全 文 ：林业科学研究 ２０１６，２９（２）：２６１ ２６７
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１６）０２０２６１０７
杉木林采伐迹地再造林后土壤调蓄水分功能恢复研究
杨贤均，邓云叶，段林东
（邵阳学院城市建设系，湖南 邵阳 ４２２００４）
收稿日期：２０１５０７２８
基金项目：湖南省教育厅项目（２０１１Ｃ１１２４）、湖南省科技厅项目（２０１２ＳＫ３１６３）
作者简介：杨贤均（１９７４—），男，硕士，副教授，主要从事风景园林景观规划研究．电话：１３８７３９２９０７０．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｘｊ０００８＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：教授，主要从事植物分类及植物生理研究．电话：１３９７３９６７２３６．Ｅｍａｉｌ：ＬＤＤｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ
摘要：［目的］探讨杉木人工林采伐前、后及其采伐迹地造林后林地土壤调蓄水分功能的变化，揭示采伐地造林后，
幼林对土壤蓄水功能的调节恢复作用。［方法］采用定位连续观测方法，在２４年生杉木人工林伐前、伐后以及造林
后１年、３年、５年、８年的样地内采集土壤样品，进行室
&
测试分析。［结果］表明：与伐前相比，杉木人工林采伐后１
ｍ深土壤层毛管孔隙度提高了１．７０％，非毛管孔隙度下降了４．９５％；伐后１ｍ深土壤层最大持水力、最小持水力和
毛管持水力比伐前分别提高了４．０２％、２．６７％和５．３１％，但土壤贮水力下降１４．３０％；０ ２０，２０ ４０ｃｍ土层的初
渗速率分别下降１９．８１％和１６．９５％，稳渗速率分别下降１２．９７％和１４．４９％；造林后林分对土壤调蓄水分功能的调
节作用，随着林龄增加而增大，８年生幼林０ ２０，２０ ４０ｃｍ土层对土壤水分的初渗调控能力恢复到采伐前的
６２．５０％和５８．８３％，稳渗的调控恢复到采伐前的６２．２２％和４８．７９％；若以伐后与伐前土壤的最大持水力、最小持水
力和毛管持水力的差值为１００％，８年生幼林其与伐前的差异只有１６９０％，１７８４％和２３２０％。土壤贮水力恢复到
采伐前３３．３４％的水平。［结论］杉木人工林的采伐导致土壤调蓄水分功能减弱，采伐迹地再造林能逐步改善林地
土壤调蓄水分功能，而且随着幼林林龄增加调节功能逐步增强。
关键词：杉木人工林；土壤；蓄水功能；采伐迹地；再造林；功能恢复
中图分类号：Ｓ７９１２７ 文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆＳｏｉｌＭｏｉｓｔｕｒｅＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅ
ＨａｒｖｅｓｔｅｄＣｈｉｎｅｓｅＦｉｒＰｌａｎｔａｔｉｏｎａｆｔｅｒＲｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ
ＹＡＮＧＸｉａｎｊｕｎ，ＤＥＮＧＹｕｎｙｅ，ＤＵＡＮＬｉｎｄｏｎｇ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｔｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＳｈａｏｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｙａｎｇ ４２２００４，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｈａｒｖｅｓｔ，
ｐｏｓｔｈａｒｖｅｓｔａｎｄｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｅｄＣｈｉｎｅｓｅｆｉｒ（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ）ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ．［Ｍｅｔｈｏｄ］Ｂｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｂｓｅｒｖａ
