辽西低山丘陵森林土壤资源的保护与合理利用.doc

辽西低山丘陵森林土壤资源的保护与合理利用辽西低山丘陵森林土壤资源的保护与合理利用 2011年05月10日辽西低山丘陵森林土壤资源的保护与合理利用 韩文忠 闫成孝1 摘 要：该文对辽西低山丘陵森林土壤分布规律、形成特点、基本性质、资源状况等进行了综述，提出了森林土壤资源保护和合理利用应采取的措施和提高森林土壤肥力的途径。 关键词：辽西；低山丘陵；半干旱地区；森林土壤 前言 森林土壤生态系统是森林生态系统的重要组成部分，其保护和合理利用涉及到森林经营管理的各个方面。辽西低山丘陵面积占该区总土地面积2/3以上，森林土壤资源遭到多种方式的破坏是造成辽西低山丘陵区水土流失严重、土壤瘠薄、生态环境恶化的主要原因。因此，森林土壤生态系统亟需调控、保护。为了恢复生态平衡，控制水土流失，建国以来，辽西全区开展了长期不懈的群众植树造林活动，森林覆盖率已由建国初的4.5%上升到18.5%，增加了3.1倍，对保持水土、防风固沙、调节小气候等起到一定作用。由于气候、地形地貌和母质的特殊性，辽西地区的生态平衡极其脆弱，加强低山丘陵森林土壤的保护和合理利用对辽西生态建设具有重要意义。 1 辽西自然概况 辽西地区地处暖温带和中温带的交界处，东南近渤海湾，西北靠蒙古高原，属于半湿润半干旱大陆性季风气候。本区属于低山丘陵地貌，水土流失严重，沟壑纵横。大地构造属于华北台地的一部分，一部分为内蒙地轴构造带，中南大部分地区为燕山沉褶带。燕山运动中大规模的岩浆活动，导致了该区岩浆岩的广泛分布。山岭岩石有花岗岩、石灰岩、石英岩、安山岩、玄武岩等多种岩石。根据地质作用特点和现在地表存在的物质状况，地貌大致分为石质低山，土石低山，黄土丘陵、岗地等类型。植被以华北植物区系为主。主要建群种为油松、栎树、荆条。北部逐渐过渡到蒙古区系，草原植被增多，针茅、百里香是该群落的优势种。此外，还有一些长白区系成分的椴属、榛属等。目前残留少量次生林，阴坡次生林主要是蒙古柞林，其次有油松、侧柏、山杨林等；在海拔较高的深山阳坡，次生林主要为山杏林，混有黄榆、花曲柳、小叶白蜡、三裂叶绣线菊等；低山阳坡次生林主要分布有荆条、锦鸡儿灌丛、山枣灌丛，并混有花木兰、细叶胡枝子等。人工林主要有油松林、沙棘林、刺槐林，山杏、大扁杏、大枣、梨、苹果等经济林。 2 森林土壤分布与形成特点 2.1 森林土壤分布 辽西低山丘陵森林土壤主要指分布在海拔3001200m左右、以自然土壤为主的低山丘陵地带的林地土壤及宜林地土壤。主要植被为落叶阔叶混交林、油松林、针阔混交林及经济林等。地形复杂，相对高差大，生物气候垂直变化显著，土壤垂直分布规律明显，海拔700m以上为棕壤，300700m为褐土。土壤垂直带谱由上向下基本组成类型为棕壤性土棕壤淋溶褐土-褐土，或褐土性土褐土。由于微域地形导致水热状况的差异，各土壤带的上下界限有所交错。同一带内也因侵蚀度和土壤发育度的不同，自下而上有规律地分布着地带性土、粗骨土和石质土，或互为复区。坡度的陡缓对土壤形成有很大影响，陡坡侵蚀严重，坡地上部的细土粒及可溶性物质随水流失，所以一般坡上部土层薄，质地粗，水分不足，养分缺乏，植物生长较差，多形成幼年土壤即褐土性土或棕壤性土；而坡下部，土层较厚，水分充足，养分较多，植物生长较好，形成地带性棕壤或褐土。坡向对水热条件也有一定影响，南坡比北坡蒸发大。北坡土壤水分比南坡高，形成的土壤也不尽相同。土壤的水平分布规律是由南向北和由东向西依次出现棕壤褐土。 2.2 成土条件与形成特点 褐土是暖温带半湿润地区干旱森林及森林草原下的地带性土壤，年降雨量为450mm左右，一般分布在海拔700m以下。其成土母质多为次生碳酸盐物质，其成土过程是处于碳酸盐风化阶段的残积粘化过程以及石灰的淋溶和淀积过程。同时进行着程度不同的腐殖质积累过程。