紅松人工林土壤理化性質(zhì)對撫育間伐的響應(yīng)

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）

紅松人工林土壤理化性質(zhì)對撫育間伐的響應(yīng)

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）

為評價不同間伐強度對紅松人工林土壤環(huán)境的長期影響，對弱度、中度、強度、極強度4種間伐強度和未間伐（對照）的紅松人工林土壤理化性質(zhì)進行了研究。結(jié)果表明：撫育間伐明顯提高林分平均胸徑，有利于林分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；除弱度間伐外，中度、強度與極強度撫育間伐有效地降低了土壤容重，總孔隙度和非毛管孔隙度增大，毛管持水量和非毛管持水量明顯提高，土壤物理性質(zhì)明顯改善，且以中度間伐效果最佳；撫育間伐不同程度地改變了土壤pH值，除弱度間伐外，其他強度間伐均提高了全氮和堿解氮含量、全磷和有效磷含量、全鉀和有效鉀含量，且以中度間伐效果最佳，但間伐強度對土壤有機碳影響并不顯著。因此，為維持紅松人工林土壤的持續(xù)生產(chǎn)力，應(yīng)以適宜的間伐強度進行森林經(jīng)營活動。

撫育間伐；紅松人工林；土壤理化性質(zhì)

紅松是我國珍貴用材樹種之一，是東北地區(qū)頂極植被群落針闊混交林的重要建群樹種。優(yōu)良的木材材質(zhì)和獨特風(fēng)味的堅果使得紅松的經(jīng)濟價值一路攀升，但由于天然紅松林面積的急劇減少，發(fā)展紅松的人工栽培成為滿足人們對球果、木材需求的最重要途徑。近幾十年來紅松人工林在我國東北地區(qū)得到了快速發(fā)展，尤其是以紅松大徑材培育和紅松籽生產(chǎn)為主要目標(biāo)的紅松果材兼用林種植面積越來越大，已經(jīng)成為我國東北地區(qū)商品林主要經(jīng)營模式之一[1]。土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)內(nèi)植被生長的基礎(chǔ)，同時植被生長狀況也反作用于土壤。不同的森林經(jīng)營活動不同程度地改變了林地植被生長狀況，并隨著時間推移使林地土壤性質(zhì)發(fā)生變化。了解森林土壤理化性質(zhì)的變化，掌握森林生態(tài)系統(tǒng)土壤與植被相互作用規(guī)律，是全面認(rèn)識森林生長規(guī)律與合理制定森林經(jīng)營策略的重要理論依據(jù)。本文通過比較不同間伐強度紅松人工林土壤理化性質(zhì)來探討森林經(jīng)營活動過程中森林土壤與紅松人工林的互作機制，以期為進一步了解紅松人工林生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)律和合理制定紅松人工林經(jīng)營管理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗地位于遼寧省東部山區(qū)的本溪縣草河口鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°51′、北緯40°53′，海拔高度為280 m。本地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。年平均降水量為926.3 mm，年平均氣溫為9.5℃。年平均日照時數(shù)2 800 h，年平均濕度60%。遼東山區(qū)土壤主要基巖為花崗巖、片麻巖、玄武巖和其它變質(zhì)巖，主要土壤種類為棕壤和暗棕壤。遼東山區(qū)植被類型豐富，全地區(qū)屬長白植物區(qū)系，原生地帶性植被已被破壞殆盡，目前以天然次生林和紅松、落葉松等人工林為主。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與設(shè)置

試驗地位于遼寧省森林經(jīng)營研究所試驗林場的解放林，為1949年營造的紅松人工純林，造林前植被為山楊和樺樹次生林。對紅松人工林生長狀況進行調(diào)查，標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置于1967年，設(shè)有保留原有株數(shù)的對照區(qū)和4個不同間伐強度調(diào)查樣地，分別包括弱度間伐區(qū)、中度間伐區(qū)、強度間伐區(qū)和極強間伐區(qū)，每塊樣地面積0.1 hm2。每2～3a調(diào)查1次標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)紅松生長狀況，試驗地于1967年、1984年、1994年、2005年和2012年共經(jīng)歷了5次間伐。

