不同經(jīng)營模式天然次生闊葉林土壤理化性質(zhì)研究

楊會俠

（遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧遼東半島森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，遼寧丹東118003）

試驗研究

不同經(jīng)營模式天然次生闊葉林土壤理化性質(zhì)研究

楊會俠

（遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧遼東半島森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，遼寧丹東118003）

為深入了解不同經(jīng)營模式對土壤理化性質(zhì)的影響，該文對哈爾濱市丹清河林場近自然經(jīng)營、傳統(tǒng)經(jīng)營和對照3種經(jīng)營模式下的天然次生闊葉林土壤理化性質(zhì)進行了研究。結(jié)果表明：天然次生闊葉林土壤物理性質(zhì)受經(jīng)營模式的影響較??；與對照相比，近自然經(jīng)營能顯著提高0～40 cm土層土壤全碳、全氮含量；近自然經(jīng)營和傳統(tǒng)經(jīng)營對提高林地土壤全磷含量有一定的效果；近自然經(jīng)營林分20～40 cm土層土壤全鉀含量顯著低于對照；近自然經(jīng)營顯著提高了土壤緩沖性，并顯著降低了表層土壤C/N比值。由此可知，近自然經(jīng)營在一定程度上能夠改善天然次生闊葉林土壤化學性質(zhì)。

森林經(jīng)營；近自然經(jīng)營；天然次生闊葉林；土壤理化性質(zhì)

森林土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，是森林植被存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎，同時也受森林植被和演替變化的影響[1]。尤其是在森林資源日益緊張的當下，人類為獲取木材采取各種經(jīng)營措施，使得森林植被發(fā)生著劇烈的變化，從而影響著森林土壤的形成和發(fā)育。在人類經(jīng)營森林的幾百年中，始終以獲取最大量木材為目標的傳統(tǒng)經(jīng)營為主導思想，直到20世紀50年代人們才意識到對森林的不合理利用，會導致森林退化、林地生產(chǎn)力下降等問題，因此應該充分利用森林生態(tài)系統(tǒng)的自然機能，實行近自然森林經(jīng)營，從而達到生態(tài)與經(jīng)濟需求的最佳組合[2]。

由于歷史原因，我國在森林經(jīng)營方面遠滯后于西方國家，在世紀之交的10年里，許多專家學者[3-7]借鑒國外經(jīng)驗，利用近自然經(jīng)營理論為我國林業(yè)發(fā)展把脈和出謀劃策，來展望近自然經(jīng)營在我國低產(chǎn)的天然次生林和人工林經(jīng)營中的發(fā)展前景。Wang Shuli[8]認為提高森林的近自然經(jīng)營程度有助于提高森林土壤質(zhì)量。李榮等[9]認為近自然經(jīng)營性的間伐可以促進優(yōu)勢樹種的自然更新，增加林地可利用營養(yǎng)物質(zhì)，促進先鋒樹種或喜光闊葉樹種定居與生長，利于森林有機物質(zhì)積累，增加物種多樣性，促使森林向混交、復層、異齡等方向發(fā)展。羅沛韜等[10]研究表明，近自然經(jīng)營森林方式會大大降低皆伐對林地土壤密度、毛管孔隙度等土壤結(jié)構(gòu)特性的影響。董伯騫等[11]認為近自然經(jīng)營在短期內(nèi)可顯著增強林地枯落物層水土保持功能，是恢復華北落葉松林生態(tài)功能的有效手段。這些研究通過近自然經(jīng)營實踐闡釋了近自然經(jīng)營對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，但仍缺乏近自然經(jīng)營與其他經(jīng)營模式對森林土壤理化性質(zhì)影響的比較。黑龍江省哈爾濱市丹清河林場在進行傳統(tǒng)經(jīng)營的同時，1998年開始利用近自然經(jīng)營方法對天然次生林進行作業(yè)管理，10多年后從林相上看優(yōu)良，目標樹生長旺盛。本文以丹清河林場天然次生落葉闊葉林為研究對象，探討不同森林經(jīng)營模式對土壤理化性質(zhì)的影響，以期為區(qū)域和全國森林資源經(jīng)營活動提供參考和科學依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

