免炼山对南方红壤区桉树人工林土壤性质影响

徐凤翠，邓文相，黄群珍

（广西壮族自治区国有高峰林场，广西壮族自治区 南宁 530001）

1 炼山与免炼山两种不同林地清理方法区别

在人工林地的经营过程中，炼山是最为普遍而且经济的一种林地经营方式，即人为控制的火烧，是一种清理林地的措施[1]。由于炼山经济、方便、有效降低病虫害[2]，同时炼山能在短期内释放大量养分，刺激幼林生长，在我国南方林业生产中曾起到重要作用[3-4]。然而，大面积炼山造成迹地养分损失，水土流失及土壤物理性质退化也引起了人们的极大关注。研究表明，频繁且大范围的烧山并不利于林地生态环境的长期稳定;在土壤的理化性质方面，炼山后的土壤pH会显著提高，土壤有机碳大量转化为无机形态；有效养分过度释放却失去了林地表层植被的保护导致水土流失。杨尚东[5]在对桉树人工林土壤进行为期4个月的研究后，认为炼山在短期内能提高土壤养分含量，但是不利于土壤生态系统的长期稳定。龙涛[6]在对马尾松（Pinus massoniana Lamb）人工林土壤微生物进行研究后发现，炼山后土壤微生物物种丰富度下降13%～47%，多样性指数降低12%～17%，得出炼山会造成土壤微生物多样性显著下降的结论。炼山所带来的生态、环境问题是显而易见的。因此，急需寻找一种经济、生态效益兼备的林地清理方法。

免炼山处理是借鉴了近自然林业经营理论,在发挥经济效益的基础上兼顾生态效益，保留林地采伐剩余物，同时人工清理林地杂草，辅以草甘膦等除草剂的施用，保证目标树种能顺利定植的一种林地清理措施[7]。大量研究表明免炼山造林具有防止水土流失、保持土壤肥力、保护生物多样性、保护林区生态环境、减少二氧化碳及烟尘大量排放、预防和减少森林火灾发生等优点[8]。由于免炼山造林借鉴了近自然林业理论,在发挥经济效益的基础上兼顾生态效益，其生态、环保和社会效益均明显高于炼山造林，利大于弊。

红壤是广西分布最广、面积最大的土壤之一，是中国乃至世界上最重要的土壤资源。研究红壤区典型人工林免炼山造林方式对土壤性质的影响对林地可持续经营、提高人工林经济、生态效益具有重要现实意义。本研究试验地布设于广西国有高峰林场，选取林场内典型红壤区桉树人工林为研究对象，通过试验地布设、土壤采样、实验室分析等一系列工作，探讨炼山与免炼山两种不同林地清理措施对土壤养分以及林木生长量的影响，为人工林地采伐剩余物管理方式提供新的解决措施。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

研究区位于广西南宁国有高峰林场银岭分场（东经108°08′～108°53′，北纬22°49′～23°15′）。属典型南亚热带气候，夏长冬短，热量丰富，四季分明，雨量充沛。年平均气温21℃，大于或等于10℃，活动积温7 500℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-2℃，在高山山顶部有雪，一般2～3 d可融化。年降水量1 200～1 500 mm，多集中在6月—9月，年蒸发量1 250～1 620 mm，蒸发量稍大于降雨量。年日照时数1 450～1 650 h，相对湿度80%以上。研究区海拔均低于300 m，土壤类型以第四纪红土母质发育而来的赤红壤为主，质地为中壤至轻黏，保水保肥尚好。

2.2 试验地布设

试验地共2种处理，炼山（B）、免炼山（N），每种处理各设置3个重复，共计6个20 m×20 m标准样地，样地均为尾叶桉（Eucalyptus urophylla）新造林。杂草类型有东方乌毛蕨（Blechnum orientale L.）、铁芒箕（Dicranopteris dichotoma Bernh）、五节芒（Miscanthus floridulus）、盐肤木（Rhus chinensis Mill.）。林木采伐时间为2018年10月，试验处理为当年12月，次年1月造林，2019年12月进行林地基础信息与生长量调查，林地概况见表1所示。

表1 林地概况Tab.1 Overview of forest land

高峰林场林地清理技术规程。（1）炼山处理。全部伐倒林地内的藤类、杂草、灌木，伐根要求20 cm以下。需要炼山的，隔火线一般要求宽15 m以上，危险地段20 m以上，隔火线内刮净杂草、落叶、腐朽木等，直至实泥，报经相关部门验收合格后按有关用火规定炼山，并把烧不完的枝丫等剩余物归堆烧干净。（2）免炼山处理。清山：用割草灌机将林地上的杂灌、竹类、藤类、芒类等植物全部割除，要求伐根低于20 cm。过长的植物用机械分段截断，并统一推放到带外，确保不影响到后面工序的施工。扒带：沿等高线清理出一条宽度为100 cm的带，带内要求将一切杂灌铲除干净直至表土。带间距与相应的造林密度的行距相同。

