不同经营模式下华北落叶松人工林土壤理化性质_马娇娇.pdf

学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h5 2 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯不同经营模式下华北落叶松人工林土壤理化性质*马娇娇,郭敬丽,李 娟,张 楠,王海涛,刘志鹏,魏浩亮,侯 颖(河北省木兰围场国有林场,河北 承德 0 6 8 4 5 0)摘要:为了研究不同经营模式下华北落叶松(L a r i xg m e l i n i iv a r.p r i n c i p i s-r u p p r e c h t i i)人工林土壤理化性质的差异性,以河北省木兰围场国有林场燕格柏分场3 6年华北落叶松人工林为研究对象,选取目标树经营(S)、均质经营(N)以及对照(C K)样地,分析不同经营模式下华北落叶松人工林土壤理化性质的差异,以期对冀北地区华北落叶松人工林经营提供理论和实践依据。结果表明:1)从土壤物理性质指标上看,不同经营模式下华北落叶松林下土壤毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量均表现为目标树经营均质经营对照。2)从土壤化学性质指标来看,不同经营模式下华北落叶松林下土壤铵态氮、有效磷、速效钾、有机质以及p H值化学性质指标表现为目标树经营均质经营对照,其中速效钾含量目标树经营改善效果明显,与均质经营以及对照具有显著差异(P0.0 5);土壤有机质含量目标树经营与对照差异显著(P均质经营(0.9 4g/c m3)目标树经营(0.8 2g/c m3),都不具有显著差异;1 02 0c m土层,土壤密度仍然表现为对照(0.9 9g/c m3)均质经营(0.9 5g/c m3)目标树经营(0.8 5g/c m3),不具有显著差异;2 04 0c m土层,土壤密度表现为均质经营(1.1 1g/c m3)对照(1.0 5g/c m3)目标树经营(0.9 7 g/c m3),差异不显著。可以看出随着土层深度的增加,在不同经营模式下华北落叶松人工林土壤密度逐渐增加,但差异不显著。从04 0c m土层整体来看,土壤密度表现为对照(1.0 1g/c m3)均质经营(1.0 0g/c m3)目标树经营(0.8 7g/c m3),无显著差异。由表2可知,不同经营模式下华北落叶松林下土壤毛管孔隙度在01 0c m土层表现为目标树经营(3 0.8 4%)对照(3 0.6 6%)均质经营(2 9.6 6%),没有显著差异;1 02 0c m土层来看,土壤毛管孔隙度表现为目标树经营(3 8.3 3%)对照(3 5.6 6%)均质经营(3 4.0 0%),没有显著差异;2 04 0c m土层,土壤毛管孔隙度表现为目标树经营(2 9.6 6%)均质经营(2 5.3 3%)对照(2 4.6 6%),没有显著差异。0 4 0c m土层整体来看,表现为目标树经营(3 2.6 6%)对照(3 0.3 3%)均质经营(2 9.5 5%),都不具有显著差异。由表2可知,不同经营模式下华北落叶松林下土壤非毛管孔隙度表现为:01 0c m土层,目标树经营(1 7.0 0%)均质经营(1 6.3 3%)对照(9.0 0%),均不具有显著差异;1 02 0c m土层,土壤非毛管孔隙度表现为目标树经营(1 3.1 1%)均质经营(1 3.0 5%)对照(1 2.5 6%),各经营模式不具有显著差异;2 04 0c m土 层,目 标 树 经 营(1 3.3 3%)均 质 经 营(1 1.6 6%)对照(1 1.5 3%),不具有显著差异。04 0c m土层整体来看,目标树经营(1 4.3 3%)均质经营(1 4.0 0%)对照(1 1.3 3%),不具有显著差异。由表2、表3可知,不同经营模式下华北落叶松林下土壤总孔隙度表现为:01 0c m土层,土壤总孔隙度目标树经营(5 1.6 6%)均质经营(4 7.3 3%)对照(4 2.0 0%),不具有显著差异;1 02 0c m土层,土壤学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h5 4 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯总孔隙度表现为目标树经营(4 7.3 3%)均质经营(4 6.3 3%)对照(3 9.6 6%),同样也不具 有显著差异;2 04 0c m土 层,土 壤 总 孔 隙 度 目 标 树 经 营(4 3.0 0%)均质经营(3 7.0 0%)对照(3 6.3 3%),不同经营模式间没有显著差异。