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杉木幼林土壤理化性质受深翻整地的影响探究
摘要：在福建省邵武故县国有林场研究挖掘机深翻整地造林后5年对土壤理化性质的影响，结果表明：挖掘机深翻整地5年后0～10cm、10～20cm和20～40cm土层土壤容重分别为常规穴状整地（对照）的93.75%、87.60%和89.55%，均显著低于对照；土壤非毛管孔隙度分别是对照的1.17、1.37和1.49倍，均显著高于对照；总孔隙度分别是对照的1.02、1.09和1.13倍，但仅在20～40cm土层显著高于对照；毛管孔隙度与对照无显著差异；深翻处理的土壤0～10cm土层土壤有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾均显著低于对照，10～20cm和20～40cm土层土壤化学性质指标均稍高于对照，但大多数与对照无显著差异。挖掘机深翻整地显著改善土壤的水分-物理性质，有利于幼林早期的生长，但对改善土壤化学性质的作用不显著。
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杉木是Cunninghamialanceolata我国南方最主要的用材树种，栽培面积大，采伐后更新的人工林多数仍然是杉木林，连栽导致的地力衰退越来越严重。杉木连栽林地不但土壤养分含量下降，而且土壤板结，土壤结构和理化性质变差，也是杉木连栽生产力下降的主要原因之一。造林前整地是改善林地土壤环境的重要技术措施之一[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]，本文通过在杉木林采伐迹地上设置挖掘机整地和常规穴状整地的对比试验，研究两种不同整地方式对杉木人工林土壤水分-物理性质和化学性质的影响，以便为改进杉木连栽地的杉木栽培技术提供参考。
1、试验地概况
试验地设在福建省邵武故县国有林场水北管护站114林班54大班020小班，北纬27°21′43.2″N，东经117°28′33.6″E，海拔215～315m，坡度20°，东北坡，土壤为花岗岩发育山地红壤。试验地前身为26年杉木林（7杉3马），郁闭度0.7，平均胸径18.5cm，平均树高13.3m，密度1335株/hm2，蓄积量241.5m3/hm2，属3-4地位指数级，于2014年采伐后炼山清理采伐剩余物，设置挖掘机整地和普通穴状整地对比试验，2015年春营造以杉木为主的杉木、阔叶树人工混交林，2020年春调查试验林5年生时的生长量以及土壤理化性质（见表1）。
表1挖掘机深翻整地及其对照（穴状整地）造林后5年的试验林概况
2、研究方法
2.1试验设计与施工
于2014年底采伐后开展整地试验，选择平整坡面，将坡面分为两部分，左侧和右侧坡面分别安排挖掘机整地和常规穴状整地，采用成对比较法在界线两边的下、中、上坡分别设置一对20m×20m的挖掘机整地与常规穴状试验标准地，共设置6个标准地。整地后采用杉木三代种子园良种苗木营造以杉木为主的杉木、阔叶树混交林，设计的初植密度均为3600株/hm2左右。
2.2土壤水分——物理性质测定方法
采用环刀法测定土壤水分-物理性质。每个标准地按照“之”字形选择5个取样点，挖深度为60cm的土壤剖面，采用100cm3的环刀依次采集各土壤层次（0～10cm、10～20cm和20～40cm）原状土壤样品。样品带回室内测定总孔隙度、毛管孔隙度、非管孔隙度、容重和自然含水量[11]。
2.3土壤化学性质测定方法
在每个标准地的5个取样点采集各土壤层次（0～10cm、10～20cm和20～40cm）的化学分析样品。同一个标准地的同一个土壤层次的5份土样等量混合为一个样品，将采集的土样带回室内自然风干后，仔细挑去石块、根茎，研磨并全部通过2mm筛，用于测定土壤pH值和速效养分。取一部分过2mm的土样继续研磨并全部通过0.149mm筛，用于测定土壤全量养分。采用重铬酸钾氧化——外加热法测定土壤有机质，半微量凯氏法测定土壤全氮，碱解扩散法测定土壤水解性氮，盐酸——硫酸浸提——钼锑抗比色法测定土壤有效磷，乙酸铵浸提——火焰光度法测定土壤速效钾，电位法（水土比2.5:1）测定土壤pH值[11]。
2.4数据统计方法
采用SPSS软件的配对样本t检验方法测定挖掘机深翻整地与对照（常规穴状整地）土壤水分-物理性质和化学性质的差异显著性。
3、研究结果
3.1不同整地方式幼林土壤水分-物理性质
统计不同处理、不同土层的土壤水分-物理性质指标的平均值并列于表2。从表2可见，深翻整地造林后5年3个土壤层次的各物理性质指标大多数好于对照。
土壤容重是土壤物理性质的重要指标之一，容重小的土壤往往土壤孔隙度大、疏松、通气、透水和持水性能好，有利于杉木根系生长，是高肥力土壤的标志之一。深翻整地后5年0～10cm、10～20cm和20～40cm土层的容重平均值分别为1.05g/cm3、1.13g/cm3和1.20g/cm3，各层次土壤容重均值均低于对照，仅分别为对照的93.75%、87.60%和89.55%（表2）。挖掘机深翻具有降低土壤容重的作用，且对降低深层土壤容重的作用尤为明显，这对促进幼林生长十分有利。
表2深翻整地及其对照造林后5年土壤水分-物理性质平均值
在取样之前的15天内没有降水，取样时的土壤自然含水量也是土壤肥力的重要指标之一，深翻处理的土壤土壤含水量（重量%）平均值在表层（0～10cm）为30.05%，略低于对照（31.60%），但10～20cm和20～40cm层次分别为30.9%和32.52%，均高于对照；深翻处理表层土壤（0～10cm）土壤含水量（重量%）小于底层土壤（20～40cm），而对照土壤相反，表层土壤含水量（重量%）大于底层（表2）。挖掘机深翻可改善土壤的渗透性能，从而增加深层土壤的含水量，改善幼林的水分供应状况。