褐土区历史上松栎林和灌草植被生长茂盛，大量的落叶、枯枝残体积聚于地表，在微生物的作用下，使土体上部积累了较多的腐殖质、氮素和灰分元素、形成较厚的腐殖层，故土壤有机质含量较高，后因毁林、垦荒、过渡放牧，导致植被退化，使褐土的腐殖化过程减弱或中断，随着水土流失的加剧使褐土的腐殖质层逐渐变薄，厚度多小于20cm，有机质含量急剧下降，多在13%之间，形成了褐土腐殖质层残缺不全、土壤有机质含量低、颜色浅的次生景观。褐土的粘粒移动性较小，土壤的粘化过程以残积粘化为主，受水热条件影响较大，粘化过程主要发生在土体2070cm之间，粘化层粘粒含量多在1020%之间。土壤季节性淋溶过程明显，在土壤的风化作用中，碱金属大部分被淋失，而较难溶解的硅、铁、铝氧化物在风化壳中基本没有移动，风化壳中的标志元素是碱土金属钙，土壤溶液和土壤胶体表面为钙（镁）所饱和，土壤呈中性微碱性反应，土壤中的钙多与植物残体分解过程中产生的碳酸结合成碳酸钙向土体下层移动，钙积层多出现在土体的6090cm之间。淋溶作用较弱，表层碳酸钙含量多在12%之间。 棕壤分布区域属于暖温带半湿润大陆性气候区，年降雨量500800mm。棕壤多发育在海拔700m以上的阔叶、针阔叶混交林或针叶林等天然次生林及人工林下，主要乔木有油松、柞树、山杨、水曲柳、沙榆、黄波罗、糠椴、山梨、山核桃；灌木有榛子、胡枝子、杜鹃、丁香等；草本植物有羊胡草、柴胡、防风等。主要成土母质为岩石风化物残积母质、坡积母质、第四纪红土母质等。成土母岩以安山岩、玄武岩、花岗岩、石灰岩为主。其成土过程是处于硅酸盐风化阶段弱酸性淋溶作用下的粘化过程和程度不同的腐殖质积累过程。在繁茂的夏绿落叶林和针阔混交林下，每年都有大量的森林凋落物积累，形成疏松多孔腐殖质层，厚度520cm，有机质含量较高，多在25%，最高可达10%；在下渗的雨水中溶有许多有机酸，对下层母岩和母质风化起着促进作用，加速了棕壤的粘化过程。受地表水下渗、植物根系穿透等因素的影响，土体中的成分不断进行着分解、氧化、还原、溶解、沉淀等化学和生物化学过程，形成棕色粘粒、铁、锰淀积层。 3 森林土壤资源类型及林分类型 由于发育阶段、淋溶作用及次要成土过程的不同，辽西低山丘陵森林土壤褐土主要有褐土性土、典型褐土、碳酸盐褐土、淋溶褐土等亚类，棕壤主要有坡积棕壤和棕壤性土等亚类。 3.1 褐土性土 母质为酸性岩、基性岩、石灰岩等岩石的风化残积物。土层浅薄（100cm），土体多砾石，局部有岩石裸露，剖面发育不全，一般由腐殖质层、母质层或母岩层组成，属于褐土初期发育阶段。腐殖质层较薄，厚度在030cm之间，颜色为灰-灰棕-暗灰色，质地为沙-中壤土，砾石含量不等。pH在7.08.0。根据成土母岩类型，褐土性土又有酸性岩类褐土性土、基性岩类褐土性土、石灰岩类褐土性土、沙页岩类褐土性土等土属。褐土性土水分、养分状况不良，水土流失严重。林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林等。 3.2 典型褐土 典型褐土主要分布在土质丘陵或石质丘陵坡地中上部及岗地。土层深厚，剖面由腐殖质层、粘化层、钙积层和母质层构成，钙积层一般出现在土体4090cm处，有灰白色斑纹或石灰假菌体，石灰反应强烈。养分状况差，结构不良。有坡积褐土、红土褐土等土属。坡积褐土土体厚度大约100cm，土体中混有砾石；钙积层出现在50cm以下，碳酸钙含量510%；腐殖质层较薄，其厚度小于20cm。红土褐土发育在第四季红色粘土上；腐殖质层浅薄，厚度小于20cm。典型褐土水土流失较重。林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林、经济林等。 3.3 碳酸盐褐土 有红土碳酸盐褐土、黄土碳酸盐褐土、坡积碳酸盐褐土等土属。红土碳酸盐褐土发育在第四季红色粘土上，大部分覆盖着厚度小于50cm的黄土层，表层有石灰反应，钙积层明显，土体有的含砾石，其腐殖质层厚度1020cm。黄土碳酸盐褐土母质为更新世堆积黄土，所处地形部位为土质丘陵、岗地的中上部，土层深厚，钙积层明显，多出现在50cm以上，剖面由A、BCa和C层组成，腐殖质厚度小于20cm。