ｔｉｏｎｉｎｆｉｘｅｄｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆ２４ｙｅａｒｏｌｄＣｈｉｎｅｓｅｆｉｒｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｂｅｆｏｒｅｈａｒｖｅｓｔ，１ｙｅａｒａｆｔｅｒｈａｒｖｅｓｔａｎｄ
１ｙｅａｒ，３ｙｅａｒｓ，５ｙｅａｒｓ，ａｎｄ８ｙｅａｒｓａｆｔｅｒｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄ
ｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ．［Ｒｅｓｕｌｔ］Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｒｅ
ｈａｒｖｅｓｔｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｓｏｉｌ１ｍｉｎｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１．７０％ ａｔｐｏｓｔｈａｒｖｅｓｔｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄｔｈｅｎｏｎ
ｃａｐｉｌａｒｙｐｏｒｏｓｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ４．９５％；ｔｈｅｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｃａｐｉｌａｒｙ
ｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｓｏｉｌｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ４．０２％，２．６７％ ａｎｄ５．３１％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｂｕｔｔｈｅｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｄｅｃｌｉｎｅｄｂｙ
１４．３０％；ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｏｉｌ０ ２０ｃｍａｎｄ２０ ４０ｃｍｉｎｄｅｐｔｈｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ１９．８１％ ａｎｄ
１６．９５％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙａｌｓｏｆｅｌｂｙ１２．９７％ ａｎｄ１４．４９％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅ
ｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｓｔａｇｅ，ｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｔｏｒａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎｇｒａｄｕａｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｇｅｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅｆｉｒ
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｏｉｌｗｉｔｈ０ ２０ｃｍａｎｄ２０ ４０ｃｍｉｎｄｅｐｔｈａｔＣｈｉ
林 业 科 学 研 究 第２９卷
ｎｅｓｅｆｉｒｐｌａｎｔａｔｉｏｎ８ｙｅａｒｓａｆｔｅｒｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｒｅｃｏｖｅｒｅｄｔｏ６２．５０％ ａｎｄ５８．８３％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｙａｌｓｏｒｅｃｏｖｅｒｅｄｔｏ６２．２２％ ａｎｄ４８．７９％ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｐｒｅｈａｒｖｅｓｔｓｔａｇｅ；Ｉｆｔｈｅｓｏｉｌｂｅｆｏｒｅｃｕｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅ
ｍａｘｉｍｕｍｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｆｔｅｒｃｕｔｉｎｇ，ｍｉｎｉｍｕｍｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｃａｐｉｌａｒｙｗａｔｅｒｈｏｌｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ
ｏｆ１００％ ｏｆｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅ．ｗｉｔｈｔｈｅ８ｙｅａｒｏｌｄｓｔａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｆｏｒｅｃｕｔｉｎｇｏｎｌｙ１６９０％，１７８４％ ａｎｄ
２３２０％；ｔｈｅｓｏｉｌｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｒｅｔｕｒｎｅｄｔｏ３３．３４％ ｏｆｐｒｅｈａｒｖｅｓｔｌｅｖｅｌ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］Ｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ
ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅｗａｓｗｅａｋｅｎｅｄｂｙｈａｒｖｅｓｔ；ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ，ａｌｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｏｉｌ
ｍｏｉｓｔｕｒｅｗｉｌｇｒａｄｕａｌｙｒｅｃｏｖｅｒｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎｅｓｅｆｉｒｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌ；ｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｃｕｔｏｖｅｒｌａｎｄ；ｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ；ｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｃｏｖｅｒｙ
对森林生态系统来说，皆伐是最严重的外力冲
击，首当其冲的是地表植被层消失，进而导致生态系
统对养分、水分、机械能（风能）和辐射能流的生物
调节能力丧尽，环境中存在的各种退化力可能会造
成该生态系统的退化，其中包括土壤蓄水功能的
退化［１－１０］。
我国有关土壤蓄水功能研究成果颇多，主要集
中在不同立地条件下的土壤蓄水功能和渗透能力
比较［１１－１３］；不同密度人工林对土壤水分动态和含
水量的影响［１４－１６］；抚育间伐［１７］、坡地改造后土壤水
分动态［１８］以及旅游干扰对草甸湿地土壤水文调蓄功
能的影响等［１９］。但有关森林采伐后以及采伐地造林
后林地土壤调蓄水分功能的变化研究仍不多见。
本研究以湖南省绥宁县堡子岭林场的杉木
（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ（Ｌａｍｂ．）Ｈｏｏｋ．）林采伐后
第２年再造的杉木人工林为对象，利用定位连续测
定数据，研究杉木林采伐前、后及其再造杉木人工林
土壤蓄水功能的变化。揭示采伐地造林后，幼林对
土壤蓄水功能的调节恢复作用，为研究植被对土壤
蓄水功能的生物调节作用提供理论依据。
１ 研究地概况
研究地设在湖南省绥宁县堡子岭林场，地处２６°
１６′ ２７°８′Ｎ、１０９°４９′ １１０°３２′Ｅ，属中亚热带季风
湿润气候区，年平均气温 １６．７℃，年平均降水量
１３２０．０ｍｍ，昼夜温差较大。
研究林地坡度 １８° ２４°，海拨 ３２０ｍ，西南坡
向。土壤为板页岩发育的黄壤，土层厚度８０ｃｍ以
上。２００６年３月，对２４年生杉木人工林进行采伐，
采伐面积约为１．５ｈｍ２，２００７年春在采伐迹地营造
杉木人工林，造林密度 ２４００株·ｈｍ－２，造林后，
２００８和２００９年春季每年抚育一次。２０１４年，林分
平均高度和胸径分别为６．８ｍ与７．１ｃｍ，林分郁闭
度约０．８。
２ 研究方法
