车辆作业对林地土壤影响的研究现状与展望

孙术发,周 远,于 淼,杨全喜,李禹璇,武晋峰,储江伟

(1.东北林业大学 工程技术学院,哈尔滨 150040;2.东北林业大学 交通学院,哈尔滨 150040)

地球上森林的覆盖面积约4 000万km2,占总土地面积的30%。森林在生态系统中起着重要作用,而稳定的森林生态系统离不开土壤,土壤中营养、水和能量的流动是森林生产力和生物多样性的重要保障。林区机械化作业可以提高劳动生产率和作业安全性,而研究林业机械对土壤作用的影响有利于林业生态环境的保护,同时,研究结果可以为林业机械优化设计提供理论支持。国家在“林业发展‘十三五’规划”中明确提出要“加快林区装备现代化建设”,在提出的9项“林业重点工程项目”中,林业机械将承担重要任务。装备现代化一个重要的指标就是与生态和谐共处,所以研究林业车辆与土壤的相互作用具有重要的理论价值和战略意义。

自从20世纪80年代首次讨论了森林车辆作业对土壤结构的影响,学者们逐渐开始关注作业车辆造成的土壤压实对土壤结构、植物生长以及土壤恢复的影响。近年来,国内学者研究车辆作业压实对土壤的影响主要集中在作业压实对于农田土壤和农业作物上,研究大多停留在理化性质方面,而机械作业压实对林区土壤影响的研究却很少,大多数学者转而研究林区土壤的化学性质,土壤内生物群落的生长繁殖,不同类型的林区土壤植物的生长等方面的问题。国外学者对于机械作业压实对林区土壤影响的关注度从未减弱,近年来,巴西的学者在热带雨林研究了经过履带式拖拉机反复作业后,被压实土壤的恢复问题[1]；法国的学者研究了重型机械作业压实后,与森林土壤的渗透阻力相关的问题[2]；意大利的学者研究了车辆引起的森林土壤压实对植物形态和生理属性的影响[3]；美国、加拿大、德国、瑞典等国家的学者们也针对不同方面的问题进行了相关研究。由此可见,国内关于车辆作业对林区土壤影响的研究力度明显不够,还有很大的研究空间和潜力。

随着“天保工程”的大力实施,大规模森林机械砍伐现象明显减少,但仍然存在着部分轮式、履带式集材车的采伐行为,这些林业机械的行走作业会对林区土壤造成压实影响,并且由森林火灾引发的机械车辆扑火救火行为也会对林区土壤造成压实破坏,所以笔者认为关于车辆作业对林区土壤影响的研究是很有必要的,国内尚缺少此类研究的综述性文章。本文查阅了国内外关于林业车辆对林区土壤作用的相关文献,归纳总结了国内外不同学者的研究进度和研究方法,以及不同学者在研究此类问题时所采用的实验方案、实验仪器及实验方法,从土壤理化性质、微生物、碳储量、温室气体排放等方面,概述了林业车辆作业对林区土壤的影响,根据研究现状提出了当前应重点进行的研究方向,以期通过本文的研究结果对林业车辆现代化设计和林业生态保护做出一定的贡献。

1 作业车辆压实对林区土壤理化性质的影响

在林区作业过程中,车辆的往复运行会对表层土壤造成一定影响,如压实,车辆作业后的车辙等,其中压实对土壤影响最大。随着重型机械的引入,土壤被压实破坏的情况变得越来越普遍,国内外众多学者从理论和实践两方面对这一问题进行了研究,由于土壤形态、季节变化、工作强度以及林木类型等条件的差异,车辆对土壤压实所造成的影响也略有不同。

1.1 对土壤物理性质的影响

土壤的物理性质主要包括容重、土壤渗透率和孔隙情况等,这些物理性质影响着土壤的化学性质以及微生物的生存。林区作业车辆的反复碾压造成地表下沉、土粒子重新排列、土壤孔隙度减少、紧实度增加,土壤的固、液、气三相比受到改变,不利于植物生长。

