不同经营模式天然次生阔叶林土壤理化性质研究

杨会侠

（辽宁省森林经营研究所，辽宁辽东半岛森林生态系统国家定位观测研究站，辽宁丹东118003）

试验研究

不同经营模式天然次生阔叶林土壤理化性质研究

杨会侠

（辽宁省森林经营研究所，辽宁辽东半岛森林生态系统国家定位观测研究站，辽宁丹东118003）

为深入了解不同经营模式对土壤理化性质的影响，该文对哈尔滨市丹清河林场近自然经营、传统经营和对照3种经营模式下的天然次生阔叶林土壤理化性质进行了研究。结果表明：天然次生阔叶林土壤物理性质受经营模式的影响较小；与对照相比，近自然经营能显著提高0～40 cm土层土壤全碳、全氮含量；近自然经营和传统经营对提高林地土壤全磷含量有一定的效果；近自然经营林分20～40 cm土层土壤全钾含量显著低于对照；近自然经营显著提高了土壤缓冲性，并显著降低了表层土壤C/N比值。由此可知，近自然经营在一定程度上能够改善天然次生阔叶林土壤化学性质。

森林经营；近自然经营；天然次生阔叶林；土壤理化性质

森林土壤是森林生态系统的一个重要组成部分，是森林植被存在和发展的物质基础，同时也受森林植被和演替变化的影响[1]。尤其是在森林资源日益紧张的当下，人类为获取木材采取各种经营措施，使得森林植被发生着剧烈的变化，从而影响着森林土壤的形成和发育。在人类经营森林的几百年中，始终以获取最大量木材为目标的传统经营为主导思想，直到20世纪50年代人们才意识到对森林的不合理利用，会导致森林退化、林地生产力下降等问题，因此应该充分利用森林生态系统的自然机能，实行近自然森林经营，从而达到生态与经济需求的最佳组合[2]。

由于历史原因，我国在森林经营方面远滞后于西方国家，在世纪之交的10年里，许多专家学者[3-7]借鉴国外经验，利用近自然经营理论为我国林业发展把脉和出谋划策，来展望近自然经营在我国低产的天然次生林和人工林经营中的发展前景。Wang Shuli[8]认为提高森林的近自然经营程度有助于提高森林土壤质量。李荣等[9]认为近自然经营性的间伐可以促进优势树种的自然更新，增加林地可利用营养物质，促进先锋树种或喜光阔叶树种定居与生长，利于森林有机物质积累，增加物种多样性，促使森林向混交、复层、异龄等方向发展。罗沛韬等[10]研究表明，近自然经营森林方式会大大降低皆伐对林地土壤密度、毛管孔隙度等土壤结构特性的影响。董伯骞等[11]认为近自然经营在短期内可显著增强林地枯落物层水土保持功能，是恢复华北落叶松林生态功能的有效手段。这些研究通过近自然经营实践阐释了近自然经营对森林生态系统的影响，但仍缺乏近自然经营与其他经营模式对森林土壤理化性质影响的比较。黑龙江省哈尔滨市丹清河林场在进行传统经营的同时，1998年开始利用近自然经营方法对天然次生林进行作业管理，10多年后从林相上看优良，目标树生长旺盛。本文以丹清河林场天然次生落叶阔叶林为研究对象，探讨不同森林经营模式对土壤理化性质的影响，以期为区域和全国森林资源经营活动提供参考和科学依据。

1 研究区自然概况

丹清河实验林场地处小兴安岭南坡低山丘陵地带，东经129°11′25″～129°25′52″，北纬46°31′39″～46°39′29″。属中温带大陆性季风气候，年降水量600 mm左右，≥10℃年有效积温2 300℃。年平均气温2℃。土壤类型为暗棕壤、沼泽土和草甸土，以暗棕壤为主。

2 研究方法

2.1 样地设置

在对丹清河林场所有林地全面踏查的基础上，选择林龄50 a，立地条件相似，经营方式分别为近自然经营、传统经营、对照的天然次生阔叶林林分作为调查样地，基本情况见表1。在不同经营方式的林分内随机设置3块20 m×20 m的临时样方，进行植物种类、生物量和土壤理化性质的调查和取样。

表1 样地基本情况

2.2 土壤调查与取样方法

在每个样方内按“S”形选5个点，对其中3点挖取土壤剖面，分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三层，每层用2个环刀采取土样，方法依据森林土壤水分-物理性质的测定（LY/T 1215—1999）。剩余2点用土钻打孔，分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三层取土壤样品，将5点相同层次土壤样品混合装入布袋，带回室内阴凉处摊开风干，分别过2 mm和0.25 mm的土壤筛子。

