帶狀清理對(duì)杉木人工幼林林木生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分的影響

江上喜

(福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng)，福建 順昌 353205)

采伐剩余物清理不僅影響造林成活率，還會(huì)影響幼林的早期生長(zhǎng)[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，為提高造林成活率及降低造林成本，南方丘陵山地采伐剩余物主要采用煉山清理，易造成水土流失及灰分損失，影響杉木人工林林地的生產(chǎn)力維護(hù)[2-3]。為了避免因煉山對(duì)林地地力帶來(lái)的不利影響，自20世紀(jì)末以來(lái)，南方國(guó)有林場(chǎng)陸續(xù)采用耙?guī)У葞钋謇矸绞綄?duì)采伐剩余物進(jìn)行清理，且逐漸成為人工林常用的經(jīng)營(yíng)措施之一。近年來(lái)，林業(yè)工作者比較分析了采伐剩余物帶狀清理對(duì)杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook]人工幼林生長(zhǎng)以及土壤理化性質(zhì)的影響[4-5]，發(fā)現(xiàn)采伐剩余物帶狀清理可提升林地土壤全氮、全磷、全鉀和全鎂含量。作為人工林林地養(yǎng)分的重要來(lái)源，采伐剩余物通過分解和淋溶的共同作用來(lái)提升土壤肥力[6]。但也有研究表明，采伐剩余物帶狀清理對(duì)土壤碳、氮含量影響不顯著，且隨著造林時(shí)間延長(zhǎng)而減弱[7-8]。目前，采伐剩余物帶狀清理研究主要集中在其對(duì)整個(gè)林分生長(zhǎng)及土壤理化性質(zhì)的影響，而有關(guān)與采伐剩余物堆積帶不同距離的下部條帶杉木幼林生長(zhǎng)以及土壤養(yǎng)分含量差異未見報(bào)道。因此，本文采用帶狀清理的方式，以1～5年生杉木幼林為研究對(duì)象，調(diào)查與采伐剩余物堆積帶不同距離的不同林齡杉木人工林生長(zhǎng)情況，并分析其土壤大量及微量養(yǎng)分元素含量，以期為杉木人工林的高效培育提供參考。

1 研究地概況

研究地位于福建省順昌埔上國(guó)有林場(chǎng)，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均日照時(shí)數(shù)1 716.8 h，年均氣溫18.9 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，極端最低氣溫-7.0 ℃，年無(wú)霜期310 d，年均降水量1 621.6 mm，年均相對(duì)濕度82.4%，年均蒸發(fā)量1 372.1 mm。試驗(yàn)地土壤為花崗片麻巖發(fā)育而成的山地紅壤。杉木人工林于7—8月采伐，11—12月采用耙?guī)?帶內(nèi)5.1 m，帶間寬1.0 m)方式進(jìn)行采伐剩余物帶狀清理(采伐剩余物以枝椏材為主)，種植行未挖條帶。12月挖穴，穴規(guī)格為40 cm×40 cm×30 cm，回表土，翌年1—2月造林。不同林齡杉木人工林造林地前茬林分均為杉木二代林，種苗為杉木第3代種子園實(shí)生苗(1年生)。株行距為1.7 m×1.7 m，造林當(dāng)年4月擴(kuò)穴1次，5、9月各帶鋤1次；造林第2、第3年的5、9月各帶鋤1次。不同林齡杉木人工林林分基本概況見表1。

表1 試驗(yàn)林基本概況Table 1 A general introduction of the experimental forests

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)林調(diào)查

2018年8月，在全面踏查林場(chǎng)杉木幼林的基礎(chǔ)上，選擇立地條件較接近的不同林齡杉木人工林為研究林分。在中坡位以采伐剩余物帶為基準(zhǔn)線，沿山坡往下方向分別調(diào)查距堆積帶1.7、3.4及5.1 m處杉木胸(地)徑、樹高、枝下高及東西、南北冠幅等生長(zhǎng)指標(biāo)，不同間距各調(diào)查30株。其中，1、2、3年生杉木幼林調(diào)查地徑，4、5年生調(diào)查胸徑。采用內(nèi)徑5 cm的土鉆分別取距堆積帶1.7、3.4及5.1 m處土壤樣品，每條帶各設(shè)15個(gè)取樣點(diǎn)，每5個(gè)取樣點(diǎn)混成1個(gè)樣品，3個(gè)重復(fù)。取樣后立即用自封袋裝好，備用。

