炼山对闽北杉木人工林土壤理化性质的影响

2020-09-27陈杰

热带林业 2020年2期

陈杰

（福建省建阳范桥国有林场，福建建阳 354200）

杉木（Cuninghamia lanceolata）是中国南方特有的速生造林树种，栽种面积大，具有生长迅速、材质优良等特点[1-2]。在福建闽北杉木林区，雨量充沛，采伐剩余物多，宜林地杂、灌、草丛生，给林地清理和幼林抚育带来了较大困难，炼山作为一种经济、方便的林地清理方式开始逐渐为人们所用。炼山主要是通过人为焚烧采伐迹地以清理林地。近些年，随着科学技术的发展，专家学者对炼山这一传统林地清理方式也出现了不同的看法。许多学者研究指出，炼山可以节约造林成本、减少病虫害发生，但大面积、反复炼山会造成土壤养分流失和物理性质变差、加大水土流失风险，并严重污染空气甚至诱发森林不良演替[3-5]，由此可见炼山对林地的影响难以下统一定论[6]。

炼山的后果受很多环境条件制约，尤其是土壤母质、降雨量和持续时间、坡度、炼山强度等等，都对炼山后林地产生重大影响[7]，造成在不同区域甚至同一区域的研究结果差异较大，加上福建闽北林区传统的栽杉习惯和经济等方面的原因，炼山至今仍在福建闽北林区广泛使用[8]。文章通过对比研究2018 年杉木造林地采取炼山与不炼山两种造林方式，分析传统林地清理方式炼山对杉木林土壤物理化学性质的影响，以便科学评价炼山利弊为改变炼山方式提供科学的理论依据。

1 试验地概况与研究方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省南平葫芦山国有林场峡阳管护站（045 林班51 大班2 小班），该区域属于中亚热带季风气候，年平均降雨量为1669 mm，年平均蒸发量为1413mm，年平均相对湿度为83%，年平均气温19.5℃。该地海拔高度200m，坡度24°，坡向为南。土壤为花岗岩发育的暗红壤。试验地于1992 年造林，树种组成比例为杉：阔：马（7：2：1），于2017 年主伐，砍伐时树龄为26a，郁闭度0.8，平均胸径19.1cm，平均树高12.9m，蓄积量为212m3/hm2。

1.2 试验设计

该小班于2017 年10 月清理林地，试验设炼山（全面火烧林地剩余物）和不炼山（采用残留物均匀覆盖林地）2 个处理，每个处理重复3 次。于2018 年春季，选择1 年生杉木苗造林，整地方式为穴状整地（60cm×40cm×40cm），植穴株行距1.8m×1.8m，郁闭前进行常规5 次全锄抚育。

1.3 数据调查与统计

1.3.1 土壤样品采集

2018 年12 月，在炼山和不炼山林地上分别于炼山前和后按多点混合取样原则，分别对林地0cm ＜～≤20cm、20cm ＜～≤40cm、40cm ＜～≤60cm分层土壤采集样本，进行物理化学性质测定。

1.3.2 土壤样品分析方法

土壤的水分、孔隙度、容重——物理性质测定采用环刀法；土壤pH 值测定采用1mol/L KCl 浸提，酸度计法；土壤的全氮测定采用硒粉——硫酸铜——硫酸钾消化，半微量凯氏定氮法；土壤的有机质测定采用重铬酸钾氧化——外加热法。

2 结果与分析

2.1 对土壤物理性质影响

2.1.1 对土壤的容重和孔隙度的影响

从表1 可以看出，土壤各土层容重均在1.0 g/cm3以上，0cm＜～≤20cm、20cm＜～≤40cm 土层的土壤总孔隙度均达到50%以上，说明该试验地在土壤的通气透水性能方面，0cm＜～≤40cm 土层表现良好。与炼山处理相比，不炼山处理的土壤容重较高，总孔隙度及毛管孔隙度2 种处理相近。而炼山处理中20cm＜～≤40cm 及40cm＜～≤60cm 土层非毛管孔隙度相较于不炼山处理增加了5.46%和3.31%。

表1 炼山与不炼山对土壤容重和孔隙度影响Tab.1 Effects of slash burning on soil bulk density and porosity

2.1.2 对土壤水分的影响

森林生态系统中各相关水分因子量的时空分配及转化形成对整个水循环的调节作用与该系统的蓄水结构与功能有关。从结构来说，森林土壤的蓄水性能，主要受土壤孔隙度和物理结构的影响，另一个是死的或活的生物量。由表2 可知，相较于炼山处理，不炼山处理的最大持水量、毛管的持水量及最小持水量均明显减少。由此可见，炼山后因碳粒聚积，使各土层的毛管持水量、最小持水量以及土壤贮水量均有上升，土壤蓄水保水的功能得到提高。

表2 炼山与不炼山对土壤水分—物理性质影响Tab.2 Effects of slash burning on soil water-physical properties

2.1.3 对土壤渗透性能的影响

土壤的渗透性能是土壤含水量重要物理性质之一，它同土壤的结构、湿度、温度、孔隙度、质地及有机质含量等等相关。土壤的渗透性能良好，在一定量的降水强度下，水分可变为土壤内径流或被土壤充分贮存起来，因此地表径流不容易形成。土壤的渗透能力大小，一般以10℃时的土壤稳渗系数K10表示，同时也反映了水每分钟在土壤中的下渗速度。从表3 可以看出，经过炼山后，林地的渗透性能大幅提高，特别在0cm＜～≤20cm 土层的土壤渗透性能有明显提升，相较于不炼山处理渗透系数和渗透速度分别提高了176%和182%，即不炼山处理的土壤渗透性能相对较差。

表3 炼山与不炼山对土壤渗透性能影响Tab.3 Effects of slash burning on soil permeability

2.2 对土壤化学性质的影响

从表4 可以看出，炼山与不炼山处理的pH 值较为接近。与炼山处理相比，不炼山处理的表层土壤中含有更多的有机质、全氮及相对较少的水解氮和速效钾，而在20cm＜～≤40cm 及40cm＜～≤60cm土层中，炼山处理的有机质及水解氮均明显高于不炼山处理。炼山会导致土壤表层全氮含量和活性有机质的降低，这可能与迹地火烧的强度有关。炼山后土壤速效性养分的增加，其原因可能是剩余物燃烧后以灰分形式留存于土壤中以及土壤pH 值升高。