带状清理对杉木人工幼林林木生长及土壤养分的影响

江上喜

(福建省顺昌埔上国有林场，福建 顺昌 353205)

采伐剩余物清理不仅影响造林成活率，还会影响幼林的早期生长[1]。长期以来，为提高造林成活率及降低造林成本，南方丘陵山地采伐剩余物主要采用炼山清理，易造成水土流失及灰分损失，影响杉木人工林林地的生产力维护[2-3]。为了避免因炼山对林地地力带来的不利影响，自20世纪末以来，南方国有林场陆续采用耙带等带状清理方式对采伐剩余物进行清理，且逐渐成为人工林常用的经营措施之一。近年来，林业工作者比较分析了采伐剩余物带状清理对杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook]人工幼林生长以及土壤理化性质的影响[4-5]，发现采伐剩余物带状清理可提升林地土壤全氮、全磷、全钾和全镁含量。作为人工林林地养分的重要来源，采伐剩余物通过分解和淋溶的共同作用来提升土壤肥力[6]。但也有研究表明，采伐剩余物带状清理对土壤碳、氮含量影响不显著，且随着造林时间延长而减弱[7-8]。目前，采伐剩余物带状清理研究主要集中在其对整个林分生长及土壤理化性质的影响，而有关与采伐剩余物堆积带不同距离的下部条带杉木幼林生长以及土壤养分含量差异未见报道。因此，本文采用带状清理的方式，以1～5年生杉木幼林为研究对象，调查与采伐剩余物堆积带不同距离的不同林龄杉木人工林生长情况，并分析其土壤大量及微量养分元素含量，以期为杉木人工林的高效培育提供参考。

1 研究地概况

研究地位于福建省顺昌埔上国有林场，属中亚热带海洋性季风湿润气候，年均日照时数1 716.8 h，年均气温18.9 ℃，极端最高气温40.3 ℃，极端最低气温-7.0 ℃，年无霜期310 d，年均降水量1 621.6 mm，年均相对湿度82.4%，年均蒸发量1 372.1 mm。试验地土壤为花岗片麻岩发育而成的山地红壤。杉木人工林于7—8月采伐，11—12月采用耙带(带内5.1 m，带间宽1.0 m)方式进行采伐剩余物带状清理(采伐剩余物以枝桠材为主)，种植行未挖条带。12月挖穴，穴规格为40 cm×40 cm×30 cm，回表土，翌年1—2月造林。不同林龄杉木人工林造林地前茬林分均为杉木二代林，种苗为杉木第3代种子园实生苗(1年生)。株行距为1.7 m×1.7 m，造林当年4月扩穴1次，5、9月各带锄1次；造林第2、第3年的5、9月各带锄1次。不同林龄杉木人工林林分基本概况见表1。

表1 试验林基本概况Table 1 A general introduction of the experimental forests

2 研究方法

2.1 试验林调查

2018年8月，在全面踏查林场杉木幼林的基础上，选择立地条件较接近的不同林龄杉木人工林为研究林分。在中坡位以采伐剩余物带为基准线，沿山坡往下方向分别调查距堆积带1.7、3.4及5.1 m处杉木胸(地)径、树高、枝下高及东西、南北冠幅等生长指标，不同间距各调查30株。其中，1、2、3年生杉木幼林调查地径，4、5年生调查胸径。采用内径5 cm的土钻分别取距堆积带1.7、3.4及5.1 m处土壤样品，每条带各设15个取样点，每5个取样点混成1个样品，3个重复。取样后立即用自封袋装好，备用。

2.2 测定项目及方法

杉木地径、胸径及树高分别采用游标卡尺、围径尺及测高杆测量。土壤全氮、全碳、全磷、全钾含量分别采用半微量凯氏法、碳氮分析仪、碱溶—钼锑抗比色法及火焰光度计法测定；水解性氮、速效磷、速效钾含量分别采用碱解扩散法、0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法及1 mol·L-1乙酸铵浸提—火焰光度法测定；全铝、全钙、全锰、全铁、全镁含量采用原子吸收分光光度法测定[9]。

2.3 统计与分析

采用Microsoft Excel软件进行数据处理；利用SPSS 20.0进行单因素方差及多重比较分析。

3 结果与分析

3.1 堆积带与杉木人工幼林的间距对林木生长的影响

从表2可知，与堆积带的间距不同，不同林龄杉木人工林生长表现也不同。幼林生长前期(1～2年生)，杉木地径、树高均表现为：距堆积带5.1 m>距堆积带3.4 m>距堆积带1.7 m，但各处理间差异不显著。幼林生长后期(3～5年生)，由于带内枯枝落叶的分解，杉木胸径(地径)和树高生长量总体随着与堆积带间距的增加而不断降低。其中，距堆积带1.7和3.4 m处的5年生杉木人工林胸径分别比距堆积带5.1 m处提高了18.75%和15.57%，树高则分别提高了11.30%和6.89%，且差异均达显著水平；与堆积带不同间距的4年生杉木人工林胸径和树高差异均不显著。1～5年生杉木人工林枝下高在距堆积带3.4 m处均最大，分别为0.12、0.40、0.94、1.68和1.90 m，且2～5年生杉木枝下高在距堆积带3.4 m处显著高于距堆积带1.7和5.1 m，而距堆积带1.7和5.1 m之间差异均不显著。同一林龄杉木人工林冠幅以距堆积带3.4 m处最小，但1～4年生杉木东西及南北冠幅在与堆积带不同间距间差异均不显著。综合来看，距堆积带3.4 m处的杉木生长空间受到挤压，枝下高较高，冠幅较小。

