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文檔簡介
1、影響杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營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。影響杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營的因素是多方面的,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)杉木林培育過程中采取一系列傳統(tǒng)的營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)營現(xiàn)狀,建議在杉木人工林經(jīng)營過程中應(yīng)盡量降低營林措施干擾強度,特別是煉山措施的采取;同時開展有關(guān)林地可持續(xù)模式試驗及評價指標(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)營模式。在此基礎(chǔ)上,搞好杉木人工林規(guī)劃和發(fā)展,這對南方杉木產(chǎn)區(qū)林地可持續(xù)經(jīng)營實踐具有較大的指導(dǎo)意義
2、。關(guān)鍵詞杉木人工林 地力衰退 可持續(xù)經(jīng)營 因素分類中圖法 S757.1據(jù)第四次全國森林資源連續(xù)清查統(tǒng)計,杉木人工林面積達 911萬hm2,占全國人工用材林面積的 30.4%,杉木人工林在我國森林資源結(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2-6,本文對此進行全面探討,以便為相應(yīng)措施的采取提供理論和實踐指導(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熱帶亞熱帶的紅壤區(qū),該區(qū)巖石礦物風(fēng)化強烈,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)簡單,對土壤礦物分解作用強,腐殖質(zhì)易遭分解和流失(淋失)8。第三,紅壤分布區(qū)地勢不平,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 杉木人工林營養(yǎng)元素生物循環(huán)的性質(zhì)和特點杉木人工林快速生長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階段養(yǎng)分吸收均遠大于歸還。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、分解速率對地力有重要的影響。杉木在造林后 15 年基本上無凋落物,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(1500
5、4500kg/hm2,有的高達 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養(yǎng)元素含量比闊葉樹的低或接近,加上小枝的營養(yǎng)元素含量比葉片又低得多,因此,杉木林凋落物營養(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,杉木凋落物年分解速率遠小于闊葉樹的,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,落到林地后無法緊貼表層土壤,而闊葉樹凋落物的則相反。參與分解的土壤微生物和動物數(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,細菌種屬組成以蠟質(zhì)芽孢桿菌為主,占細菌總數(shù)的 64%90%;而闊葉林中細菌則以多粘芽桿菌 (55%64%) 和節(jié)細菌 (22%29%) 為主。另據(jù)報道,參與闊葉樹凋落物分解的土壤動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。闊葉樹凋落物營養(yǎng)元素歸還量和歸還與吸收比遠比杉木的大。杉木凋落物營養(yǎng)元素歸還量為 56128.1kg/hm2.a,營養(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養(yǎng)元素為 238.43kg/hm2,是杉木的 2.4 倍;櫟林凋落物營養(yǎng)元素歸還量是杉木的 3.7 倍;闊葉林的營養(yǎng)元素歸還和吸收比率達 0.700.862127。營養(yǎng)元素歸還包含地上凋落物和地下細根的枯落物,地下部分死細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,細根枯落物在森林營養(yǎng)元素循環(huán)中占重要地位28、29。廖利平報道,7 年生杉木、火力楠細根年死亡量分別為 497kg/hm2 和 595kg/hm2,說明闊葉樹細根年周轉(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。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)十分簡單,樹種生態(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)成簡化,某些生態(tài)因子的強度持續(xù)增強或減弱,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,杉木林分中的營養(yǎng)元素含量草本層灌木層喬木層,林下植被營養(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
11、題5、32、33。在這些杉木天然林中,杉木所占比例不大,多種闊葉樹又與其伴生,如武夷山自然保護區(qū)杉木天然林群落中共有 53 科 102 屬 149 種植物,比本省建甌高陽林區(qū)發(fā)育階段較高的杉木長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) 闊葉樹有栲樹、木荷、石櫟、羅浮栲、黃瑞木、擬赤楊、鹿角杜鵑、虎皮楠、冬青等十幾個樹種,維持著較高的土壤肥力33、34。另外,杉木天然林早期生長速度比人工林慢,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速率的 50
12、%70%,福建武夷山杉木天然林早期生長速度亦遠低于杉木人工林5、32。高的生長速度就意味著從土壤中吸收更多的營養(yǎng)元素。由此可見,如何調(diào)整和配置杉木林群落結(jié)構(gòu)對其地力維持起著重要作用。4 杉木連栽導(dǎo)致土壤肥力實質(zhì)性衰退杉木多代連栽后,土壤肥力發(fā)生如下幾個方面實質(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,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,引起土壤有機質(zhì)分解過程中 N、C 轉(zhuǎn)化不平衡,不僅影響有機殘體的進一步分解,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,土壤腐殖質(zhì)化程度降低。(3) 土壤中有毒物質(zhì)積累增加,土壤中有機有毒物質(zhì)與杉木凋落物淋溶和根系分泌物長期作用、土壤微生物抑制體發(fā)育等有關(guān)。而無機有毒物質(zhì)則可能與土壤酸度增加,Al3活性增大,從而對杉木根系產(chǎn)生毒害有關(guān)8。張憲武研究,三耕土對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,這對微生物活動和植物的生長有害,三耕土比頭耕土更強烈地抑制小麥、白菜的生長發(fā)育,抑制杉木種子的發(fā)芽和生長,也抑制微生物的存活和發(fā)育,顯示了三耕土有更強的 這些欄目可能對您有幫助: 免費課件下載|全冊教案|教學(xué)設(shè)計|試卷下載|優(yōu)質(zhì)課視頻|說課稿|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)系和動物組成發(fā)生較大變化,連栽后土壤微生物數(shù)量減少,細菌在微生物總數(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程中占主導(dǎo)地位,同時土壤動物種類、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土壤水分和養(yǎng)分吸收,導(dǎo)致林分中杉木個體生長量下降,同時,連栽易引發(fā)根系的病蟲害,如連栽杉木根系易被半穿刺線蟲危害,導(dǎo)致杉木生長量衰減38。5 營林措施干擾在杉木人工林培育過程中,不合理的經(jīng)營措施及其他的人為干擾活動,直接造成土壤肥力下降。(1) 全樹利用導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的大量消耗。全樹采伐比常規(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,其它營養(yǎng)物質(zhì)也顯著增多5。(2) 輪伐期縮
16、短,對地力影響較為嚴重,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,同時樹冠生物量與樹干生物量的比例隨年齡的變化亦有類似趨勢,而邊材和樹冠的營養(yǎng)元素含量分別比心材和樹干的大,這樣,采伐時每單位木材取走的營養(yǎng)元素數(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)實施將會造成根系對表層土壤的水分、養(yǎng)分的強烈吸收,導(dǎo)致這些物質(zhì)的缺乏。(3) 采集過程中,土壤被壓實,土壤結(jié)構(gòu)遭破壞,容易發(fā)生地表逕流。據(jù)研究,皆伐對土壤容重、0.25mm 水穩(wěn)性團聚體含量、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、手板車、土滑道等)對上述指標(biāo)影響最大的
17、為皆伐拖拉機集材,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 C 和營養(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。煉山后土壤營養(yǎng)元素損失 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 6t/hm2a(頁巖),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重5。(6) 一般在幼林郁閉前,每年進行 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,單場降雨水土流失量可占年侵蝕量的 20%60%39。由此可
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