土壤孔隙度是衡量土壤通气、透水和持水性能的物理性质指标。深翻处理的土壤0～10cm、10～20cm和20～40cm层次土壤非毛管孔隙度分别为14.77%、12.72%和10.67%，均高于对照（12.64%、9.28%和7.12%），分别是对照的1.17、1.37和1.49倍；深翻处理的土壤0～10cm、10～20cm和20～40cm层次的总孔隙度平均值分别为52.77%、51.87%和50.93%，均大于对照（51.81%、47.53%和44.90%），分别是对照的1.02、1.09和1.13倍；深翻处理的土壤0～10cm、10～20cm和20～40cm层次的毛管孔隙度平均值分别为38.01%、39.15%和40.27%，与对照差异不大（表2）。挖掘机深翻可增加土壤非毛管孔隙度和总孔隙度，改善土壤的水分-物理性质。
从配对样本t检验结果看，深翻处理的各层次土壤容重和非毛管孔隙度与对照均有显著差异（P<0.05），自然含水量（重量%）和总孔隙度仅在20～40cm层次显著小于对照（P<0.05），其余指标与对照差异不显著（表3）。
3.2不同整地方式幼林土壤化学性质
计算不同处理、不同土层土壤化学性质指标的平均值并列于表4。从表4可见，深翻整地后5年，表层（0～10cm）土壤各化学性质指标均低于对照，土壤有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾、pH值分别为：28.77g/kg、1.09g/kg、110.94mg/kg、3.89mg/kg、76.29mg/kg和4.84，仅分别为对照的85.37%、87.20%、90.18%、83.84%、86.59%、98.37%，而下层土壤各化学性质指标均略高于对照。深翻处理10～20cm层次土壤有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾、pH值分别为：21.93g/kg、0.85g/kg、80.79mg/kg、2.82mg/kg、52.86mg/kg和4.70，分别是对照的1.06倍、1.04倍、1.04倍、1.08倍、1.06倍和1.01倍，20～40cm层次土壤有机质、全氮、水解性氮、有效磷、速效钾、pH值分别为：16.37g/kg、0.67g/kg、65.74mg/kg、2.12mg/kg、40.35mg/kg和4.65，分别是对照的1.04倍、1.08倍、1.03倍、1.07倍、1.09倍和1.03倍。
表3深翻整地及其对照造林后5年土壤水分-物理性质差异显著性t检验结果
表4深翻整地及其对照造林后5年土壤化学性质平均值
在未经扰动的森林土壤中，土壤表层养分含量较高，挖掘机深翻对自然土层具有扰动作用，导致土壤表层养分含量降低，而深层土壤养分含量有所增加。
从配对样本t检验结果看，深翻处理的表层（0～10cm）土壤各化学指标均显著低于对照（P<0.05），下层土壤除了10～20cm层次的土壤有效磷和20～40cm层次的土壤pH值显著高于对照（P<0.05）外，其它各指标与对照差异均不显著（P>0.05）（表5）。
4、结论与讨论
在福建省邵武故县国有林场进行挖掘机深翻整地和常规穴状整地（对照）的对比试验，整地后均营造以杉木为主的杉木、阔叶树混交林，试验后5年的研究结果表明：
表5深翻整地及其对照造林后5年土壤化学性质差异显著性t检验结果
(1）深翻整地造林后5年3个土壤层次（0～10cm、10～20cm和20～40cm）的各水分-物理性质指标大多数好于对照。土壤容重是体现土壤疏松程度的主要指标之一，容重越大土壤越紧实，而容重越小土壤越疏松。深翻整地后5年各土层容重均显著降低，其中深层土壤容重降低作用更为显著。通过深翻降低深层土壤容重，可以扩大林木根系的生长空间，促进林木根系生长及其对矿质营养的吸收，从而促进林木的生长[2,3]。
(2）深翻处理的表层（0～10cm）土壤含水量（重量%）略低于对照，但10～20cm和20～40cm层次均高于对照，其中底层（20～40cm）土壤含水量显著高于对照；深翻处理表层土壤（0～10cm）土壤含水量（重量%）小于底层土壤（20～40cm），而对照土壤相反，表层土壤含水量（重量%）大于底层。深翻改变土壤水分的空间分布格局，其主要原因是深翻可以显著提高土壤非毛管孔隙度，从而加大了林地土壤在降水时的水分入渗率、入渗量，表土层含水量略有降低，但深层土壤的含水量显著增加，提高土壤的蓄水和抗旱能力，这对林木的生长有利。
(3）深翻后由于扰乱了原先的土壤层次，导致表层土壤化学性质指标显著下降，但由于显著改善了土壤物理性质，促进了林木的生长和养分循环，深层（10～40cm）土壤化学指标也稍有改善，但效果不如土壤水分-物理性质显著。
挖掘机深翻整地适用于地势比较平坦或缓坡地、实行集约经营的杉木造林地，是对传统整地方式的改进[4]。挖掘机深翻整地可以提高整地质量，降低工人的劳动强度，节省用工，显著改善土壤的水分-物理性质，扩大林木根系生长空间，促进根系对深层土壤养分的吸收和幼林生长，提高造林和营林的经济效益，值得大力推广。
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2020-12-19
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