出，总体上红松人工林土壤A层的容重小于B层。不同间伐强度林分土壤容重表现为：中度间伐<强度间伐＜极强间伐＜对照＜弱度间伐，间伐林分平均土壤容重均小于对照，且以中度间伐平均土壤容重最小。分层来看，不同间伐强度林分的土壤A层容重与平均容重具有相同的趋势，B层土壤容重之间没有显著差异。

2.2.2 抚育间伐对红松林土壤孔隙度的影响

土壤孔隙度指土壤中孔隙占土壤总体积的百分率，土壤孔隙按其直径的大小可分为毛管孔隙和非毛管孔隙。从表2可以看出：红松人工林土壤A层的平均总孔隙度大于B层的；不同间伐强度土壤平均总孔隙度表现为：弱度间伐＜对照＜中度间伐＜强度间伐＜极强间伐，总体上表现为间伐林分土壤总孔隙度大于对照；间伐对同层土壤孔隙度影响不显著。

红松人工林土壤A层的毛管孔隙度大于B层；间伐对土壤平均毛管孔隙度和同层毛管孔隙度均没有显著影响；红松人工林土壤A层的非毛管孔隙度小于B层；间伐对土壤B层非毛管孔隙度没有产生显著影响，但对A层和平均非毛管孔隙度的大小影响显著（p＜0.05），间伐林分的非毛管孔隙度比对照大，以中度间伐非毛管孔隙度最大（表2）。

表1 不同间伐强度红松人工林历次间伐后群落结构

表2 不同间伐强度红松人工林土壤物理性质

2.2.3 抚育间伐对红松人工林土壤持水量影响

从表2可以看出：A层土壤的毛管持水量大于B层；A层土壤平均毛管持水量、同层毛管持水量有随着间伐强度增大呈增加的趋势，但没有显著差异。除对照外，A层土壤的非毛管持水量小于B层；土壤平均非毛管持水量呈现出对照＜弱度间伐＜强度间伐＜极强间伐＜中度间伐；间伐对同层土壤非毛管持水量没有显著影响。

2.2.4 抚育间伐对红松人工林土壤渗透性的影响

从表2可以看出：土壤A层平均稳渗速率大于B层；间伐对土壤平均稳渗速率、同层稳渗速率有比较一致的影响，呈现出弱度间伐＜对照＜中度间伐＜极强间伐<强度间伐，基本上间伐林分的渗透性大于对照的渗透性。

2.3 抚育间伐对红松人工林土壤化学性质的影响

2.3.1 抚育间伐对红松人工林土壤pH值的影响

土壤pH值指的是土壤溶液的酸碱性，主要受母岩风化过程影响，同时与地上植被相互作用。从表3来看，红松人工林土壤呈偏酸性，pH值在5.72～ 6.50，B层土壤pH值小于A层；不同间伐强度下红松人工林土壤pH值表现为极强间伐＜弱度间伐＜对照＜强度间伐＜中度间伐；间伐对A、B两层土壤pH值影响基本一致，其中A层土壤表现为强度间伐＜极强间伐＜对照＜弱度间伐＜中度间伐，B层土壤表现为弱度间伐＜极强间伐＜对照＜强度间伐＜中度间伐；整体表现为中度间伐的红松人工林土壤pH值更接近中性。

表3 不同间伐强度红松人工林土壤化学性质

2.3.2 抚育间伐对红松人工林土壤有机碳含量的影响

土壤有机碳主要指土壤中腐殖质、动植物残体和微生物等所含碳的总体。从表3可以看到，除对照外红松人工林土壤A层土壤中的有机碳含量高于B层；不同间伐强度下的土壤有机碳含量呈极显著差异，且表现为强度间伐＜弱度间伐＜中度间伐＜极强间伐＜对照；间伐对A、B两层土壤中有机碳含量的影响分别为强度间伐＜弱度间伐＜中度间伐＜对照＜极强间伐和弱度间伐＜强度间伐＜极强间伐＜中度间伐＜对照。

2.3.3 抚育间伐对红松人工林土壤氮含量的影响

氮是植物生长非常重要的一种大量元素，氮含量的高低是衡量土壤养分高低的重要指标，本次以全氮和碱解氮含量来比较不同间伐强度对红松人工林土壤氮元素的影响。从表3可以看出，红松人工林A层土壤中全氮和碱解氮含量高于B层的；平均全氮含量呈现出弱度间伐＜对照＜中度间伐＜强度间伐＜极强间伐，而平均碱解氮含量呈现出弱度间伐＜中度间伐＜对照＜强度间伐＜极强间伐；抚育间伐对A、B两层土壤中的全氮含量和碱解氮含量影响基本一致，也均以极强间伐的含量最高，弱度间伐的最低。

