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        塞罕壩落葉松人工純林土壤肥力研究

        2018-01-02 03:39:02馬成武
        林業(yè)勘查設(shè)計(jì) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:純林塞罕壩土壤肥力

        馬成武

        (河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)第三鄉(xiāng)林場(chǎng),河北 承德 068450)

        塞罕壩落葉松人工純林土壤肥力研究

        馬成武

        (河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)總場(chǎng)第三鄉(xiāng)林場(chǎng),河北 承德 068450)

        落葉松屬寒溫帶及溫帶樹(shù)種,適宜生長(zhǎng)于海拔300~1300m不同環(huán)境地帶,耐寒性極強(qiáng),在零下五十?dāng)z氏度的條件下也能正常生長(zhǎng),因此其成為了我國(guó)東北、內(nèi)蒙古、華北地區(qū)高山針葉林主要森林組成樹(shù)種,也是三北防護(hù)林栽植的主要樹(shù)種之一。盡管落葉松對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的要求不是很高,但是土壤的肥力質(zhì)量直接影響著落葉松的生長(zhǎng)。而經(jīng)研究表明,濕潤(rùn)、排水良好、土地肥厚的土壤條件和通風(fēng)的自然環(huán)境最適合落葉松生長(zhǎng)。本文利用長(zhǎng)期在河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)工作的經(jīng)驗(yàn),廣泛查閱相關(guān)資料,總結(jié)了落葉松人工純林地的土壤變化、防治地力衰退的趨勢(shì)以及其對(duì)環(huán)境的影響。

        落葉松 人工純林 土壤肥力 研究

        1 落葉松人工純林地的土壤變化

        對(duì)落葉松人工純林土壤分析先進(jìn)行樣地選取,選取平地上均勻分布的落葉松純林景觀界面清晰的樣地,在樣地中選取一條25米長(zhǎng)的邊界線,并設(shè)置5米長(zhǎng)的等距線5條,標(biāo)記為A、B、C、D、E,如圖1所示。然后在樣地內(nèi)進(jìn)行取樣,取樣的時(shí)候在樣地內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn),然后在5個(gè)樣點(diǎn)分別鉆取0-10cm、10-20cm、20-30cm深的土壤,共15份用于人工純林土地土壤的綜合測(cè)定。(如圖1)。

        根據(jù)對(duì)不同樣地土壤的分析,得到以下結(jié)果:

        1.1 土壤水分變化

        對(duì)于林地而言,土壤的水分截留能力非常重要。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)照落葉松人工純林與自然環(huán)境的其他森林類型相比,由于植被層、枯落物層、土壤層生態(tài)結(jié)構(gòu)單一,土壤的空隙較小從而導(dǎo)致土壤水分滲透時(shí)間短,土壤滲透能力較弱,水分截留能力也較低。落葉松純林的持水能力最低。

        1.2 土壤有機(jī)物變化

        除了土壤水分,有機(jī)物的變化也對(duì)土壤起到至關(guān)重要的作用,對(duì)土壤有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)和分析得出,與荒地相比較落葉松人工純林土壤中N、P、K和有機(jī)物質(zhì)的含量分別下降了25.3%、47.4%、20.2%和31.1%,表征土壤保肥能力的陽(yáng)離子代換量下降了13.1%,代換性Ca離子下降了22.2%。與此同時(shí),落葉松人工純林和其他類型的森林相比除了K之外,其他每一項(xiàng)落葉松純林含量都要低,所以說(shuō)人工純林會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)物下降,從而導(dǎo)致土壤的肥力下降。

        1.3 土壤微生物的變化

        對(duì)于土壤的研究微生物也是落葉松人工純林地的土壤研究中很重要的一部分,土壤中主要存在微生物和土壤所產(chǎn)生的土壤酶、微生物酶,在這幾者的共同作用下,土壤產(chǎn)生生物化學(xué)反應(yīng),從而生成對(duì)土壤和植物生長(zhǎng)有益的無(wú)機(jī)物。根據(jù)對(duì)于采集土壤的分析可以得出:落葉松純林土壤中的過(guò)氧化氫酶、土壤轉(zhuǎn)化酶以及多酚氧化酶的活性相比荒地上三種酶的活性分別下降了35.4%、42.8%以及21.7%,而土壤中的放線菌數(shù)量、微生物和細(xì)菌總量也分別下降了65.5%、84.4%和90.3%。落葉松人工純林的土壤微生物和其它類型的林地中土壤微生物相比數(shù)量嚴(yán)重下降,酶的活性也降低很多,這說(shuō)明落葉松人工純林土壤的肥力嚴(yán)重衰減,讓土壤中微生物嚴(yán)重減少,從而降低了酶的活性,也遏制了落葉松人工純林的進(jìn)一步發(fā)展。

