影響杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)因素探討

1、影響杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)因素探討提要杉木人工林土壤肥力和林分生產(chǎn)力逐代下降，直接影響杉木地可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。影響杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的因素是多方面的，主要和杉木人工林所處亞熱帶紅壤區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和杉木人工林群落的單一性及杉木生物學(xué)特性等有關(guān)，而傳統(tǒng)杉木林培育過(guò)程中采取一系列傳統(tǒng)的營(yíng)林措施則加劇了林地地力衰退。根據(jù)目前杉木人工林經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀，建議在杉木人工林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)盡量降低營(yíng)林措施干擾強(qiáng)度，特別是煉山措施的采取；同時(shí)開(kāi)展有關(guān)林地可持續(xù)模式試驗(yàn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究，以尋找適合不同地區(qū)的杉木檢工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)模式。在此基礎(chǔ)上，搞好杉木人工林規(guī)劃和發(fā)展，這對(duì)南方杉木產(chǎn)區(qū)林地可持續(xù)經(jīng)營(yíng)實(shí)踐具有較大的指導(dǎo)意義

2、。關(guān)鍵詞杉木人工林 地力衰退 可持續(xù)經(jīng)營(yíng) 因素分類中圖法 S757.1據(jù)第四次全國(guó)森林資源連續(xù)清查統(tǒng)計(jì)，杉木人工林面積達(dá) 911萬(wàn)hm2，占全國(guó)人工用材林面積的 30.4%，杉木人工林在我國(guó)森林資源結(jié)構(gòu)中占有重要地位1。目前不斷積累的研究資料顯示，杉木人工林土壤肥力和林分生產(chǎn)力逐代下降，直接影響林地的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)2-6，本文對(duì)此進(jìn)行全面探討，以便為相應(yīng)措施的采取提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。1 杉木人工林土壤生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性杉木人工林大多分布于我國(guó)熱帶亞熱帶的紅壤區(qū)，該區(qū)巖石礦物風(fēng)化強(qiáng)烈，鹽基高度淋失，形成以高嶺石為主（30%-60%）的次生粘土礦物，土壤陽(yáng)離子交換量低（3-12cmol/kg），鹽基離子

3、含量（約 3cmol/kg）和鹽基飽和度（30%）均較低，土壤緩沖性能差，pH 值低，土壤保肥和供肥能力亦低6,7。其次，紅壤有機(jī)質(zhì)含量低（1.0%-1.5%），土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)較差，HA/FA0.45，活性 HA 含量高（90%），土壤腐殖質(zhì)分子量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)土壤礦物分解作用強(qiáng)，腐殖質(zhì)易遭分解和流失（淋失）8。第三，紅壤分布區(qū)地勢(shì)不平，山地丘陵面積占 70-80%，坡度大，土壤抗蝕性較低，降雨侵蝕力大，一旦失去植被覆蓋，極易發(fā)生水土肥流失，生態(tài)系統(tǒng)具有潛在的脆弱性9。Lumdgrem 認(rèn)為，在熱帶和亞熱帶地區(qū)的紅壤和其它肥力差的土壤上，如果沒(méi)有特殊管理措施，把天然林改變成速生的短周期的人工

4、林，將不可避免地造成土壤退化10。2 杉木人工林營(yíng)養(yǎng)元素生物循環(huán)的性質(zhì)和特點(diǎn)杉木人工林快速生長(zhǎng)依賴于土壤中大量養(yǎng)分的供應(yīng)。淵維儔研究，杉木從速生期到成過(guò)熟期，生物量從 53t/hm2 上升到 1584kg/hm2, 同階段養(yǎng)分吸收與歸還比率從 0.17 上升到 0.58611，表明杉木在采伐前不同生長(zhǎng)階段養(yǎng)分吸收均遠(yuǎn)大于歸還。林地地力的維持和提高取決于養(yǎng)分的歸還量和循環(huán)速率，凋落物是人工林養(yǎng)分歸還的主要途徑5，其數(shù)量、組成、分解速率對(duì)地力有重要的影響。杉木在造林后 15 年基本上無(wú)凋落物，造林后 610 年，有少量凋落物（4001400kg/hm2），1030 年凋落物數(shù)量呈增加趨勢(shì)（1500

5、4500kg/hm2，有的高達(dá) 5376kg/hm2)，30 年后約為 2000kg/hm2，若按 30 年為一輪伐期折算，年均凋落物約為 2300kg/hm2 1120。而常綠闊葉林在幼齡時(shí)即有大量的落葉（如 7 年生火力楠純林凋落物量為 2900kg/hm2），隨后凋落物量大約在 5.09.2t/hm2 之間2128。杉木林的凋落物量明顯低于常綠闊葉林，且闊葉林凋落物葉片所占比例亦大于杉木林的1128。由于杉木凋落物葉片營(yíng)養(yǎng)元素含量比闊葉樹(shù)的低或接近，加上小枝的營(yíng)養(yǎng)元素含量比葉片又低得多，因此，杉木林凋落物營(yíng)養(yǎng)元素的含量顯著低于闊葉林的。凋落物的組成和性質(zhì)直接影響其分解速率及營(yíng)養(yǎng)元素歸還。

