皆伐對(duì)杉木林土壤物理性質(zhì)的短期影響

王 敏，列淦文，黃香蘭，葉龍華，吳 敏,3

(1. 佛山市國(guó)營(yíng)云勇林場(chǎng)，廣東 高明 528518； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 廣東 廣州 510642；3. 琉球大學(xué)理學(xué)院，日本 沖繩 903-0213)

皆伐對(duì)杉木林土壤物理性質(zhì)的短期影響

王 敏1，列淦文2，黃香蘭2，葉龍華2，吳 敏2,3

(1. 佛山市國(guó)營(yíng)云勇林場(chǎng)，廣東 高明 528518； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 廣東 廣州 510642；3. 琉球大學(xué)理學(xué)院，日本 沖繩 903-0213)

用環(huán)刀采集皆伐半年后的杉木林皆伐跡地土壤剖面0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35 、35～40、40～45、45～50、65～70和90～95cm土層的土樣，測(cè)定其土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量等。結(jié)果表明：隨著土層深度的增加，皆伐跡地的土壤容重和毛管孔隙度增加，非毛管孔隙度波動(dòng)性下降，總孔隙度和毛管持水量下降后微升；與杉木林地表土層的土壤相比，皆伐跡地表土層土壤的容重、孔隙度和毛管持水量均有所下降。

杉木林；皆伐；土壤容重；毛管孔隙度；非毛管孔隙度；總孔隙度；毛管持水量

土壤水分影響林木的養(yǎng)分吸收和蒸騰等生理活動(dòng)，土壤容重和孔隙度影響林木根系的生長(zhǎng)和呼吸，因而土壤物理性質(zhì)對(duì)林木的生長(zhǎng)起著重要作用[1]，并受到廣泛重視[2-7]。杉木(Cunninghamialanceolata)是我國(guó)南方主要造林和用材樹種之一。當(dāng)杉木林成熟時(shí)，通常是皆伐后將樹干運(yùn)走, 枝葉則留在林地。皆伐后的林地光照增強(qiáng)，溫度變幅增大，加上枝葉殘留物影響著土壤的物理特性。 杉木是佛山市云勇林場(chǎng)的主要用材樹種之一。2004年10月云勇林場(chǎng)皆伐了一片10年生杉木林。薛立等[8]曾報(bào)道過該皆伐跡地半年后土壤化學(xué)性質(zhì)的變化，我們對(duì)其土壤物理性質(zhì)進(jìn)行研究，以全面了解其土壤特性，為杉木林土壤資源的合理利用提供參考。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于廣東省佛山市云勇林場(chǎng)，該區(qū)位于112°40′E、22°43′N，屬于亞熱帶氣候。其氣候溫和，年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫分別為22、34.5、3.5℃，偶有霜凍；雨量充沛，年降雨量平均達(dá)2000 mm，集中在4—8月，年平均相對(duì)濕度80%； 地貌屬丘陵地帶，土壤為花崗巖發(fā)育的酸性赤紅壤，土層深厚。

皆伐前林分為連栽第2代10年生杉木林，林下植被以烏毛蕨(BlechnumorientaleL.)為主，2003年4月皆伐后將林木的枝葉留置采伐跡地。皆伐半年后，林下植物以芒草(MiscanthussinensisAnderss.)和蔓生莠竹(Microstegiumgratun(Hack) A. Camus.)為主。試驗(yàn)地坡度為27°，坡向約為南偏西70°，采樣前未進(jìn)行煉山和整地[8]。

2 研究方法

2.1土壤樣品采集

2004年10月在采伐跡地和10年生杉木林地(對(duì)照)中部各挖1 m深的土壤剖面，按0～5、5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35、35～40、40～45、45～50、65～70、90～95cm 共分12個(gè)土層，用環(huán)刀采集各土層的土壤樣品，重復(fù)3次。

2.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度和毛管持水量的計(jì)算方法如下[9]:

毛管孔隙度(%)=毛管持水量×土壤容重

非毛管孔隙度(%)=總孔隙度-毛管孔隙度

采用Microsoft Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、作圖和T-test進(jìn)行平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1土壤容重的變化

隨著土壤深度的增加，采伐跡地的土壤容重從0～5cm土層的1.10g/cm3增加到45～50cm土層的1.47 g/cm3，然后下降；杉木林地的土壤容重從0～5cm的1.05g/cm3增加到20～25cm土層時(shí)增加到1.41g/cm3，接著下降，然后在35～40cm土層時(shí)上升到1.47g/cm3的最大值后下降(見圖1、表1)?？傮w來看，隨著土層深度的增加土壤趨于緊密。

3.2土壤孔隙度的變化

采伐跡地的土壤毛管孔隙度呈緩慢增加趨勢(shì)，范圍在38.79%到44.77%之間；杉木林地的土壤毛管孔隙度呈波動(dòng)性變化，范圍在42.54%到48.48%之間(見圖2、表1)。