2.3 土壤样品采集

炼山、免炼山处理后1年进行土壤样品采集。在每个标准地内，采用环刀法和布袋法采集土壤混合样品（0～40 cm）。每标准地表层取3个环刀样（100 cm3），环刀法用于测土壤物理性质。同时采集表层土壤500 g，用于土壤化学性质测定。

2.4 土壤样品测定

土壤物理性质采用环刀法测定土壤pH：水浸提后用pH计进行测定（1∶2.5土水比）；有机质：重铬酸钾-浓硫酸高温外热法，分光光度计测定；全氮、碱解氮：凯氏定氮法，全自动间断化学分析仪测定；全磷、全钾：氢氧化钠熔融法，全磷用全自动间断化学分析仪测定，全钾用火焰光度计测定；有效磷、速效钾采用Mehlich 3联合浸提法，原子吸收分光光度计测定[11]。

2.5 数据处理与分析

单因素方差分析是检验在单一因素影响下，一个或多个因变量各因素水平分组下总体均值之间的差异是否具有统计意义的一种常用统计方法。可以通过分析结果的F值或者P值来确定该因素是否影响因变量的显著性。同时还可以进一步对各因素水平分组下总体均值进行两两比较，判断它们两两之间是否存在显著性。所有的数据和图表均采用Excel 2016、SPSS 19.0完成。

3 结果与分析

3.1 土壤物理性质

同列不同小写字母表示差异性显著p<0.05（下同）。

对炼山、免炼山处理尾叶桉人工林土壤物理性质进行方差分析Tukey差异性检验后，各差异性显著指标如表2所示。两种处理土壤物理性质除比重并未表现出显著差异性（p>0.05），其余各项指标差异显著（p<0.05）。炼山处理土壤密度为1.22，与免炼山处理相比，密度显著增加17.31%（p<0.05），土壤毛管孔隙度与肥毛管孔隙度分别为38.53%、5.45%，显著低于免炼山处理（p<0.05）。炼山处理土壤总孔隙度为43.98%，与免炼山处理的59.81%相比，下降35.99%。

表2 炼山与免炼山土壤物理性质差异性分析Tab.2 Analysis on the difference of soil physical properties

3.2 土壤化学性质

对炼山、免炼山处理尾叶桉人工林土壤化学性质进行方差分析Tukey差异性检验后，各差异性显著指标见表2所示。研究区土壤呈酸性，炼山处理土壤pH略高于免炼山处理，但并未表现出显著差异性（p>0.05）。炼山处理一年后，土壤有机质含量为21.11 g/kg，显著低于免炼山处理的28.29 g/kg，下降了25.37%。其原因在于土壤有机质在火烧过程中被蒸发、氧化和焦化，大部分损失的有机碳转换为CO2和CO等气体进入大气中，只有少部分转换为黑炭进入土壤稳定碳库。

从土壤大量养分元素来看，炼山处理全氮、全磷含量分别为1.51 g/kg、0.18 g/kg均低于免炼山处理，全钾含量为23.25 g/kg，相比免炼山处理显著增加了52.25%（p<0.05），这是由于在烧山过程中，枯枝落叶均被烧毁，释放了大量的钾元素，即使有表面径流与雨水冲刷损失的部分养分元素，其总体含量仍然很高。从速效养分元素来看，炼山处理土壤有效磷含量为0.15 mg/kg显著低于免炼山处理（p<0.05），碱解氮与速效钾含量分别为95.78 mg/kg、116.87 mg/kg，相比免炼山处理的83.54 mg/kg、85.31 mg/kg显著增加了14.65%、36.70%（p<0.05），由于炼山处理后地表裸露，同时研究区域土壤为富铝缺磷的酸性红壤，因此磷元素流失较为严重。

表3 炼山与免炼山土壤化学性质差异性分析Tab.3 Analysis on the difference of chemical properties of the soil

4 结论

研究结果表明，南方红壤区尾叶桉人工林炼山后一年，土壤密度显著上升，总孔隙度显著下降，不利于植物根系良性发育。有机质含量、全磷、有效磷含量显著下降，相比免炼山处理，炼山处理后土壤理化性质呈现退化趋势，有机质含量大幅度下降不利于土壤长期的保肥保水能力。因此，在南方红壤区尾叶桉人工林的生产实践中，建议推广免炼山造林，保证人工林的健康、生态、可持续经营。