1.1.1对土壤容重和渗透率的影响

容重是土壤基本物理性质之一,并且一般情况下,土壤的容重越低,越容易压实,也就越容易受到作业车辆工作影响。Naghdi等[4]在研究轮式集材机对土壤压实的影响时发现车辆作业过后样地土壤容重由15.8%增加至62.6%。李毅杰等[5]在研究土壤压实对农作物影响时发现,车辆碾压处理后,0～20cm土层的容重显著增大,其中10～20cm土层容重最大,研究结果显示:车辆作业后对土壤表面的压力迫使土壤聚集在一起,使土壤结构发生变形,降低了孔隙度,导致土壤容重增大。土壤容重增大又限制了土壤中氧气的扩散和土壤的渗透能力。Ciaran等[6]研究显示,车辆作业不仅改变了土壤的渗透能力,也使土壤的渗透阻力增加了30%～50%；Tracy等[7]的研究也证明了压实导致的土壤容重增加会改变或减少植物根系生长和从土壤中养分的吸收,同时,容重与土壤含水量相互影响产生的高土壤强度或低通气条件,使苗木根系穿透阻力增大,改变了根和芽的生物量分配模式,严重影响了苗木伸长机能,改变了苗木结构。

1.1.2影响土壤容重的因素

由于行走机构、林地坡度和土壤深度的差异,容重增加程度也略有不同。周艳丽等[8]实验表明,土壤经过奔野BY320轮式拖拉机碾压7次后,土壤坚实度增加了78.45%,且土壤0～5cm表层增加得最为明显。图1为赵秀海等[9]研究得到的拖拉机集材道(车辙处)不同深度的土壤硬度与拖拉机走行次数关系图。从图中可以看出,当拖拉机行走80次以下时,轮式拖拉机对土壤的压实程度比履带式的大,随着行走次数的增加,履带式拖拉机却比轮式的大,其原因主要是拖拉机接地压力的分布状态、大小和持续时间的差异造成土壤受力状态不同。

图1 拖拉机对土壤硬度的影响Fig.1 Effect of tractor on soil hardness

经研究发现,作业车辆引起的土壤压实随着坡度的增加而增大,Agherkakli等[10]指出:对于低于20°的斜坡,车辆作业后测得的土壤容重比车辆作业前高得多；当坡度大于20°时,履带式作业车辆作业后比作业前的斜坡压实程度更大。Ramin等[11]也在实验中发现,车辆作业经过斜坡时,大于20°的斜坡,土壤容重变化得更大,随着坡度的增大,土壤扰动的范围和深度都有所增大。

McNabb等[12]研究发现,集采机在中型颗粒结构并接近田间持水量的土壤上经过3次后,土壤深度为5,10和20cm下测的容重分别增大了10%,7%和4%；Han[13]和Williamson等[14]在土壤深度达到30cm的研究中也记录了类似的下降趋势。上述结果显示,车辆作业对土壤容重的影响通常随着土壤深度的增加而减小,但车辆类型、车辆操作、地形和土壤性质的不同导致了车辆作业对土壤容重随土壤深度的影响也略有不同。