２．１ 土壤样品的采集
根据代表性原则选取面积为６６６．７ｍ２研究样
地，分别在采伐前（２００６年２月）、采伐后（２００６年
１１月）以及造林后（２００７年、２００９年、２０１１年及
２０１４年的每年１１月）采集土壤样品。具体方法是
在长方形样地（２０ｍ×３３．３ｍ）对角线的４个顶端及
交叉部位选取采集地点（共５个样点），每一样点挖
一个深度为１．１ｍ，宽度为０．５ｍ的土壤剖面，用环
刀法按０ ２０、２１ ４０、４１ ６０和６１ １００ｃｍ土
壤分层取样（每层取２份，１份用于测定土壤密度和
孔隙度，１份用于测定土壤的持水力）。
２．２ 土壤持水力和贮水力的测定
各种持水量的计算按照中国土壤学会土壤农化
分析专业委员会提供的方法进行［２０］。将装有原状
土壤的环刀在水中连续浸泡１２ｈ后，称质量计算最
大持水量。再将浸泡环刀在干砂上放置２ｈ（环刀中
土壤的非毛管水已全部流出），称质量得
毛管持水
量。将称质量后环刀继续在干砂上再搁置２４ｈ（环
刀中土壤的水分只有毛管悬着水），称质量求算最小
持水量。土壤贮水力计算公式为［２０］：
Ｓ＝１００００×ｈ×Ｐｎ×ρ （１）
式中：Ｓ为土壤贮水力；ｈ为土层厚度；Ｐｎ为非
毛管孔隙度；ρ为水的密度。
２．３ 土壤物理性能测定
将环刀土壤放在１０５℃下烘干至恒质量，计算
土壤含水量，根据环刀干土质量和环刀容积求算土
壤密度。土壤毛管孔隙度（Ｐｃ）、总孔隙度（Ｐｔ）、非
毛管孔隙度（Ｐｎ）分
(
按公式（２）至公式（４）
计算［２０］。
Ｐｃ＝
ｗ水 －ｗ环 －ｗ土
π×ｒ×ｈ
×１００ （２）
Ｐｔ＝
ｗ泡水２４ｈ－ｗ环 －ｗ土
π×ｒ２×ｈ
×１００ （３）
２６２
第２期 杨贤均，等：杉木林采伐迹地再造林后土壤调蓄水分功能恢复研究
Ｐｎ ＝Ｐｔ－Ｐｃ （４）
式中：ｗ环 表示环刀质量；ｗ水 表示吸水后带土
环刀质量；ｗ土 表示环刀内干土质量；ｒ表示环刀内
半径；ｈ表示环刀高；ｗ泡水２４ｈ表示泡水２４ｈ后带土环
刀质量。
土壤渗透性能的测定采用渗透筒法，并将不同
温度下的渗透系数换算成１０℃的渗透系数以便比
较，具体换算公式如下［２０］：
Ｋ１０ ＝ＫＴ／（０．７＋０．０３Ｔ）－ｈ／（０．７＋０．０３Ｔ）ｔ（５）
式中：ＫＴ为实测水温下的渗透系数；Ｋ１０为实测
水温１０℃下的渗透系数；ｈ为渗透锋面深度；ｔ为渗
透所用总时间；Ｔ为测定所用水的水温。
２．４ 数据处理和统计
所有数据经 Ｅｘｃｅｌ软件处理后，采用 ＯｎｅＷａｙ
ＡＮＯＶＡ进行方差分析；用 Ｔ检验分析差异显著性；
采用ＡｎａｌｙｚｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅ计算出标准差和均值，然后
用标准差除以均值求算变异系数。
３ 结果与分析
３．１ 土壤的孔隙度
从表１可以看
，采伐前、后 ６０ｃｍ深以下土
层，土壤毛管和非毛管孔隙度标准差和变异系数相
差不大；采伐后０ ６０ｃｍ土层的相应指标均大于
采伐前，且１ｍ以内土壤层毛管和非毛管孔隙度平
均标准差和变异系数，林木采伐后大于采伐前。表
明采伐后林地毛管和非毛管孔隙度变化激烈，且变
化幅度增大。采伐迹地造林后，随着林木的生长，毛
管和非毛管孔隙度标准差和变异系数逐渐缩少，表
明新造的杉木林具有改善土壤毛管和非毛管孔隙度
的作用。
表１ 不同时期土壤物理性能及其统计分析
年份 土层／ｃｍ
密度／
（ｇ·ｃｍ－３）
毛管孔隙
度／％
标准
差
变异
系数
非毛管孔
隙度／％
标准
差
变异
系数
总孔隙
度／％
２００６（采伐前） ０ ２０ １．０２±０．０７ ５４．７ａ ４．０３ ０．５１８ １５．３０ａ ０．６６ ０．５６４ ７０．００
２０ ４０ １．１３±０．０６ ４８．７ｃ ３．３１ ０．３６３ １２．８０ｂ ０．４４ ０．３７８ ６１．５０
４０ ６０ １．２１±０．０９ ４３．５ｅ ３．０９ ０．３０１ １１．０６ｃ ０．４１ ０．３２２ ５４．５６
６０ １００ １．２８±０．０７ ３９．６ｆ ２．８８ ０．２７６ ９．２７ｆ ０．３０ ０．３０１ ４８．８７
平均 １．１８ ４４．８ｄ ３．２３ ０．３４６ １１．５４ｃ ０．４２ ０．３７３ ５６．３４
２００６（采伐后） ０ ２０ １．０６±０．０４ ５３．５ａｂ ４．９４ ０．６７９ １０．３７ｄ ０．７５ ０．７２３ ６３．８７
２０ ４０ １．１４±０．０７ ５０．７ｂ ３．７９ ０．３９８ １０．１２ｄ ０．４９ ０．４６４ ６０．８２