        2 落葉松人工純林地土壤肥力與防治地力衰退的趨勢(shì)

        落葉松由于其耐寒性好、生長(zhǎng)周期短、木材質(zhì)量高等原因,被大規(guī)模種植,但落葉松人工純林,在生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤肥力、森林病蟲(chóng)害等方面弊端不斷顯現(xiàn),這種情況在筆者所在的河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)表現(xiàn)得極為突出。河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)1962年建場(chǎng),屬三北防護(hù)林京津段。地處內(nèi)蒙古高地與冀北山地的交接處,溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,海拔1500~1939.6米。以高原臺(tái)地為主要地貌,年均氣溫﹣1.2℃,極端最低氣溫﹣43.2℃,較適合落葉松的栽培。建場(chǎng)初衷是防風(fēng)固沙、保持水土并為華北地區(qū)生產(chǎn)中小徑級(jí)木材。55年的經(jīng)營(yíng)培育了世界上面積最大的人工林,在營(yíng)造林方面積累了豐富成熟的經(jīng)驗(yàn)。但隨著經(jīng)營(yíng)理念從注重生態(tài)保護(hù)向以贏利為主要目的的轉(zhuǎn)變,后期大量培育生長(zhǎng)周期短、經(jīng)濟(jì)收益高的速生經(jīng)濟(jì)樹(shù)種,歷經(jīng)數(shù)次造林樹(shù)種單一的人工重復(fù)更新,形成現(xiàn)在以落葉松人工純林為主的現(xiàn)狀;同時(shí)由于撫育過(guò)程中過(guò)度割灌及大量城市綠化大苗帶土移植、林地內(nèi)松針腐殖層作為城市綠化肥料的銷售、甚至修枝和采伐下來(lái)的枝杈都被當(dāng)作制造清潔燃料的原料出售,導(dǎo)致植被層不能形成、枯落物有機(jī)質(zhì)層被破壞、變薄,土壤微生物種群數(shù)量下降,森林反哺林地的功能盡失。近年來(lái)塞罕壩林區(qū)森林病蟲(chóng)害不斷,土壤肥力續(xù)航能力下降甚至出現(xiàn)了人工施肥的實(shí)驗(yàn)和研究項(xiàng)目。根據(jù)我國(guó)著名地質(zhì)生態(tài)學(xué)家曾世超教授調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),隨著人工林密度的增加、樹(shù)齡的增長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致土壤的物理化學(xué)性質(zhì)變差,同時(shí)土壤對(duì)于水分的滲透能力和水分的截留能力也會(huì)嚴(yán)重下降,N、P、K等植物生長(zhǎng)所必須的有機(jī)物含量也會(huì)急劇下降,生物酶的活性也會(huì)降低;根據(jù)東北農(nóng)林大學(xué)的范仕琪教授調(diào)查研究表明,如果土壤表層的全P含量下降就會(huì)導(dǎo)致速效P更快地下降,最終導(dǎo)致土壤肥力下降、地力衰退。