1.1.3对土壤孔隙情况的影响

土壤孔隙度是影响水分和气体运动的重要参数,决定着林木根系生长和土壤生物活动。林区作业车辆所造成的压实作用导致的土壤孔隙度下降可到达50%～60%,这种减少主要是因为大孔隙的破坏,大孔隙主要在土壤排水中起作用,而小孔隙几乎不受压实作用的影响,但因作业车辆不同,土壤孔隙度变化也略有不同。图2[15]为集材拖拉机作业后土壤硬度和孔隙度的关系图。从图2中可以看到,随着土壤硬度的增加,轮式拖拉机压过土壤后,孔隙度下降的幅度比履带式拖拉机作业后土壤孔隙度下降的幅度大并且呈直线下降的趋势,而履带式拖拉机压过土壤的硬度达到8kg/cm2后,土壤孔隙度几乎不再发生变化了,由此可见,履带式拖拉机对土壤的影响略小于轮式拖拉机。这种现象的原因是土粒子组合构造的变形形态不同以及土壤表层腐殖质的轧乱程度和土壤受力状态的差异。郭建钢等[16]通过实验发现,表土层经轮式拖拉机碾压后,土壤非毛管孔隙度降低了39.7%,饱和导水性降低了91.5%,而经履带式拖拉机碾压后非毛管孔隙度降低了26.3%,饱和导水性降低了87.8%。非毛管孔隙不具备持水能力,但是它能够使土壤通气、通水,所以土壤紧实导致非毛管孔隙度降低,导水性也随之减弱。Marra等[17]在瑞士北部用轮式拖拉机研究通过次数与土壤孔隙度关系时发现,通过60次后,土壤渗透阻力增加52%,土壤孔隙比降低11%。土壤孔隙度降低会阻碍植物吸收土壤中的水份和养分,土壤环境恶化,从而影响植物的正常生长。

1.轮式拖拉机 2.履带式拖拉机

在查阅总结国内外学者研究车辆作业压实对土壤理化性质影响的文献中发现,不同国家的学者,采用的实验仪器,实验方法各不相同。国内外学者在探究车辆作业压实对于土壤物理性质的影响时,虽然研究的土壤类型各不相同,但均对土壤的含水率和容重进行了对比,其中采用的测量方法主要是重量法,这种方法能够测量土壤的容重、含水率和孔隙度,在土壤物理性质的研究领域有着广泛的应用。土壤渗透能力也是表征土壤物理性质的重要指标,它受土壤质地、容重和含水量的影响,大部分学者在实验中多用贯入仪对其进行测量,在数据处理方面上,线性回归分析一直被用来进行数据分析,而最近Kendall检验法也被用来检验数据。

1.1 对土壤化学性质的影响

作业车辆在林区作业不仅能改变土壤的物理性能,同时还会改变土壤中酸碱度、有机质和氮(N)、磷(P)、钾(K)等化学元素含量。酸碱度和有机质是评判土壤状况的重要标准,N,P,K等元素直接参与植物的呼吸,代谢及遗传等基本生存活动。

1.2.1对土壤PH值的影响

卢伟[18]在小兴安岭地区用J-50型履带拖拉机进行了土壤化学性质的实验。选取集材道和未集材林地里的土壤进行对比实验,表1为拖拉机集材对土壤化学性质的影响统计表。

表1 拖拉机集材对土壤化学性质的影响Tab.1 Effects of tractor skidding on soil chemical properties

实验表明,集材道表层土壤pH变化幅度不大,为6.9%,而有机质、全量氮(TN)、全量磷(TP)和速效磷(A-P)的含量下降幅度较大。土壤pH降低是两方面原因相互作用的结果:一方面,集材作业使集材道上的植物完全被清除,从而地表温度高于林地,微生物硝化作用频繁使土壤酸性程度增加；另一方面,降雨带走一部分土壤中的酸性物质并稀释了土壤的酸性浓度,又使土壤酸性程度降低一部分。TN等元素减少主要来源于树木供给不足和雨水冲刷的流失。在森林收获过程中,树木生物量的去除加上土壤扰动,对土壤有机质的质量和数量以及土壤物理性质都有持久的影响,这些性质可以强有力地控制微生物活动和生态系统循环。

1.2.2对土壤内化学元素的影响

Xiao等[19]在研究林业重机械对土壤的影响时发现,机械对土壤的压实会影响土壤中C,N等矿质元素的矿化作用；Slesak等[20]发现在森林收获时,林业机械对土壤的压实会使土壤中有机质含量下降,并且影响土壤中C和营养物质含量,进而降低未来的林分生产力。1972年,在美国蒙大那州林地测定采集作业后4年土壤30cm内的营养物质流失量为:磷(P)2.8%,钾(K)15.7%,钙(Ca)57.5%,镁(Mg)15.5%,钠(Na)8.5%[21]。经过车辆压实后的集材道表层土壤营养元素大量流失,植被恢复所需的营养供给不足导致土壤环境不良,土壤进入了恶性循环状态,所以采集作业过后应及时施加肥料并翻新土壤,促进土壤理化性能的恢复,实现森林生态系统的稳定发展。