４０ ６０ １．２１±０．０８ ４４．１ｄ ３．１１ ０．３１３ １０．５３ｄ ０．４３ ０．３２９ ５４．６３
６０ １００ １．２８±０．０５ ３９．７ｆ ２．８９ ０．２８２ ９．２１ｆ ０．３１ ０．３０４ ４８．９１
平均 １．１９ ４６．５ｅ ３．５２ ０．３９２ ９．８９ｅ ０．４６ ０．４２５ ５４．４３
２００７（造林后） ０ ２０ １．０１±０．０７ ５４．６ａ ４．８３ ０．６６８ １２．２１ｂ ０．７３ ０．７１２ ６６．８１
２０ ４０ １．１４±０．０８ ５１．３ｂ ３．７１ ０．３９２ １０．４３ｄ ０．４８ ０．４５８ ６０．７３
４０ ６０ １．２１±０．０７ ４４．１ｄ ３．１１ ０．３１２ １０．４１ｄ ０．４２ ０．３２８ ５４．５１
６０ １００ １．２８±０．０９ ３９．６ｆ ２．８９ ０．２８２ ９．２１ｆ ０．３１ ０．３０４ ４８．９１
平均 １．１９ ４５．７ｅ ３．４７ ０．３８７ １０．２９ｄ ０．４５ ０．４２２ ５６．５４
２００９（３年生林） ０ ２０ １．０３±０．０６ ５３．７ａ ４．７２ ０．６４３ １０．５５ｃ ０．７０ ０．６９３ ６４．２５
２０ ４０ １．１４±０．０７ ５０．１ｂ ３．６０ ０．３８４ １０．３１ｄ ０．４７ ０．４５４ ６０．４１
４０ ６０ １．２１±０．０６ ４３．６ｅ ３．１０ ０．３０７ １０．６１ｄ ０．４２ ０．３２７ ５４．２１
６０ １００ １．２８±０．０７ ３９．６ｆ ２．８９ ０．２８０ ９．２２ｆ ０．３１ ０．３０３ ４８．８２
平均 １．１９ ４５．３ｄ ３．４４ ０．３７９ ９．９８ｄ ０．４４ ０．４１５ ５４．２８
２０１１（５年生林） ０ ２０ １．０３±０．０６ ５４．０ａ ４．４３ ０．６１１ １０．９７ｃ ０．６８ ０．６６７ ６４．９７
２０ ４０ １．１４±０．０９ ４９．５ｃ ３．４２ ０．３７６ １０．５２ｄ ０．４６ ０．４２５ ６１．１２
４０ ６０ １．２１±０．０９ ４３．３ｅ ３．１０ ０．３０５ １０．７５ｄ ０．４１ ０．３２５ ５５．１５
６０ １００ １．２８±０．０８ ３９．６ｆ ２．８９ ０．２７８ ９．２４ｆ ０．３０ ０．３０２ ４８．８４
平均 １．１９ ４５．２ｄ ３．３５ ０．３７０ １０．１４ｄ ０．４３ ０．４０４ ５４．９１
２０１４（８年生林） ０ ２０ １．０２±０．０６ ５４．２ａ ４．１８ ０．５９４ １１．９６ｂ ０．６７ ０．６４２ ６６．１６
２０ ４０ １．１３±０．０８ ４９．０ｃ ３．３８ ０．３６５ １０．８３ｃ ０．４５ ０．４１１ ５９．８３
４０ ６０ １．２１±０．０７ ４３．１ｅ ３．１１ ０．３０３ １０．９０ｃ ０．４１ ０．３２４ ５４．００
６０ １００ １．２８±０．０５ ３９．６ｆ ２．８９ ０．２７７ ９．２５ｆ ０．３０ ０．３０２ ４８．８５
平均 １．１８ ４５．１ｄ ３．２９ ０．３６３ １０．４４ｄ ０．４２ ０．３９６ ５５．５４
注：同列不同小写字母表示差异显著（ｐ＜０．０５），下同。
３６２
林 业 科 学 研 究 第２９卷
杉木林采伐后１ｍ以内土壤层毛管孔隙度增
大，与伐前相比，伐后提高了１．７０％，主要发生在２０
６０ｃｍ土层中，而０ ２０ｃｍ表土层有所减少，６０
ｃｍ以下土层变化甚微。采伐后１ｍ以内土壤层非
毛管孔隙度的变化与毛管孔隙度相反，呈下降趋势，
各土层降低幅度依次为０ ２０ｃｍ土层 ＞２０ ４０
ｃｍ土层＞４０ ６０ｃｍ土层，６０ｃｍ以下土层采伐后
变化不大。
采伐时，伐木倒下时对林地表面的撞击力及其
搬运拖拽使表土层（０ ２０ｃｍ）更加紧实，使一些大
孔隙（非毛管孔隙）的孔径缩少，导致非毛管孔隙度
减少。而之前一些孔径小的孔隙（毛管孔隙）经
)
实后孔隙消失，尽管会有一些非毛管孔隙转变为毛
管孔隙，但毛管孔隙还是减少了。在２０ ６０ｃｍ深
土层，采伐作业对土层压紧作用少于表土层（０ ２０
ｃｍ），因此非毛管孔隙度降低幅度少于表土层。不
过一些孔径大的非毛管孔隙被
)
紧成为孔径小的毛
管孔隙，毛管孔隙增多了。这就是采伐后０ ６０ｃｍ
土层土壤毛管和非毛管孔隙度标准差和变异系数大
于采伐前的主要原因。６０ｃｍ深以下土层土壤毛管
和非毛管孔隙度及其标准差和变异系数，采伐前后
变化不大。说明采伐作业对土壤压紧作用只影响到
０ ６０ｃｍ土层，对６０ｃｍ深以下土层的压紧作用
不大。
营造杉木林后，随着幼林林龄增大，土壤毛管孔
隙度与伐前的差距越来越小。如果以采伐后与采伐