表2 与采伐剩余物堆积带不同间距的杉木人工幼林生长量1)Table 2 The growth of artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

3.2 堆积带与杉木人工幼林的间距对土壤养分元素含量的影响

3.2.1 大量元素 从表3可知，1、2年生林分0～10 cm、10～20 cm土层及3年生林分0～10 cm土层土壤全氮含量均随着林分与堆积带距离的增加而逐渐提高，而3年生林分10～20 cm土层及4、5年生林分0～10 cm、10～20 cm土层土壤全氮含量则逐渐降低。这可能是由于采伐剩余物在不同分解时期对于氮具有不同的释放水平。其中，5年生林分0～10 cm土层距堆积带1.7 m处土壤全氮含量分别比距堆积带3.4 和5.1 m处提高了20.83%和38.09%，且差异均达显著水平。在幼林早期生长阶段，土壤全碳、全磷、全钾、水解氮、速效磷和速效钾含量总体表现为随着林分与堆积带距离的增加而逐渐上升的趋势；在幼林后期生长阶段则表现为随着林分与堆积带距离的增加而逐渐下降的趋势。其中，5年生林分0～10 cm土层距堆积带1.7 m处土壤全碳含量分别比距堆积带3.4和5.1 m处提高了57.70%和66.25%；全磷含量分别提高了14.03和0.32%；全钾含量分别提高了0.10%和5.72%。5年生林分0～10 cm土层距堆积带1.7 m处土壤水解氮含量分别比距堆积带3.4 和5.1 m处提高了14.81%和63.15%，速效磷含量则分别提高了19.00%和4.39%，速效钾含量分别提高了2.80%和4.82%。

表3 与采伐剩余物堆积带不同间距的杉木人工幼林土壤大量元素含量1)Table 3 Major soil nutrient contents from the artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)数值后附不同小写字母者表示相同林分同一土层元素含量差异达0.05显著水平。

林地内的大量元素土壤空间异质性总体表现为具有大量采伐剩余物的堆积带内土壤营养元素含量较高，且随着与堆积带距离的增加而逐渐降低。从垂直水平的养分分异来看，土壤中全氮、全碳和全磷等大量元素含量均随着土层深度的增加而降低。

3.2.2 微量元素 从表4可知，相同林分土壤全铝、全钙、全锰、全铁和全镁含量总体随着与堆积带距离的增大而逐渐提高。5年生林分0～10 cm土层距堆积带5.1 m处土壤全铝含量分别比距堆积带3.4 和1.7 m处提高了49.77%和51.80%；全钙含量分别提高了8.27%和14.89%；全锰含量分别降低12.5%和提高60.0%；全铁含量分别提高了51.07%和21.76%；全镁含量分别提高了1.90%和62.87%。其中，土壤全铝含量与距堆积带3.4 和1.7 m处差异达显著水平。

综合来看，与堆积带不同间距的林分土壤微量元素含量差异较大，这可能与微量元素较易被淋洗有关。从垂直水平的养分分异来看，土壤中全铝、全钙、全铁和全镁等微量元素含量均随着土层深度的增加而降低，而全锰含量在不同土层之间差异不明显。

表4 与采伐剩余物堆积带不同间距的杉木人工幼林土壤微量元素含量1)Table 4 Trace soil nutrient contents from the juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)数值后附不同小写字母者表示相同林分同一土层元素含量差异达0.05显著水平。

4 讨论与小结

杉木是我国南方最重要的速生用材树种之一。为降低造林过程中的水土流失及灰分损失，南方集体林区杉木人工林采伐迹地造林主要采用采伐剩余物带状清理的方式[10]。林业工作者对林分生长调查及土壤化学性质的分析发现，林分下坡位的胸径、树高生长量及土壤化学性质优于中坡位及上坡位[11-12]。杉木采伐剩余物主要为分解速度较慢的枝桠材[13-14]。本研究表明，在杉木幼林早期生长阶段(1～2年)，林木地径、树高及土壤大量养分元素含量表现为：距堆积带较远的下部条带>距堆积带较近的下部条带；幼林后期生长阶段(3～5年)，则表现为：距堆积带较近的下部条带>距堆积带较远的下部条带。究其原因，在幼林早期生长阶段，由于采伐剩余物分解速度慢，杉木生长及土壤养分元素含量主要受林地质量差异影响，从而导致与堆积带不同间距杉木生长及土壤养分元素含量差异不明显；而在幼林后期生长阶段，随着杉木采伐剩余物的分解及土壤养分的迁移，杉木生长及土壤养分元素含量主要受林地质量、堆积带采伐剩余物分解速率及养分迁移的综合影响，杉木生长及部分养分元素含量差异达到显著水平。在杉木枯枝落叶分解前期，其易分解成分首先被微生物所利用分解，所释放的养分元素易淋溶迁移；而在分解后期，随着枯枝落叶中易分解成分含量降低，其释放的养分元素主要来源于较难分解成分，不易淋溶迁移，这也可能是导致杉木幼龄林不同生长阶段土壤养分空间差异的另一原因[15-16]。此外，本研究还发现，杉木枝下高表现为：距堆积带3.4 m>距堆积带1.7及5.1 m，冠幅表现为：距堆积带3.4 m<距堆积带1.7及5.1 m，这跟与堆积带不同间距杉木人工林的环境因子，特别是林内光照强度密切相关。

本文仅从幼林阶段分析了耙带造林方式下，与堆积带不同间距的杉木人工林生长及土壤养分元素含量差异，有关该杉木人工林后期生长表现有待于今后进一步的观察研究。