2014年8月在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)除每木檢尺外，同時分別隨機布設(shè)3個2 m×2 m和3個1 m×1 m的小樣方進行灌木和草本植被調(diào)查，分別記錄種名、蓋度、株數(shù)、株高等，并按“S”形設(shè)置5點做土壤剖面，分上、下兩層（即A層、B層）取土壤樣品，分別留做土壤物理和化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)測定。

1.2.2 土壤理化性質(zhì)測定

土壤容重、土壤孔隙度、土壤持水量、土壤滲透系數(shù)測定等采用環(huán)刀法[2]；pH值測定采用pH計法；全氮測定采用凱氏定氮法；堿解氮測定采用堿解擴散法；全磷測定采用氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法；有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；全鉀測定采用氫氧化鈉堿熔-原子吸收法；速效鉀測定采用乙酸銨浸提-原子吸收法。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

文中所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間伐強度下紅松人工林生長狀況

通過紅松人工林撫育間伐試驗45 a的觀測數(shù)據(jù)（表1）來看，隨著林齡增長，林分的平均胸徑不斷提高。與對照相比，撫育間伐顯著提高了林分的平均胸徑，且隨著間伐強度的提高，平均胸徑增長加快，這可能是由于撫育間伐改善林分的光、熱和土壤條件，減少了存留人工紅松植株的種間競爭，促進了其快速生長。

2.2 撫育間伐對紅松人工林土壤物理性質(zhì)的影響

2.2.1 撫育間伐對紅松人工林土壤容重的影響

土壤容重是表征土壤密實程度的指標(biāo)。從表2可以看出，總體上紅松人工林土壤A層的容重小于B層。不同間伐強度林分土壤容重表現(xiàn)為：中度間伐<強度間伐＜極強間伐＜對照＜弱度間伐，間伐林分平均土壤容重均小于對照，且以中度間伐平均土壤容重最小。分層來看，不同間伐強度林分的土壤A層容重與平均容重具有相同的趨勢，B層土壤容重之間沒有顯著差異。

2.2.2 撫育間伐對紅松林土壤孔隙度的影響

土壤孔隙度指土壤中孔隙占土壤總體積的百分率，土壤孔隙按其直徑的大小可分為毛管孔隙和非毛管孔隙。從表2可以看出：紅松人工林土壤A層的平均總孔隙度大于B層的；不同間伐強度土壤平均總孔隙度表現(xiàn)為：弱度間伐＜對照＜中度間伐＜強度間伐＜極強間伐，總體上表現(xiàn)為間伐林分土壤總孔隙度大于對照；間伐對同層土壤孔隙度影響不顯著。

紅松人工林土壤A層的毛管孔隙度大于B層；間伐對土壤平均毛管孔隙度和同層毛管孔隙度均沒有顯著影響；紅松人工林土壤A層的非毛管孔隙度小于B層；間伐對土壤B層非毛管孔隙度沒有產(chǎn)生顯著影響，但對A層和平均非毛管孔隙度的大小影響顯著（p＜0.05），間伐林分的非毛管孔隙度比對照大，以中度間伐非毛管孔隙度最大（表2）。

表1 不同間伐強度紅松人工林歷次間伐后群落結(jié)構(gòu)

表2 不同間伐強度紅松人工林土壤物理性質(zhì)

2.2.3 撫育間伐對紅松人工林土壤持水量影響

從表2可以看出：A層土壤的毛管持水量大于B層；A層土壤平均毛管持水量、同層毛管持水量有隨著間伐強度增大呈增加的趨勢，但沒有顯著差異。除對照外，A層土壤的非毛管持水量小于B層；土壤平均非毛管持水量呈現(xiàn)出對照＜弱度間伐＜強度間伐＜極強間伐＜中度間伐；間伐對同層土壤非毛管持水量沒有顯著影響。

2.2.4 撫育間伐對紅松人工林土壤滲透性的影響

從表2可以看出：土壤A層平均穩(wěn)滲速率大于B層；間伐對土壤平均穩(wěn)滲速率、同層穩(wěn)滲速率有比較一致的影響，呈現(xiàn)出弱度間伐＜對照＜中度間伐＜極強間伐<強度間伐，基本上間伐林分的滲透性大于對照的滲透性。

