森林土壤及其在林业发展中的作用

　　摘要阐述了森林土壤的作用,介绍了与林木生长密切相关的森林土壤属性,并从造林、森林经营等方面总结了森林土壤在林业发展中的应用,以供参考。
　　关键词森林土壤;作用;土壤属性;林业发展;应用
　　
　　1森林土壤的作用
　　森林土壤是发展林业生产的物质基础,林木生物积累所需的水分、养分、光、热和空气除部分来自大气外,水分、养分和一部分氧气都要依赖森林土壤的补给,并依靠它的基础支撑,使林木挺立于大地进行多种生命活动[1]。肥力是森林土壤的重要特性,它是决定森林生产力的主要因素,是土壤物理、化学和生物性质的综合反映。土壤肥力的高低取决于其中养分、水分、空气和温度,即水、肥、气、热四者的协调状况。因此,森林土壤肥力水平既受到成土条件的制约,也可以通过人为管理措施加以调控。森林土壤作为一种自然资源,不但是现有森林植物及其他物种的繁衍基地,而且还使之有再生的功能。林木及森林中的多种资源,在采集利用后,及时采取更新恢复措施,并保持良好的地力,就能够继续保证森林植物的后续生长,实现森林土壤的可持续利用。从这个意义理解,它又是可以长期利用、具有再生能力的生产资料[2]。从发生学角度来讲,森林土壤是气候、生物、母质、地形和时间等外在因素在森林生态系统中的重要组成,并与该系统内其他生态因子,如太阳辐射、降水、温度、森林植物、微生物、动物等进行着不间断地物质和能量交换,促进森林生态系统的发展演变。正是由于森林土壤是几种成土因素综合作用的产物,因此它的现状和某些特性又可为研究森林生态系统中其他生态因子提供借鉴[3-4]。
　　2与林木生长密切相关的森林土壤属性
　　2.1土壤质地
　　质地是由大小不同的土粒以各种比例组合而成。根据各种土粒级百分比,土壤质地划分为砂土、砂壤土、壤土和黏土。质地在化验室用比重计法或吸管法测定,在野外用手感法也能确定。森林土壤质地影响土壤有效水含量、养分含量和土壤保水保肥性能和通气性、透水性及温度变化,因而质地与林木生长关系密切。南方低山丘陵林地土壤多黏土、壤土,结持力紧密,易于板结,通透性差,保肥力强,但易导致地表水土流失,这种性状不利于杉木生长,对毛竹繁衍、生长尤为不利。在林业集约经营中应重视土壤质地的调查研究,在速生丰产林培育中尽可能施加有机肥或间种绿肥,并强化幼林阶段的土壤管理,增加松土锄草次数。黄泛平原林地土壤多砂土或砂壤上,通气透水性强,适宜杨树、泡桐等生长,但由于土壤水肥保蓄性能差,加之降水较少,土壤干旱缺水成为肥力发挥的主要障碍。这一地区林地砂土改良措施是掩埋落叶,加施土杂肥,增加土壤有机质,有条件的地方还可采取客黏改沙措施以根本改善土壤质地。
　　2.2土层厚度
　　土层厚度是指可供林木根系生长活动的土体厚度。它关系到土壤中水分、空气的容积及林木所需养分贮量,也影响根系伸展及林木抗风倒性能。土层厚度在山区尤为重要,由于山地森林土壤中石质多、土层薄,因此土层厚度是宜林地选择的主要因素。在调查研究中土层厚度划分以A层、B层厚度总和为准,30cm以下为薄土层,31～60cm为中土层,60cm以上为厚土层。山地土壤厚度与地形部位及母质类型有关,一般坡下部堆积母质上形成的土壤厚度较大,山脊山顶或坡上部残积母质上形成的土壤土层较浅薄,由于具有这种分布规律,在造林地选择或立地类型图绘制中可以地形部位作为土层厚度的参考依据,并辅以实测为佐证。
　　2.3腐殖层厚度
　　土壤腐殖质是有机质经过微生物深刻作用后形成具有多功能团的、含氮的、酸性的高分子有机化合物,即胡敏酸、富里酸。通常用胡敏酸与富里酸比值(HA/FA)评价腐殖质质量。通常草甸上HA/FA比值大于1.0。阔叶林土壤HA/FA比值为0.5～1.0;针叶林土壤HA/FA比值小于0.5。腐殖质在森林土壤肥力上具有多功能,它是林木营养物质的主要源泉,土壤中大部分氮、磷、钾等养分存贮在腐殖质中,通过逐渐释放而为森林植物吸收利用,成为稳定的长效肥源。腐殖质分解过程中所产生的有机酸能够溶解难溶性磷,提高磷的利用率。腐殖质带有正、负电荷,可以同时吸附阴、阳离子形态的养分元素,避免其流失,同时具有对酸碱反应的缓冲性能。腐殖质具有胶体性能,利于团粒结构的形成,使土壤疏松多孔,改善通气性和透水性。腐殖质是土壤中微生物活动的能源,有助于土壤酶活性的加强,改善土壤肥力。