2.3.4 抚育间伐对红松人工林土壤磷含量的影响

土壤中的磷也是植物生长发育必需的大量营养元素之一。土壤全磷是土壤中各种磷的总和，根据其可利用程度的高低又分为有效磷和难利用磷。从表3可以看到，红松人工林A层土壤全磷平均含量高于B层的；抚育间伐对土壤平均全磷含量和B层全磷含量无明显影响，但对A层有明显影响（p＜0.05），间伐可以显著提高A层土壤全磷含量，表现为弱度间伐＜对照＜中度间伐/强度间伐＜极强间伐。从表3还可以看出，红松人工林弱度间伐和极强间伐下土壤A层的有效磷含量高于B层的，而中度和强度间伐下的土壤A层有效磷含量低于B层；抚育间伐对有效磷含量有显著影响（p＜0.05），平均有效磷含量呈现出对照＜弱度间伐＜极强度间伐＜强度间伐＜中度间伐；同时抚育间伐对A层、B层土壤有效磷含量影响与平均含量影响基本一致，均以中度间伐的最高。

2.3.5 抚育间伐对红松人工林土壤钾含量的影响

土壤中的钾是植物生长发育必需的另一种大量元素，植物生长量的高低很大程度上与土壤中钾含量的高低相关。土壤全钾是各种钾的总和，速效钾是能被植物快速吸收利用的那部分钾，全钾含量的高低表征土壤提供钾的总潜力，而速效钾含量大小则是土壤现实肥力高低的重要指标。从表3可以看出，红松人工林中土壤A层中的全钾含量基本高于B层的；抚育间伐对土壤A层、B层及平均全钾含量影响基本一致，均以强度间伐最高，弱度间伐最低；土壤A层中的速效钾明显高于B层的；不同间伐强度土壤速效钾含量无显著差异，但抚育间伐对A层和B层的速效钾含量有一定的影响，均以中度间伐的最高，弱度间伐和极强间伐的较低。

3 结论与讨论

3.1 抚育间伐有利于红松人工林林分的生长

抚育间伐对林分结构具有直接而显著的影响，本研究发现间伐可以提高林分连年胸径生长量，且随着抚育强度的增加，林分内保留树木平均胸径也增大，这与许多研究结果相似[3-4]，抚育间伐减少了红松人工林的种内竞争，使得单株树木获得更多的资源以利于其生长。

3.2 抚育间伐有利于红松人工林土壤物理性质的改善

抚育间伐是森林经营，尤其是人工林经营的一项关键性措施，会使林地土壤的理化性质发生变化，已有学者将土壤作为森林间伐效果的评价指标[5]。本研究中除弱度间伐外，其他抚育间伐均使红松人工林中土壤的容重变小，土壤密实程度降低，总孔隙度和非毛管孔隙度增大，土壤通气性增强，毛管持水量和非毛管持水量明显提高，平均稳渗速率增大，土壤保水供水能力增强，但不同间伐强度所产生的改良效应有明显差异，总体上以中度间伐各项指标的改良程度最大。这个结论与其他研究基本一致，雷相东等[6]认为抚育间伐可使落叶松云冷杉混交林内土壤物理性质有所改善，总孔隙度和毛管孔隙度增大。赵朝辉等[7]对杉木林的研究也说明了间伐5 a后，土壤容重下降，土壤质量含水量、容积含水量、贮水量、毛管持水量、最小持水量、毛管孔隙度、总孔隙度均有所提高。贾忠奎等[8]对北京山区侧柏人工林间伐试验也同样证明了抚育间伐可有效改善林分土壤物理性质。