04 0c m土层整体来看,土壤总孔隙度表现为目标树经营(4 7.0 0%)均质经营(4 3.5 5%)对照(4 1.6 6%),但差异不显著。由表2可知,不同经营模式下华北落叶松林下土壤最大持水量表现为:01 0c m土层,土壤最大持水量目标树经营(4 7.6 7%)均质经营(4 6.3 3%)对照(3 9.6 6%),各 经 营 模 式 间 没 有 显 著 差 异;1 02 0c m土 层,土 壤 最 大 持 水 量 表 现 为 目 标 树 经 营(5 1.6 6%)对照(4 9.0 0%)均质经营(4 7.3 3%),同样各经营模式间不具有显著差异;2 04 0c m土层,表现为目标树经营(4 3.0 0%)均质经营(3 7.0 0%)对照(3 6.3 3%),各经营模式间无显著差异。从04 0c m土层整体来看,目标树经营(4 7.0 0%)均质经营(4 3.5 5%)对照(4 1.6 6%),不具有显著差异。表2 土壤物理性质指标土层目标树经营均质经营对照土壤密度/(g/c m3)0 1 0c m0.8 2 0.1 8 a0.9 4 0.0 7 a0.9 8 0.0 4 a1 0 2 0c m 0.8 5 0.0 9 a0.9 5 0.1 8 a0.9 9 0.0 5 a2 0 4 0c m 0.9 7 0.0 7 a1.1 1 0.0 8 a1.0 5 0.0 7 a0 4 0c m0.8 7 0.0 6 a1.0 0 0.0 6 a1.0 1 0.0 3 a土壤毛管孔隙度/%0 1 0c m 3 0.8 4 4.5 8 a 2 9.6 6 6.0 7 a 3 0.6 6 5.8 4 a1 0 2 0c m 3 8.3 3 1.4 5 a 3 4.0 0 3.0 5 a 3 5.6 6 0.3 3 a2 0 4 0c m 2 9.6 6 4.0 5 a 2 5.3 3 2.0 2 a 2 4.6 6 5.8 4 a0 4 0c m 3 2.6 6 2.3 0 a 2 9.5 5 2.4 2 a 3 0.3 3 2.8 6 a土壤非毛管孔隙度/%0 1 0c m 1 7.0 0 1.4 5 a 1 6.3 3 3.7 8 a9.0 0 2.5 1 a1 0 2 0c m 1 3.1 1 2.9 6 a 1 3.0 5 2.9 0 a 1 2.5 6 0.8 8 a2 0 4 0c m 1 3.3 3 2.8 4 a 1 1.6 6 1.2 0 a 1 1.5 3 2.1 8 a0 4 0c m 1 4.3 3 1.3 5 a 1 4.0 0 1.6 2 a 1 1.3 3 1.1 7 a土壤总孔隙度/%0 1 0c m 5 1.6 6 1.6 6 a 4 7.3 3 1.3 3 a 4 2.0 0 1.0 0 a1 0 2 0c m 4 7.3 3 6.0 1 a 4 6.3 3 7.5 1 a 3 9.6 6 5.4 8 a2 0 4 0c m 4 3.0 0 2.0 8 a 3 7.0 0 3.0 5 a 3 6.3 3 3.7 1 a0 4 0c m 4 7.0 0 2.2 7 a 4 3.5 5 2.8 0 a 4 1.6 6 2.7 0 a土壤最大持水量/%0 1 0c m 4 7.6 7 6.0 9 a 4 6.3 3 7.5 1 a 3 9.7 8 5.4 9 a1 0 2 0c m 5 1.6 6 1.6 6 a 4 7.3 3 1.3 3 a 4 9.0 0 1.0 0 a2 0 4 0c m 4 3.0 0 2.0 8 a 3 7.0 0 3.0 5 a 3 6.3 3 3.7 1 a0 4 0c m 4 7.0 0 2.2 7 a 4 3.5 5 2.8 8 a 4 1.6 6 2.7 0 a 注:表中数据为平均值标准差;同行不同小写字母表示不同经营模式各指标之间的差异性(P均 质 经 营(4 6.9 3 m g/k g)对 照(4 2.4 7m g/k g),各经营模式间没有显著差异;1 0 2 0c m土层,目 标 树 经 营(4 1.6 5 m g/k g)均 质 经 营(3 9.8 4m g/k g)对照(3 3.6 5 m g/k g),不具有显著差异;2 04 0c m土层,目标树经营(3 6.2 0m g/k g)均质经营(3 5.6 1m g/k g)对照(3 1.0 2m g/k g),各经营模式间同样不具有显著差异。