　　由于腐殖质的多功能性,在森林土壤调查中人们都非常重视腐殖质的调查研究,通常以腐殖质含量和厚薄来确定土壤的利用途径。腐殖质质龄一般用腐殖质层(A层)及其亚层的厚度、颜色衡量,颜色愈暗,厚度愈大,则腐殖质质量愈高。A层厚度在10cm以下。灰褐色土壤为少腐殖质;A层厚10~20cm,暗灰褐色土壤为中腐殖质;A层厚度在20cm以上,黑褐色土壤为多腐殖质。
　　不同地区、不同森林土壤类型的腐殖质含量有很大差别,北方森林土壤多于南方,山地森林土壤多于平原、丘陵,阴坡森林土壤多于阳坡。从森林土壤类型比较,腐殖质含量依次为棕色针叶林>暗棕壤>棕壤>黄棕壤>红壤、黄壤>砖红壤。“七•五”期间国家攻关课题“用材林基地森林立地分类评价及适地适树研究”表明,东北山地林区及南方林区的立地研究中将腐殖质层质量列为分类评价的主导因素。黄泛平原区杨树丰产林培育采取落叶归根的措施以增加土壤腐殖质,改良林地土壤。这些实践都说明腐殖质在森林土壤培肥中具有重要作用。
　　2.4土壤水分
　　土壤水分状况(土壤湿度)影响到物理、化学和生物过程,对林木生长有显著制约作用。水分在土壤中受到各种作用力的影响,分为重力水、毛管水、吸湿水和膜状水。重力水受重力作用影响极易渗漏或流失,甚少为林木利用。吸湿水和膜状水受土壤颗粒的强烈吸附,也难于为林木吸收。毛管水可长时间在土壤孔隙中滞留,能为根系充分吸收,是林木利用的主要水分类型。
　　土壤水分状况直接受气候(降水、气温)、地形、植被及土壤本身性状的影响。在一定气候区域内地形对水分再分配起着主导作用。通常高海拔地区降水量大、空气湿度高,土壤湿度较低海拔湿度大。山坡上部有地表径流及土内侧渗,水分随地形汇于山脚坡麓,因此山坡上部土壤湿度明显低于下部。山地坡面分为凹形坡、直形坡及凸形坡等,降水或土壤水受这些坡形影响,其土壤湿度大小依次为:凹形坡>直形坡>凸形坡。阴、阳坡及坡度陡缓导致土壤水分状况差异更明显。土壤本身的质地、结构和孔隙状况也是制约土壤水分含量的主要因素。在相同地理条件下黏质土含水量高于砂质土。团粒结构土壤能渗入更多水分。孔隙度大的土壤容蓄水量也大。
　　在一定条件下土壤含水量与林木生长成直线相关。江南山地凹形坡杉木林、毛竹林生长量远大于凸形坡和直形坡的林木。大兴安岭地区坡麓草类落叶松林地位级为I~Ⅱ级,山坡上的杜鹃落叶松林地位级为Ⅲ～Ⅳ级。黄泛平原林地土壤湿度常年偏低,毛白杨人工林4—10月土壤含水量在20%～25%林木才能有较高生长量。这表明在林木培育中对土壤水分状况的管理是至关重要的。在人工林营造中主要通过立地类型划分和正确选地以尽可能适应林木生长要求。平原地区营造的速生丰产林已采用人工滩溉方式进行调控,以满足林木速生丰产要求。
　　2.5土壤养分
　　土壤养分是构成林木生物量的基本物质,在林木生命活动中不可缺少的营养元素有20种左右。碳、氢、氧等元素自于空气和水中,其他养分元素都依靠土壤补给。氮、磷、钾、钙、镁、铁等在林木器官中含量多,土壤中含量也较丰富,通称为常量元素。硫、锰、铜、锌、硼等在林木及上壤中含量均少,通称为微量元素。林木各种器官含氮量为0.1%~0.3%,缺氮量时其根、茎、叶生长均受到抑制。森林土壤表层全氮含量一般为0.1%~0.3%,速效氮更少。林木组织含磷0.1%～0.2%,缺磷时则生长停滞,干形发育差。森林土壤磷含量多在0.02%~0.10%,速效磷含量为0.5～50.0mg/kg。林木组织中含钾0.3%~2.0%,钾对树木生理有重要调节功能,贫缺时会严重削弱树木抗逆性。森林土壤中全钾含量为2.5%~5.0%,速效钾含量20～200mg/kg,有效钾含量20～200mg/kg。微量元素是构成树木体内酶、维生素及生长激素的成分,并直接参与代谢过程,是树木正常生长发育不能缺少的。土壤中这些元素含量低,但能满足林木需要。
　　上述这些营养元素在天然林中依靠森林生态系统内部的积累与循环,进行自我调节供应林木需要,未见天然林因某种养分不足而使生长受严重抑制的现象。但在人工林中,特别是短轮伐期的速生丰产林,生物量移出林地多,轮伐期短,养分积累与循环失调,会导致林木养分不足,生长减缓。北方平原杨树人工林、南方杉木、桉树人工林常见缺少氮、磷而生长受挫,因此林地施肥成为速生丰产林培育的必要技术措施。