        2.1 土壤肥力與地力衰退的關(guān)系

        對(duì)于林地而言土壤的肥力越強(qiáng),微生物和植物生長(zhǎng)必須無(wú)機(jī)物就會(huì)越多,同時(shí)微生物酶和土壤酶也會(huì)增多,那么土地能產(chǎn)出的木材數(shù)量也會(huì)更多,土壤的地力自然就會(huì)更強(qiáng)。地力衰退是指包括理化性質(zhì)、生物特性在內(nèi)的土地質(zhì)量下降以及土壤退化導(dǎo)致土地的產(chǎn)出能力減退。對(duì)于落葉松人工純林來(lái)說(shuō),就是指落葉松人工純林的土壤肥力下降、土壤產(chǎn)出量降低。筆者調(diào)查取樣的林區(qū)落葉松人工純林的產(chǎn)量已經(jīng)有發(fā)生明顯的降低,更驗(yàn)證了落葉松人工純林的林地土壤肥力已嚴(yán)重下降,預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),落葉松人工純林的產(chǎn)量必將斷崖式下跌,所以在當(dāng)前采取措施阻止土壤肥力進(jìn)一步下降非常關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)于河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)和北方其他經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀相似的林區(qū)的走訪和采樣數(shù)據(jù)的分析,得出以上結(jié)論,希望能在純林土壤追肥及維護(hù)工作方面提供依據(jù)。

        2.2 防治地力衰退的措施

        落葉松人工純林地的地力衰退已經(jīng)成為了我國(guó)當(dāng)前所面臨的一個(gè)巨大問(wèn)題,防治地力衰退的措施也就成為了我們現(xiàn)在著力研究的方向。針對(duì)地力衰退可以從以下方面著手:

        (1)合理造林 在當(dāng)前國(guó)家大力提倡生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)的新形勢(shì)下,要根據(jù)實(shí)際的地形條件建立合理的林地群落結(jié)構(gòu)以及造林模型,本著實(shí)地適樹(shù)、兼顧生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)效益的造林原則,大力推廣持水和增肥能力強(qiáng)的針闊混交林的栽植,合理控制樺樹(shù)、山楊、樟子松、紅松、油松、云杉、柞樹(shù)、楓樹(shù)、椴樹(shù)等樹(shù)種的比例;嘗試自然更新與人工更新相結(jié)合的森林更新方式。改變生態(tài)脆弱的純林占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀,減少純林的形成;

        (2)科學(xué)營(yíng)林 合理安排不同林齡森林的經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度、經(jīng)營(yíng)方式和經(jīng)營(yíng)面積,實(shí)現(xiàn)良性循環(huán),永續(xù)利用的目標(biāo)。適時(shí)控制樹(shù)木的密度,讓樹(shù)木之間能夠有足夠的距離以增加樹(shù)林中的透光度以及讓樹(shù)木能夠獲得更多的營(yíng)養(yǎng)。據(jù)研究調(diào)查分析,如果能讓每畝地的樹(shù)木保持在70~80棵的話,樹(shù)林中植被的覆蓋率將會(huì)超過(guò)80%,土壤中的各種植物生長(zhǎng)必須的無(wú)機(jī)物和微生物等含量都會(huì)大大提升,這對(duì)于土地肥力的提高和地力衰退的防治會(huì)起到很大效果;

        (3)加強(qiáng)林地植被層、枯落物層和土壤層的保護(hù),在保持和維護(hù)原生態(tài)的前提下適度開(kāi)發(fā)肥料和燃料項(xiàng)目,以獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)收益。同時(shí)達(dá)到防治山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害和保持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定的效果。

        3 土壤肥力對(duì)環(huán)境的影響

        3.1 土壤肥力對(duì)空氣的影響

        土壤是樹(shù)木生長(zhǎng)的根本所在,沒(méi)有了土壤樹(shù)木便失去了存活的空間,土壤的通氣性影響著土壤空氣和地表空間進(jìn)行交換的能力,土壤的通氣性越好,植物就可以通過(guò)土壤吸收更多的二氧化碳等氣體,同時(shí)能夠排放出更多氧氣和水分。而土壤的肥力越高土壤的通氣性也就越好,在土地上生長(zhǎng)的樹(shù)木也能夠發(fā)育得更好,生長(zhǎng)很好的樹(shù)木會(huì)更多地吸收二氧化碳等廢氣和產(chǎn)出氧氣和水分。所以土壤肥力越高對(duì)于環(huán)境空氣來(lái)說(shuō)也就越好,越容易凈化空氣。