6、田大倫研究，杉木凋落物中落葉、枯枝和落果的分解速率分別為 37.8%，21.2% 和 26.3%；吳志東研究，杉木、馬尾松、紅荷木和櫟木凋落物年分解速率分別為 20.2%、42.2%、57.5% 和 50.5%；阮宏華研究，櫟林和杉木林凋落物分解速率分別為 58% 和 22.92%。武夷山木荷、米櫧、苦櫧、甜櫧、絲栗栲年分解速率分別為 55.6%、64.4%、59.9%、71.6% 和 67.1% ; 屠夢(mèng)照研究，錐栗、木荷、厚殼桂、黃果厚殼桂的分解速率分別為 57%、54.0%、42% 和 54%。由此可見(jiàn)，杉木凋落物年分解速率遠(yuǎn)小于闊葉樹(shù)的，這與以下一些因素有關(guān)：難易分解物質(zhì)含量，大多數(shù)闊

7、葉樹(shù)凋落物中難分解的木質(zhì)素含量低，而易分解的物質(zhì)（可溶性物質(zhì)、半纖維素和粗蛋白質(zhì)）含量較高，而杉木凋落物的則相反。闊葉樹(shù)凋落物的 C/N 小于杉木的。杉木葉片和小枝一起脫落，落到林地后無(wú)法緊貼表層土壤，而闊葉樹(shù)凋落物的則相反。參與分解的土壤微生物和動(dòng)物數(shù)量、組成和活性，杉木林凋落物中微生物總數(shù)僅為闊葉林的 1/25，細(xì)菌和真菌數(shù)量亦低，唯放線菌數(shù)量相反，生化活性亦低，分解殘余物較活躍的類群亦少，細(xì)菌種屬組成以蠟質(zhì)芽孢桿菌為主，占細(xì)菌總數(shù)的 64%90%；而闊葉林中細(xì)菌則以多粘芽桿菌 (55%64%) 和節(jié)細(xì)菌 (22%29%) 為主。另?yè)?jù)報(bào)道，參與闊葉樹(shù)凋落物分解的土壤動(dòng)物種類亦比杉木的多，其

8、中，以蚯蚓數(shù)量差異最為明顯28。闊葉樹(shù)凋落物營(yíng)養(yǎng)元素歸還量和歸還與吸收比遠(yuǎn)比杉木的大。杉木凋落物營(yíng)養(yǎng)元素歸還量為 56128.1kg/hm2.a，營(yíng)養(yǎng)元素歸還與吸收比率為 0.110.491120。季雨林、雨林和常綠闊葉林凋落物營(yíng)養(yǎng)元素年歸還量分別為 412kg/hm2、286.7kg/hm2 和 184.6kg/hm2；格木凋落物每年歸還營(yíng)養(yǎng)元素為 238.43kg/hm2，是杉木的 2.4 倍；櫟林凋落物營(yíng)養(yǎng)元素歸還量是杉木的 3.7 倍；闊葉林的營(yíng)養(yǎng)元素歸還和吸收比率達(dá) 0.700.862127。營(yíng)養(yǎng)元素歸還包含地上凋落物和地下細(xì)根的枯落物，地下部分死細(xì)根量有的與地上部分枯枝落葉量相當(dāng)，

9、有的還更大。另外，細(xì)根枯落物的養(yǎng)分含量比地上枯枝落葉的高，分解速度亦比枯枝落葉的大，因此，細(xì)根枯落物在森林營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)中占重要地位28、29。廖利平報(bào)道，7 年生杉木、火力楠細(xì)根年死亡量分別為 497kg/hm2 和 595kg/hm2，說(shuō)明闊葉樹(shù)細(xì)根年周轉(zhuǎn)量亦比杉木的大31。從以上分析可以看出，闊葉林枯枝落葉和細(xì)根枯落物數(shù)量均比杉木林的大，凋落物中葉片所占比例較高，分解速度快，營(yíng)養(yǎng)元素歸還量亦大于杉木林的，養(yǎng)分循環(huán)速率較高。因此，闊葉林土壤的自肥能力比杉木林的強(qiáng)。3 杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是功能發(fā)揮的基礎(chǔ)。由于杉木人工純林群落結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，樹(shù)種生態(tài)習(xí)性、生態(tài)位、吸收特性與