　　2.6土壤酸碱性
　　土壤酸碱性由土壤溶液中氢离子与氢氧根离子二者相对数量决定的。一般用氢离子浓度来反映土壤酸碱性,并用pH值表示。当pH值=7时为中性,pH值<7时为酸性,pH值>7时为碱性。土壤水溶液pH值一般为4～9,但因土壤类型不同而异。山地土壤类型多为酸性,平原土壤为中性或碱性,森林土壤除少数类型外多为酸性。土壤酸碱性分级:pH值<4.5为强酸性;pH值=4.5～5.5为酸性;pH值=5.6～6.5为弱酸性;pH值=6.6～7.5为中性;pH值=7.6～8.5为弱碱性;pH值>8.5为强碱性不同林木对土壤酸碱性有不同适应性,这在育苗、造林、特别是引种外来树种时更要注意它们对土壤的适应能力。土壤酸碱性对林木生长影响在许多情况下是通过土壤微生物和土壤养分有效性而间接影响于林木。土壤pH值还可通过微生物影响有机物的分解和固氮作用的强度。此外,土壤酸碱度还会影响土壤营养元素的化学形态、溶解度及土壤保持养分的性能。
　　3森林土壤在林业发展中的应用
　　森林土壤学是研究土壤特性及其管理的应用基础学科。林业要发展,林地生产力要提高,很重要一点就是以森林土壤学为指导,根据土壤特性与林木生长关系,在生产中采用适宜的技术。现就造林、森林经营及林区上应用土壤的实践作一简述。
　　3.1在造林中的应用
　　在绿化造林和速生丰产林培育中,从树种和造林地选择(适地适树)、造林前整地方式、幼林抚育乃至成林后的施肥灌水,都需根据土壤的特性采取相应措施。立地类型是造林设计中落实技术措施的基本单元,无论山区或是平原都根据土壤某些属性如土层厚度、腐殖质层厚度、土壤质地等择其要者作为立地类型划分的主要因子。在造林中树种选择是关键环节,本着适地适树的原则,选择生态特性与土壤条件相适应的树种,以获取最大效益。江南地区杉木是主要造林树种,但它在肥沃湿润的土壤上才会有达到高产。北方平原造林树种有杨树、刺槐,但它们生态特性各异。杨树好水肥,并能充分发挥其速生优势;刺槐抗逆性强。因此,在水肥条件好的土壤上栽植杨树更为合适。造林前整地可以改善土壤透水性与通气性,易于幼树根系扩展,有利于成活与生长,是一项重要的造林措施,但各地要因地制宜。江南山地多为花岗岩风化物上形成的红黄壤,其质地松散,易于流失,全垦整地会导致大量养分流失,造林前整地以穴状为好,避免全面整地。淮北平原林地有大面积砂姜黑土,质地黏重,板结紧实,新植幼树根系难以伸展,采用大穴整地效果明显。黄泛平原宜林地多沙质潮土,肥力贫瘠,同时造林苗木较大,非常适于大穴或撩壕整地(深宽约1m),这样可扩大幼树营养范围,增强水分保蓄能力。各地营造速生丰产林养分耗用多,林地又多贫瘠,应根据土壤养分含量及树木生长需求,适时施用化肥。
　　3.2在森林经营中的应用
　　对有林地中幼林的抚育间伐,成过熟林的采伐利用及天然次生林的改造,都需根据土壤立地条件,采取相应措施。大兴安岭林区兴安落叶松天然更新普遍良好,幼树密度多达10万株/hm2以上,相互挤压,生长受到抑制,亟需疏伐抚育,但限于当前人力物力,不可能全面实施,只能选择土壤立地条件好的地段进行抚育疏伐。我国各林区分布有大面积天然次生林,它们所在的土壤条件不同,生长各异,应根据土壤肥瘠分别采用隔带补植目的树种、去劣留优或封山育林的改造措施。成过熟林的采伐可导致采伐地土壤及小气候的剧变,影响日后森林恢复,因此不同林分采伐方式选择是很重要的。通常土壤肥力好的林分采用皆伐,伐后人工造林;肥力差的采用渐伐方式,伐后天然更新或人工促进更新;综合作用和影响下形成的历史自然体。
　　4参考文献
　　[1]李庆逵.我国土壤科学发展与展望[J].土壤学报,1989,26(3):207-216.
　　[2]赵其国.九十年代的土壤科学[J].土壤通报,1992,23(1):17-20.
　　[3]罗汝英.森林土壤学:问题和方法[M].北京:科学出版社,1983:222-240.
　　[4]杨承栋,张万儒.卧龙自然保护区森林土壤有机物质的研究[J].土壤学报,1986,23(1):30-39.