2.3 土壤理化性质测定方法

土壤密度、持水量和土壤孔隙度均采用环刀法测定。全碳采用重铬酸钾氧化-外加热法测定（LY/ T 1237—1999）；全氮采用半微量凯氏法测定（LY/T 1228—1999）；全磷采用碱熔-钼锑抗比色法测定（LY/T 1232—1999）；全钾采用碱熔-原子吸收分光光度法测定（LY/T 1234—1999）；pH值采用电位法测定（LY/T 1239—1999）。

2.4 数据处理

利用SPSS13.0软件进行统计分析，利用单因素方差分析和最小差异法比较不同经营方式对土壤理化性质的影响（α=0.05）。

3 结果与分析

3.1 不同经营模式土壤物理性质

土壤物理性质主要包括土壤密度、持水量、孔隙度等。从表2可知，除传统经营林分0～20 cm土层土壤通气度显著低于对照外，3种经营模式林分相同深度土壤物理性质之间差异均不显著。

表2 不同经营模式天然次生阔叶林土壤物理性质

3.2 不同经营模式土壤化学性质

3.2.1 土壤全碳含量

由图1可以看出：近自然经营与传统经营、对照林分内0～20 cm和20～40 cm土层土壤全碳含量存在显著差异（p＜0.05），后两者之间差异不显著；3种经营模式林分40～60 cm土层土壤的全碳含量差异不显著；同时还可以看出3种经营模式林分土壤全碳含量随土层深度增加呈下降趋势。

图1 不同经营模式林分的土壤全碳含量

由图2可知：近自然经营林分0～20 cm和20～40 cm土层土壤全碳贮量显著高于传统经营和对照林分（p＜0.05），近自然经营林分0～20 cm土层土壤全碳贮量是传统经营林分和对照的1.37倍和1.41倍；20～40 cm土层土壤全碳贮量是传统经营林分和对照的1.7倍和2.04倍。3种经营模式林分40～60 cm土层土壤全碳贮量没有显著差异。由此可知，近自然经营林分0～40 cm土壤全碳贮量要远大于传统经营和对照。

图2 不同经营模式林分土壤全碳贮量

3.2.2 土壤全氮、全磷和全钾含量

土壤全氮、全磷和全钾含量是全面衡量土壤养分供应的3大指标。从表3可知，近自然经营林分0～20 cm土层土壤全氮含量显著高于传统经营林分和对照（p＜0.05），20～40 cm土层土壤全氮含量与对照林分有显著差异（p＜0.05），而传统经营林分与二者差异均不显著，3种经营模式40～60 cm土层土壤全氮含量无显著差异。

3种经营模式0～20 cm、40～60 cm土层土壤全磷含量无显著差异，20～40 cm土层土壤全磷含量近自然经营和传统经营模式显著高于对照，分别为对照的1.9倍和1.97倍。

3种经营模式林分0～20 cm和40～60 cm同一深度土壤中全钾含量无显著差异，对照林分20～40cm土壤中全钾含量为24.697 g·kg-1，显著高于近自然经营和传统经营林分（p＜0.05）。3种经营模式林分土壤全钾平均含量对比与全氮完全相反，对照林分的显著高于近自然经营的（p＜0.05），传统经营的与二者均无明显差异。

表3 不同经营模式下天然次生阔叶林土壤中全氮、全磷、全钾含量g·kg-1

3.2.3 土壤pH值与C/N比值

土壤pH值是土壤基本性质和肥力的重要影响因素之一，一般受成土母质和气候条件的影响，同时也受地形、植被和经营措施等因素的影响。从表4可以看出，3种经营模式林分土壤pH值均在5.2～5.5，且相同深度不同经营模式林分土壤pH值没有显著差异，但近自然经营林分的土壤平均pH值显著高于传统经营和对照林分（p＜0.01）。

土壤C/N比值是影响土壤微生物活性的重要因子，受植被、人类经营活动等因素的影响。从表4可以看出，近自然经营林分的0～20 cm土层土壤C/N比值显著低于对照（p＜0.05），传统经营与近自然经营和对照无显著差异，3种经营模式林分20～40 cm或40～60 cm土层土壤的C/N比值无显著差异。