2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

杉木地徑、胸徑及樹高分別采用游標(biāo)卡尺、圍徑尺及測(cè)高桿測(cè)量。土壤全氮、全碳、全磷、全鉀含量分別采用半微量凱氏法、碳氮分析儀、堿溶—鉬銻抗比色法及火焰光度計(jì)法測(cè)定；水解性氮、速效磷、速效鉀含量分別采用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法及1 mol·L-1乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定；全鋁、全鈣、全錳、全鐵、全鎂含量采用原子吸收分光光度法測(cè)定[9]。

2.3 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；利用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差及多重比較分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 堆積帶與杉木人工幼林的間距對(duì)林木生長(zhǎng)的影響

從表2可知，與堆積帶的間距不同，不同林齡杉木人工林生長(zhǎng)表現(xiàn)也不同。幼林生長(zhǎng)前期(1～2年生)，杉木地徑、樹高均表現(xiàn)為：距堆積帶5.1 m>距堆積帶3.4 m>距堆積帶1.7 m，但各處理間差異不顯著。幼林生長(zhǎng)后期(3～5年生)，由于帶內(nèi)枯枝落葉的分解，杉木胸徑(地徑)和樹高生長(zhǎng)量總體隨著與堆積帶間距的增加而不斷降低。其中，距堆積帶1.7和3.4 m處的5年生杉木人工林胸徑分別比距堆積帶5.1 m處提高了18.75%和15.57%，樹高則分別提高了11.30%和6.89%，且差異均達(dá)顯著水平；與堆積帶不同間距的4年生杉木人工林胸徑和樹高差異均不顯著。1～5年生杉木人工林枝下高在距堆積帶3.4 m處均最大，分別為0.12、0.40、0.94、1.68和1.90 m，且2～5年生杉木枝下高在距堆積帶3.4 m處顯著高于距堆積帶1.7和5.1 m，而距堆積帶1.7和5.1 m之間差異均不顯著。同一林齡杉木人工林冠幅以距堆積帶3.4 m處最小，但1～4年生杉木東西及南北冠幅在與堆積帶不同間距間差異均不顯著。綜合來(lái)看，距堆積帶3.4 m處的杉木生長(zhǎng)空間受到擠壓，枝下高較高，冠幅較小。

表2 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林生長(zhǎng)量1)Table 2 The growth of artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)同列數(shù)值后附不同小寫字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。

3.2 堆積帶與杉木人工幼林的間距對(duì)土壤養(yǎng)分元素含量的影響

3.2.1 大量元素 從表3可知，1、2年生林分0～10 cm、10～20 cm土層及3年生林分0～10 cm土層土壤全氮含量均隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸提高，而3年生林分10～20 cm土層及4、5年生林分0～10 cm、10～20 cm土層土壤全氮含量則逐漸降低。這可能是由于采伐剩余物在不同分解時(shí)期對(duì)于氮具有不同的釋放水平。其中，5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤全氮含量分別比距堆積帶3.4 和5.1 m處提高了20.83%和38.09%，且差異均達(dá)顯著水平。在幼林早期生長(zhǎng)階段，土壤全碳、全磷、全鉀、水解氮、速效磷和速效鉀含量總體表現(xiàn)為隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸上升的趨勢(shì)；在幼林后期生長(zhǎng)階段則表現(xiàn)為隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸下降的趨勢(shì)。其中，5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤全碳含量分別比距堆積帶3.4和5.1 m處提高了57.70%和66.25%；全磷含量分別提高了14.03和0.32%；全鉀含量分別提高了0.10%和5.72%。5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤水解氮含量分別比距堆積帶3.4 和5.1 m處提高了14.81%和63.15%，速效磷含量則分別提高了19.00%和4.39%，速效鉀含量分別提高了2.80%和4.82%。

表3 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林土壤大量元素含量1)Table 3 Major soil nutrient contents from the artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)數(shù)值后附不同小寫字母者表示相同林分同一土層元素含量差異達(dá)0.05顯著水平。

林地內(nèi)的大量元素土壤空間異質(zhì)性總體表現(xiàn)為具有大量采伐剩余物的堆積帶內(nèi)土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量較高，且隨著與堆積帶距離的增加而逐漸降低。從垂直水平的養(yǎng)分分異來(lái)看，土壤中全氮、全碳和全磷等大量元素含量均隨著土層深度的增加而降低。

