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        煉山對閩北杉木人工林土壤理化性質(zhì)的影響

        2020-09-27 06:38:54陳杰
        熱帶林業(yè) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:毛管全氮杉木

        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杉木林土壤物理化學(xué)性質(zhì)的影響,以便科學(xué)評價(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)槟稀M寥罏榛◢弾r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 對土壤物理性質(zhì)影響

        2.1.1 對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較差。

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

        2.2 對土壤化學(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)煉山對土壤滲透性能明顯提高,特別是對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。

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