采伐干扰对兴安落叶松林土壤化学性质的影响

    包田梅 铁牛

    

    

    

    摘 要：? 本文針对内蒙古大兴安岭兴安落叶松林采伐迹地不同恢复年限的土壤化学指标的变化进行研宄，是为天然林自我恢复情况进行评价，为内蒙古大兴安岭林区的经营管理提供依据。实验用土壤的pH，及全碳、全氮、全磷、全钾的含量，按照《森林土壤实验教程》和《土壤农化分析》计算。采用单因素方差（ANOVA）分析（SPPS 13.0软件）研究采伐干扰对土壤化学性质的影响。结果表明：①对比兴安落叶松天然林（对照样地）和皆伐、渐伐两种不同采伐干扰迹地兴安落叶松林土壤pH、全碳和其他营养成分之问的差异。得到渐伐和皆伐对土壤化学性质有显著性差异（P<0.05）;皆伐与土壤全氮含量呈极显著的正相关关系（P<0.01），与土壤含碳量和pH呈显著的正相关关系（P<0.05）。②比较不同年份采伐方式对土壤理化性质的显著性， 1987年的采伐迹地与2014年的采伐迹地有一定的差异， 2009年与1987年、2014年的采伐迹地差异不明显。得到结论是：森林采伐干扰能降低土壤的pH，客观上使土壤养分得到增加，或许有利于森林自然更新。采伐干扰明显影响土壤碳和其它营养元素的平衡。

    关键词： 采伐干扰;兴安落叶松林;不同年份;土壤养分

    中图分类号 ：S718.5?? ??文献标识码 ：A ???文章编号 ：1006-8023（2020）02-0001-05

    Effect of Logging Interference on the Chemical Properties of the Soil of Xingan Larch Forest

    BAO Tianmei， TIE Niu*

    （Forestry College， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010109， China）

    Abstract： This paper studies and discusses the changes of soil chemical indexes in different recovery years of Xingan larch forest in Daxinganling， Inner Mongolia， in order to evaluate the self recovery of natural forest and provide basis for the management of Daxinganling forest in Inner Mongolia. The pH， C content， whole nitrogen， whole phosphorus and whole potassium content of the soil used in the experiment were calculated according to the Forest Soil Experiment Tutorial and the Soil Agroization Analysis. The effects of logging interference on the chemical properties of soil were studied using a single-factor variance （ANOVA） analysis （SPPS 13.0 software）. Results showed that： ① comparing the differences in soil pH， soil C and other nutrients in Xingan larch natural forest and two different interference plots of clear cut and gradual cut， it is found that clear cut and gradual cut have significant differences in soil chemical properties （P<0.05）. Clear cut has an extreme significant positive correlation with soil total nitrogen （P<0.01）， and a significant positive correlation with soil carbon content and pH （P<0.05）.② Comparing the significance of different cutting methods on soil physical and chemical properties in different years， there is a certain gap between the logging sites in 1987 and 2014， while the differences between the logging sites in 2009， 1987 and 2014 are not significant. Conclusion： deforestation interference can reduce the pH of soil， objectively increase soil nutrients， and may be conducive to the natural renewal of forests. Logging interference significantly affects the balance of soil carbon and other nutrients

    Keywords： Logging interference; Xingan larch; different years; soil nutrients

    0 引言

    不同的土壤理化性质改变了土壤养分状况，反之又作用于群落内的诸多生态过程[1]，这间接影响了地上植被生物多样性和群落演替进程。刘道锟等[2]研究认为，物种丰富度指数与林地土壤容重存在正相关关系，与土壤含水量及养分呈显著负相关关系;盛茂银等[3]测定土壤有机质、氮素、钾素、持水状况、孔隙度和植物多样性均匀度指数等指标，结果表明，土壤理化性质与植物多样性指数具有明显的相关性;罗亚勇等[4]研究表明，青藏高原东缘高寒草甸退化过程中，植物多样性和土壤碳、氮的含量存在明显的负相关;文海燕等[5]研究了科尔沁退化沙质草地不同沙漠化阶段物种多样性的变化，结果表明有机碳、全氮、全磷、有效氮与植物多样性存在显著或极显著相关[6]。