坡积碳酸盐褐土，土层厚度大于100cm，土体中一般含有砾石，剖面由A、BCa、C组成，腐殖质厚度小于20cm，土层深厚，钙积层浅位，pH值偏高。碳酸盐褐土侵蚀严重，土壤肥力低，由于碳酸钙含量高，树木根系生长受阻，多为小老树的状态存在。林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林、经济林等。 3.4 淋溶褐土 有坡积淋溶褐土、红土淋溶褐土、黄土淋溶褐土等土属。坡积淋溶褐土，土层深厚，土体中混有砾石，有的夹砾石层或黑土层；腐殖质层较薄，厚度小于20cm；钙积层出现在100cm以下。红土淋溶褐土，有的覆盖着厚度小于50cm的黄土层，土体有的含砾石，一般由A、B、C组成，其腐殖质层厚度1020cm，土体为粒状结构，质地为中-重壤土，pH78，粘化层大多出现在50cm以上，肥力较低。黄土淋溶褐土，土层深厚，不含砾石，多处于黄土丘陵岗地上部，一般有A、AB、B、BCa组成；腐殖质层较薄，厚度小于20cm；钙积层出现在150cm以下，通透性差。淋溶褐土侵蚀严重，矿质养分缺乏，植被覆盖度低。林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林、经济林等。 3.5 棕壤性土 发育在石质低山丘陵的中上部。主要成土母质是玄武岩、花岗岩、石灰岩、沙页岩类残积物。土层浅薄，甚至岩石裸露。水土流失较严重，土壤发生层次不完全，仅有腐殖质层，母质层或母岩层，无淀积层。酸性岩类棕壤性土发育在落叶阔叶林下，表层有机质较丰富，腐殖质层厚1030cm，土层中的有机质含量在1.136.43%，pH在5.36.9。基性岩类棕壤性土，有机质含量在1.372.63%，多为荒山林地，植被有油松、山杏、杜鹃、羊胡子草等，覆盖度高于酸性岩棕壤性土。石灰岩类棕壤性土表层有机质、全氮含量较高，多为荒山林地。砂页岩类棕壤性土有机质较贫乏。棕壤性土林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林等。 3.6 坡积棕壤 剖面发育完整，土层较厚，表层粘粒明显下移沉积，具有完整的A、B、C层发育，表层有机质含量较高，约24%；偏酸性，水热条件优越，是较肥沃的自然土壤，为林、果生产基地。林分类型为针阔混交林、针叶林、乔灌混交林、经济林等。 4 低山丘陵森林土壤资源保护与合理利用的途径与措施 保护土壤资源的首要任务是防止土壤侵蚀与退化。通过合理规划，把土壤资源、生物资源与环境条件统一起来，以建立良好的生态平衡，不断提高土壤的利用率和生产力，并针对区域特点，分别采取保护、改造和建设等综合治理对策与措施。辽西低山丘陵森林土壤资源保护合理与合理利用应采取封山育林、保护森林土壤凋落物层、加强经营管理、保持水土等综合措施。 4.1 封山育林 封山育林所形成的林分，是以地带性树种为主体所构成的森林，是多世代、多树种、多层次、多种类（动物、植物、微生物）、多效益、多功能的复杂生态系统。这样的生态系统功能完全，对光能和空间的利用率高、生物量大、物质循环与能量流动迅速、自卫能力强，能克服人工纯林在经营上存在的各种难以解决的矛盾，它是顺从自然并通过人为促进形成的稳定林分。在该区植物次生演替过程中，决定次生演替性质、方向和速度的仍是人为活动。由于环境破坏的程度不同，不同立地反映了次生演替的不同阶段。在次生裸地，有的土壤中尚残存着植物繁殖体或有繁殖体的传播。如果消除破坏因素，可使适生的残留树种得以恢复，群落得以复生。对土层较薄的褐土性土、棕壤性土及坡度大于25度、水土流失严重的其他土壤应适当采取封山育林措施。为了促进天然幼树提早成林，对不同封育类型应采取不同的抚育管理措施。阴坡杜鹃柞木林，依据柞树“上方受光，侧方庇荫”的特性，不宜过早稀疏。阴坡杜鹃椴木林，带状或全面抚育，全面抚育适于缓坡封育区。阴坡胡枝子柞木林，尽可能保留灌草，以增强林地保水固土性能。