前１ｍ深土壤毛管孔隙度的差距为１００％的话，３年
生幼林时与采伐前的差距减少到７１．４３％，５年生幼
林下降到５７．１４％，到８年生缩少到４２．８６％。同样
假定采伐后与采伐前１ｍ深土壤非毛管孔隙度的差
距为１００％，３年生幼林时与采伐前的差距减少到
９４５４％，意味着３年生幼林对非毛管孔隙度调节作
用己接近伐前５．４６％。以此推算，５年生幼林其能
力已恢复到伐前的１５．１５％，８年生幼林已恢复到伐
前的３３．３４％的水平。
营造杉木林后，土壤孔隙度逐渐向伐前水平恢
复，主要是幼林根系在土壤中生长过程中的穿插、挤
压，以及伐倒木
*
下的根系逐渐死亡等形成孔隙调
节着土壤孔隙度。此外，幼林地面的灌木和草本较
丰富，其枯落物分解，土壤有机质增多，提高土壤团
聚性，改良土壤结构，调控着土壤孔隙度。也正如
此，使得毛管和非毛管孔隙度平均标准差和变异系
数逐渐变小，毛管和非毛管孔隙度变化趋向稳定。
３．２ 土壤的持水力和贮水力
表２表明，杉木林采伐后１ｍ深土壤的最大持
水力、最小持水力和毛管持水力分别比采伐前提高
了４．０２％、２．６７％和５．３１％。杉木林伐前１ｍ深土
壤贮水力为１１５４ｔ·ｈｍ－２，采伐后为９８９ｔ·ｈｍ－２，
为伐前的８５．７０％，表明林木采伐后其土壤贮水力
降低。
土壤持水力的大小取决于毛管孔隙度和毛管孔
径大小，毛管孔隙愈多且孔径愈小，毛管力愈大，其
持水力愈强。采伐作业对土层的压紧作用，使土壤
中孔径大的孔隙转变为孔径小的毛管孔隙，而且原
来一些毛管孔隙孔径也因压紧作用而缩小，其毛管
力增大，持水力增强，导致了土壤的持水力增大。土
壤贮水力主要受孔径大的非毛管孔隙控制，这些大
孔隙当重力水大量存在时可被水填充，故此有蓄水
功能。由于林木采伐及林木搬运对土层的压紧作
用，使土壤中孔径大的非毛管孔隙向孔径小的毛管
孔隙转化，孔径大的非毛管孔隙减少，因而其土壤贮
水力下降。
采伐迹地造林后，随着幼林的生长，幼林逐渐对
土壤持水力和贮水力进行调控。假若以伐后与伐前
土壤的最大持水力、最小持水力和毛管持水力的差
值为１００％，那么３年生的幼林对土壤的最大持水
力、最小持水力和毛管持水力调节能力与伐前差值
分别缩少了２８．２７％、１９７５％和１６．５％；５年生幼林
又分别缩少了５９７２％、５７．１４％和５７．９４％；８年生
林分与伐前林分的差异只有 １６９０％，１７８４％和
２３２０％。幼林对土壤贮水力的调节，３年生幼林达
到伐前的５．４５％，５年生幼林上升到１５．１５％；８年
生幼林恢复到伐前３３．３４％的水平。
３．３ 土壤渗透性能
表３给
了采伐前、后及造林后０ ２０ｃｍ和２０
４０ｃｍ土壤的渗透速率及其标准差和变异系数。从
中看出，采伐后无论是初渗还是稳渗速率的标准差和
变异系数比采伐前增大。说明采伐使林地土壤渗透
性能变化程度增大。这主要是在采伐过程中对表土
层的挤压作用影响水分在土壤传输的通道（孔隙）造
成。采伐迹地造林后，随林分的生长，其标准差和变
异系数在逐渐变小，土壤渗透性能趋向稳定。
采伐后土壤渗透速率比采伐前有所下降，其中
０ ２０、２０ ４０ｃｍ土层初渗速率分别比伐前下降
１９．８１％和 １６．９５％，稳渗速率也分别比伐前下降
１２．９７％和１４．４９％。林地土壤中０ ２０ｃｍ土层采
４６２
第２期 杨贤均，等：杉木林采伐迹地再造林后土壤调蓄水分功能恢复研究
表２ 不同时期土壤持水和贮水力
年份 土层／ｃｍ
密度／
（ｇ·ｃｍ－３）
最大持水力／
（ｔ·ｈｍ－２）
最小持水力／
（ｔ·ｈｍ－２）
毛管持水力／
（ｔ·ｈｍ－２）
贮水力／
（ｔ·ｈｍ－２）
２００６（采伐前） ０ ２０ １．０２±０．０７ １２１６ｂｃ ９８７ｂ １０９４ｃ ３０６ｂ
２０ ４０ １．１３±０．０６ １１５５ｄ ８３８ｄ ９２７ｄ ２５６ｂ
４０ ６０ １．２１±０．０９ １０２７ｅ ８０２ｅ ７９４ｅ ２２１ｃ
６０ １００ １．２８±０．０７ １８９９ａ １５７２ａ １６４８ｂ ３７１ａ
平均（合计） １．１８ （５２９７） （４１９９） （４４６３） （１１５４）
２００６（采伐后） ０ ２０ １．０６±０．０４ １２７６ｂ ９９９ｂ １０７０ｃ ２０７ｃ
２０ ４０ １．１４±０．０７ １２１５ｃ ８８２ｃ ９６５ｄ ２０２ｃ
４０ ６０ １．２１±０．０８ １１００ｅ ８３２ｄ ８９２ｅ ２１１ｃ
６０ １００ １．２８±０．０５ １９１９ａ １５９８ａ １７７３ａ ３６７ａ
平均（合计） １．１９ （５５１０） （４３１１） （４７００） （９８９）