由此可以看出,土壤铵态氮含量均呈现出随土层深度增加逐渐减小的趋势。从04 0c m土层整体看,土壤铵态氮含量表现为目标树经营(4 1.6 8m g/k g)均质经营(4 0.7 9m g/k g)对照(3 5.7 1m g/k g),差异并不显著。由表3可知,不同经营模式下华北落叶松土壤有效磷 含 量 表 现 为:01 0c m土 层,目 标 树 经 营(9.1 6m g/k g)均 质 经 营(9.0 9 m g/k g)对 照(8.6 0 m g/k g),各经营模式之间没有显著差异;1 02 0c m土层,土 壤 有 效 磷 含 量 表 现 为 目 标 树 经 营(8.0 4m g/k g)均质经营(7.6 8m g/k g)对照林分(6.9 4m g/k g),不具有显著差异;2 04 0c m土层,目标树经营(7.7 2m g/k g)均质经营(6.4 9m g/k g)对照林分(5.8 7m g/k g),不具有显著差异。可以看出各经营模式间有效磷含量均呈现出随深度增加显著减小的趋势。从04 0c m土层整体看,土壤有效磷含量表现为目标树经营(8.3 1 m g/k g)均质经营(7.7 5m g/k g)对 照(7.1 4 m g/k g),不 具 有 显 著差异。由表3可知,不同经营模式下华北落叶松土壤速效钾 含 量 表 现 为:01 0c m土 层,目 标 树 经 营(2 4 3.4 0m g/k g)要显著高于对照(1 6 1.8 2 m g/k g),均质经营(1 9 5.4 8m g/k g)要显著高于对照,目标树经营与均质经营之间没有显著差异,排序为目标树经营均质经营对照;1 02 0c m土层,目标树经营(2 2 9.7 9m g/k g)要显著高于均质经营(1 6 7.1 9m g/k g)以及对照(1 3 5.6 8m g/k g),均质经营与对照之间并无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照;2 04 0c m土层,目标树经营(1 8 9.3 4m g/k g)要显著高于均质经营(1 3 1.2 7m g/k g)以及对照(1 1 5.2 3m g/k g),但均质经营与对照之间并无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。可以看出,土壤速效钾含量均呈现出随深度增加显著减小的趋势。从04 0c m土 层 整 体 来 看,土 壤 速 效 钾 含 量 目 标 树 经 营学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c hF O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y5 5 二二三年第五期 林业科技通讯(2 2 0.8 4m g/k g)要显著高于均质经营(1 6 4.6 4m g/k g)以及对照(1 3 7.5 8m g/k g),但均质经营与对照之间并无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。表3 土壤化学性质指标土层目标树经营均质经营对照铵态氮/(m g/k g)0 1 0c m4 7.2 0 8.3 6 a4 6.9 3 8.0 9 a4 2.4 7 6.7 7 a1 0 2 0c m4 1.6 5 7.2 8 a3 9.8 4 6.5 7 a3 3.6 5 3.1 3 a2 0 4 0c m3 6.2 0 5.1 9 a3 5.6 1 1.6 1 a3 1.0 2 4.5 0 a0 4 0c m4 1.6 8 4.3 2 a4 0.7 9 3.7 7 a3 5.7 1 2.8 3 a有效磷/(m g/k g)0 1 0c m9.1 6 1.8 7 a9.0 9 1.1 1 a8.6 0 0.0 7 a1 0 2 0c m8.0 4 1.0 6 a7.6 