丹清河實驗林場地處小興安嶺南坡低山丘陵地帶，東經(jīng)129°11′25″～129°25′52″，北緯46°31′39″～46°39′29″。屬中溫帶大陸性季風氣候，年降水量600 mm左右，≥10℃年有效積溫2 300℃。年平均氣溫2℃。土壤類型為暗棕壤、沼澤土和草甸土，以暗棕壤為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置

在對丹清河林場所有林地全面踏查的基礎上，選擇林齡50 a，立地條件相似，經(jīng)營方式分別為近自然經(jīng)營、傳統(tǒng)經(jīng)營、對照的天然次生闊葉林林分作為調(diào)查樣地，基本情況見表1。在不同經(jīng)營方式的林分內(nèi)隨機設置3塊20 m×20 m的臨時樣方，進行植物種類、生物量和土壤理化性質(zhì)的調(diào)查和取樣。

表1 樣地基本情況

2.2 土壤調(diào)查與取樣方法

在每個樣方內(nèi)按“S”形選5個點，對其中3點挖取土壤剖面，分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三層，每層用2個環(huán)刀采取土樣，方法依據(jù)森林土壤水分-物理性質(zhì)的測定（LY/T 1215—1999）。剩余2點用土鉆打孔，分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三層取土壤樣品，將5點相同層次土壤樣品混合裝入布袋，帶回室內(nèi)陰涼處攤開風干，分別過2 mm和0.25 mm的土壤篩子。

2.3 土壤理化性質(zhì)測定方法

土壤密度、持水量和土壤孔隙度均采用環(huán)刀法測定。全碳采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定（LY/ T 1237—1999）；全氮采用半微量凱氏法測定（LY/T 1228—1999）；全磷采用堿熔-鉬銻抗比色法測定（LY/T 1232—1999）；全鉀采用堿熔-原子吸收分光光度法測定（LY/T 1234—1999）；pH值采用電位法測定（LY/T 1239—1999）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計分析，利用單因素方差分析和最小差異法比較不同經(jīng)營方式對土壤理化性質(zhì)的影響（α=0.05）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營模式土壤物理性質(zhì)

土壤物理性質(zhì)主要包括土壤密度、持水量、孔隙度等。從表2可知，除傳統(tǒng)經(jīng)營林分0～20 cm土層土壤通氣度顯著低于對照外，3種經(jīng)營模式林分相同深度土壤物理性質(zhì)之間差異均不顯著。

表2 不同經(jīng)營模式天然次生闊葉林土壤物理性質(zhì)

3.2 不同經(jīng)營模式土壤化學性質(zhì)

3.2.1 土壤全碳含量

由圖1可以看出：近自然經(jīng)營與傳統(tǒng)經(jīng)營、對照林分內(nèi)0～20 cm和20～40 cm土層土壤全碳含量存在顯著差異（p＜0.05），后兩者之間差異不顯著；3種經(jīng)營模式林分40～60 cm土層土壤的全碳含量差異不顯著；同時還可以看出3種經(jīng)營模式林分土壤全碳含量隨土層深度增加呈下降趨勢。

圖1 不同經(jīng)營模式林分的土壤全碳含量

由圖2可知：近自然經(jīng)營林分0～20 cm和20～40 cm土層土壤全碳貯量顯著高于傳統(tǒng)經(jīng)營和對照林分（p＜0.05），近自然經(jīng)營林分0～20 cm土層土壤全碳貯量是傳統(tǒng)經(jīng)營林分和對照的1.37倍和1.41倍；20～40 cm土層土壤全碳貯量是傳統(tǒng)經(jīng)營林分和對照的1.7倍和2.04倍。3種經(jīng)營模式林分40～60 cm土層土壤全碳貯量沒有顯著差異。由此可知，近自然經(jīng)營林分0～40 cm土壤全碳貯量要遠大于傳統(tǒng)經(jīng)營和對照。