    1 材料与方法

    1.1 研究区概况

    研究地区位于内蒙古大兴安岭根河林业局境内的约安里林场29林班和30林班、乌力库玛林场122林班和123林班，以及内蒙古根河林业局潮查林场[2]。海拔最高为1 116 m，最低为944.6 m。地理坐标为122°14′～125°07′E，50°49′～51°08′N。土壤主要為棕色针叶林土。常见植物有：兴安落叶松 （Larix gmelinii）、白桦（Betula platyphylla）、山杨（Populus davidiana）、蒙古栎（Quercus mongolica）和樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）[3]。林下物种丰富多样，常见的有：杜香（Ledum palustre）、杜鹃（Rhododendron dauricum）、唐松草（Thalictrum baicaleuse）、越橘（Vaccinium vitis-idaea）、大野豌豆（Viciagigautea）、石蕊（Cladonia rangiferina）、小叶樟（Deyeuxia angsdorffii）、林问荆（Equisetum silvaticum）和红花鹿蹄草（Pyrola incarnata）。

    1.2 样本采集与处理

    2018年8月，在研究地区，选择1987年、2009年、2014年进行皆伐或渐伐的兴安落叶松林采伐迹地上，分别设置40 m×40 m的固定样地6块，同时在采伐迹地附近未采伐区域设置对照样地3块，共9块样地，随后展开外业调查。

    在上述3个年份的森林中设置的样地中，每个样地的0～20 cm土层中进行多点（5个）混合取样，土壤采集后将其中的根系等植物残体和石子去除，过2 mm筛，混合均匀后自然风干。

    1.3 测定方法与原理

    本文选取用于研究分析的土壤理化性质有pH、土壤有机质、全氮和全磷。

    具体方法参照《土壤分析技术规范》和《土壤理化分析》等，具体测量方法：土壤pH用电位法;有机质用重铬酸钾氧化-外加热法;全氮用凯式定氮法;全磷用氢氧化钠熔融后钼锑抗比色法。

    实验用土壤的pH，及全碳、全氮、全磷、全钾的含量按照《森林土壤实验教程》和《土壤农化分析》计算。采用单因素方差（ANOVA）分析（SPPS 13.0软件）研究采伐干扰对土壤化学性质的影响。

    2 结果与分析

    2.1 不同年份不同采伐方式对土壤化学性质的显著性分析

    从表1中明显看出这与Giai等[7]研究结果符合。不管是采伐方式还是采伐年份对土壤理化性质有一定的显著性。不同采伐方式对土壤的含碳量和含氮量有极显著性。不同采伐年份对土壤的pH和含氮量有极显著性差异。

    2.2 不同采伐方式对土壤化学性质的影响

    2.2.1 1987年不同采伐方式对土壤化学性质的影响

    从表2中明显看出，1987年渐伐样地的所有养分都是增加的趋势，而皆伐样地的全氮和pH是减少的趋势。从这可以看出来渐伐方式对兴安落叶松环境和基质中营养和水分的有效性或多或少地有所提高，从而导致土壤的养分也有所增加。 很多研究表明森林进行皆伐后土壤表层pH逐渐减小，原因是皆伐干扰后硝化作用持续增加，然后树枝上的酸性有机物质将从枝条上淋洗下来，从而导致了pH大量减小趋势，这与于楠楠等[8]研究结果相似。森林采伐后全氮含量的变化是一个非常复杂过程，采伐干扰对于土壤全氮含量有着很多种影响，比如由于立地条件、树种不同和采伐方式不同等的差异而不同，从而全氮量渐伐方式下增加6.39%，而皆伐方式下全氮量下降12.05%。

