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由于工业的发展及其对森林的破坏性利用,从而使资源严重短缺,土壤退化严重,为了恢复植被或获取木材资源以及恢复土壤生态环境,提高森林或人工林生产力,促进森林尽快发挥其经济与生态功能势在必行。而近自然森林经营模式是一种合理高效的森林经营模式,这种经营模式既可以缓解世界对木材资源的需求,也可以很好地恢复植被和土壤。我国对近自然森林经营模式的研究多集中在这种模式对植被及其种群特征的影响方面,而对这种模式与土壤理化性质之间的关系研究较少。另外,云南热区由于人口膨胀、经济发展等问题引发了一系列的土壤质量衰退以及人工林生产力逐年下降等问题。为此,本文以云南热区珍贵用材林树种西南桦为研究对象,同山地雨林、多优势种次生林和单优势种次生林进行比较,探讨了在不同经营模式下西南桦人工纯林林下土壤理化性状的差异和动态过程,探讨近自然森林经营模式对人工植物种群林下土壤肥力状况的促进作用,并为实施西南桦林分的人工调控和抚育、人工造林设计以及现有林分的改造提供科学依据。显然,这样的研究具有重要的理论意义和现实意义。
本研究通过差异性分析,研究不同阶段和不同经营方式下,土壤理化指标的空间动态过程;利用相关性分析,研究不同阶段和不同经营方式下,土壤养分之间、土壤物理特征之间以及土壤理化性质之间的相关性;通过Chi-Square分析,研究不同阶段和不同经营方式下,土壤养分、土壤机械组成、团聚体组成、微团聚体组成以及土壤孔隙度组成空间分布特征;通过土壤生态环境退化指数分析,对不同阶段和不同经营方式下的林下土壤养分和物理特征进行综合评价,分析不同阶段和不同经营方式的林分对土壤的恢复作用,探讨近自然森林经营对西南桦人工纯林改造的贡献以及对人工植物种群林下土壤肥力状况的影响。
研究结果表明:山地雨林破坏后由次生演替或者人为干预形成的黄牛木、水锦树次生林、西南桦次生林以及13年生和15年生西南桦人工纯林的土壤表层养分和物理特征均呈现出不同程度的衰减退化,并随着人为干扰程度的增加而加剧。综合不同阶段和不同经营方式的土壤养分退化指数和物理特征退化指数得出:不同阶段和不同经营方式对土壤生态系统的恢复程度为:黄牛木、水锦树次生林>15年生西南桦人工林>1 3年生西南桦人工林>西南桦次生林。无论是土壤养分状况还是土壤物理状况,西南桦次生林都是所有经营模式中最差的,其土壤养分退化指数和物理特征退化指数分别为-0.2950和-0.2533。西南桦人工林对土壤理化性状的恢复作用虽然不如黄牛木、水锦树次生林,但是也呈现出土壤理化性质随着林龄的增加而逐渐得到恢复的趋势;从土壤养分退化指数和土壤物理特征退化指数上可见,西南桦人工林土壤退化指数随着林龄的增加而逐渐减小。在不同阶段和不同经营方式下,土壤养分在垂直空间变化上呈现出从上层向下层递减的趋势,其中,山地雨林的土壤养分垂直空间差异最大,其他经营模式的土壤养分垂直空间差异随着人为干扰程度的增加而逐渐减小;土壤物理特性在垂直空间上的变化与土壤养分相反,即各林分的林下土壤物理指标值均表现为下层大于上层。其中以山地雨林林下土壤容重、土壤微团聚体含量和分散系数均最小,土壤通水透气性和土壤结构最好,对植物及其种群的生长发育也就最有利。在不同阶段和不同经营方式下,土壤下层有机质、全氮、水解氮、全磷、速效磷、速效钾的含量,除西南桦次生林稍低外,其他经营模式之间的差异不大;而在不同阶段和不同经营方式下,土壤下层容重、总孔隙度、毛管孔隙度、鲜土水等也无显著差异。在不同阶段和不同经营方式下,各种林分的林下土壤均为酸性土壤,且酸性较强,其PH值均在5.5以下。
在对不同阶段和不同经营方式下林分土壤理化性质进行综合评价后,不难看出,各林分类型对林下土壤肥力的恢复和促进作用(自肥能力)可表现为:山地雨林>黄牛木、水锦树次生林>15年生西南桦人工林>13年生西南桦人工林>西南桦次生林,即天然林的土壤肥力和自肥能力最好,多优势种林分次之,近自然森林经营方式下的西南桦人工纯林也具有较好的土壤肥力状况和自肥能力,而西南桦次生林最差。由此可见,多优势种林份对土壤肥力的恢复作用大于纯林,通过近自然林经营抚育的人工纯林对土壤能力的恢复作用优于其它方式抚育的纯林。