阴坡苔草虎榛子灌丛林，实行封禁，保留所有的乔灌草，引进针叶树种，以形成不规则的乔灌混交林。阳坡野古草山杏林，采用鱼鳞坑抚育，可望形成山杏经济林。阳坡黄榆山杏林，保留所有灌草。对现有植被采取封禁，同时实行带状或块状油松、侧柏育苗造林，增强保水固土的能力。封山育林具有减少地表径流和土壤冲刷，改善土壤肥力和提高空气湿度的功能，因而是改善半干旱地区生态环境的一项根本性措施。 4.2 保护土壤凋落物层 森林土壤肥力是森林土壤长期发生、发展过程中获得的，其中森林本身的自我施肥起着十分重要的作用。林木生长既从土壤中吸取大量的水分和养料，又以凋落物形式归还土壤大量有机质，使土壤肥力得以保持和发展，这就是森林的自肥作用。提高森林土壤肥力的途径，应以充分利用森林土壤的自我施肥为主，并结合运用其他一些营林措施为辅。森林凋落物的数量、分解速度是森林自肥能力大小的标志。不同森林生态系统年凋落物量是有显著差异的，这在一定程度上反映了它们对土壤自肥作用的能力。森林凋落物数量随林龄的增长而增多，森林自肥的能力也随之而加强，达到一定林龄后又趋向稳定。森林凋落物的分解速率，是影响森林自肥能力大小的主要因素。要保护植被以防止雨水径流对森林凋落物的侵蚀；严防森林火灾，禁止烧荒，禁止搂柴，避免凋落物的损失和向土壤系统外输出。在改良土壤养分上，对大量贮积凋落物养分的林分，应进行透光伐措施或适当地局部将凋落物与表土掺混，促进分解转化，释放养分，加速林木生长。阔叶树种凋落物养分含量高于针叶树种，因此，低山丘陵地区刺槐、沙棘对改良土壤有重要意义；在低山坡积棕壤，椴树、山杨和白桦也均具有重要的改土意义。在针叶树种方面，在低山地区，侧柏作为主要树种不仅适宜而且具有改土作用；在土层深厚的棕壤地区，落叶松作为主要树种也是适宜的；而油松只要采取适当的块状混交，也是可以作为主要树种的，因为，油松的凋落物在分解过程中并不形成粗腐殖质类型，所以对土壤不产生危害作用。丘陵缓坡地杨树沙棘混交林蓄水保土效果显著增强，土壤肥力提高，使山地培育杨树用材林成为可能。 4.3 合理经营与大力造林相结合 在林业生产中贯彻“以营林为基础”的方针，是达到“青山常在，永续利用”的唯一途径。林木是扎根、生长在土壤中的，只有首先使林地土壤肥力得到保护和提高，并实现对它的永续利用，才能最终实现对森林资源的永续利用。禁止滥伐森林，废除皆伐，采用适度择伐，加强次生林抚育改造，合理进行采伐更新。坡度大、水土流失严重的耕地要退耕还林，停止毁林造田；推行生态造林技术，保护表土。造林要细致整地，坚持不整地不造林的原则。荒山荒地特别是黄土丘陵区，在造林时细致整地是很重要的措施。因为整地具有防止蒸发、蓄水保墒、通气保温、释放养分的作用，对水土保持有着明显的效益。选择合理优化的林分结构类型，适地适树，营造针阔混交林。注意引进具有固氮能力的树种进行混交，如沙棘、刺槐等。沙棘具有浓密的林冠层、根系量大、有根瘤，林地枯落物层较厚，能显著改良土壤，据测定，郁闭后的沙棘林可全年不发生径流。辽西油松纯林占有相当大的比重，由于林分结构简单，不具备适应和抵御恶劣生态环境、病虫害等不利因素影响的功能，普遍生长较差，应根据各个林分林木的年龄阶段和发育状况采取相应的技术措施，通过疏伐，便于对林地实行截留降水、蓄水保墒等改造措施，改善林内各项生态因子，为草被恢复和阔叶树种定居生长创造必要环境条件；通过林地翻整，进行林地全面或局部水平沟、水平阶整地，以此改善土壤理化形状，增加土壤含水量，促进地被植物的生长，为阔叶树种的成活生长创造条件；通过栽植阔叶树，把油松纯林改造成油松阔叶树混交林，恰当选择阔叶树种是使林分生态系统逐步走向良性循环的根本步骤。研究表明，油松阔叶树混交林土壤含水量比油松纯林提高1020%，腐殖质含量提高1076%，混交林油松高生长比纯林提高1419%。 4.4 水土保持的途径和措施 石质山区土壤侵蚀以片蚀为主，山势陡峻，地面物质多为土石质和石质，土层厚度多小于60cm，主要土壤类型为褐土性土和棕壤