撫育間伐對華北落葉松枯落物與土壤持水量的影響研究

王 磊

（河北省塞罕壩機械林場總場北曼甸林場，河北圍場 068450）

1 引言

塞罕壩是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)屏障，由于地處華北平原向內蒙古高原、暖溫帶森林向溫帶草原的過渡地帶，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)。該區(qū)分布著河北省主要的森林資源，華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是該區(qū)蓄積量最大、分布最廣的造林樹種，具有長勢良好、材質優(yōu)良、適應性強、壽命長等優(yōu)點，在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風固沙等方面起著至關重要的作用［1］。在土壤的持水量研究中，枯落物既是森林生態(tài)系統(tǒng)的組成成分，也是土壤物質轉化的基礎?？萋湮锏膬α恐饕Q于其輸入量及本身分解程度，輸入量主要受樹種組成、林分生長狀況等因素的影響，其分解速率受季節(jié)、氣候等環(huán)境因子以及人為干擾的影響［2］。枯落物層作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要層次，在增加土壤有機質、改善土壤理化性質、防止雨滴濺擊土壤破壞土壤結構、防止地表水土流失等方面發(fā)揮重要作用［3］。土壤持水量和持水率是反應土壤水源涵養(yǎng)能力高低的重要指標。撫育間伐，指在未成熟的林分中，以林分發(fā)育、自然稀疏規(guī)律及森林培育為目標，從而給保留木創(chuàng)造良好的生長環(huán)境條件，而適時適量采伐部分林木，調整樹種組成和林分密度，改善環(huán)境條件，是促進保留木生長的一種營林措施。本文旨在研究撫育間伐2年后落葉松純林和落闊混交林林下枯落物土壤的持水量變化，借此研究撫育間伐對林地的積極作用，以達到提高木材蓄積等培育目的［4］。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置 塞罕壩位于河北省最北部，由內蒙古克什克騰旗和多倫縣的部分地區(qū)組成，南、東分別與河北省御道口牧場和圍場縣的4個鄉(xiāng)相連。按地形分壩上、壩下2部分：壩上是內蒙古高原南緣，以丘陵、曼甸為主，海拔1500～1940m；壩下是陰山山脈與大興安嶺余脈交匯處，典型的山地地形，海拔1010～1500m。

2.2 氣候條件 研究區(qū)氣候寒冷，冬長，春秋短，夏季不明顯，屬寒溫帶大陸性季風氣候。年均氣溫-1.40℃，極端最高、最低氣溫分別為30.9℃和-42.8℃。年均降水量438mm，蒸發(fā)量1230mm。年均無霜期60d，積雪時間長達7個月，年均日照時數為2368h。

2.3 森林資源 塞罕壩有林地面積707km2，森林覆蓋率75.2%，林木總蓄積4620000m3，平均年生長率9.7%。按起源分：人工林505km2，天然林201km2；按齡組分：幼齡林277km2，中齡林345km2，近熟林85km2。

3 研究方法

3.1 標準地設置 研究區(qū)位于塞罕壩機械林場下屬的北曼甸林場、大喚起林場、千層板林場、第三鄉(xiāng)林場和陰河林場，在研究區(qū)內設置撫育樣地和對照樣地，共120塊，面積均為20m×30m，同時調查并記錄樣地的基本信息，具體為樣地類型、林分類型、經度、緯度、海拔、坡度、坡向、土壤類型等。

3.2 枯落物層調查 枯落物層，分為未分解層和半分解層。在樣地內設1m×1m的小樣方，用鋼尺測量枯落物層厚度。將樣方內枯落物按未分解層和半分解層分開取樣，裝入塑料袋中，帶回實驗室，稱重。取部分樣品用電子天平稱重并記錄，然后用烘箱在70℃～80℃下將樣品烘干至恒重，冷卻后稱重，得樣品干重，計算枯落物自然含水率，然后換算枯落物總儲量。之后將風干的枯落物樣品按照未分解層和半分解層分別取3份，裝入細網尼龍袋，用電子天平稱重并記錄，進行浸水實驗，浸泡24h后，靜置至枯落物有極少的水滴滴出為止。稱枯落物的濕重并記錄，計算枯落物最大持水量和最大持水率。

