煉山對(duì)閩北杉木人工林土壤理化性質(zhì)的影響

陳杰

（福建省建陽范橋國有林場，福建建陽 354200）

杉木（Cuninghamia lanceolata）是中國南方特有的速生造林樹種，栽種面積大，具有生長迅速、材質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)[1-2]。在福建閩北杉木林區(qū)，雨量充沛，采伐剩余物多，宜林地雜、灌、草叢生，給林地清理和幼林撫育帶來了較大困難，煉山作為一種經(jīng)濟(jì)、方便的林地清理方式開始逐漸為人們所用。煉山主要是通過人為焚燒采伐跡地以清理林地。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專家學(xué)者對(duì)煉山這一傳統(tǒng)林地清理方式也出現(xiàn)了不同的看法。許多學(xué)者研究指出，煉山可以節(jié)約造林成本、減少病蟲害發(fā)生，但大面積、反復(fù)煉山會(huì)造成土壤養(yǎng)分流失和物理性質(zhì)變差、加大水土流失風(fēng)險(xiǎn)，并嚴(yán)重污染空氣甚至誘發(fā)森林不良演替[3-5]，由此可見煉山對(duì)林地的影響難以下統(tǒng)一定論[6]。

煉山的后果受很多環(huán)境條件制約，尤其是土壤母質(zhì)、降雨量和持續(xù)時(shí)間、坡度、煉山強(qiáng)度等等，都對(duì)煉山后林地產(chǎn)生重大影響[7]，造成在不同區(qū)域甚至同一區(qū)域的研究結(jié)果差異較大，加上福建閩北林區(qū)傳統(tǒng)的栽杉習(xí)慣和經(jīng)濟(jì)等方面的原因，煉山至今仍在福建閩北林區(qū)廣泛使用[8]。文章通過對(duì)比研究2018 年杉木造林地采取煉山與不煉山兩種造林方式，分析傳統(tǒng)林地清理方式煉山對(duì)杉木林土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響，以便科學(xué)評(píng)價(jià)煉山利弊為改變煉山方式提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況與研究方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建省南平葫蘆山國有林場峽陽管護(hù)站（045 林班51 大班2 小班），該區(qū)域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降雨量為1669 mm，年平均蒸發(fā)量為1413mm，年平均相對(duì)濕度為83%，年平均氣溫19.5℃。該地海拔高度200m，坡度24°，坡向?yàn)槟?。土壤為花崗巖發(fā)育的暗紅壤。試驗(yàn)地于1992 年造林，樹種組成比例為杉：闊：馬（7：2：1），于2017 年主伐，砍伐時(shí)樹齡為26a，郁閉度0.8，平均胸徑19.1cm，平均樹高12.9m，蓄積量為212m3/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該小班于2017 年10 月清理林地，試驗(yàn)設(shè)煉山（全面火燒林地剩余物）和不煉山（采用殘留物均勻覆蓋林地）2 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次。于2018 年春季，選擇1 年生杉木苗造林，整地方式為穴狀整地（60cm×40cm×40cm），植穴株行距1.8m×1.8m，郁閉前進(jìn)行常規(guī)5 次全鋤撫育。

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)

1.3.1 土壤樣品采集

2018 年12 月，在煉山和不煉山林地上分別于煉山前和后按多點(diǎn)混合取樣原則，分別對(duì)林地0cm ＜～≤20cm、20cm ＜～≤40cm、40cm ＜～≤60cm分層土壤采集樣本，進(jìn)行物理化學(xué)性質(zhì)測定。

1.3.2 土壤樣品分析方法

土壤的水分、孔隙度、容重——物理性質(zhì)測定采用環(huán)刀法；土壤pH 值測定采用1mol/L KCl 浸提，酸度計(jì)法；土壤的全氮測定采用硒粉——硫酸銅——硫酸鉀消化，半微量凱氏定氮法；土壤的有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀氧化——外加熱法。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤物理性質(zhì)影響