8 0.8 0 a6.9 4 0.8 6 a2 0 4 0c m7.7 2 0.5 2 a6.4 9 0.4 7 a5.8 7 0.6 4 a0 4 0c m8.3 1 0.9 3 a7.7 5 0.3 8 a7.1 4 0.4 2 a速效钾/(m g/k g)0 1 0c m2 4 3.4 0 6 3.9 7 a 1 9 5.4 8 9.7 1 a b 1 6 1.8 2 1 5.9 2 c1 0 2 0c m2 2 9.7 9 6.5 1 a 1 6 7.1 9 6 6.1 5 b 1 3 5.6 8 1 2.6 9 b c2 0 4 0c m1 8 9.3 4 3 8.8 4 a 1 3 1.2 7 2 1.6 9 b 1 1 5.2 3 3 9.9 0 b c0 4 0c m2 2 0.8 4 6.5 1 a 1 6 4.6 4 1 5.9 2 b 1 3 7.5 8 9.7 1 b c有机质/(m g/k g)0 1 0c m2 9.2 5 2.8 2 a2 5.2 3 2.3 2 a b2 0.6 5 2.9 0 c1 0 2 0c m2 5.7 4 3.4 6 a2 3.9 4 0.6 7 a b1 8.1 7 2.3 8 c2 0 4 0c m2 3.1 3 2.4 3 a1 7.6 3 3.7 3 b1 6.9 7 1.5 7 b c0 4 0c m2 6.0 4 1.5 0 a2 2.2 6 1.6 5 a b1 8.5 9 1.2 7 cp H值0 1 0c m6.4 8 0.1 5 a6.3 9 0.0 7 a6.1 3 0.0 7 a1 0 2 0c m6.3 6 0.2 4 a6.2 3 0.1 0 a6.0 7 0.0 7 a2 0 4 0c m6.2 9 0.0 9 a6.1 8 0.0 7 a6.0 4 0.1 5 a0 4 0c m6.3 7 0.0 9 a6.2 6 0.1 0 a6.0 8 0.7 2 a 注:表中数据为平均值标准差;同行不同小写字母表示不同经营模式各指标之间的差异性(P均质经营对照;1 0 2 0c m土层,目标树经营(2 5.7 4m g/k g)以及均质经营(2 3.9 4m g/k g)均要显著高于对照(1 8.1 7m g/k g),但此2种经营模式间不具有显著差异,排序为目标树经营均质经营对照;2 04 0c m土层,目标树经营(2 3.1 3m g/k g)要显著高于均质经营(1 7.6 3m g/k g)以及对照(1 6.9 7m g/k g),但均质经营与对照林分之间并无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。可以看出,土壤有机质含量均呈现出随深度增加显著减小的趋势。从04 0c m土层整体来看,目标树经营(2 6.0 4m g/k g)以及均质经营(2 2.2 6m g/k g)要显著高于对照(1 8.5 9m g/k g),但目标树经营与均质经营间无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。由表3可知,不同经营模式下华北落叶松土壤p H值位于6.0 46.4 8之间,呈酸性。在01 0c m土层,p H值表现为目标树经营(6.4 8)均质经营(6.3 9)对照(6.1 3),不具有显著差异;1 02 0c m土层,p H值 表 现 为 目 标 树 经 营(6.3 6)均 质 经 营(6.2 3)对照(6.0 7),本层均无显著差异;2 04 0c m土层,目标树(6.2 9)要高于均质经营(6.1 8)以及对照(6.0 4),本层均无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。由此可知,土壤p H值均呈现出随深度增加显著减小的趋势。从04 0c m土层整体来看,土壤p H值表现为目标树经营(6.3 7)高于均质经营(6.2 6)以及对照(6.0 8),各经营模式间并无显著差异,排序为目标树经营均质经营对照。4 讨论本文通过对不同经营模式下华北落叶松人工林林下土壤理化性质的研究发现,目标树经营通过伐去劣质的干扰树,调整林分密度,改善目标树的生长环境,使林分的郁闭度降低,目标树可以充分的利用阳光、水分、土壤等资源。目标树作业中,虽然可以获取一定数量的木材,但是会对林下土壤造成一定程度的干扰9。