3.3 抚育间伐有利于红松人工林土壤化学性质的改善

抚育间伐是施加到森林生态系统的人为干扰活动，能改变林分结构组成和林内小气候，从而可能影响土壤的化学性质。不同间伐强度下土壤化学性质研究结果表明：中度间伐的红松人工林土壤pH值更接近中性；随间伐强度提高，红松人工林土壤中全氮含量和碱解氮含量提高；抚育间伐提高了土壤中全磷和有效磷含量，其中有效磷含量以中度间伐最高；强度间伐的红松人工林土壤中全钾含量最高，弱度间伐的最低，而速效钾含量均以中度间伐最高；间伐对土壤有机碳含量的影响却没有明显的规律性；综合来看，中度间伐红松人工林土壤化学性质状况最佳。刘明国等[9]对不同间伐强度红松人工林下土壤的养分状况进行调查，研究结果表明，极强间伐区土壤的养分状况最好，维持较高的土壤肥力。赵朝辉等[7]对杉木林的研究表明，按50%强度间伐5 a后，0～45 cm土壤pH值和P、K、Mg含量均提高，与本研究结果一致。而徐庆祥等[10]研究表明，间伐对兴安落叶松林土壤化学性质没有显著影响。还有成向荣等[11]对香樟、杜英和栾树3种生态公益林间伐2 a后土壤养分的调查结果显示，除全P和全K含量没有变化外，林地土壤全N、速效K、速效P和有机质含量均比对照林地有不同程度降低。

作为一项经营活动，红松人工林抚育间伐在优化林分结构、提高林木品质、促进林木生长、增强林分抗灾能力、提供生态服务功能等方面发挥重要作用，同时也能在一定程度上改善土壤的理化性质，但并非间伐强度越大或越小，其土壤理化性质改善程度越高，适宜的间伐强度才有最佳的效果。

［1］贾云，张利民，谭学仁，等.红松果材兼用林适宜密度控制技术研究［J］.林业科学，2006，（4）:51-56.

［2］LY/T 1215-1999，《森林土壤水分-物理性质的测定》［S］.

［3］李祥.抚育间伐对兴安落叶松林生长及光合作用的影响［D］.哈尔滨：东北林业大学，2015.

［4］朱玉杰，董希斌.大兴安岭地区落叶松用材林不同抚育间伐强度经营效果评价［J］.林业科学，2016，52（12）:29-38.

［5］陈雪，马履一，贾忠奎.间伐对森林土壤影响的研究进展［J］.中国水土保持，2012，（9）:60-63，77.

［6］雷相东，陆元昌，张会儒，等.抚育间伐对落叶松云冷杉混交林的影响［J］.林业科学，2005，（4）:78-85.

［7］赵朝辉，方晰，田大伦，等.间伐对杉木林林下地被物生物量及土壤理化性质的影响［J］.中南林业科技大学学报，2012，（5）:102-107.

［8］贾忠奎，温志勇，贾芳，等.北京山区侧柏人工林水源涵养功能对抚育间伐的响应［J］.水土保持学报，2012，（2）:62-71.

［9］刘明国，韩玉芬，胡万良，等.红松人工林不同间伐强度效果分析［J］.福建林业科技，2008，（2）:47-51.

［10］徐庆祥，卫星，王庆成，等.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［J］.森林工程，2013，（3）:6-9.

［11］成向荣，冯利，虞木奎，等.间伐对生态公益林冠层结构及土壤养分的影响［J］.生态环境学报，2010，（2）:355-359.

（责任编辑：董莉莉）

The response of soil physicochem ical properties to thinning in Pinus koraiensis woodland

YANG Huixia
（Forest Management Research Institute of Liaoning Province,Liaodong Peninsula Forest Ecosystem Research Station,Dandong 118003,China）

In order to evaluation the long-term impaction of different thinning intensity on soil environment in Pinus koraiensis woodland,we researched the soil physicochem ical properties in Pinus koraiensis woodlands w ith 4 degrees of thinning intensity(the light intensity,medium intensity,high intensity and over-heigh intensity)and control(w ithout thinning).The results indicated that,thinning could significantly enhance the average diameter at breast height(DBH),and be beneficial to optimizing the forest structure;except light intensity thing,the others treatments could effectively reduce the volume weight of soil,increase total porosity and noncapillary porosity,and could significantly enhance capillary and non-capillary water holding capacity and improve the soil physical properties.The effect of medium-intensity-thinning was best;thinng could change soil pH value,except light intensity thinning,the other treatments could increase total nitrogen,hydrolazable nitrogen,total phosphorus,available phosphorus,total potassium,available potassium,and the improvement effect of medium-intensity-thinning was best.However,thinning intensities showed little influence on soil organic carbon.Thus,appropriate intensity tinning was necessary in maintain soil productivity.

thinning;Pinus koraiensis woodland;soil physicochem ical properties

S714

A

1001-1714（2017）02-0005-05

2016-11-23

林业公益性行业专项（201404303-04）。

杨会侠（1973-），女，高级工程师，从事森林生态及森林经营研究工作。E-mail:yhx-s@163.com。