圖2 不同經(jīng)營模式林分土壤全碳貯量

3.2.2 土壤全氮、全磷和全鉀含量

土壤全氮、全磷和全鉀含量是全面衡量土壤養(yǎng)分供應的3大指標。從表3可知，近自然經(jīng)營林分0～20 cm土層土壤全氮含量顯著高于傳統(tǒng)經(jīng)營林分和對照（p＜0.05），20～40 cm土層土壤全氮含量與對照林分有顯著差異（p＜0.05），而傳統(tǒng)經(jīng)營林分與二者差異均不顯著，3種經(jīng)營模式40～60 cm土層土壤全氮含量無顯著差異。

3種經(jīng)營模式0～20 cm、40～60 cm土層土壤全磷含量無顯著差異，20～40 cm土層土壤全磷含量近自然經(jīng)營和傳統(tǒng)經(jīng)營模式顯著高于對照，分別為對照的1.9倍和1.97倍。

3種經(jīng)營模式林分0～20 cm和40～60 cm同一深度土壤中全鉀含量無顯著差異，對照林分20～40cm土壤中全鉀含量為24.697 g·kg-1，顯著高于近自然經(jīng)營和傳統(tǒng)經(jīng)營林分（p＜0.05）。3種經(jīng)營模式林分土壤全鉀平均含量對比與全氮完全相反，對照林分的顯著高于近自然經(jīng)營的（p＜0.05），傳統(tǒng)經(jīng)營的與二者均無明顯差異。

表3 不同經(jīng)營模式下天然次生闊葉林土壤中全氮、全磷、全鉀含量g·kg-1

3.2.3 土壤pH值與C/N比值

土壤pH值是土壤基本性質(zhì)和肥力的重要影響因素之一，一般受成土母質(zhì)和氣候條件的影響，同時也受地形、植被和經(jīng)營措施等因素的影響。從表4可以看出，3種經(jīng)營模式林分土壤pH值均在5.2～5.5，且相同深度不同經(jīng)營模式林分土壤pH值沒有顯著差異，但近自然經(jīng)營林分的土壤平均pH值顯著高于傳統(tǒng)經(jīng)營和對照林分（p＜0.01）。

土壤C/N比值是影響土壤微生物活性的重要因子，受植被、人類經(jīng)營活動等因素的影響。從表4可以看出，近自然經(jīng)營林分的0～20 cm土層土壤C/N比值顯著低于對照（p＜0.05），傳統(tǒng)經(jīng)營與近自然經(jīng)營和對照無顯著差異，3種經(jīng)營模式林分20～40 cm或40～60 cm土層土壤的C/N比值無顯著差異。

表4 不同經(jīng)營模式天然次生闊葉林不同深度土壤pH值與C/N比值

4 結(jié)論與討論

4.1 土壤物理性質(zhì)是評價森林植被、經(jīng)營技術(shù)、人類干擾和氣候因子變化的重要指標[12]。土壤密度小，土壤結(jié)構(gòu)相對疏松、孔隙較多，土壤密度大，土體比較緊實、孔隙較少。本研究中除了0～20 cm土層土壤通氣度和20～40 cm深度土壤非毛管孔隙度在不同經(jīng)營模式間差異顯著外，其他相同深度不同經(jīng)營模式的土壤物理性質(zhì)差異均不顯著，這表明近自然經(jīng)營對天然次生闊葉林土壤物理性質(zhì)影響并不顯著。

4.2 土壤全碳是指存在于土壤中的所有有機物質(zhì)中的碳，土壤全碳庫是陸地碳庫的主要組成部分，在陸地碳循環(huán)研究中有著重要的作用[13]。土壤全碳含量是土壤肥力的重要指標之一，受土壤理化性質(zhì)、植被、氣候條件、人類活動等影響[14]，氮、磷、鉀是土壤重要三大元素，其中全氮含量是土壤肥力變化的指示因子[15]。本研究中近自然經(jīng)營林分0～40 cm土層土壤中的全碳、全氮含量均高于傳統(tǒng)經(jīng)營和對照林分。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是由于近自然經(jīng)營林分主要采用伐劣抑灌的經(jīng)營方式，作業(yè)后枝葉殘體留在林內(nèi)，而傳統(tǒng)經(jīng)營采用干、枝全輸出林地的經(jīng)營方式，枝葉殘體被微生物分解利用后可引起林地土壤全碳、全氮含量明顯增長。

