提　要　对三代杉木林全株、全木和传统收获及传统和全木收获后火烧清理迹地林分营养元素变化进行了研究，结果表明：杉木林采用全株收获和全木收获的营养元素损失量分别是传统收获的 1.99 倍和 1.64 倍；采伐剩余物火烧导致林地生态系统中 N 和 P₂O₅ 大量损失；采用传统收获及随后火烧清理采伐剩余物，N 和 P₂O₅ 损失量比仅采用全株或全木收获的均高。若缩短轮伐期，则可能导致立地 N 和 P₂O₅ 的严重亏缺；全株或全木收获导致大量盐基离子移出林地，可能导致土壤较为严重的酸化趋势。

关键词　全株收获；全木收获；传统收获；火烧；杉木林；养分损失

中图分类号　S791.27

文献标识码　A

文章编号　1000-3037(2000)02-0133-05

　　杉木人工林进行传统收获（只收获树干，含树皮）后生物量及营养元素损失等的研究较多，而进行全木或全株收获的研究则较少；国外虽对不同树种、不同收获方式等有较多的研究，但由于林分密度、林龄、树种不同，树干生物量与树冠生物量的相对比例也不同，因此，传统收获与全木或全株收获法造成林分中养分损失的差异较
大 ^[1-9]。另外，采伐剩余物不同处理方式对林分养分产生多大影响亦颇受人们关注。本文对此予以报道。

1 试验地概况

　　试验地位于福建省南平市王台镇溪后村（东经 117°37′，北纬 26°28′）邓窠。本区属中亚热带季风气候，平均气温 19.3℃，年均降雨量 1969mm，降雨多集中在 3～8 月，年均蒸发量 1143mm，年均相对湿度为 83%。试验地海拔高度在 200m 左右，土壤均为燕山晚期白云母化中细粒花岗岩发育的红壤，土壤厚度在 100cm 以上，土壤表层疏松，但均含有一定量的石砾，质地为砾质轻壤土，表层土壤细土容重为 1.076g/cm³，总孔隙度 44.50%，>0.25mm水稳性团聚体含量为 72.86%，土壤有机质、全 N、全 P、全 K、全 Ca、全 Mg 分别为 25.84g/kg、0.83g/kg、0.48g/kg、17.10g/kg、4.11g/kg 和 4.10g/kg。

　　伐前林分为杉木三代林，1968 年在二代杉木林（33 年生）采伐迹地上用实生苗造林，同时在幼林抚育时保留一些生长健壮树桩萌芽条组成实生和萌芽共有的林分，采伐时林龄为 29 年，林相较为破碎，郁闭度 0.65 左右，杉木保留密度
2048 株/hm²（其中萌芽和实生的密度分别为 324 株/hm² 和 1760 株/hm²），林分平均树高 16.44m，平均胸径 17.75cm，20 年生杉木林优势木平均高为 15.93m。林分蓄积量为 346.62m³/hm²，林下植被盖度 90% 左右。

2 研究方法

2.1 不同收获方式生物量和养分含量测定

　　分别于 1996 年在即将采伐的第三代杉木林内设立传统收获和全木收获标准地（20m×20m）各 3 块，传统收获只收获树干（包括干和皮）；全木收获 (whole-tree harvesting)指收获地上部分乔木层（包括枝叶）；全株收获 (complete-tree harvesting)是在全木收获基础上加上地下部分根系予以推算^[7]。生物量调查按常规方法进行^[10、11]。分别取样测定各器官养分含量（均为各元素全量，下同），其中 N——凯氏定 N 蒸馏法，P——钒钼黄比色法，K——火焰光度计法，Ca、Mg——原子吸收分光光度计法^[8、9]。

2.2 火烧前后采伐剩余物及养分测定

　　在传统收获（采伐剩余物随机铺散，厚度约 2cm 左右）和全木收获（全株收获未进行火烧处理试验）各标准地内放置 5 个 40cm×40cm×40cm 铁皮做的样盘，并放置与标准地同等数量采伐剩余物，其堆积紧实度尽量保持与采伐迹地一致。火烧前后分别在样盘内取样，测定样品中 N、P、K、Ca、Mg 含量，并计算火烧前后采伐剩余物和营养元素损失量和损失率；其中损失量（kg/hm²）= 火烧前数量－火烧后数量，损失率 (%)= 损失量/火烧前数量。