采伐跡地的土壤非毛管孔隙度波動(dòng)性下降，從0～5cm土層的20.24%減少到45～50cm土層的1.09%，然后上升到90～95cm土層的3.13%；杉木林地的土壤非毛管孔隙度從0～5cm土層的14.37%減少到40～45cm土層的2.61%，然后上升到90～95 cm土層的4.43%(見圖3、表1)。

圖1 不同林地的土壤容重Fig.1 Soil bulk density of different woodlands

圖2 不同林地的土壤毛管孔隙度Fig.2 Soil capillary porosity of different woodlands

采伐跡地的土壤總孔隙度從0～5cm土層的59.29%下降到35～40cm土層的46.48%后略微上升；杉木林地的土壤總孔隙度從0～5cm土層的60.97%下降到20～25cm土層的47.70%后輕微波動(dòng)，在35～40cm土層達(dá)到最小值，為45.42%(見圖4、表2)。

3.3土壤毛管持水量的變化

采伐跡地的土壤毛管持水量從0～5cm土層的36.14%下降到30～35cm土層的27.10%，然后逐漸上升到90～95cm土層的31.99%；杉木林地的土壤毛管持水量從0～5cm土層的44.22%上升到5～10cm土層的49.95%，然后波動(dòng)下降，并在35～40cm土層達(dá)到28.87%的最小值(見圖5、表2)。

3.4采伐跡地和杉木林地土壤物理性質(zhì)對(duì)比分析

除了20～25cm土層外，采伐跡地各土層的土壤容重大于或接近于杉木林地的相應(yīng)土層， 其中5～10、25～30、30～35 、45～50和65～70cm土層顯著(P<0.05)大于后者(見表1)。采伐跡地90～95cm土層的毛管孔隙度與杉木林地接近，其余土層小于后者，其中0～5、5～10、15～20、25～30、30～35 、45～50和65～70 cm土層顯著小于后者(P<0.05)。采伐跡地25～30和35～40cm土層的非毛管孔隙度大于杉木林地的相應(yīng)土層，0～25cm的各土層和30～35cm土層顯著大于后者，而40～45cm土層小于后者，45～ 95的各土層顯著小于后者(P<0.05)。

圖3 不同林地的土壤非毛管孔隙度 Fig.3 Soil non-capillary porosity of different woodlands

圖4 不同林地的土壤總孔隙度Fig.4 Soil total porosity of different woodlands

圖5 不同林地的土壤毛管持水量Fig.5 Soil capillary moisture capacity of different woodlands

表1 不同土層的土壤土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.1 Soilbulkdensity,capillaryporosityandnon-capillaryporosityofdifferentlayers土層(cm)土壤容重(g/cm3)毛管孔隙度(%)非毛管孔隙度(%)采伐跡地杉木林地采伐跡地杉木林地采伐跡地杉木林地0～5 1.10±0.11A1.05±0.02A39.05±2.77B46.60±1.22A20.24±1.32A14.37±1.80B5～101.23±0.05A1.06±0.01B41.50±1.24B53.04±1.79A13.02±0.53A7.63±1.42B10～151.26±0.18A1.26±0.11A42.53±0.74A46.52±3.15A10.69±1.20A6.66±0.98B15～201.31±0.21A1.31±0.02A39.73±0.81B45.37±2.15A11.75±1.54A6.05±1.53B20～251.34±0.01A1.41±0.07A43.29±1.00A44.04±2.42A6.91±1.55A3.66±0.34B25～301.44±0.00A1.31±0.01B41.58±1.23B47.13±0.47A5.02±1.09A4.18±0.23A

續(xù)表1 不同土層的土壤土壤容重、毛管孔隙度和非毛管孔隙度(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.1 Soilbulkdensity,capillaryporosityandnon-capillaryporosityofdifferentlayers土層(cm)土壤容重(g/cm3)毛管孔隙度(%)非毛管孔隙度(%)采伐跡地杉木林地采伐跡地杉木林地采伐跡地杉木林地30～351.43±0.02A1.33±0.02B38.79±0.75B46.75±0.74A8.17±0.05A4.03±0.16B35～401.45±0.06A1.47±0.01A42.28±0.20A42.54±0.27A4.20±1.01A2.88±0.09A40～451.46±0.06A1.40±0.02A43.68±1.27A45.09±0.66A2.30±1.77A2.61±0.10A45～501.47±0.07A1.30±0.03B44.63±0.42B47.23±1.61A1.09±0.48B4.57±0.46A65～701.41±0.04A1.27±0.02B44.25±1.25B48.48±0.82A3.40±0.13B4.55±0.26A90～951.41±0.09A1.37±0.01A44.77±0.92A44.70±0.41A3.13±0.28B4.43±0.33A 注:表中不同字母表示差異顯著,相同字母表示差異不顯著;檢驗(yàn)的顯著性水平為P=0.05;n=3。下同。

采伐跡地各土層土壤總孔隙度小于或接近于杉木林地的相應(yīng)土層，其中5～10、25～30、30～35 、45～50和65～70cm土層顯著小于后者(P<0.05)(見表2)。采伐跡地20～25和35～40 cm土層的毛管持水量接近杉木林地的相應(yīng)土層，其余土層小于或顯著小于后者(P<0.05)。