2.3 撫育間伐對紅松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3.1 撫育間伐對紅松人工林土壤pH值的影響

土壤pH值指的是土壤溶液的酸堿性，主要受母巖風(fēng)化過程影響，同時與地上植被相互作用。從表3來看，紅松人工林土壤呈偏酸性，pH值在5.72～ 6.50，B層土壤pH值小于A層；不同間伐強度下紅松人工林土壤pH值表現(xiàn)為極強間伐＜弱度間伐＜對照＜強度間伐＜中度間伐；間伐對A、B兩層土壤pH值影響基本一致，其中A層土壤表現(xiàn)為強度間伐＜極強間伐＜對照＜弱度間伐＜中度間伐，B層土壤表現(xiàn)為弱度間伐＜極強間伐＜對照＜強度間伐＜中度間伐；整體表現(xiàn)為中度間伐的紅松人工林土壤pH值更接近中性。

表3 不同間伐強度紅松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)

2.3.2 撫育間伐對紅松人工林土壤有機碳含量的影響

土壤有機碳主要指土壤中腐殖質(zhì)、動植物殘體和微生物等所含碳的總體。從表3可以看到，除對照外紅松人工林土壤A層土壤中的有機碳含量高于B層；不同間伐強度下的土壤有機碳含量呈極顯著差異，且表現(xiàn)為強度間伐＜弱度間伐＜中度間伐＜極強間伐＜對照；間伐對A、B兩層土壤中有機碳含量的影響分別為強度間伐＜弱度間伐＜中度間伐＜對照＜極強間伐和弱度間伐＜強度間伐＜極強間伐＜中度間伐＜對照。

2.3.3 撫育間伐對紅松人工林土壤氮含量的影響

氮是植物生長非常重要的一種大量元素，氮含量的高低是衡量土壤養(yǎng)分高低的重要指標(biāo)，本次以全氮和堿解氮含量來比較不同間伐強度對紅松人工林土壤氮元素的影響。從表3可以看出，紅松人工林A層土壤中全氮和堿解氮含量高于B層的；平均全氮含量呈現(xiàn)出弱度間伐＜對照＜中度間伐＜強度間伐＜極強間伐，而平均堿解氮含量呈現(xiàn)出弱度間伐＜中度間伐＜對照＜強度間伐＜極強間伐；撫育間伐對A、B兩層土壤中的全氮含量和堿解氮含量影響基本一致，也均以極強間伐的含量最高，弱度間伐的最低。

2.3.4 撫育間伐對紅松人工林土壤磷含量的影響

土壤中的磷也是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素之一。土壤全磷是土壤中各種磷的總和，根據(jù)其可利用程度的高低又分為有效磷和難利用磷。從表3可以看到，紅松人工林A層土壤全磷平均含量高于B層的；撫育間伐對土壤平均全磷含量和B層全磷含量無明顯影響，但對A層有明顯影響（p＜0.05），間伐可以顯著提高A層土壤全磷含量，表現(xiàn)為弱度間伐＜對照＜中度間伐/強度間伐＜極強間伐。從表3還可以看出，紅松人工林弱度間伐和極強間伐下土壤A層的有效磷含量高于B層的，而中度和強度間伐下的土壤A層有效磷含量低于B層；撫育間伐對有效磷含量有顯著影響（p＜0.05），平均有效磷含量呈現(xiàn)出對照＜弱度間伐＜極強度間伐＜強度間伐＜中度間伐；同時撫育間伐對A層、B層土壤有效磷含量影響與平均含量影響基本一致，均以中度間伐的最高。