3.2.2 微量元素 從表4可知，相同林分土壤全鋁、全鈣、全錳、全鐵和全鎂含量總體隨著與堆積帶距離的增大而逐漸提高。5年生林分0～10 cm土層距堆積帶5.1 m處土壤全鋁含量分別比距堆積帶3.4 和1.7 m處提高了49.77%和51.80%；全鈣含量分別提高了8.27%和14.89%；全錳含量分別降低12.5%和提高60.0%；全鐵含量分別提高了51.07%和21.76%；全鎂含量分別提高了1.90%和62.87%。其中，土壤全鋁含量與距堆積帶3.4 和1.7 m處差異達(dá)顯著水平。

綜合來(lái)看，與堆積帶不同間距的林分土壤微量元素含量差異較大，這可能與微量元素較易被淋洗有關(guān)。從垂直水平的養(yǎng)分分異來(lái)看，土壤中全鋁、全鈣、全鐵和全鎂等微量元素含量均隨著土層深度的增加而降低，而全錳含量在不同土層之間差異不明顯。

表4 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林土壤微量元素含量1)Table 4 Trace soil nutrient contents from the juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)數(shù)值后附不同小寫字母者表示相同林分同一土層元素含量差異達(dá)0.05顯著水平。

4 討論與小結(jié)

杉木是我國(guó)南方最重要的速生用材樹種之一。為降低造林過程中的水土流失及灰分損失，南方集體林區(qū)杉木人工林采伐跡地造林主要采用采伐剩余物帶狀清理的方式[10]。林業(yè)工作者對(duì)林分生長(zhǎng)調(diào)查及土壤化學(xué)性質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，林分下坡位的胸徑、樹高生長(zhǎng)量及土壤化學(xué)性質(zhì)優(yōu)于中坡位及上坡位[11-12]。杉木采伐剩余物主要為分解速度較慢的枝椏材[13-14]。本研究表明，在杉木幼林早期生長(zhǎng)階段(1～2年)，林木地徑、樹高及土壤大量養(yǎng)分元素含量表現(xiàn)為：距堆積帶較遠(yuǎn)的下部條帶>距堆積帶較近的下部條帶；幼林后期生長(zhǎng)階段(3～5年)，則表現(xiàn)為：距堆積帶較近的下部條帶>距堆積帶較遠(yuǎn)的下部條帶。究其原因，在幼林早期生長(zhǎng)階段，由于采伐剩余物分解速度慢，杉木生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分元素含量主要受林地質(zhì)量差異影響，從而導(dǎo)致與堆積帶不同間距杉木生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分元素含量差異不明顯；而在幼林后期生長(zhǎng)階段，隨著杉木采伐剩余物的分解及土壤養(yǎng)分的遷移，杉木生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分元素含量主要受林地質(zhì)量、堆積帶采伐剩余物分解速率及養(yǎng)分遷移的綜合影響，杉木生長(zhǎng)及部分養(yǎng)分元素含量差異達(dá)到顯著水平。在杉木枯枝落葉分解前期，其易分解成分首先被微生物所利用分解，所釋放的養(yǎng)分元素易淋溶遷移；而在分解后期，隨著枯枝落葉中易分解成分含量降低，其釋放的養(yǎng)分元素主要來(lái)源于較難分解成分，不易淋溶遷移，這也可能是導(dǎo)致杉木幼齡林不同生長(zhǎng)階段土壤養(yǎng)分空間差異的另一原因[15-16]。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，杉木枝下高表現(xiàn)為：距堆積帶3.4 m>距堆積帶1.7及5.1 m，冠幅表現(xiàn)為：距堆積帶3.4 m<距堆積帶1.7及5.1 m，這跟與堆積帶不同間距杉木人工林的環(huán)境因子，特別是林內(nèi)光照強(qiáng)度密切相關(guān)。

本文僅從幼林階段分析了耙?guī)г炝址绞较拢c堆積帶不同間距的杉木人工林生長(zhǎng)及土壤養(yǎng)分元素含量差異，有關(guān)該杉木人工林后期生長(zhǎng)表現(xiàn)有待于今后進(jìn)一步的觀察研究。