表4 不同经营模式天然次生阔叶林不同深度土壤pH值与C/N比值

4 结论与讨论

4.1 土壤物理性质是评价森林植被、经营技术、人类干扰和气候因子变化的重要指标[12]。土壤密度小，土壤结构相对疏松、孔隙较多，土壤密度大，土体比较紧实、孔隙较少。本研究中除了0～20 cm土层土壤通气度和20～40 cm深度土壤非毛管孔隙度在不同经营模式间差异显著外，其他相同深度不同经营模式的土壤物理性质差异均不显著，这表明近自然经营对天然次生阔叶林土壤物理性质影响并不显著。

4.2 土壤全碳是指存在于土壤中的所有有机物质中的碳，土壤全碳库是陆地碳库的主要组成部分，在陆地碳循环研究中有着重要的作用[13]。土壤全碳含量是土壤肥力的重要指标之一，受土壤理化性质、植被、气候条件、人类活动等影响[14]，氮、磷、钾是土壤重要三大元素，其中全氮含量是土壤肥力变化的指示因子[15]。本研究中近自然经营林分0～40 cm土层土壤中的全碳、全氮含量均高于传统经营和对照林分。产生这种现象可能是由于近自然经营林分主要采用伐劣抑灌的经营方式，作业后枝叶残体留在林内，而传统经营采用干、枝全输出林地的经营方式，枝叶残体被微生物分解利用后可引起林地土壤全碳、全氮含量明显增长。

近自然经营林分土壤中全钾含量显著低于对照林分，这可能是由于钾元素主要参与细胞分裂，常存在于生长最旺盛的地方。近自然经营林分采取的是抑灌伐劣的经营方式，被保留林木主要是生长旺盛的优树，细根较多，由于细根周转需要大量的钾元素，引起钾离子向细根处转移并被利用，使得近自然经营林分土壤中钾含量较低。而传统经营林分采用的是伐优留劣的经营模式，林分内被保留的是一些生长缓慢的劣株和地上灌草，相对地表部分灌草根系与树根系所需要K离子相对较少，对照林分基本保留着的是很多年前传统经营后的林分特征，树木生长势差，灌草相对丰富，所消耗钾离子更少，使得林分内土壤中钾的含量相对较高。

4.3 土壤C/N比值是一个比较稳定的参数，与土壤中全碳和全氮含量密切相关[15]。本研究中3种经营模式表层土壤C/N比值在0～20 cm深度有显著差异，其他深度无显著差异，这可能与不同经营模式留在林地里残落物的量及C/N比值有关，这与李海玲等[16]认为这主要因为植被对土壤的作用主要表现在表土层的结论相一致。

土壤pH值受气候、母质、生物等多因素的影响，本研究中近自然经营林分平均土壤pH值比传统经营和对照的高，可能是近自然经营过程中林地内大量的残落物分解产生大量的腐殖质，从而有效地缓冲了土壤的酸碱度。

5 结语

近自然经营对天然次生阔叶林土壤物理性质的影响并不显著，但对土壤化学性质影响比较大，显著提高了土壤中全碳、全氮的含量，并显著降低了林分的全钾含量。近自然经营显著提高了表层土壤的酸碱缓冲能力。由于土壤理化性质的变化是一个复杂的过程，受多方面的因素影响，要研究近自然经营对其施加的影响，必须要有长期的观察研究，同时还要开展相应的经营试验。

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(责任编辑：董莉莉)

Physical and chemical characteristics of soil in natural secondary broadleaved forests with different management modes

YANG Huixia
（Forest Management Research Institute of Liaoning Province,Liaodong Peninsula Forest Ecosystem Research Station,Dandong 118003,China）

In order to understand the influences of management modes on physical and chemical characteristics of soil, we researched the soil physical and chemical characteristics in natural secondary broad-leaved forests of Danqinghe Forest Farm in Harbin,which was managed with three kinds modes,i.e.near-nature management mode,traditional management mode and control.The results indicated that management modes had less influence on physical characteristics of soil in natural secondary broad-leaved forests.Compared with control,near-nature management mode could improve contents of total carbon and total nitrogen in 0～40 cm soil layer.Near-nature and traditional management modes had a certain effectiveness on increase total phosphorus content.In near-nature management forest,total potassium content in 20～40 cm soil layer was remarkably lower than that of control.Near-nature management significantly enhanced the soil buffer capacity,and reduced the C/N significantly.In conclusion,near-nature management mode had certain effectiveness on improving soil chemical properties.

forest management;near-nature management;natural secondary broad-leaved forest;physical and chemical characteristics of soil

S714.2

A

1001-1714（2017）03-0001-05

2017-04-05

林业公益性行业科研专项经费项目（201404303-04）。

杨会侠（1973-），女，高级工程师，主要从事森林经营和森林生态定位观测工作。E-mail:yhx-s@163.com。