2.3 火烧前后土壤养分含量测定

　　在传统收获和全木收获的标准地火烧前和火烧后 10d（未下雨），分别取表层 0～20cm 土壤，每个标准地按“S”形分布取 5～7 个样点、混匀，分析火烧前后土壤中 N、P、K、Ca、Mg 元素含量：全 N——硒粉－硫酸铜－硫酸消化法，全 P——氢氧化钠碱溶－钼锑抗比色法，全 K——火焰分光光度计法，全 Ca、全 Mg——原子吸收分光光度计法^[12、13]。根据公式：营养元素贮量 (kg/hm²)=1000m²×0.2m（土层厚度）×容重×营养元素含量 (%)，推算表层土壤养分贮量变化。表中数据均为 3 个标准地分析结果平均值。

3 结果与分析

3.1 收获与养分损失

　　不同收获方式采用意味着从林地上移走乔木器官种类、数量差异，直接影响到林分中养分贮量大小^[6-9]。采用全株和全木收获的杉木林，收获的生物量分别是传统收获的 1.57 倍和 1.19 倍，而随收获移出林地的营养元素数量则分别是传统收获的 1.99 倍和 1.64 倍，其中，全株收获导致 N、P₂O₅、K₂O、CaO 和 MgO 损失量分别是传统收获的 2.44 倍、2.05 倍、4.16 倍、1.65 倍和 1.50 倍；全木收获 N、P₂O₅、K₂O、CaO 和 MgO 损失量分别是传统收获的 1.99 倍、1.69 倍、3.36 倍、1.38 倍和 1.26 倍（表 1）。从表 1 可见，全株或全木收获导致营养元素损失率最大的为 K₂O，其次为 N 和 P₂O₅，CaO 和 MgO 损失率较低。与传统收获的相比，进行全株和全木收获的营养元素损失量均比生物量的损失量为大，这和其枝叶及根系的营养元素含量比树干的高有关^[1-5]。

表 1　不同收获方式与养分迁移
Table 1 Nutrition transference in different harvesting systems

收获方式	生物量 (t/hm2)	营养元素损失量 (kg/hm2)
		N	P2O5	K2O	CaO	MgO	小计
传统收获	115.510	175.951	18.729	51.378	346.898	160.464	753.420
全木收获	152.761	349.974	31.683	172.447	477.527	201.661	1233.292
全株收获	181.379	430.016	38.452	213.832	572.968	241.343	1496.611

3.2 火烧采伐剩余物与养分损失

　　目前我国南方林区大多采用火烧方法（称炼山）清理皆伐后的采伐剩余物。火烧使采伐剩余物遭彻底分解，大量营养元素以气态、灰分等形式输出林地而遭损
失 ^[14-16]。分析结果表明（表 2），传统收获和全木收获采伐剩余物损失率分别为 90.80% 和 93.59%，矿质土壤暴露 90% 以上。从表 2 可见，采用传统收获后火烧处理采伐剩余物导致采伐剩余物和营养元素损失量分别是全木收获的 4.10 倍和 3.98 倍，这与传统收获后遗留迹地残余物数量大，火烧时火强度较大及持续时间较长等有关。其中 N、P₂O₅、K₂O、CaO 和 MgO 则分别是全木收获的 2.6 倍、2.6 倍、4.9 倍、3.2 倍和 2.3 倍。采伐剩余物火烧过程中不同营养元素损失率最大的为 N，其中全木和传统收获的损失率分别为 78.2% 和 86.4%，其次为 P₂O₅（30% 左右）和
K₂O（15% 左右），CaO 和 MgO 较低（10% 左右），这与不同营养元素特性差异（如 N 挥发温度较低）有关；本次火烧采伐剩余物时营养元素损失率较低，与可燃物数量较少，火烧强度较低有关^[14、15]。从表 1 和表 2 可以看出，采用传统收获后对采伐剩余物进行的炼山处理而导致 N 素损失量，比单纯传统收获的更大，表明采用传统炼山方法清理迹地，对林地生态系统中养分贮量影响较大（特别是 N 和 P），重复火烧处理（杉木多代连栽），将加剧生态系统养分亏缺，从而导致其林地生产力下降。

表 2　火烧采伐剩余物与养分损失
Table 2 Nutrition transference in different harvesting systems

收获方式	采伐剩余物数量 (t/hm2)	采伐剩余物损失量 (t/hm2)	养分损失量 (kg/hm2)/损失率 (%)
			N	P2O5	K2O	CaO	MgO	小计
传统收获	26.356	23.931	261.20	7.73	39.32	26.23	11.30	345.78
			86.14	31.6	18.6	12.1	12.2
全木收获	6.43	6.018	100.34	3.01	8.06	8.27	4.83	124.51
			78.2	26.1	10.7	9.6	9.4