２００７（造林后） ０ ２０ １．０１±０．０７ １３３９ｂ ９６５ｂ １０９２ｃ ２４４ｂ
２０ ４０ １．１４±０．０８ １２１４ｃ ９４８ｂ １０１７ｃ ２０９ｃ
４０ ６０ １．２１±０．０７ １０７６ｅ ８１９ｅ ８９９ｅ ２０８ｃ
６０ １００ １．２８±０．０９ ２０１９ａ １６０４ａ １７７９ａ ３６８ａ
平均（合计） １．１９ （５６４８） （４３３６） （４７８７） （１０２９）
２００９（３年生林） ０ ２０ １．０３±０．０６ １２８７ｂ ９５７ｂ １０１８ｃ ２１１ｃ
２０ ４０ １．１４±０．０７ １２０５ｃ ９２７ｂ ９７５ｄ ２０６ｃ
４０ ６０ １．２１±０．０６ １０２３ｅ ８２４ｄ ８８１ｅ ２１３ｃ
６０ １００ １．２８±０．０７ １９３５ａ １５８２ａ １６８８ｂ ３６８ａ
平均（合计） １．１９ （５４５０） （４２９０） （４６３２） （９９８）
２０１１（５年生林） ０ ２０ １．０３±０．０６ １２５３ｂ ９２１ｂ １０８０ｃ ２１９ｃ
２０ ４０ １．１４±０．０９ １１８８ｄ ９６２ｂ ９４２ｄ ２１０ｃ
４０ ６０ １．２１±０．０９ １０１５ｅ ８０７ｅ ８７５ｅ ２１５ｃ
６０ １００ １．２８±０．０８ １９１７ａ １５８８ａ １６６８ｂ ３７０ａ
平均（合计） １．１９ （５３８３） （４２４７） （４５６５） （１０１４）
２０１４（８年生林） ０ ２０ １．０２±０．０６ １２２１ｂｃ ９４３ｂ １０８４ｃ ２３９ｂｃ
２０ ４０ １．１３±０．０８ １１７７ｄ ８６７ｃ ９２３ｄ ２１７ｃ
４０ ６０ １．２１±０．０７ １０１１ｅ ８３１ｄ ８６１ｅ ２１８ｃ
６０ １００ １．２８±０．０５ １９１４ａ １５７８ａ １６５０ｂ ３７０ａ
平均（合计） １．１８ （５３３３） （４２１９） （４５１８） （１０６０）
伐前后的渗透性能的变化比２０ ４０ｃｍ土层更大。
主要是在采伐过程中对０ ２０ｃｍ表土层的挤压作
用大于２０ ４０ｃｍ土层，从而使伐前、后２０ ４０ｃｍ
土层渗透速率的变化没有 ０ ２０ｃｍ表土层那么
显著。
表３ 不同时期的土壤渗透性能及其统计分析
年份
土层／
ｃｍ
初渗速率／
（ｍｍ·ｍｉｎ－１）
标准差 变异系数
稳渗速率／
（ｍｍ·ｍｉｎ－１）
标准
差／％
变异
系数
Ｋ１０ ＫＴ
２００６（采伐前） ０ ２０ ５．２５ａ ０．３５ ４．１３ ３．４７ａ ０．２２ ４．６４ １．７４ １．３２
２０ ４０ ５．０４ａ ０．２８ ３．２１ ３．５２ａ ０．１９ ３．５１ １．７５ １．３０
２００６（采伐后） ０ ２０ ４．２１ｄ ０．４２ ５．０４ ３．０２ｄ ０．２８ ５．７８ １．６９ １．２２
２０ ４０ ４．３６ｃ ０．３２ ３．８２ ３．１１ｃ ０．２３ ４．０３ １．４０ １．０８
２００９（３年生林） ０ ２０ ４．３５ｃ ０．４１ ４．８２ ３．１６ｃ ０．２７ ５．２３ １．７１ １．２５
２０ ４０ ４．４２ｃ ０．３０ ３．７０ ３．１６ｃ ０．２３ ３．８９ １．４６ １．２０
２０１１（５年生林） ０ ２０ ４．６４ｂ ０．３９ ４．５５ ３．１９ｃ ０．２５ ５．０９ １．５９ １．２２
２０ ４０ ４．６２ｂ ０．３０ ３．５７ ３．２３ｂ ０．２２ ３．７４ １．６２ １．２４
２０１４（８年生林） ０ ２０ ４．８６ａｂ ０．３７ ４．３８ ３．３０ｂ ０．２４ ４．９２ １．６７ １．２７
２０ ４０ ４．７６ｂ ０．２９ ３．４２ ３．３１ｂ ０．２１ ３．６４ １．７１ １．３２
采伐地造林后土壤渗透性能有所增强。如果以
伐后与伐前的初渗速率差值为１００％，３年生幼林的
０ ２０ｃｍ和２０ ４０ｃｍ土层初渗与伐前的差别分
别只有８６．５４％与９１．１７％。５年生幼林分别缩小到
５６２
林 业 科 学 研 究 第２９卷
只有伐前的５８．６５％和６１．７６％。８年生幼林进一步
减少为３７．５０％和４１．１７％。同样以伐后与伐前的
稳渗速率差值为１００％，３年生幼林的０ ２０ｃｍ和
２０ ４０ｃｍ土层稳渗与伐前的差异缩减到８０．００％
与８７．８０％。５年生幼林其差异分别缩小到只有伐
前的６２．２０％和７０．７３％。８年生时，０ ２０ｃｍ和
２０ ４０ｃｍ土层稳渗与伐前的差异分别只有
３７．７８％和５１．２１％。分析得出，随着幼林的林龄增
大，土壤渗透性能与伐前差距不断缩少，表明幼林对
其调控能力不断增
+
。
采伐地造林后，幼林的生物调节提高了土壤渗