10、外界物質(zhì)循環(huán)和能量交換特性高度一致，造成系統(tǒng)的多樣性差，緩沖能力弱，反饋系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)化，某些生態(tài)因子的強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)或減弱，生態(tài)環(huán)境變化的單向累積，從而極易導(dǎo)致系統(tǒng)功能退化5。一般杉木林下植被的生物量占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)生物量并不高 (1% 左右），但林下植被在增加系統(tǒng)的組成多樣性，提高杉木林地營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)速率，改善土壤肥力等方面有重要作用5。據(jù)作者研究，杉木林分中的營(yíng)養(yǎng)元素含量草本層灌木層喬木層，林下植被營(yíng)養(yǎng)元素年積累量除一代的低于喬木層外，二代和三代的均高于喬木層的。一般而言，自然生態(tài)系統(tǒng)如福建武夷山、梅花山、龍棲山自然保護(hù)區(qū)及江西九連山，貴州徭人山、雷公山、梵凈山中杉木天然林并不存在地力衰退問(wèn)

11、題5、32、33。在這些杉木天然林中，杉木所占比例不大，多種闊葉樹(shù)又與其伴生，如武夷山自然保護(hù)區(qū)杉木天然林群落中共有 53 科 102 屬 149 種植物，比本省建甌高陽(yáng)林區(qū)發(fā)育階段較高的杉木長(zhǎng)葉黃肉楠杜莖山群落 (27 科 36 屬 43 種）高出 23 倍，其中居喬木第 II 層 (1125m) 闊葉樹(shù)有栲樹(shù)、木荷、石櫟、羅浮栲、黃瑞木、擬赤楊、鹿角杜鵑、虎皮楠、冬青等十幾個(gè)樹(shù)種，維持著較高的土壤肥力33、34。另外，杉木天然林早期生長(zhǎng)速度比人工林慢，如貴州徭人山常綠闊葉林中 32 年生杉木樹(shù)高 16m，胸徑 23.4cm，材積 0.354 7m3，僅為同地區(qū)杉木人工林平均生長(zhǎng)速率的 50

12、%70%，福建武夷山杉木天然林早期生長(zhǎng)速度亦遠(yuǎn)低于杉木人工林5、32。高的生長(zhǎng)速度就意味著從土壤中吸收更多的營(yíng)養(yǎng)元素。由此可見(jiàn)，如何調(diào)整和配置杉木林群落結(jié)構(gòu)對(duì)其地力維持起著重要作用。4 杉木連栽導(dǎo)致土壤肥力實(shí)質(zhì)性衰退杉木多代連栽后，土壤肥力發(fā)生如下幾個(gè)方面實(shí)質(zhì)性變化：(1) 杉木凋落物分解形成酸性粗腐殖質(zhì)及杉木根系分泌物等共同作用導(dǎo)致表層土壤酸度增加。方奇研究，從杉木頭耕土到三耕土 ,pH 值由 5.15 下降到 4.982。作者研究，土壤 pH 值從杉木林取代雜木林（頭耕土）起土壤酸度呈增加趨勢(shì)，pH 值由雜木林的 5.66 下降到三代林的 4.90 。(2) 由于杉木歸還的有機(jī)物質(zhì)少且難分

13、解，造成土壤中 N 素供應(yīng)不足，引起土壤有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中 N、C 轉(zhuǎn)化不平衡，不僅影響有機(jī)殘?bào)w的進(jìn)一步分解，而且影響了土壤腐殖質(zhì)在土壤中的積累。杉木連栽后土壤腐殖質(zhì)含量減少，腐殖質(zhì)中富里酸含量增大，而胡敏酸含量下降，HA/FA 值變小，土壤腐殖質(zhì)品質(zhì)變差，土壤中松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)所占比例及土壤腐殖質(zhì)中松結(jié)合態(tài)和緊結(jié)合態(tài)比值呈下降趨勢(shì)，土壤腐殖質(zhì)化程度降低。(3) 土壤中有毒物質(zhì)積累增加，土壤中有機(jī)有毒物質(zhì)與杉木凋落物淋溶和根系分泌物長(zhǎng)期作用、土壤微生物抑制體發(fā)育等有關(guān)。而無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)則可能與土壤酸度增加，Al3活性增大，從而對(duì)杉木根系產(chǎn)生毒害有關(guān)8。張憲武研究，三耕土對(duì)香草醛的氧化能力顯著高于頭耕