通过归纳总结车辆作业对土壤内化学元素影响的实验仪器、实验方法得出,大多数学者选择元素分析仪为主要的实验仪器,选择方差分析为主要的实验方法。在测定土壤化学性质的相关数据时,主要测量的指标是土壤中C和N的含量,并且所采用的仪器主要为CNS元素分析仪。由于CNS元素分析仪的测量结果更加精确、误差小,对土壤中的有机C氧化充分,不受土壤中还原物质和氯化物的影响,更能准确地反映出土壤中有机C的含量,所以CNS元素分析仪在测量土壤C,N含量实验中被广泛地使用并受到一致认可。针对不同类型的土壤和实验需要,可采用不同型号的CNS元素分析仪进行测量。单因素方差分析在处理压实对土壤内化学性质影响的数据方面上一直被广泛应用,显著性检验方法中的Tukey检验凭借简单并所需要的实验样本相对较少的优势也在逐渐被使用在土壤化学性质的数据检验当中。

2 作业车辆压实对林区土壤其他方面的影响

2.2 对微生物的影响

森林是一种典型的陆地生态系统,在全球碳汇和土壤营养物质的循环过程中起着重要作用,其中土壤中的有机质大约90%由土壤微生物完成分解[22],推动土壤养分的转化,驱动生物地球化学循环过程。

微生物量C和N是土壤的活性部分,能够表征土壤微生物活跃强度。Xiao等[19]通过研究重林业设备对土壤的影响发现重机械对土壤的压实使微生物生物量C和N有负面影响,两者含量的降低不利于土壤微生物的生长繁殖,并且影响它们的活动强度和生物量的增长；Hartmann等[23]用满载和空载的运输车、集材机评估了两个林地中被重度、轻度压实的土壤中微生物群的抗性和适应力,发现土壤被车辆压实后,微生物群的结构改变,多样性增加；但是,Shestak等[24]取不同地点的沙土和黏土做了压实对微生物活性影响的实验,结果表明,微生物群落对土壤质地与压实度的差异具有广泛的耐受性,土壤健康的物理指标与生物指标之间的相关性较差；同时,Busse等[25]考虑到气候对微生物的影响,采用了模拟亚热带和地中海气候的装置并取3处不同地点的土壤做了相关实验,发现压实对3个地点的微生物群落大小或活动没有明显影响。可能土壤压实程度不同导致了两种不同的结果,这种想法在Frey等[26]的研究中得到了论证,Frey等[26]在实验中发现被林业机械轻度压实土壤(容重增加3%)的细菌群落与原状土壤没有明显差别,但是中度压实(容重增加18%)和严重压实(容重增加32%)对细菌群落结构有着相当大的影响。综上所述,虽然林区车辆作业不会直接杀死土壤微生物,但是在一定程度上会影响微生物群落结构、活性和数量。

在车辆作业对土壤微生物方面影响的研究归纳中发现,实验仪器和实验方法的选择随着土壤类型、实验参数的不同而不同。在探究车辆作业对土壤微生物的影响中,主要测量的实验参数是微生物的生物量,主要使用的实验方法是氯仿熏蒸法和底物诱导呼吸法。氯仿熏蒸法分为氯仿熏蒸-培养法和氯仿熏蒸-提取法。最初在研究中,采用氯仿熏蒸-培养法进行微生物生物量C和N等指标的测定,随着氯仿熏蒸-提取法技术的不断发展,逐步取代了相对复杂的氯仿熏蒸-培养法,提取法相对于培养法具有操作简洁,能够较快得到试验结果等优点。底物诱导呼吸法由于采用不同的校正系数,会使测量结果产生争议,并且其不适于测定添加新鲜有机质的土壤。在实验时根据目的和条件的不同,研究者一般多采用氯仿熏蒸-提取法测定土壤微生物生物量。在实验数据处理方法中,广泛使用单因素方差分析和主成分分析两种方法。

