不同寬度廊道皆伐對油松人工林土壤物理性質及枯落物儲量、容水量的影響

林陽

(遼寧省旱地農林研究所，遼寧 朝陽 122000)

合理的林分密度可顯著提高森林生態(tài)效益[1]。林分密度應隨林齡變化及時進行調整，以保障林分結構合理性，有效促進林分健康發(fā)展[2]。廊道皆伐是油松人工林林分密度調整的有效措施之一，確定適宜的廊道皆伐寬度對林分密度調控效果具有積極的影響。林地土壤物理性質和林分的枯落物儲量、容水量直接影響到土壤結構的穩(wěn)定性、通透性和地表徑流，關系到林分整體水土保持效能的發(fā)揮。因此，研究廊道皆伐寬度對林地土壤物理性質和林分的枯落物儲量、容水量的影響，有利于確定適宜的廊道皆伐寬度，充分發(fā)揮林分密度調控措施的積極作用，促進森林生態(tài)效益的整體提升。本文對遼寧省朝陽市建平縣東張營子村薄層土、坡度≤15°，分別為4、6和8 m三種寬度廊道皆伐改造后的油松人工林的土壤物理性質及枯落物儲量、容水量等進行了調查研究。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于建平縣東張營子村，地理坐標為119°53′—119°54′ E，41°52′—41°53′ N，海拔870～920 m。為低山丘陵區(qū)，屬于半干旱季風氣候，年均氣溫5.5 ℃，年均降水量350～400 mm，年均蒸發(fā)量1 800～2 000 mm。土壤主要為褐土，少量的棕壤和風沙土。區(qū)域性喬木為油松(PinustabulaeformisCarr.)、山杏(Armeniacasibirica)等為主，灌木以荊條〔VitexnegundoL. var.heterophylla(Franch.) Rehd.〕、胡枝子(Lespedezadaurica)、酸棗(Ziziphusjujubavar.spinosa)為主，代表性草本有百里香(ThymusmongolicusRonn)、披針葉苔草(Carexlanceolata)、叢生隱子草(Cleistogenescaespitosa)等。

2 標準地設置及調查方法

選取2013年進行廊道皆伐改造(廊道皆伐寬度分別為4、6和8 m，保留帶寬是皆伐帶寬的2倍)的林齡40 a，郁閉度0.8，保留密度約2 000株·hm-2的油松人工林作為研究對象，在陰坡和陽坡、不同寬度廊道皆伐改造后的油松林分內各設置3塊標準地(20 m×20 m)。選定代表性測定地點，挖掘土壤剖面，用環(huán)刀取土樣，每層土壤3次重復，同時采集土樣15～20 g，帶回室內測定土壤含水量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等。在樣地內沿對角線設置30 cm×30 cm的枯落物小樣方12個，先測定枯枝落葉層的厚度，然后把小樣方內的枯落物整層取下，帶回實驗室烘干稱質量(105 ℃)，測定枯落物現(xiàn)存量、容水系數(shù)及容水率，取均值進行分析。以鄰近的未改造的油松人工林作對照(CK)。

3 結果與分析

3.1 不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤容重及非毛管孔隙度

土壤容重是土壤在未破壞自然結構情況下單位體積的質量，其大小可反應土壤結構、透氣性、透水性以及保水能力的高低，數(shù)值越大，土壤通氣透水性越差。非毛管孔隙，又稱土壤通氣孔隙，它不具有持水能力，僅在重力水大量存在時才被水填充，但它能使土壤通氣、透水，非毛管孔隙度數(shù)值越大，土壤通氣透水性越好。廊道皆伐改造后陰坡、陽坡林分土壤非毛管孔隙度分別提高20.5%、27.0%，土壤容重分別降低9.3%、8.4%，土壤結構得到了有效改善。陽坡林分的土壤容重整體上高于陰坡林分，非毛管孔隙度則普遍低于陰坡林分。如圖1所示：不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤容重差異顯著(P<0.05)，無論是陰坡還是陽坡，土壤容重均隨廊道寬度的增加不同程度地降低，即8 m帶寬<6 m帶寬<4 m帶寬；不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤非毛管孔隙度差異顯著(P<0.05)，陰坡林分8 m帶寬>6 m帶寬>4 m帶寬，陽坡林分6 m帶寬>8 m帶寬>4 m帶寬。整體上來看，廊道皆伐使土壤結構得到了不同程度的改善，通氣透水性更強。

圖1 不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤容重及非毛管孔隙度對比圖

3.2 不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤毛管孔隙度及含水量

毛管孔隙又稱土壤持水孔隙，毛管孔隙度越大，土壤吸水力越強，持水性越好。廊道皆伐改造后陰坡、陽坡林分的土壤毛管孔隙度分別提高31.0%、24.1%，土壤含水量分別提高27.5%、19.6%，土壤的吸水、持水能力更強。如圖2所示，陰坡林分土壤毛管孔隙度及土壤含水量普遍高于陽坡林分。不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤毛管孔隙度及土壤含水量差異均顯著(P<0.05)，從數(shù)值上來看，陰坡林分均為8 m帶寬>6 m帶寬>4 m帶寬，陽坡林分均為6 m帶寬>8 m>4 m帶寬。土壤毛管孔隙度和土壤含水量呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.932 3。陰坡8 m帶寬、陽坡6 m帶寬廊道皆伐改造后的林分土壤吸水力更強，持水性更好。