3.3 土壤水分-物理性質測定 用環(huán)刀分層取樣。采用機械分層，分為：0～10cm、10～20cm和20～40cm。取樣為3個重復，3次取樣相距較近。先將去蓋的環(huán)刀套在環(huán)刀柄上，向下按壓，與挖出的臨時土壤水平面持平，不要過度按壓，然后用土壤刀將環(huán)刀帶土取出，去除多余的土壤，蓋上已放好濾紙的環(huán)刀蓋。取好環(huán)刀，編號，帶回室內測定土壤的水分。將取回來的環(huán)刀加鮮土質量，用天平稱重，計算土壤自然含水量。再將裝有濕土的環(huán)刀，放入平底盆中，注水，并保持盆中水面高度略低于環(huán)刀上沿，使其吸水達24h，取出后擦去表面水分，立即稱量得到最大持水量。將稱量后的環(huán)刀，取出放置在鋪有干砂的平底盤中2h后稱重，計算出毛管持水量。隨后環(huán)刀繼續(xù)放置在鋪有干砂的平底盤中，控至24h后稱量，算出最小持水量。再將環(huán)刀打開頂蓋，放入烘箱中，150℃烘6h，烘干為止，稱量，算出土壤自然含水量與土壤容重，最后稱量帶濾紙環(huán)刀干重［5］。

4 結果與分析

4.1 枯落物儲量與持水量

4.1.1 撫育間伐對枯落物儲量的影響 影響枯落物的儲量的主要因素有輸入量及本身分解程度，而輸入量不僅受樹種組成、林分生長狀況影響，且枯落物的分解速率也收各種環(huán)境因子以及各類人類活動得影響［6］。結果表明（見表1），撫育后枯落物厚度大于撫育前，其中，撫育后枯落物厚度撫育樣地的增加量小于對照樣地，枯落物總儲量的變化表現為撫育樣地的減少量小于對照樣地，則說明撫育后枯落物厚度增加并且分解速率加快。在間伐過程中會導致樹木的枝葉掉落從而使枯落物厚度增加，而撫育間伐使樣地密度，郁閉度等降低，從而加速了枯落物的分解。撫育前后各層次枯落物儲量所占比例各不同，2014年撫育和對照的未分解層儲量所占比例相同為42%，半分解層枯落物儲量所占比例相同為58%，而在2016年撫育與對照相比，未分解層占比較低，半分解層占比較高。

表1 撫育前后枯落物厚度及儲量

4.1.2 撫育間伐對枯落物持水量的影響 由表2可知枯落物最大持水量和最大持水率均值的大小關系為撫育后大于撫育前，且撫育樣地的增加量大于對照樣地，從總體來看未分解層最大持水量和最大持水率均高于半分解層。

表2 撫育前后枯落物持水量

4.2 撫育前后樣地土壤物理性質及持水量分析

4.2.1 土壤物理性質分析 土壤容重是反應土壤物理性質的1項重要指標，由表3可知，撫育前后土壤容重增加不明顯，且撫育和對照之間沒有變化，其原因可能是撫育時間過短，土壤理化性質變化較慢，撫育效果不明顯。

土壤孔隙度反映土壤孔隙狀況和松緊程度，是一定體積的土壤內，總孔隙體積占土壤總體積的百分數［7］。總孔隙度均值表現為：撫育后大于撫育前，撫育樣地的增加量大于對照樣地，則說明撫育后土壤孔隙度增加，利于水分和空氣的進入。其中0～10cm的各孔隙度值最高，分別為1.07%、52.06%、56.21%，20～40cm的各孔隙度值最低，分別為0.68%、50.37%、51.05%。