14、土，表明香草醛在三耕土中有明顯的積累，這對(duì)微生物活動(dòng)和植物的生長(zhǎng)有害，三耕土比頭耕土更強(qiáng)烈地抑制小麥、白菜的生長(zhǎng)發(fā)育，抑制杉木種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)，也抑制微生物的存活和發(fā)育，顯示了三耕土有更強(qiáng)的 這些欄目可能對(duì)您有幫助: 免費(fèi)課件下載|全冊(cè)教案|教學(xué)設(shè)計(jì)|試卷下載|優(yōu)質(zhì)課視頻|說(shuō)課稿|教學(xué)反思|教學(xué)論文|中考復(fù)習(xí)資源|高考復(fù)習(xí)資源 相關(guān)教學(xué)反思毒性。許汝佳研究，二代萌芽林地土壤上油菜的發(fā)育和生長(zhǎng)狀況都不如雜灌地和頭耕土，亦證明連栽地有有毒物質(zhì)的積累40。(4) 連栽杉木使土壤微生物區(qū)系和動(dòng)物組成發(fā)生較大變化，連栽后土壤微生物數(shù)量減少，細(xì)菌在微生物總數(shù)中所占比例減少，且以不活躍的蠟質(zhì)芽孢桿菌為主，而

15、活躍的多粘芽孢桿菌和節(jié)細(xì)菌所占的比例低，放線菌的數(shù)量和其所占比例則相應(yīng)加大，真菌在凋落物分解過(guò)程中占主導(dǎo)地位，同時(shí)土壤動(dòng)物種類、數(shù)量亦明顯減少等。(5) 杉木根際土壤微生境不斷惡化，從而直接影響根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致林分中杉木個(gè)體生長(zhǎng)量下降，同時(shí)，連栽易引發(fā)根系的病蟲(chóng)害，如連栽杉木根系易被半穿刺線蟲(chóng)危害，導(dǎo)致杉木生長(zhǎng)量衰減38。5 營(yíng)林措施干擾在杉木人工林培育過(guò)程中，不合理的經(jīng)營(yíng)措施及其他的人為干擾活動(dòng)，直接造成土壤肥力下降。(1) 全樹(shù)利用導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的大量消耗。全樹(shù)采伐比常規(guī)采伐（僅利用干材）帶走的生物量多兩倍，帶走的 Ca、K 多近兩倍，其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也顯著增多5。(2) 輪伐期縮

16、短，對(duì)地力影響較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在：幼年林木邊材占心材的比例大，而隨年齡增加其比例減少，同時(shí)樹(shù)冠生物量與樹(shù)干生物量的比例隨年齡的變化亦有類似趨勢(shì)，而邊材和樹(shù)冠的營(yíng)養(yǎng)元素含量分別比心材和樹(shù)干的大，這樣，采伐時(shí)每單位木材取走的營(yíng)養(yǎng)元素?cái)?shù)量則大量增加5。其次，采伐整地干擾頻率增加，短輪伐期反復(fù)實(shí)施將會(huì)造成根系對(duì)表層土壤的水分、養(yǎng)分的強(qiáng)烈吸收，導(dǎo)致這些物質(zhì)的缺乏。(3) 采集過(guò)程中，土壤被壓實(shí)，土壤結(jié)構(gòu)遭破壞，容易發(fā)生地表逕流。據(jù)研究，皆伐對(duì)土壤容重、0.25mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、總孔隙度、非毛管孔隙度、最大持水量的影響均比擇伐的大，不同集材方式（索道、拖拉機(jī)、手板車(chē)、土滑道等）對(duì)上述指標(biāo)影響最大的

17、為皆伐拖拉機(jī)集材，索道集材影響最小。(4) 煉山使大量采伐剩余物突然釋放大量能量，大量有機(jī) C 和營(yíng)養(yǎng)元素移出跡地生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)作者研究39、40，27 年杉木采伐后干皮移走損失的 N、P、K 分別為 307.08kg/hm2、28.20kg/hm2 和 188.60kg/hm2。煉山后土壤營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失 N 為 597.29kg/hm2、P 為 43.48kg/hm2、而 K 增加 15.40kg/hm2，杉木幼林地水土肥流失加劇，在杉木一個(gè)輪伐期中生態(tài)系統(tǒng) N、P、K 凈損失 966kg/hm2，而煉山造成的損失量占總損失量的比例最大，其中 N 占總損失量的 63%、P 占總損失量的 60%。(5) 不合理整地方式常導(dǎo)致大量水土流失。據(jù)張先儀研究，全墾土壤流失量 34t/hm2a，遇大暴雨之年可達(dá) 6t/hm2a（頁(yè)巖），全墾的泥沙流失量是穴墾的 1.25 倍，若是花崗巖發(fā)育的土壤其受沖刷則更嚴(yán)重5。(6) 一般在幼林郁閉前，每年進(jìn)行 23 次幼林撫育。第一次安排在 4 月底至 5 月初，松土后土層松散，土壤抗蝕能力下降，單場(chǎng)降雨水土流失量可占年侵蝕量的 20%60%39。由此可