圖2 不同寬度廊道皆伐改造后林分土壤毛管孔隙度及土壤含水量對比圖

3.3 不同寬度廊道皆伐改造后林分枯落物厚度及現(xiàn)存量

枯落物過厚對油松天然更新有抑制作用，但遼西地區(qū)枯落物層一般較薄，超過2 cm的很少，土壤經(jīng)常處于半裸露狀態(tài)，枯落物厚度不會影響到種子與土壤接觸和幼苗根系生長，對油松天然更新影響不明顯。在2 cm厚度范圍內，枯落物層越厚，其阻止水分蒸發(fā)、增加土壤濕度效果越顯著。林分單位面積枯落物現(xiàn)存量越大，其涵養(yǎng)水源、保持水土的功能越強大。陰坡、陽坡廊道皆伐改造后林分的枯落物厚度分別降低17.6%、20.0%，單位面積現(xiàn)存量分別降低4.8%、10.3%，林分枯落物層變薄，陰坡林分的枯落物厚度及現(xiàn)存量普遍高于陽坡林分。如圖3所示，不同寬度廊道皆伐改造林分的枯落物厚度及現(xiàn)存量間差異均顯著(P<0.05)，無論是陰坡還是陽坡，林分的枯落物厚度及現(xiàn)存量均隨廊道皆伐寬度的增加逐漸減小，即4 m帶寬>6 m帶寬>8 m帶寬。

圖3 不同寬度廊道皆伐改造后林分枯落物厚度及現(xiàn)存量對比圖

3.4 不同寬度廊道皆伐改造后枯落物容水系數(shù)及容水量

容水系數(shù)是枯落物最大持水量與枯落物鮮質量的比值。容水量則是單位面積林分枯落物的最大持水量，其數(shù)值以容水系數(shù)和單位面積枯落物現(xiàn)存量的乘積來表示。陰坡、陽坡廊道皆伐改造后林分的容水系數(shù)分別增加13.7%、14.3%，枯落物單位面積容水量分別增加7.9%、2.7%，林分枯落物整體保持水土能力增強。陰坡林分的枯落物容水系數(shù)和容水量普遍高于相對應的陽坡林分。如圖4所示，不同寬度廊道皆伐改造后林分的枯落物容水系數(shù)及容水量間差異均顯著(P<0.05)，陰坡、陽坡林分的枯落物容水系數(shù)均隨著廊道寬度的增加不同程度增大，即8 m帶寬>6 m帶寬>4 m帶寬。從容水量數(shù)值上來看，陰坡、陽坡林分均為6 m帶寬>8 m帶寬>4 m帶寬。

圖4 不同寬度廊道皆伐改造后枯落物容水系數(shù)及容水量對比圖

4 結論與討論

整體上來看，廊道皆伐使土壤結構得到了不同程度的改善，通氣透水性更強。無論是陰坡還是陽坡林分，土壤容重均隨廊道寬度的增加不同程度地降低，陰坡8 m帶寬、陽坡6 m帶寬廊道皆伐改造后的林分土壤非毛管孔隙度及毛管孔隙度均較高，通氣性、持水性更好。廊道皆伐改造后林分枯落物整體保持水土能力增強。林分的枯落物厚度及現(xiàn)存量均隨著廊道皆伐寬度的增加逐漸減小，即4 m帶寬>6 m帶寬>8 m帶寬。陰坡林分的枯落物容水系數(shù)和容水量普遍高于相對應的陽坡林分?？萋湮锶菟禂?shù)均隨著廊道寬度的增加不同程度增大，陰坡、陽坡林分容水量數(shù)值均為6 m帶寬>8 m帶寬>4 m帶寬。

廊道皆伐改造后，林內光照顯著增強，林地溫度升高，土壤微生物活動更為活躍，枯落物分解加快，有效改善了土壤結構。對于陰坡林分而言，隨著廊道皆伐寬度的增加，林內光照條件越來越好，土壤容重逐漸降低、毛管孔隙度及非毛管孔隙度逐漸增高，土壤通氣透水性增強。陽坡林分受土壤水分條件的影響，廊道寬度過大，林內光照增加，會增大林地水分蒸發(fā)，不利于土壤水分的保持。影響枯落物厚度的因素除了枯落物凋落量以外，還有枯落物分解量。廊道皆伐在一定程度上使枯落物凋落量有所降低，光照增加及微生物活動的增強，使林地的枯落物分解速率加快，也進一步加劇了林分枯落物厚度及現(xiàn)存量隨廊道皆伐寬度增加而減少的現(xiàn)象?？萋湮锶菟禂?shù)均隨廊道寬度的增加不同程度增大，而枯落物容水量不僅與容水系數(shù)有關，還受枯落物儲量的影響，這就導致了無論是陰坡還是陽坡林分，6 m廊道皆伐寬度林分枯落物容水量都是最大的。從廊道皆伐改造后林分的土壤物理性質及枯落物儲量、容水率等方面綜合考慮，陰坡8 m、陽坡6 m是油松人工林廊道皆伐的適宜寬度。