帶狀清理對杉木人工幼林林木生長及土壤養分的影響

江上喜

(福建省順昌埔上國有林場，福建 順昌 353205)

采伐剩余物清理不僅影響造林成活率，還會影響幼林的早期生長[1]。長期以來，為提高造林成活率及降低造林成本，南方丘陵山地采伐剩余物主要采用煉山清理，易造成水土流失及灰分損失，影響杉木人工林林地的生產力維護[2-3]。為了避免因煉山對林地地力帶來的不利影響，自20世紀末以來，南方國有林場陸續采用耙帶等帶狀清理方式對采伐剩余物進行清理，且逐漸成為人工林常用的經營措施之一。近年來，林業工作者比較分析了采伐剩余物帶狀清理對杉木[Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook]人工幼林生長以及土壤理化性質的影響[4-5]，發現采伐剩余物帶狀清理可提升林地土壤全氮、全磷、全鉀和全鎂含量。作為人工林林地養分的重要來源，采伐剩余物通過分解和淋溶的共同作用來提升土壤肥力[6]。但也有研究表明，采伐剩余物帶狀清理對土壤碳、氮含量影響不顯著，且隨著造林時間延長而減弱[7-8]。目前，采伐剩余物帶狀清理研究主要集中在其對整個林分生長及土壤理化性質的影響，而有關與采伐剩余物堆積帶不同距離的下部條帶杉木幼林生長以及土壤養分含量差異未見報道。因此，本文采用帶狀清理的方式，以1～5年生杉木幼林為研究對象，調查與采伐剩余物堆積帶不同距離的不同林齡杉木人工林生長情況，并分析其土壤大量及微量養分元素含量，以期為杉木人工林的高效培育提供參考。

1 研究地概況

研究地位于福建省順昌埔上國有林場，屬中亞熱帶海洋性季風濕潤氣候，年均日照時數1 716.8 h，年均氣溫18.9 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，極端最低氣溫-7.0 ℃，年無霜期310 d，年均降水量1 621.6 mm，年均相對濕度82.4%，年均蒸發量1 372.1 mm。試驗地土壤為花崗片麻巖發育而成的山地紅壤。杉木人工林于7—8月采伐，11—12月采用耙帶(帶內5.1 m，帶間寬1.0 m)方式進行采伐剩余物帶狀清理(采伐剩余物以枝椏材為主)，種植行未挖條帶。12月挖穴，穴規格為40 cm×40 cm×30 cm，回表土，翌年1—2月造林。不同林齡杉木人工林造林地前茬林分均為杉木二代林，種苗為杉木第3代種子園實生苗(1年生)。株行距為1.7 m×1.7 m，造林當年4月擴穴1次，5、9月各帶鋤1次；造林第2、第3年的5、9月各帶鋤1次。不同林齡杉木人工林林分基本概況見表1。

表1 試驗林基本概況Table 1 A general introduction of the experimental forests

2 研究方法

2.1 試驗林調查

2018年8月，在全面踏查林場杉木幼林的基礎上，選擇立地條件較接近的不同林齡杉木人工林為研究林分。在中坡位以采伐剩余物帶為基準線，沿山坡往下方向分別調查距堆積帶1.7、3.4及5.1 m處杉木胸(地)徑、樹高、枝下高及東西、南北冠幅等生長指標，不同間距各調查30株。其中，1、2、3年生杉木幼林調查地徑，4、5年生調查胸徑。采用內徑5 cm的土鉆分別取距堆積帶1.7、3.4及5.1 m處土壤樣品，每條帶各設15個取樣點，每5個取樣點混成1個樣品，3個重復。取樣后立即用自封袋裝好，備用。

2.2 測定項目及方法

杉木地徑、胸徑及樹高分別采用游標卡尺、圍徑尺及測高桿測量。土壤全氮、全碳、全磷、全鉀含量分別采用半微量凱氏法、碳氮分析儀、堿溶—鉬銻抗比色法及火焰光度計法測定；水解性氮、速效磷、速效鉀含量分別采用堿解擴散法、0.5 mol·L-1NaHCO3浸提法及1 mol·L-1乙酸銨浸提—火焰光度法測定；全鋁、全鈣、全錳、全鐵、全鎂含量采用原子吸收分光光度法測定[9]。

2.3 統計與分析

采用Microsoft Excel軟件進行數據處理；利用SPSS 20.0進行單因素方差及多重比較分析。

3 結果與分析

3.1 堆積帶與杉木人工幼林的間距對林木生長的影響

從表2可知，與堆積帶的間距不同，不同林齡杉木人工林生長表現也不同。幼林生長前期(1～2年生)，杉木地徑、樹高均表現為：距堆積帶5.1 m>距堆積帶3.4 m>距堆積帶1.7 m，但各處理間差異不顯著。幼林生長后期(3～5年生)，由于帶內枯枝落葉的分解，杉木胸徑(地徑)和樹高生長量總體隨著與堆積帶間距的增加而不斷降低。其中，距堆積帶1.7和3.4 m處的5年生杉木人工林胸徑分別比距堆積帶5.1 m處提高了18.75%和15.57%，樹高則分別提高了11.30%和6.89%，且差異均達顯著水平；與堆積帶不同間距的4年生杉木人工林胸徑和樹高差異均不顯著。1～5年生杉木人工林枝下高在距堆積帶3.4 m處均最大，分別為0.12、0.40、0.94、1.68和1.90 m，且2～5年生杉木枝下高在距堆積帶3.4 m處顯著高于距堆積帶1.7和5.1 m，而距堆積帶1.7和5.1 m之間差異均不顯著。同一林齡杉木人工林冠幅以距堆積帶3.4 m處最小，但1～4年生杉木東西及南北冠幅在與堆積帶不同間距間差異均不顯著。綜合來看，距堆積帶3.4 m處的杉木生長空間受到擠壓，枝下高較高，冠幅較小。

