杉木林采伐对土壤养分的影响及采伐剩余物的养分贡献

摘要

杉木是我国速生丰产且材质优良的特有树种。到2004年为止,杉木林面积达921.35万hm2,占全国人工林面积的30.4％,在我国森林资源结构中占有重要地位,而且它在缓解我国经济发展对木材需求增长的压力和支持天然林保护等重大生态工程的实施方面起着重要作用。但是杉木人工林传统的经营管理能否维持林地持久的生产力成为国内林学界广泛关注的问题之一。
　　 皆伐、炼山和整地是杉木人工林经营利用的重要措施。为了研究这些措施对杉木人工林土壤的短期影响,本文按照采伐前后、炼山前后、整地和造林的时间顺序分0-15 cm,15-30 cm两层采集土壤样品。试验结果表明:所有营林措施对速效N及0-15 cm层的pH、有机碳和有机质有显著影响。pH在各措施实施后均呈下降趋势。采伐后保留剩余物增加了土壤有机碳,而炼山却导致了有机碳含量的降低。能使土壤重新分布且与炼山后灰分得以混合的整地使有机碳又恢复到了采伐前的水平。速效N含量在采伐和炼山后显著降低了,但是减少的量在整地后却又得到了补偿。营林措施对土壤容重、全N、全P、速效P的含量没有显著影响。采伐后0-15 cm和15-30 cm两层土壤的全K和全Mg含量均显著下降。炼山前后0-15 cm的全K含量有所上升,但整地后又显著下降。炼山和整地对全Mg的影响不显著。在人工实施营林措施及有意地避开雨季的情况下,在本研究中没有得出过去认为采伐、炼山等营林措施导致的杉木林土壤容重的增加,有机碳、有机质全N和全P的减少的研究结果。造林后1 a内pH呈增加的趋势；容重及有机质和有机碳、全N、全P、全K和全Mg的含量在造林后的前几个月均有增大,但雨季的淋溶作用对本文所研究元素的含量都有一定程度的影响,使其不同程度的下降,只是对全P的影响不显著。
　　 采伐剩余物含有大量的营养元素,是林地土壤有机质和养分元素的重要来源,也是森林生态系统养分循环中一个重要的物质库。本文从采伐剩余物分解、养分释放的角度来研究采伐剩余物对土壤养分的贡献,进而来探讨杉木人工林林地可持续发展经营问题。结果表明:杉木人工林皆伐后产生的采伐剩余物的生物量约为65.91 t.hm-2,N、P、K、Ca、Mg5种元素的养分总量为1632.37 kg.hm-2。采伐剩余物中枝、叶、果和皮等的生物量和养分含量所占比例不同,其中以小枝所占生物量的比例最大,其养分含量所占采伐剩余物养分总量的比例也最大。在分解试验中不同组成成分中以叶的分解速率最快,其次是小枝和皮;而大枝和果的分解速率最慢。而且各组成成分在第122 d到第246 d的时间段(即5月下旬到9月下旬)的分解速率普遍较快。利用采伐剩余物残留率与分解时间的指数回归方程进行模拟的结果表明,叶分解50％需17.99 a,分解95％需25.88 a；大枝和果分解50％分别需36.10 a和36.16 a,分解95％分别需51.90 a和51.93 a；总采伐剩余物分解50％需24.07 a,分解95％需34.58 a。本试验结束时,即在分解402 d时,采伐剩余物有大量的C,P,Ca和Mg释放出来,4种元素释放的总量为3996.14kg.hm-2。采伐剩余物中养分的释放速率从快到慢依次为P>Mg>Ca>C,且小枝是主要的源；而N元素却在采伐剩余物中出现了积累,虽然小枝有少量的释放。在N积累中,叶则是主要的汇,其次是皮。采伐剩余物中的C/N,C/P在不同组成成分间的变化范围较大,而N/P的变化范围较小。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 南方主要人工林养分循环

1.2 采伐和炼山对土壤养分特性的影响

1.2.1 采伐作业的养分迁移

1.2.2 采伐对土壤养分特性的影响

1.2.3 炼山对土壤特性的影响

1.3 采伐剩余物处理方式对养分的影响

1.3.1 传统营林措施对采伐剩余物的影响

1.3.2 采伐剩余物的分解

2 研究背景和研究目的

3 试验地概况

4 研究方法

4.1 采伐对杉木林土壤养分的影响的试验设计

4.2 采伐剩余物养分贡献的试验设计

4.3 造林后土壤特性变化的试验设计

4.4 测定方法

4.5 数据处理

4.5.1 采伐对杉木林土壤养分的影响及整地后土壤特性变化的数据处理

4.5.2 采伐剩余物养分贡献的数据处理

5 结果

5.1 采伐对杉木林土壤养分的影响

5.1.1 土壤pH和容重

5.1.2 土壤有机质和有机碳

5.1.3 土壤全N、速效N、全P和速效P

5.1.4 土壤全K和全Mg

5.2 造林后土壤特性的变化

5.2.1 土壤pH、容重、有机质和有机碳、全N和全P

5.2.2 土壤全K和全Mg

5.3 采伐剩余物的养分贡献

5.3.1 采伐剩余物的养分贮量

5.3.2 采伐剩余物的分解速率

5.3.3 采伐剩余物分解速率的回归分析及模拟

5.3.4 采伐剩余物分解过程中的养分释放

6 分析与讨论

6.1 采伐对杉木林土壤养分的影响

6.2 造林后土壤养分的变化

6.3 采伐剩余物对土壤养分的贡献

7 结论

参考文献

致谢

附录