2.3.5 撫育間伐對紅松人工林土壤鉀含量的影響

土壤中的鉀是植物生長發(fā)育必需的另一種大量元素，植物生長量的高低很大程度上與土壤中鉀含量的高低相關(guān)。土壤全鉀是各種鉀的總和，速效鉀是能被植物快速吸收利用的那部分鉀，全鉀含量的高低表征土壤提供鉀的總潛力，而速效鉀含量大小則是土壤現(xiàn)實肥力高低的重要指標(biāo)。從表3可以看出，紅松人工林中土壤A層中的全鉀含量基本高于B層的；撫育間伐對土壤A層、B層及平均全鉀含量影響基本一致，均以強度間伐最高，弱度間伐最低；土壤A層中的速效鉀明顯高于B層的；不同間伐強度土壤速效鉀含量無顯著差異，但撫育間伐對A層和B層的速效鉀含量有一定的影響，均以中度間伐的最高，弱度間伐和極強間伐的較低。

3 結(jié)論與討論

3.1 撫育間伐有利于紅松人工林林分的生長

撫育間伐對林分結(jié)構(gòu)具有直接而顯著的影響，本研究發(fā)現(xiàn)間伐可以提高林分連年胸徑生長量，且隨著撫育強度的增加，林分內(nèi)保留樹木平均胸徑也增大，這與許多研究結(jié)果相似[3-4]，撫育間伐減少了紅松人工林的種內(nèi)競爭，使得單株樹木獲得更多的資源以利于其生長。

3.2 撫育間伐有利于紅松人工林土壤物理性質(zhì)的改善

撫育間伐是森林經(jīng)營，尤其是人工林經(jīng)營的一項關(guān)鍵性措施，會使林地土壤的理化性質(zhì)發(fā)生變化，已有學(xué)者將土壤作為森林間伐效果的評價指標(biāo)[5]。本研究中除弱度間伐外，其他撫育間伐均使紅松人工林中土壤的容重變小，土壤密實程度降低，總孔隙度和非毛管孔隙度增大，土壤通氣性增強，毛管持水量和非毛管持水量明顯提高，平均穩(wěn)滲速率增大，土壤保水供水能力增強，但不同間伐強度所產(chǎn)生的改良效應(yīng)有明顯差異，總體上以中度間伐各項指標(biāo)的改良程度最大。這個結(jié)論與其他研究基本一致，雷相東等[6]認(rèn)為撫育間伐可使落葉松云冷杉混交林內(nèi)土壤物理性質(zhì)有所改善，總孔隙度和毛管孔隙度增大。趙朝輝等[7]對杉木林的研究也說明了間伐5 a后，土壤容重下降，土壤質(zhì)量含水量、容積含水量、貯水量、毛管持水量、最小持水量、毛管孔隙度、總孔隙度均有所提高。賈忠奎等[8]對北京山區(qū)側(cè)柏人工林間伐試驗也同樣證明了撫育間伐可有效改善林分土壤物理性質(zhì)。

3.3 撫育間伐有利于紅松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)的改善

撫育間伐是施加到森林生態(tài)系統(tǒng)的人為干擾活動，能改變林分結(jié)構(gòu)組成和林內(nèi)小氣候，從而可能影響土壤的化學(xué)性質(zhì)。不同間伐強度下土壤化學(xué)性質(zhì)研究結(jié)果表明：中度間伐的紅松人工林土壤pH值更接近中性；隨間伐強度提高，紅松人工林土壤中全氮含量和堿解氮含量提高；撫育間伐提高了土壤中全磷和有效磷含量，其中有效磷含量以中度間伐最高；強度間伐的紅松人工林土壤中全鉀含量最高，弱度間伐的最低，而速效鉀含量均以中度間伐最高；間伐對土壤有機碳含量的影響卻沒有明顯的規(guī)律性；綜合來看，中度間伐紅松人工林土壤化學(xué)性質(zhì)狀況最佳。劉明國等[9]對不同間伐強度紅松人工林下土壤的養(yǎng)分狀況進行調(diào)查，研究結(jié)果表明，極強間伐區(qū)土壤的養(yǎng)分狀況最好，維持較高的土壤肥力。趙朝輝等[7]對杉木林的研究表明，按50%強度間伐5 a后，0～45 cm土壤pH值和P、K、Mg含量均提高，與本研究結(jié)果一致。而徐慶祥等[10]研究表明，間伐對興安落葉松林土壤化學(xué)性質(zhì)沒有顯著影響。還有成向榮等[11]對香樟、杜英和欒樹3種生態(tài)公益林間伐2 a后土壤養(yǎng)分的調(diào)查結(jié)果顯示，除全P和全K含量沒有變化外，林地土壤全N、速效K、速效P和有機質(zhì)含量均比對照林地有不同程度降低。