近自然經(jīng)營林分土壤中全鉀含量顯著低于對照林分，這可能是由于鉀元素主要參與細胞分裂，常存在于生長最旺盛的地方。近自然經(jīng)營林分采取的是抑灌伐劣的經(jīng)營方式，被保留林木主要是生長旺盛的優(yōu)樹，細根較多，由于細根周轉(zhuǎn)需要大量的鉀元素，引起鉀離子向細根處轉(zhuǎn)移并被利用，使得近自然經(jīng)營林分土壤中鉀含量較低。而傳統(tǒng)經(jīng)營林分采用的是伐優(yōu)留劣的經(jīng)營模式，林分內(nèi)被保留的是一些生長緩慢的劣株和地上灌草，相對地表部分灌草根系與樹根系所需要K離子相對較少，對照林分基本保留著的是很多年前傳統(tǒng)經(jīng)營后的林分特征，樹木生長勢差，灌草相對豐富，所消耗鉀離子更少，使得林分內(nèi)土壤中鉀的含量相對較高。

4.3 土壤C/N比值是一個比較穩(wěn)定的參數(shù)，與土壤中全碳和全氮含量密切相關(guān)[15]。本研究中3種經(jīng)營模式表層土壤C/N比值在0～20 cm深度有顯著差異，其他深度無顯著差異，這可能與不同經(jīng)營模式留在林地里殘落物的量及C/N比值有關(guān)，這與李海玲等[16]認為這主要因為植被對土壤的作用主要表現(xiàn)在表土層的結(jié)論相一致。

土壤pH值受氣候、母質(zhì)、生物等多因素的影響，本研究中近自然經(jīng)營林分平均土壤pH值比傳統(tǒng)經(jīng)營和對照的高，可能是近自然經(jīng)營過程中林地內(nèi)大量的殘落物分解產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì)，從而有效地緩沖了土壤的酸堿度。

5 結(jié)語

近自然經(jīng)營對天然次生闊葉林土壤物理性質(zhì)的影響并不顯著，但對土壤化學性質(zhì)影響比較大，顯著提高了土壤中全碳、全氮的含量，并顯著降低了林分的全鉀含量。近自然經(jīng)營顯著提高了表層土壤的酸堿緩沖能力。由于土壤理化性質(zhì)的變化是一個復雜的過程，受多方面的因素影響，要研究近自然經(jīng)營對其施加的影響，必須要有長期的觀察研究，同時還要開展相應的經(jīng)營試驗。

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(責任編輯：董莉莉)

Physical and chemical characteristics of soil in natural secondary broadleaved forests with different management modes

YANG Huixia
（Forest Management Research Institute of Liaoning Province,Liaodong Peninsula Forest Ecosystem Research Station,Dandong 118003,China）

In order to understand the influences of management modes on physical and chemical characteristics of soil, we researched the soil physical and chemical characteristics in natural secondary broad-leaved forests of Danqinghe Forest Farm in Harbin,which was managed with three kinds modes,i.e.near-nature management mode,traditional management mode and control.The results indicated that management modes had less influence on physical characteristics of soil in natural secondary broad-leaved forests.Compared with control,near-nature management mode could improve contents of total carbon and total nitrogen in 0～40 cm soil layer.Near-nature and traditional management modes had a certain effectiveness on increase total phosphorus content.In near-nature management forest,total potassium content in 20～40 cm soil layer was remarkably lower than that of control.Near-nature management significantly enhanced the soil buffer capacity,and reduced the C/N significantly.In conclusion,near-nature management mode had certain effectiveness on improving soil chemical properties.

forest management;near-nature management;natural secondary broad-leaved forest;physical and chemical characteristics of soil

S714.2

A

1001-1714（2017）03-0001-05

2017-04-05

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201404303-04）。

楊會俠（1973-），女，高級工程師，主要從事森林經(jīng)營和森林生態(tài)定位觀測工作。E-mail:yhx-s@163.com。