3.3 火烧前后表层土壤养分贮量变化

　　炼山时，表层土壤受火直接灼烧，土壤营养元素含量和土壤容重会发生一定程度的变化，从而导致表层土壤养分贮量的改变^[14-16]。从表 3 可见，传统收获和全木收获后进行火烧处理的表层土壤中 N 和 P₂O₅ 贮量减少，而 K₂O、CaO 和 MgO 贮量则有所增加。传统收获的采伐剩余物火烧后土壤全 N 损失量每公顷比全木收获的增加了 87kg，P₂O₅ 增加了 13kg，这和传统收获的采伐剩余物数量大，炼山时火焰高度高，持续时间长，火烧强度大有关。据火烧后对表层土壤温度观测，传统收获比全木收获的地表温度高 30～45℃。从表 3 还可以看出，火烧后传统和全木收获的表层土壤 K₂O、CaO 和 MgO 贮量分别比火烧前的有所提高，而且传统收获的比全木收获的增加数量要大些，这与两处理间采伐剩余物、火烧后灰分数量差异有关。

表 3　火烧与表层 (0-20cm) 土壤养分贮量 (kg/hm ²)
Table 3 Burning and soil nutrition stock in surface soil(0-20cm)

收获方式	N	P2O5	K2O	CaO	MgO
传统收获后火烧处理	1629	996	36843	8915	8884
全木收获后火烧处理	1716	1009	36812	8863	8834
对照（火烧前）	1786	1033	36799	8844	8823

3.4 不同收获与火烧处理后林分养分变化

　　从表 4 可见，传统收获后进行火烧清理林地后，生态系统中 N 和 P₂O₅ 营养元素损失量最大。其中 N 素损失量分别比全木收获后进行火烧处理采伐剩余物的和仅进行全株收获的增加 0.75% 和 16.36%，P₂O₅ 则分别增加 7.51% 和 39.41%，说明采用传统收获，并进行火烧清理林地，将导致林地生态系统中 N 和 P₂O₅ 等营养元素产生较大损失，轮伐期缩短或火烧频率增加，有可能使林地 N 和 P₂O₅ 严重亏缺。相比较而言，仅采用全株收获的则导致 K₂O、CaO 和 MgO 养分损失量最大，其中全株收获 K₂O 的损失量分别是传统和全木收获后进行火烧清理的 6.75 倍和 1.28 倍，CaO 分别是 1.90 倍 1.23 倍，MgO 则分别是 2.18 倍和 1.23 倍。说明全株收获将导致立地上大量的盐基离子损失，这将增加土壤酸度并降低土壤保肥能力，这种状况在酸性土壤分布区则更为严重。

表 4　不同收获方式及火烧后养分损失量 (kg/hm ²)
Table 4 Different harvesting systems and nutrition loss following burning

收获方式	N	P2O5	K2O	CaO	MgO
传统收获	514.151	63.459	31.682	302.128	110.764
全木收获	510.314	58.693	167.507	466.797	195.491
全株收获	430.016	38.452	213.832	572.968	241.343

4 小结

　　第三代杉木林进行全株收获和全木收获林分营养元素损失量分别是传统收获的 1.99 倍和 1.64 倍。传统收获后用火烧清理采伐剩余物，采伐剩余物和营养元素总的损失量分别是全木收获的 4.10 倍和 3.98 倍，其中 N 和 P₂O₅ 损失率最大。传统收获后进行火烧处理，采伐剩余物导致 N 素净损失比单纯收获树干（含树皮）所造成的损失更大。火烧后表层土壤中 N 和 P₂O₅ 贮量有一定损失，而 K₂O、CaO 和 MgO 贮量有一定程度增加。传统收获及接着火烧清理林地后林分中 N 和 P₂O₅ 的损失量比仅进行全株收获和全木收获后进行火烧处理的均高，说明采用传统营林措施有可能导致林地 N 和 P₂O₅ 的缺乏。全株（木）收获则会导致 K₂O、CaO 和 MgO 大量损失，将直接导致土壤酸化趋势加剧及保肥能力降低。因此，在我国亚热带地区经营人工林时宜采用传统收获方式进行小面积的皆伐，伐后保留采伐剩余物（不炼山）并进行带状堆积，这样才能降低对林地干扰，最大程度维持人工林地生态系统的可持续性。

参考文献

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