表3 撫育前后土壤物理性質及持水性能

4.2.2 土壤持水量分析 土壤水分物理性質在森林土壤水源涵養(yǎng)能力和土壤水分供應方面發(fā)揮重要作用，土壤持水量越大，土壤水分供應越充足［6］，由圖1、2、3、4可知，最大持水量除10～20cm層撫育后大于撫育前，其余層均小于撫育前，最小持水量和毛管持水量除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前。自然含水量撫育后大于撫育前，因為自然含水量受當年降水影響較大，其影響效果不穩(wěn)定，所以撫育前后變化與其他指標相比較大。對照樣地變化量略小于撫育樣地，但變化量不明顯。

圖1 最大持水量

圖2 最小持水量

圖3 毛管持水量

圖4 自然含水量

4.2.3 土壤持水率分析 由圖5、6、7、8可知，2014年對照0-10cm層最大持水率可達到70.80%，最小持水率達65.33%，毛管持水率65.33%，最大持水率除10～20cm撫育后大于撫育前，其余各層均小于撫育前，毛管持水率和最小持水率除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前，自然含水率撫育后明顯高于撫育前。土壤持水率受外界條件及時間影響，由于本研究時間較短，部分持水率雖撫育后大于撫育前，但效果不夠明顯。

圖5 最大持水率

圖6 最小持水率

圖7 毛管持水率

圖8 自然含水率

5 結論與討論

通過對撫育間伐前后枯落物儲量的調查分析發(fā)現，枯落物厚度撫育后大于撫育前，其中，撫育后枯落物厚度的增加量撫育樣地小于對照樣地，枯落物總儲量表現為撫育樣地的減少量小于對照樣地，則說明撫育后枯落物儲量增多。撫育前后各層次枯落物儲量所占比例各不同，2014年撫育和對照的未分解層儲量所占比例相同為42%，半分解層枯落物儲量所占比例相同為58%，而在2016年撫育與對照相比，未分解層占比較低，半分解層占比較高。由于枯落物厚度與林分密度及郁閉度等因素有關，撫育后林分密度小，郁閉度小，分解速率加快?？萋湮飳釉诒３炙?，涵養(yǎng)水源方面發(fā)揮著重要作用，而撫育間伐使林分密度減小，郁閉度降低，從而導致枯落物層分解速率加快［7］。但由于撫育間伐會造成樹木枝葉的掉落，所以枯落物厚度有所增加?？萋湮镒畲蟪炙亢妥畲蟪炙示档拇笮￡P系為撫育后大于撫育前，且撫育樣地的增加量大于對照樣地，從總體來看未分解層最大持水量和最大持水率均高于半分解層。土壤孔隙度反映土壤孔隙狀況和松緊程度，是一定體積的土壤內，總孔隙體積占土壤總體積的百分數。總孔隙度均值表現為：撫育后大于撫育前，撫育樣地的增加量大于對照樣地。由數據可知，撫育間伐后毛管孔隙度，總孔隙度都增大，表示該地土壤松緊程度較松，利于水分和空氣的進入［8］，同時也說明撫育間伐對土壤的改良有積極作用。

土壤容重和土壤孔隙度是反映土壤物理性質的重要指標，土壤容重變小，土壤孔隙度相應的變大，土壤持水量和持水率也會變大［9］。本研究表明，土壤容重增加不明顯，且撫育和對照之間沒有變化。在持水量和持水率中，最大持水量除10～20cm層撫育后大于撫育前，其余層均小于撫育前，最小持水量和毛管持水量除0～10cm層撫育后小于撫育前，其余各層均大于撫育前，自然含水量撫育后大于撫育前，這與撫育間伐土壤持水量趨勢表現不一致，其原因可能與林地水分入滲速度及林地植被吸水能力有關［10,11］，還有待進一步研究。并且，樣地撫育間伐的時間較短，效果不夠明顯，還需更長的時間研究分析。

通過對撫育間伐枯落物儲量、土壤持水能力的研究分析發(fā)現，間伐2年的林地在枯落物厚度有所增加和儲量有所降低，其原因是由于林分密度降低，郁閉度降低，是其分解速率加快，而撫育間伐會造成樹木枝葉的掉落造成厚度增加。而在持水能力方面撫育后略優(yōu)于撫育前，雖然可能是由于撫育間伐時間太短，效果不夠明顯，但是還是可以看出撫育間伐對土壤的改良是具有積極作用。