2.2 对土壤碳储量的影响

森林中储存着全球土壤中大部分的有机碳,其碳储量在全球碳循环、碳平衡和减少温室气体浓度等方面起着重要作用。森林土壤碳库的微小变化会对陆地生态碳循环和全球气候变化产生深刻影响。林区车辆对土壤的压实通过改变土壤养分、水份和温度等影响土壤碳循环和林分生产力。

Sanchez等[27]在5处气候、土壤类型均不同的地点进行了压实对土壤影响的实验,结果表明,即使在容重接近根系极限水平的土壤中,压实对土壤C含量或土壤C/N比也没有不利影响。同时,Gartzia-Bengoetxea等[28]的研究也显示出相似的结论。他们在西班牙北部选取了9个经过相同机械化作业但树龄不同(0,7和20a)的林地,测得未经机械化作业和作业7年后的土壤表层5cm处的C含量相似,但是作业20年后C含量提高了两倍之多。Goutal等[29]在研究森林重机械对土壤CO2的影响时发现,经拖拉机反复压实过后的土壤表面C和N的含量并未与对照组有显著差异。由此可见,机械化作业不会对总碳含量产生极大影响,但是土壤中可溶性有机碳的含量会因此波动。Xiao等[30]取加拿大北部森林的土壤进行了为期9个月的实验培养,发现1个月后土壤中的可溶性有机碳含量由每千克土中98mg减少至82mg并呈持续下降趋势,同时C矿化速率也由6.76 g C/(kg·d)下降到5.9g C/(kg·d)。

在探究车辆作业对土壤碳储量影响的实验条件和方法中发现,对土壤碳储量的测量相对于其他性质的测量更加困难,可供选择的实验仪器和方法相对较少,主要的实验仪器是CHN元素分析仪。CHN元素分析仪可以精确地测量出40,50mg有机样品的C储量,目前在测量土壤C储量的实验中应用比较广泛。在实验结果处理和实验数据分析方面,线性回归分析,单因素、多因素方差分析都是常用的分析方式。单因素方差分析是用于完全随机的多个样本均数间的比较,其统计推断是推断各样本所代表的各总体均数是否相等；多因素方差分析是对一个独立变量是否受一个或多个因素或变量影响而进行的方差分析；而线性回归分析通过建立回归方程,对数据结果进行预测和处理,具有建模速度快,不需要很复杂的计算,在数据量大的情况下依然运行速度很快的优点。

2.2 对土壤温室气体排放的影响

土壤是温室气体排放的重要源头和汇集地,它们主要产生于微生物呼吸,植物根呼吸和土壤动物呼吸。机械化作业引起的孔隙率降低会抑制土壤呼吸,促进温室气体的产生。

Schnurr-Pütz等[31]通过分析集材道土壤中的磷脂脂肪酸发现,集材道土壤的真核/原核比值低于未压实土壤,土壤更容易产生硫酸盐还原菌、铁还原菌和产甲烷菌等能够进行厌氧呼吸的细菌。机械化林区作业使土壤孔隙度大幅降低,阻碍空气流通,促进了厌氧细菌的产生。当土壤透水性达到临界极限时,由于有氧微生物活性、根系呼吸和气体扩散率的降低,导致二氧化碳(CO2)排放量降低,甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)排放量增加。Robert等[32]在对欧洲山毛榉森林地区进行车辆作业实验后,发现车轮轨道中间的土壤压实导致了N2O的排放量增加,数值比未压实的土壤高出40倍,并且压实作用使土壤CH4的消耗量降低了90%。不过Hartmann等[23]的实验发现,在中度压实的情况下,CO2排放量增加16%,这可能是因为在氧气供应充足的情况下,微生物对新暴露的有机物的矿化作用增强了。同时,Frey[33]和Epron等[34]的实验均发现使用重型林业机械作业会导致CH4消耗量大幅度减少,甚至将透气性良好的森林土壤完全变成CH4的来源地。可见,土壤温室气体的排放情况与车辆压实程度有关,不同程度的压实会使CO2,CH4和N2O等气体产生不同的变化,但是分界线并未有一个清楚的确定。一般来说,土壤压实有利于缺氧条件的发生,从而抑制土壤呼吸,促使大量的温室气体排放到大气中。