表2 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林生長量1)Table 2 The growth of artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

3.2 堆積帶與杉木人工幼林的間距對土壤養分元素含量的影響

3.2.1 大量元素 從表3可知，1、2年生林分0～10 cm、10～20 cm土層及3年生林分0～10 cm土層土壤全氮含量均隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸提高，而3年生林分10～20 cm土層及4、5年生林分0～10 cm、10～20 cm土層土壤全氮含量則逐漸降低。這可能是由于采伐剩余物在不同分解時期對于氮具有不同的釋放水平。其中，5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤全氮含量分別比距堆積帶3.4 和5.1 m處提高了20.83%和38.09%，且差異均達顯著水平。在幼林早期生長階段，土壤全碳、全磷、全鉀、水解氮、速效磷和速效鉀含量總體表現為隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸上升的趨勢；在幼林后期生長階段則表現為隨著林分與堆積帶距離的增加而逐漸下降的趨勢。其中，5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤全碳含量分別比距堆積帶3.4和5.1 m處提高了57.70%和66.25%；全磷含量分別提高了14.03和0.32%；全鉀含量分別提高了0.10%和5.72%。5年生林分0～10 cm土層距堆積帶1.7 m處土壤水解氮含量分別比距堆積帶3.4 和5.1 m處提高了14.81%和63.15%，速效磷含量則分別提高了19.00%和4.39%，速效鉀含量分別提高了2.80%和4.82%。

表3 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林土壤大量元素含量1)Table 3 Major soil nutrient contents from the artificial juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)數值后附不同小寫字母者表示相同林分同一土層元素含量差異達0.05顯著水平。

林地內的大量元素土壤空間異質性總體表現為具有大量采伐剩余物的堆積帶內土壤營養元素含量較高，且隨著與堆積帶距離的增加而逐漸降低。從垂直水平的養分分異來看，土壤中全氮、全碳和全磷等大量元素含量均隨著土層深度的增加而降低。

3.2.2 微量元素 從表4可知，相同林分土壤全鋁、全鈣、全錳、全鐵和全鎂含量總體隨著與堆積帶距離的增大而逐漸提高。5年生林分0～10 cm土層距堆積帶5.1 m處土壤全鋁含量分別比距堆積帶3.4 和1.7 m處提高了49.77%和51.80%；全鈣含量分別提高了8.27%和14.89%；全錳含量分別降低12.5%和提高60.0%；全鐵含量分別提高了51.07%和21.76%；全鎂含量分別提高了1.90%和62.87%。其中，土壤全鋁含量與距堆積帶3.4 和1.7 m處差異達顯著水平。

綜合來看，與堆積帶不同間距的林分土壤微量元素含量差異較大，這可能與微量元素較易被淋洗有關。從垂直水平的養分分異來看，土壤中全鋁、全鈣、全鐵和全鎂等微量元素含量均隨著土層深度的增加而降低，而全錳含量在不同土層之間差異不明顯。

表4 與采伐剩余物堆積帶不同間距的杉木人工幼林土壤微量元素含量1)Table 4 Trace soil nutrient contents from the juvenile fir forests at different distances from the logging residue accumulation zone

1)數值后附不同小寫字母者表示相同林分同一土層元素含量差異達0.05顯著水平。

4 討論與小結

杉木是我國南方最重要的速生用材樹種之一。為降低造林過程中的水土流失及灰分損失，南方集體林區杉木人工林采伐跡地造林主要采用采伐剩余物帶狀清理的方式[10]。林業工作者對林分生長調查及土壤化學性質的分析發現，林分下坡位的胸徑、樹高生長量及土壤化學性質優于中坡位及上坡位[11-12]。杉木采伐剩余物主要為分解速度較慢的枝椏材[13-14]。本研究表明，在杉木幼林早期生長階段(1～2年)，林木地徑、樹高及土壤大量養分元素含量表現為：距堆積帶較遠的下部條帶>距堆積帶較近的下部條帶；幼林后期生長階段(3～5年)，則表現為：距堆積帶較近的下部條帶>距堆積帶較遠的下部條帶。究其原因，在幼林早期生長階段，由于采伐剩余物分解速度慢，杉木生長及土壤養分元素含量主要受林地質量差異影響，從而導致與堆積帶不同間距杉木生長及土壤養分元素含量差異不明顯；而在幼林后期生長階段，隨著杉木采伐剩余物的分解及土壤養分的遷移，杉木生長及土壤養分元素含量主要受林地質量、堆積帶采伐剩余物分解速率及養分遷移的綜合影響，杉木生長及部分養分元素含量差異達到顯著水平。在杉木枯枝落葉分解前期，其易分解成分首先被微生物所利用分解，所釋放的養分元素易淋溶遷移；而在分解后期，隨著枯枝落葉中易分解成分含量降低，其釋放的養分元素主要來源于較難分解成分，不易淋溶遷移，這也可能是導致杉木幼齡林不同生長階段土壤養分空間差異的另一原因[15-16]。此外，本研究還發現，杉木枝下高表現為：距堆積帶3.4 m>距堆積帶1.7及5.1 m，冠幅表現為：距堆積帶3.4 m<距堆積帶1.7及5.1 m，這跟與堆積帶不同間距杉木人工林的環境因子，特別是林內光照強度密切相關。

本文僅從幼林階段分析了耙帶造林方式下，與堆積帶不同間距的杉木人工林生長及土壤養分元素含量差異，有關該杉木人工林后期生長表現有待于今后進一步的觀察研究。