表2 不同土層的土壤總孔隙度和毛管持水量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.2 Soiltotalporosityandcapillarymoisturecapacityofdifferentlayers土層(cm)總孔隙度(%)毛管持水量(%)采伐跡地杉木林地采伐跡地杉木林地0～5 59.29±4.09A60.97±0.78A36.14±6.15A44.22±0.94A5～1054.52±1.77B60.67±0.49A33.89±2.33B49.95±2.23A10～1553.22±6.54A53.18±3.90A34.42±5.40A37.10±6.35A15～2051.49±7.73A51.41±0.62A31.02±4.33A34.60±2.07A20～2550.20±0.55A47.70±2.48A32.19±0.38A31.28±3.20A25～3046.60±0.13B51.31±0.24A28.84±0.92B35.85±0.54A30～3546.96±0.71B50.78±0.75A27.10±0.89B35.19±1.08A35～4046.48±2.21A45.42±0.36A29.31±1.35A28.87±0.37A40～4545.98±2.28A47.70±0.57A29.96±0.39B31.94±0.81A45～5045.73±2.48B51.80±1.16A30.51±1.10B36.32±2.08A65～7047.65±1.13B53.03±0.79A31.34±1.56B38.24±1.27A90～9547.91±3.20A49.13±0.27A31.99±2.62A32.55±0.42A

4 結(jié)論與討論

采伐跡地和杉木林地的土壤容重均隨著土層深度的增加而呈增加趨勢(shì)，這可能與森林地表凋落物的積累、有機(jī)質(zhì)含量高和根系分布密集有關(guān)。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤物理性質(zhì)[10]，特別是容重有重要影響[11]。采伐跡地光照強(qiáng)度和水熱變化劇烈，有利于大量采伐剩余物的分解及有機(jī)質(zhì)的礦化作用[12]，可以使表土層有機(jī)質(zhì)含量顯著增加[13]，土壤變得疏松。杉木林地表的凋落物有利于有機(jī)質(zhì)積累，可以改善土壤的物理性質(zhì)[14], 減少容重。隨著土層深度的增加，向下面土層淋溶的有機(jī)質(zhì)減少，土壤容重增加。

采伐跡地毛管孔隙度隨著土層深度的增加呈緩慢增加趨勢(shì)，這可能是在森林的皆伐過程中，人為踐踏和林木對(duì)土壤的撞擊造成了上層土壤的毛管孔隙度減少有關(guān)。杉木林地沒有受到采伐影響，所以毛管孔隙度變化規(guī)律不明顯。隨著土層深度的增加，采伐跡地和杉木林地的土壤非毛管孔隙度和總孔隙度均呈下降趨勢(shì)，可能與深層土壤的有機(jī)質(zhì)減少，土壤變得緊實(shí)有關(guān)。

人為干擾活動(dòng)會(huì)踩踏壓實(shí)土壤, 影響土壤的顆粒組成、土壤孔隙的數(shù)量和土壤持水性能[15]。采伐過程中人為踐踏和林木對(duì)土壤的撞擊能引起土壤容重和硬度增加，非毛管孔隙度的減少[16]，因此，采伐跡地0～10 cm土層的容重、0～20cm土層的毛管孔隙度和毛管持水量以及0～25cm土層的非毛管孔隙度小于杉木林地的相應(yīng)土層。

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(文字編校：唐效蓉，龔玉子)

Short-termeffectofclearcuttingonsoilphysicalpropertiesinChinesefirstand

WANG Min1，LIE Ganwen2，HUANG Xianglan2, YE Longhua2, WU Min2,3

(1.Yunyong Forest Farm of Foshan City, Gaoming 528518, China； 2.College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 3.Faculty of Science, University of the Ryukyus, Okinawa 903-0213, Japan)

The soil physical properties of Chinese fir stand after clear cutting based on the determination of soil bulk density, capillary porosity, non-capillary porosity, total porosity and capillary moisture capacity at different layers (0～5 cm, 5～10 cm, 10～15 cm, 15～20 cm, 20～25 cm, 25～30 cm, 30～35 cm, 35～40 cm, 40～45 cm, 45～50 cm, 65～70 cm and 90～95 cm). The results showed that with the increase of soil depth, the soil bulk density and capillary porosity increased, while non-capillary porosity decreased after fluctuation, and total porosity and capillary moisture capacity decreased followed by a slight increase in clear cutting slash. The soil bulk density, porosity and capillary moisture capacity decreased in upper soil layers of the clear cutting slash compared with those of the Chinese fir stand.

Chinese fir stand; clear cutting; soil bulk density; capillary porosity; non-capillary porosity; total porosity; capillary moisture capacity

2012-02-06

2012-05-24

廣東省林業(yè)局項(xiàng)目 (4400-07041)。

王 敏(1984-)，女，重慶市人，助理工程師,學(xué)士，主要從事森林土壤研究。

S 714.2

A

1003-5710(2012)03-0018-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2012. 03. 005