        3.2 土壤肥力對(duì)水源的影響

        林地土壤肥力越高,土壤中的各種無(wú)機(jī)物含量就會(huì)越高,樹(shù)木和土壤所需的各種酶活性相應(yīng)也會(huì)得到提升,土壤中的微生物也會(huì)更多,這些無(wú)機(jī)物、微生物的增加都對(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)起到了巨大的幫助,同時(shí)樹(shù)木的生長(zhǎng)又能產(chǎn)生枯枝落葉等作為肥料反饋土壤讓土壤的肥力進(jìn)一步增加。樹(shù)木和森林對(duì)于水源會(huì)起到涵養(yǎng)的功效,由于樹(shù)木會(huì)產(chǎn)生枯枝落葉可以覆蓋在地表防治水土被沖刷,同時(shí)這些水在枯枝落葉表面能夠促進(jìn)枯枝落葉的分解提升土壤肥力,增加土壤水分的滲透性和水分的截留能力。正因?yàn)榭葜β淙~可以極大地吸收和儲(chǔ)存水分,森林就能夠起到非常重要的防治水土流失涵養(yǎng)水源的作用,而且即使在遇到旱災(zāi)是森林樹(shù)木也可以利用儲(chǔ)存的水分生活。所以說(shuō)森林土壤肥力越高,森林樹(shù)木生長(zhǎng)越好,森林樹(shù)木對(duì)于水源的涵養(yǎng)作用也就越大。

        3.3 生物多樣性

        即森林微生物、植物、動(dòng)物的多樣性,對(duì)森林土壤肥力形成和積累起至關(guān)重要的作用,這也是森林土壤肥力研究的重要課題。

        4 結(jié)論

        由于各種原因,我國(guó)北方出現(xiàn)了大面積單一種植落葉松的現(xiàn)狀,導(dǎo)致人工林的土壤肥力衰退,嚴(yán)重影響了我國(guó)森林儲(chǔ)備量。通過(guò)對(duì)落葉松人工純林土壤肥力的研究,一方面有助于種植人員針對(duì)性地種植林被,從而提高森林樹(shù)木的生長(zhǎng)質(zhì)量;另一方面有助于提高綠化成果。由于采集的樣本和調(diào)查環(huán)境存在偶然性以及測(cè)量數(shù)據(jù)存在誤差的客觀性,所以本文對(duì)落葉松人工純林的土壤肥力研究還存在著不足之處。希望廣大相關(guān)人員能夠繼續(xù)本文課題的研究,使其理論完善,從而促進(jìn)我國(guó)林業(yè)發(fā)展。

        [1]鄧嬌嬌,周永斌,楊立新,張淞著,李慧,魏亞偉,鄧?yán)^峰,秦勝金,朱文旭.落葉松和水曲柳帶狀混交對(duì)土壤微生物群落功能多樣性的影響[J/OL].生態(tài)學(xué)雜志,2016,35(10):2684-2691.(2016-08-22).

        [2]袁慧.水曲柳-落葉松人工混交林種間效應(yīng)研究[D].東北林業(yè)大學(xué),2015.

        [3]馬亞娟,徐福利,王渭玲,陳欽程,趙海燕,趙亞芳.氮磷提高華北落葉松人工林地土壤養(yǎng)分和酶活性的作用[J/OL].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(03):664-674.(2015-02-13).

        SoilFertilityResearchontheSaihanbaLarchArtificialPureForest

        MaCheng-wu

        (First-author′s address: the Third Township of the Main Farm of Saihanba Machinery Forest Farm in the Hebei Province, Chengde 068450, Hebei, China)

        Larch is a cold temperate and temperate tree species, suitable for growing in 300 ~ 1300m above sea level in different environmental zones, extremely cold, at minus 50 degrees Celsius can also grow under normal conditions.Therefore, it has become the main tree species in the coniferous forests of northeastern China, Inner Mongolia and North China, and is also one of the major tree species planted in the Three North Shelterbelt.Although larch does not require a very high growth environment, the fertility quality of the soil directly affects the growth of the larch.The study shows that, moist, well drained, hypertrophy of soil conditions and the natural ventilation of the larch environment is best suited for growth.Based on the long-term experience in the work of Saihanba mechanical forest farm in Hebei province, this paper extensively refers to relevant information and summarizes the soil changes of Larch plantations, the trend of preventing and controlling the decline of soil fertility and its impact on the environment.

        larch; artificial pure forest; soil fertility; research

        2017-10-30

        葛 君

        校對(duì)崔文琦

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