机械或人对土壤的压实作用导致土壤密度增加,林分密度变化,使林内光照强度发生变化、地上水汽湿度、地下土壤水分等随之发生变化,进而影响林内土壤的土壤肥力。整体上看,目标树经营与均质经营相较于对照林分土壤理化性质各项指标都有所改善,这与郭鑫1 0、胡明珠1 1、杨会侠等1 2、高孝威等1 3的研究结果一致。从土壤物理性质上看,在不同土层中,土壤密度对比结果为目标树经营均质经营对照,其原因是经营后林地光照条件得到了改善,加速了枯落物的分解,增加了土壤孔隙度,从而降低了土壤密度。随着土层深度的增加,在不同经营模式下华北落叶松人工林总空隙度降低,造成这一现象的原因与林地根系生长与分布有关,随着土层深度的增加,林下草灌根系逐渐减少,土壤的孔隙度也随之降低。郭鑫1 0通过对秦岭落叶松林下土壤孔隙度的研究也得出相应的结论;李卓等1 4认为密度、孔隙度直接影响持水能力;王大力等1 5认为灌草植被的根系在土壤中穿插、挤压,促进根孔的产生;杨婷惠等1 6认为土壤中的细根数量与土壤毛管孔隙度成正比,与土壤学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h5 6 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯非毛管孔隙度成反比,这都与本文研究结果一致。从土壤化学性质上看,目标树经营的有机质含量在3个土层相较于均质经营以及对照林分均有明显改善。国外有学者1 7认为经营后,林内生境条件得到改善,土壤温度改变促使土壤微生物的活动频繁,分解有机质速度得到了提升,提高了土壤质量,这与本文研究结果一致。本研究发现土壤铵态氮、有效磷以及p H值等化学性质指标相较于均质经营、对照林分也均有所改善,但还达不到显著差异,这与许多研究对不同类型森林土壤养分状况的影响结果一致1 8-1 9。有机质的分解会导致全氮、碱解氮的上升2 0。经营后的铵态氮、有效磷、速效钾含量相比于对照有明显的上升,且差异多在02 0c m的土层,2 04 0c m基本变化不大,主要是由于华北落叶松的浅根性,对4 0c m以下的土壤影响甚微。经过目标树经营后,林分密度、林内光照、湿度等条件发生变化,因此土壤铵态氮、有效磷、速效钾含量均发生变化。5 结论华北落叶松林分在经营过后土壤理化性质总体上有所改善,土壤密度、土壤毛管孔隙度、土壤总孔隙度、土壤最大持水量、土壤非毛管孔隙度等均有所改善,均表现为目标树经营均质经营对照。在不同土层中华北落叶松林下的土壤有机质含量对比分析为:目标树经营均质经营对照,其中在01 0c m和1 02 0c m土层目标树经营显著高于对照,在2 04 0c m土层目标树经营显著高于均质经营和对照。不同经营模式中在01 0、1 02 0、2 04 0c m土层之间,目标树经营和均质经营的p H值均高于对照土壤的p H值,但是差异不显著,说明华北落叶松林酸性土壤经过经营以后有明显的改良作用。土壤铵态氮、有效磷、速效钾含量总体上有所提升,均表现为:目标树经营均质经营对照。其中速效钾在01 0c m土层目标树和均质经营显著高于对照,在1 02 0、2 04 0c m土层目标树经营显著高于对照。参考文献:1 刘慧敏,韩海荣,程小琴,等.不同密度调控强度对华北落叶松人工 林土 壤 质量 的影 响J.北京 林 业 大 学 学 报,2 0 2 1,4 3(6):5 0-5 9.2 刘波,陈林,庞丹波,等.六盘山华北落叶松土壤有机碳沿海拔梯度的分布规律及其影响因素J.生态学报,2 0 2 1,4 1(1 7):6 7 7 3-6 7 8 5.3 赵婷婷,王冬至,张冬燕,等.塞罕坝华北落叶松人工林树冠外部轮廓模型J.林业科学,2 0 2 1,5 7(5):1 0 8-1 1 8.4L I NG M,HEY N,L UJG,e ta l.S e a s o n a lv a r i a t i o n si ns o i lp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dm i c r o b i a l c o mm u n i t ys t r u c t u r e i n f l u e n c e db ys p a r t i n aa l t e r n i f l o r ai n v a s i o na n dk a n d e l i ao b o v a t a r e s t o r a t i o nJ.S c i e n c e o f t h eT o t a lE n v i-r o n m e n t,2 0 2 1,7 9 7:1 4 9 2 1 3.5 曹小玉,李际平,封尧,等.