作為一項經(jīng)營活動，紅松人工林撫育間伐在優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、提高林木品質(zhì)、促進林木生長、增強林分抗災(zāi)能力、提供生態(tài)服務(wù)功能等方面發(fā)揮重要作用，同時也能在一定程度上改善土壤的理化性質(zhì)，但并非間伐強度越大或越小，其土壤理化性質(zhì)改善程度越高，適宜的間伐強度才有最佳的效果。

［1］賈云，張利民，譚學(xué)仁，等.紅松果材兼用林適宜密度控制技術(shù)研究［J］.林業(yè)科學(xué)，2006，（4）:51-56.

［2］LY/T 1215-1999，《森林土壤水分-物理性質(zhì)的測定》［S］.

［3］李祥.撫育間伐對興安落葉松林生長及光合作用的影響［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2015.

［4］朱玉杰，董希斌.大興安嶺地區(qū)落葉松用材林不同撫育間伐強度經(jīng)營效果評價［J］.林業(yè)科學(xué)，2016，52（12）:29-38.

［5］陳雪，馬履一，賈忠奎.間伐對森林土壤影響的研究進展［J］.中國水土保持，2012，（9）:60-63，77.

［6］雷相東，陸元昌，張會儒，等.撫育間伐對落葉松云冷杉混交林的影響［J］.林業(yè)科學(xué)，2005，（4）:78-85.

［7］趙朝輝，方晰，田大倫，等.間伐對杉木林林下地被物生物量及土壤理化性質(zhì)的影響［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2012，（5）:102-107.

［8］賈忠奎，溫志勇，賈芳，等.北京山區(qū)側(cè)柏人工林水源涵養(yǎng)功能對撫育間伐的響應(yīng)［J］.水土保持學(xué)報，2012，（2）:62-71.

［9］劉明國，韓玉芬，胡萬良，等.紅松人工林不同間伐強度效果分析［J］.福建林業(yè)科技，2008，（2）:47-51.

［10］徐慶祥，衛(wèi)星，王慶成，等.撫育間伐對興安落葉松天然林生長和土壤理化性質(zhì)的影響［J］.森林工程，2013，（3）:6-9.

［11］成向榮，馮利，虞木奎，等.間伐對生態(tài)公益林冠層結(jié)構(gòu)及土壤養(yǎng)分的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，（2）:355-359.

（責(zé)任編輯：董莉莉）

The response of soil physicochem ical properties to thinning in Pinus koraiensis woodland

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

In order to evaluation the long-term impaction of different thinning intensity on soil environment in Pinus koraiensis woodland,we researched the soil physicochem ical properties in Pinus koraiensis woodlands w ith 4 degrees of thinning intensity(the light intensity,medium intensity,high intensity and over-heigh intensity)and control(w ithout thinning).The results indicated that,thinning could significantly enhance the average diameter at breast height(DBH),and be beneficial to optimizing the forest structure;except light intensity thing,the others treatments could effectively reduce the volume weight of soil,increase total porosity and noncapillary porosity,and could significantly enhance capillary and non-capillary water holding capacity and improve the soil physical properties.The effect of medium-intensity-thinning was best;thinng could change soil pH value,except light intensity thinning,the other treatments could increase total nitrogen,hydrolazable nitrogen,total phosphorus,available phosphorus,total potassium,available potassium,and the improvement effect of medium-intensity-thinning was best.However,thinning intensities showed little influence on soil organic carbon.Thus,appropriate intensity tinning was necessary in maintain soil productivity.

thinning;Pinus koraiensis woodland;soil physicochem ical properties

S714

A

1001-1714（2017）02-0005-05

2016-11-23

林業(yè)公益性行業(yè)專項（201404303-04）。

楊會俠（1973-），女，高級工程師，從事森林生態(tài)及森林經(jīng)營研究工作。E-mail:yhx-s@163.com。