透性能，而生物调节作用来自４个方面：（１）幼林的
植物根系在土壤中穿插、伸展，充分接触土壤、挤压
土壤，实际上起到了疏松土壤的作用，形成了纵向和
横向的水分传输网络，增大了土壤渗透性能［２１－２２］。
（２）伐倒木
*
下的根系逐渐死亡腐烂，在土壤中形
成连续的大孔径孔隙，这些大孔径孔隙容易让土壤
水分和溶质顺利通过［２２］。（３）植物根系分泌物可作
为有机胶结剂，促进土壤的团粒化作用，降低变湿速
率提高土壤渗透性能［２３－２５］。（４）尽管幼林的凋落
物不多，但仍存在林地灌木和草本的枯落物，枯落物
的不断分解能改善土壤的结构，增大非毛管孔隙度，
增强了土壤的入渗性能。以上也均是造林后土壤渗
透性能趋向稳定，其渗透速率的标准差和变异系数
逐渐变小的原因所在。
由表３可知，幼林对不同深度土壤渗透性能的
调控能力不一样，对０ ２０ｃｍ土层土壤渗透性能
的调控能力大于２０ ４０ｃｍ土层。这是由于幼林
生长期较短，根系的主要分布在０ ２０ｃｍ土层，２０
４０ｃｍ土层相对分布较少，因而其调控能力相对
较弱。此外，落在林地地面枯落物的分解对土壤的
改良作用也主要体现在土壤表层。
４ 结论与讨论
杉木林采伐后，１ｍ深以内土壤毛管孔隙度提
高１．７０％，非毛管孔隙度减少４．９５％，２０ ４０ｃｍ
土层初渗速率分别比伐前下降１９．８１％和１６．９５％，
稳渗速率分别下降１２．９７％和１４．４９％；１ｍ深以内
土壤的最大持水力、最小持水力和毛管持水力分别
比采伐前提高４．０２％、２．６７％和５．３１％，而土壤贮
水力下降１４．３０％。
在采伐迹地营造杉木林后，幼林对土壤调蓄水
分功能起到生物调节的作用，而且随着幼林林龄增
加调节功能逐步增强。８年生幼林对土壤初渗调控
能力恢复到伐前的６２．５０％和５８．８３％，稳渗的调控
恢复到伐前的６２．２２％和４８．７９％；假若以伐后与伐
前土壤的最大持水力、最小持水力和毛管持水力的
差值为１００％，那么３年生的幼林其与伐前差值分别
缩少了２８２７％、１９７５％和１６５％；５年生幼林又分
别缩少了５９７２％、５７１４％和５７９４％；８年生林分
与伐前的差异只有１６９０％，１７８４％和２３２０％。
就调节土壤水分整体能力而言，幼林还较弱，可
能是由于：（１）森林对土壤水分的调节，包含了对土
壤的物理特性如土壤结构、孔隙度、渗透性能的调
节，土壤形成本身有它固有的规律，而且林地土壤是
林木与土壤长期作用的结果。皆伐对森林生态系统
冲击首当其冲的是土壤，林地土壤一旦遭受破坏，即
使恢复植被也很难在短时期内恢复到伐前的物理性
能水平。因此，幼年阶段对土壤水分的调节效果不
如成林显著。（２）林地枯死物层对表土层水分蒸发
具有抑制作用，幼林造林时的全垦，地被物层荡然无
存，幼林枯枝落叶少，造林后头两年抚育，林内活地
被物不多，还
,
有恢复到伐前的地被物层，因而对表
土层水分蒸发抑制作用也不如伐前。（３）森林土壤
孔隙尤其是大孔隙对土壤水分运动和水分涵养有至
关重要的影响。土壤孔隙主要是植物根系活动和死
亡后，以及土壤动物活动形成的，幼林根系密度，根
系活动在土壤中的宽度和深度远不及伐前，或多或
少地造成了幼林土壤大孔隙比伐前少，因而幼林土
壤调蓄水分的能力比伐前弱。（４）林木蒸腾在调节
土壤水分方面起着非常重要的作用，它驱动着土壤
水分流动，提汲土壤中大量水分，为土壤吸持和滞留
水分堤供了很大空间，幼林的蒸腾作用和蒸腾量无
法与伐前的成林相比。因此幼林通过蒸腾作用调节
土壤水分的能力远不如伐前的成林。
采伐迹地土壤调蓄水分功能的恢复，不仅是植
被的恢复就可以了，其它因子如林分高度及冠层结
构特征，林内地被物禗持水能力，根系数量、根径大
小及其在土壤中的活动范围，土壤中有机质含量，林
木的生理功能等都有可能影响着土壤调蓄水量的大
小。因此，杉木林皆伐后，随后营造人工林，对土壤
调蓄水分功能的全面恢复大约需要 １５年以上的
时间。
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ｐｉｎｅｓｔａｎｄｉｎＮｅｗＢｒｕｎｓｗｉｃｋ［Ｊ］，Ｃａｎａｄａ．ＣａｎａｄｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆ
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ．２００６，２４（５）：６５－６８．
（责任编辑：彭南轩）
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