杉木生态公益林林分空间结构分析及评价J.林业科学,2 0 1 5,5 1(7):3 7-4 8.6 张晓红,张会儒.蒙古栎次生林垂直结构特征对目标树经营的响应J.北京林业大学学报,2 0 1 9,4 1(5):5 6-6 5.7 徐文煦,刘长乐,赵眉芳,等.以近自然森林经营为目标的天然次生林间伐木选择策略研究J.林业科技,2 0 1 9,4 4(5):3 3-3 6.8A U D L E YPJ,F E T T I GJC,MU N S O NSA,e ta l.I m p a c t so fm o u n t a i np i n eb e e t l eo u t b r e a k so nl o d g e p o l ep i n ef o r e s t si n t h e i n t e r m o u n t a i nw e s t,U.S.,2 0 0 4-2 0 1 9J.F o rE c o lM a n a g e,2 0 2 0,4 7 5.9 柴宗政.秦岭中段华北落叶松人工林生长特性及近自然经营技术研究D.杨凌:西北农林科技大学,2 0 1 3.1 0 郭鑫.经营措施对秦岭华北落叶松人工林的影响D.杨凌:西北农林科技大学,2 0 1 9.1 1 胡玉珠.辽西半干旱地区抚育间伐对油松林下土壤理化性质的影响J.林业科技通讯,2 0 1 7(1 0):3-6.1 2 杨会侠,何友均,郑颖,等.天然次生针叶林内土壤理化性质对不同经营方式的响应J.东北林业大学学报,2 0 1 3,4 1(3):6 3-6 8.1 3 高孝威,苏和,白艳,等.不同林龄华北落叶松人工林林下植被与土壤理化特性变化特征J.内蒙古林业科技,2 0 2 1,4 7(2):1 0-1 4.1 4 李卓,吴普特,冯浩,等.容重对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究J.土壤学报,2 0 1 0,4 7(4):6 1 1-6 2 0.1 5 王大力,尹澄清.植物根孔在土壤生态系统中的功能J.生态学报,2 0 0 0(5):8 6 9-8 7 4.1 6 杨婷惠,祁凯斌,黄俊胜,等.林窗式疏伐对云杉人工林土壤持水性能的影响J.应用与环境生物学报,2 0 1 8,2 4(5):1 1 7 1-1 1 7 8.1 7D O U G L A SAB U R N S,P E T E RSMU R D O C H.E f f e c t s o f ac l e a r c u t o n t h en e t r a t e so fn i t r i f i c a t i o na n d Nm i n e r a l i z a t i o ni nan o r t h e r nh a r d w o o df o r e s t,C a t s k i l lM o u n t a i n s,N e wY o r k,U S AJ.B i o g e o c h e m i s t r y,2 0 0 5,7 2(1):1 2 3-1 4 6.1 8 张巧明,王得祥,龚明贵,等.秦岭火地塘林区不同海拔森林土壤理 化 性 质 J.水 土 保 持 学 报,2 0 1 1,2 5(5):6 9-7 3.1 9 杨晓娟,王海燕,任丽娜,等.我国森林土壤健康评价研究进展J.土壤通报,2 0 1 2,4 3(4):9 7 2-9 7 8.2 0XUJX,XUEl,S UZY.I m p a c t so f f o r e s tg a p so ns o i lp r o p e r t i e sa f t e ras e v e r ei c es t o r mi naC u n n i n g h a m i al a n c e o l a t as t a n dJ.P e d o s p h e r e,2 0 1 6,2 6(3):4 0 8-4 1 6.