随着技术不断进步,国内外不同学者对土壤温室气体排放影响研究所采用的仪器和方法也在不断改进,探究车辆作业压实对土壤温室气体排放的影响中,主要的实验参数是测定土壤呼吸排出的CO2和CH4量。测量CO2排放量的主要方法是静态气室法、动态气室法。动态气室法具有更好的测定精度,但是需要结合红外气体分析仪进行测定,所以对于实验环境有一定限制,而不需要红外气体分析仪的静态气室法更适合野外作业。在实验仪器的选择上,气相色谱仪和离轴集成腔体输出光谱仪也能够分析土壤温室气体排放情况,气相色谱仪能够迅速并准确地分离和测定土壤气体成分,但其实验环境也存在一定限制。近年来,离轴集成腔体输出光谱仪因其出色的测定准确性和良好的室外适应性得到广泛应用,它不仅能测CO2和CH4,还可以对N2O和一氧化碳(CO)等气体进行精确测定。

2.2 对森林生长和土壤恢复的影响

在森林中,通常表层土壤最为肥沃,但是车辆作业给土壤带来的压实或表层土壤的破坏,会使水和氧气等营养供应不足,不利于植物的生根和生长,长久以往会影响森林中的植物多样性[35-36]。Hansson等[37]在实验中发现作业车辆的行走改变了土壤的物理性质,导致车辙内土壤的含水量过高,增加地表径流风险,且土壤内的通风不足,不能营造最佳的植物生长环境。据Dinis等[38]的研究发现,随着土壤日益紧实,根系呼吸向厌氧状态转移,可能导致抑制植物生长。据其16年对生美国西部黄松林区的研究显示,土壤被车辆压实后,树木高的生长降低了29%,材积生长率降低了68%。但是在有些条件下,林区车辆作业引起的表层土壤的移动或清除对于植物再生方面是积极的。如,在土壤的有机层很厚时,可能有益于幼苗根系到达矿质土壤层以获取水和营养。

受到影响的土壤要想恢复到之前的状态,所需的时间依土层深度而定,但具体恢复时间很难预测。Deborah等[39]发现,在车辆作业5年后,一些粗颗粒土壤在0～10cm层恢复了原始的容重,但10～30cm深度层容重没有恢复；Rab[40]研究表明,深层土壤从采伐引起的压实作用中恢复非常缓慢,以至于10年后,土壤容重显著增大,有机质含量和大孔隙率仍显著低于未扰动地区；Croke等[41]在澳大利亚东南部对轮式集材机作业过后所压实的土壤进行了跟踪监测,发现5年内土壤容重没有任何明显的改善；Blouin等[42]在加拿大西部用采集作业23年后的土壤进行了对照试验,发现未自然更新土壤的容重和机械阻力显著高于对照组,同时土壤的总孔隙度以及C和N的含量也很低。除去土层深度,土壤恢复时间也依赖于地形坡度、土壤颗粒大小、土壤有机质含量、土壤微生物含量、土壤生物的活性等因素。