    2.2.2 2009年不同采伐方式对土壤化学性质的影响

    从表3中看出来，2009年的渐伐方式和皆伐方式的土壤养分明是呈下降的趋势。从结果分析出，森林渐伐作业后，土壤全氮、全磷、全碳、pH、全钾的含量分别降低80.07%、 52.13%、64.70%、 3.69%、9.41%。森林皆伐作业后，采伐迹地土壤全氮、全磷、全碳、全钾的含量分别降低92.587%、65.82%、95.05%、4.83%。森林采伐后，有机质分解加快从而导致枯枝落叶也分解快，采伐不久后土壤养分会逐渐增加，但由于不能被植物充分利用跟随径流而流失。其他有采伐后对林地水热条件有所影响，地表温度升高，采伐剩余物、原有枯枝落叶和死地被物分解迅速，但由于森林受采伐干扰后形成很多林窗，林下植被受到破坏影响，极大地降低了林冠对雨水的截留消能作用，降水产生的林地雨水径流增大，使林地有机物矿化释放的可溶性养分遭受淋失和引起水土流失，土壤养分含量因此而下降，这与BAI等[9]研究相符。

    2.2.3 2014年不同采伐方式对土壤化学性质的影响

    从表4中分析得到渐伐和皆伐作业下采伐迹地有一定的差距。渐伐迹地全氮含量增加19.01%，而皆伐迹地全氮含量减少20.56%;全碳也一样渐伐迹地增加26.31%，而皆伐样地的减少39.16%。但是对渐伐样地土壤中的氮素绝大部分是有机氮 （98%以上），故土壤中全氮含量与全碳成正相关，即全碳增加，全氮量也增加。皆伐样地也一样，即全碳减少，而全氮量也减少。全磷对森林系统起限制作用，全磷能对植物生长起限制作用，还可能对生态系统内其他成分和生态过程起限制作用。森林采伐对土壤全磷含量影响的研究目前较少，Francos等[10]的研究指出，得到干扰后的生态系统中土壤磷的含量有所增加;本文的研究结果是干扰后兴安落叶松林土壤磷含量与兴安落叶松天然林土壤磷含量相比呈现逐渐降低的趋势，不同生态系统土壤磷含量的变化非常复杂而差异明显。

    2.3 不同年份采伐迹地对土壤化学性质的影响

    从图1中看出来，3个不同年份中含碳量和pH有所区别，其他指标：全氮、全磷和全钾含量几乎没有差异。

    从图2中分析，皆伐迹地的化学性质有所区别。采伐后 37 a，也就是说1987年的土壤全氮、全磷、全碳、pH和全钾与对照样地相比，含量接近于对照样地，这与Gómez等[11]研究结果相似。而2009年的差异最大，主要是含碳量差异最大，这可能与树种和立地条件有关。2014年的差异不是很明显，因为采伐不久的森林处于刚更新阶段，所以土壤化学性质跟对照林样地也比较接近[12-13]。

    3 结论与讨论

    研究表明，兴安落叶松林的采伐干扰影响了土壤的化学性质，森林采伐干扰能降低土壤的pH，客观上使土壤养分得到增加，或许有利于森林自然更新。采伐干扰明显影响了土壤碳和其他营养元素的平衡[14-15]。

    采伐干扰也同样影响土壤全氮含量，即随着兴安落叶松林干扰次数的增加，兴安落叶松林土壤的氮含量逐渐降低。与兴安落叶松天然林相比，采伐后的兴安落叶松林随着采伐干扰次数的增加土壤磷的含量逐渐降低[16]。采伐后森林土壤钾含量的变化趋势与氮、磷含量的变化趋势一致[17-18]。森林采伐对土壤养分具有不利的影响，采伐方式的不同对土壤养分的影响程度也不同。采伐年份对土壤的全碳量有明显影响，对其他土壤养分影响不明显[19-20]。

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