2.1.1 對(duì)土壤的容重和孔隙度的影響

從表1 可以看出，土壤各土層容重均在1.0 g/cm3以上，0cm＜～≤20cm、20cm＜～≤40cm 土層的土壤總孔隙度均達(dá)到50%以上，說明該試驗(yàn)地在土壤的通氣透水性能方面，0cm＜～≤40cm 土層表現(xiàn)良好。與煉山處理相比，不煉山處理的土壤容重較高，總孔隙度及毛管孔隙度2 種處理相近。而煉山處理中20cm＜～≤40cm 及40cm＜～≤60cm 土層非毛管孔隙度相較于不煉山處理增加了5.46%和3.31%。

表1 煉山與不煉山對(duì)土壤容重和孔隙度影響Tab.1 Effects of slash burning on soil bulk density and porosity

2.1.2 對(duì)土壤水分的影響

森林生態(tài)系統(tǒng)中各相關(guān)水分因子量的時(shí)空分配及轉(zhuǎn)化形成對(duì)整個(gè)水循環(huán)的調(diào)節(jié)作用與該系統(tǒng)的蓄水結(jié)構(gòu)與功能有關(guān)。從結(jié)構(gòu)來說，森林土壤的蓄水性能，主要受土壤孔隙度和物理結(jié)構(gòu)的影響，另一個(gè)是死的或活的生物量。由表2 可知，相較于煉山處理，不煉山處理的最大持水量、毛管的持水量及最小持水量均明顯減少。由此可見，煉山后因碳粒聚積，使各土層的毛管持水量、最小持水量以及土壤貯水量均有上升，土壤蓄水保水的功能得到提高。

表2 煉山與不煉山對(duì)土壤水分—物理性質(zhì)影響Tab.2 Effects of slash burning on soil water-physical properties

2.1.3 對(duì)土壤滲透性能的影響

土壤的滲透性能是土壤含水量重要物理性質(zhì)之一，它同土壤的結(jié)構(gòu)、濕度、溫度、孔隙度、質(zhì)地及有機(jī)質(zhì)含量等等相關(guān)。土壤的滲透性能良好，在一定量的降水強(qiáng)度下，水分可變?yōu)橥寥纼?nèi)徑流或被土壤充分貯存起來，因此地表徑流不容易形成。土壤的滲透能力大小，一般以10℃時(shí)的土壤穩(wěn)滲系數(shù)K10表示，同時(shí)也反映了水每分鐘在土壤中的下滲速度。從表3 可以看出，經(jīng)過煉山后，林地的滲透性能大幅提高，特別在0cm＜～≤20cm 土層的土壤滲透性能有明顯提升，相較于不煉山處理滲透系數(shù)和滲透速度分別提高了176%和182%，即不煉山處理的土壤滲透性能相對(duì)較差。

表3 煉山與不煉山對(duì)土壤滲透性能影響Tab.3 Effects of slash burning on soil permeability

2.2 對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

從表4 可以看出，煉山與不煉山處理的pH 值較為接近。與煉山處理相比，不煉山處理的表層土壤中含有更多的有機(jī)質(zhì)、全氮及相對(duì)較少的水解氮和速效鉀，而在20cm＜～≤40cm 及40cm＜～≤60cm土層中，煉山處理的有機(jī)質(zhì)及水解氮均明顯高于不煉山處理。煉山會(huì)導(dǎo)致土壤表層全氮含量和活性有機(jī)質(zhì)的降低，這可能與跡地火燒的強(qiáng)度有關(guān)。煉山后土壤速效性養(yǎng)分的增加，其原因可能是剩余物燃燒后以灰分形式留存于土壤中以及土壤pH 值升高。

表4 煉山與不煉山對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)影響Tab.4 Effects of slash burning on soil chemical properties

3 結(jié)論

（1）煉山對(duì)孔隙狀況和土壤容重有不同改變，經(jīng)煉山處理的表層土壤容重雖有所降低，但其總孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度均有提升。

（2）煉山后土壤最大持水量有明顯提升，但土壤的最大持水量、毛管持水量及最小持水量相較于不煉山明顯降低。

（3）煉山對(duì)土壤滲透性能明顯提高，特別是對(duì)表層土壤滲透性能較不煉山有大幅提升。

（4）煉山后的土壤表層pH 值提高，全氮和有機(jī)質(zhì)含量降低。不煉山處理的表層土壤中含有更多的有機(jī)質(zhì)、全氮及相對(duì)較少的水解氮和速效鉀，因此煉山具有短期激肥效應(yīng)，能提高早期杉木林的生長量。