3 结论与展望

森林资源是世界上最重要的资源之一,它不仅能为人类守护环境,还能够提供各种林产品拉动经济增长,是人类依赖并且不可或缺的组成部分。根据现有的研究发现：关于林业作业压实对土壤影响方面,压实作用直接影响土壤的总孔隙度、孔隙大小分布和连通性；而相关的土壤性质,如,渗透性、保水性、抗剪性和抗渗透能力,也发生了明显的变化,车辆在林区作业时会使土壤的渗透率降低,容重及硬度增大,降低土壤孔隙度,改变其酸碱度,降低有机质和N,P,K等化学元素含量；而土壤理化性质的变化会进一步影响土壤微生物群落的活性,改变其结构,导致CO2排放量降低,CH4和N2O排放量增加。虽然机械化作业压实不会影响土壤总C含量的变化,但是会减少可溶性有机碳的含量,并且影响C矿化速率。对于研究土壤影响的仪器方法方面,根据土壤特性供选择的实验方法和仪器多种多样,不同的方法和仪器有着其特有的优缺点,由于实验环境、条件和操作等因素的差异,很难准确地说明哪一种方法或哪一类仪器有着独特的优越性,因此,需要一套标准的实验方法和实验标准为科研人员提供参考。随着科学技术的发展以及研究的深入推进,土壤性质的测定方法以及仪器也会更加完善,实现测定时间短、操作简单、准确率高和环境适应性强等标准。为了林业生态环境的可持续发展,针对不同林地和作业要求选择合理的作业强度和合适的作业车辆就显得十分重要。鉴于此,应从以下几个方面开展深入研究。

1) 车辆作业对不同类型的林区土壤影响研究。我国森林资源分布广泛、种类丰富并且地区跨度较大,季节变化形成了不同类型的土壤环境。现阶段关于车辆对土壤影响的研究只基于一般性实验并得出结论,没有针对于不同类型的土壤环境进行系统的研究。在实际作业中借鉴这类实验结果进行土壤生态保护研究和车辆选型针对性不强,不利于林区生态建设的精细化推进。科研工作者可以针对沙漠化、石漠化、湿地、天然林、人工林等路况以及季节性土壤特性展开研究。湿地、沙地和土壤冻融状态车辆通过性的研究国内外还鲜有报道,而“林业‘十三五’规划”提出“推进沙漠化石漠化等重点生态区域系统修复” 和“全面保护湿地”等战略,为研究指明了方向。

2) 车辆作业对土壤微生物影响机制的研究。森林土壤中的微生物作为有机质分解和营养物质循环的主要推动者在地下生态系统中扮演着很重要的角色。微生物对土壤环境的变化十分敏感,能够迅速做出反应,所以可以作为衡量森林生态系统功能的指标。目前,国内关于林区车辆作业对土壤微生物产生的影响研究较少,未来可以从细菌和真菌两方面详细探究压实对森林土壤微生物的活性、数量和群落结构等方面的影响,还可以结合土壤物理性质的变化对此方面展开系统性的研究。加强车辆对于土壤微生物各方面影响的研究对保护林区土壤环境具有现实意义。

3) 土壤结构变异对车辆通过性影响的研究。土壤结构变异是影响车辆通过性的重要参数。土壤被林用车辆反复碾压后,土壤结构发生改变,从而影响车辆的动力学性能。当前,很少学者从林用车辆通过后导致土壤结构改变这个角度开展研究,尤其是沼泽、坡路和松软土等特殊土壤被反复压实后土壤结构改变对车辆通过性的影响。研究土壤结构变异给林业车辆通过性带来的影响能够为林用车辆的精细化研发提供可靠的理论依据。

4) 林区土壤地面力学研究。目前,关于土壤地面力学的文献主要为研究农业和建筑施工土壤,关于林区土壤地面力学研究不多,并且年代久远,更新缓慢。林区土壤是通过树木枯枝、落叶、倒木等经过长期的堆积、腐殖后产生的,在东北林区和南方林区又表现出土层结构、土壤类型的明显不同,土壤地面力学性能差异性也很大。加大对不同林分、地区土壤地面力学的研究可以为林业装备设计提供针对性的理论支持。