全 文 ：林业科学研究　2008, 21 (2) : 227～234
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2008) 0220227208
海南岛热带山地雨林皆伐后不同更新方式对
土壤物理性质的影响及恢复研究
骆土寿 , 李意德 , 陈德祥 , 许 涵 , 林明献
(中国林业科学研究院热带林业研究所 ,海南岛尖峰岭热带林生态系统定位研究站 ,广东 广州 510520)
摘要 :通过样地调查和取样测定 ,运用方差分析、差异显著检验和聚类分析方法 ,以海南热带山地雨林原始林 (0501,
植被类型代码 )为对照 ,对热带山地雨林皆伐后的天然更新林 (0502)、皆伐炼山后人工促进天然更新林 (0503)和皆
伐炼山后种植人工林 (0504)等 3种次生林的土壤物理差异和恢复程度进行了研究 ,结果表明 : (1)热带山地雨林采
伐更新造成土壤密度的增加和表层毛管孔隙度的差异 ,进而引起总孔隙度的变化 ,影响 0～40 cm土层的最小持水
量及 20～40 cm土层的毛管持水量 ;皆伐天然更新措施 (0502样地 )的土壤质地较好 ,表层土粒淋洗下移较少 ,整个
剖面土壤毛管孔隙度较高 ,土体发育良好 ,具有很强的持水保水能力 ;皆伐炼山措施 (0503和 0504样地 )使表层土
壤易于向下淋溶和淀积 ,底层毛管孔隙度降低 ,增加了中层土壤密度并形成明显的淀积层 ,影响土壤的通气透水性
能 ,容易造成雨季地表径流和旱季底层水分难向上传输 ;人工造林更新措施 (0504样地 )造成土壤表层土粒淋洗严
重 ,各层毛管孔隙度降低和中、底土层非毛管孔隙度的减少 ,中、底土层明显的板结 ,影响林地的通气透水性能 ,各种
持水保水能力大大降低 ,容易产生地表径流和存在土壤表层砂化危险。 (2)皆伐天然更新林具有与原始林相似的
土壤物理性质。人工促进天然更新林土壤属黏壤土至黏土质地 ,表层毛管孔隙度较大 ,底层毛管孔隙度最小及持水
量递减率明显。人工更新林土壤为砂质黏壤土至黏土 ,表层土粒淋溶下移和砂化现象明显 ,中、底土层具有明显淀
积层 ,持水保水能力最低。 (3)皆伐迹地天然更新林 (0502)和人工促进天然更新林 (0503)土壤物理恢复程度较接
近原始林 ,人工更新林 (0504)土壤恢复程度明显不及天然更新林 ,次生林的土壤总孔隙度和持水量恢复较好 ,土壤
颗粒比例较难恢复 ,表层土壤密度和中层土壤粉黏比的恢复度较差 ,中层土壤的毛管与非毛管孔隙度之比的恢复度
较表层和底层高 ,皆伐炼山对深层土壤的恢复影响较大。
关键词 :热带山地雨林 ;土壤物理性质 ;土壤恢复 ;更新方式
中图分类号 : S714. 2 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007206213
基金项目 : 国家自然科学基金重点项目“热带森林功能群的研究 (30430570) ”、国家林业局林业科技支撑计划专题“天然次生林生态恢
复与定向经营技术研究 (2006BAD03A0402) ”和尖峰岭热带林生态系统定位研究内容之一
作者简介 : 骆土寿 (1963—) ,男 ,高级工程师 ,主要从事热带林生态学研究. E2mail: luots@126. comStudy on D ifferences and Restora tion D egrees of the So il Physica l Propertiesof Trop ica lM on tane Secondary Forest in Ha inan IslandLUO Tu2shou, L I Yi2de, CHEN De2xiang, XU Han, L IN M ing2xian(Research Institute of Trop ical Forestry, CAF; J ianfengling Long2term Research Station forTrop ical Forest Ecosystem s, Guangzhou 510520, Guangdong, China)Abstract: The differences and restoration degree of soil physical p roperties of the three secondary trop ical montanerainforests including natural regeneration forest after clear2cutting (0502) , artificial p romoting natural regenerationforest with some native p lants cultivated ( 0503 ) , and manmade forest with native p lants cultivated after clear2cutting and burning (0504) were compared with virgin trop icalmontane rainfores (0501) by ANOVA and clustering
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
analysis. The results are as follows: ( 1) Cutting of trop ical rainforests and the following regeneration caused the
increasing of bulk density and the differences of surface layer cap illary porosity, which resulted in the total porosity
changed. Both of them influenced the m inimum water2holding capacity of 0—40 cm soil layer and the cap illary
water2holding capacity of 20—40 cm soil layer. Measures with natural regeneration after clear2cutting had a better
soil texture, few top soil particles washed and illuviated by drip , higher cap illary porosity, well developed soil and
strong water2holding capacity. Measureswith clear2cutting and burning made the top soil being washed and illuviated
easily, the cap illary porosity of substrate soil decreased, the bulk density of m iddle stratum soil increased and
illuviate lam ination being shaped, the capabilities of surface flow in the rainy season and air exchange and water
penetration being weaken. A ll of these changes caused the difficulty to transfer water from under soil in the dry
season. A rtificial p lantation measure (0504) made the top soil particles being washed and illuviated severely, the
cap illary porosity of all soil strata and anti2cap illary porosity of subsoil decreased, subsoil harden obviously, air
exchange and water penetration capacity being influenced, and water2holding decreased remarkably. A ll of them
resulted in surface flow and sand2conversion possibilities. (2) 0502 had sim ilar physical characteristics with 0501.
However, the soil of 0503 belonged to clay loam to clay texture categories, with bigger cap illary porosities of top soil
and least of under stratum soil, and obvious decreasing of water2holding rate. The soil of 0504 belonged to sandy
clay loam to clay texture categories, with top soil particles washed and illuviated obviously, which formed
accumulation horizon in substratum and low water2holding capacity. ( 3) The restoration degree of 0502 and 0503
were closed to 0501. However, 0504 was distinctly less than 0502 and 0503. The technical step of clear2cutting and
controlled burning badly affected rehabilitation degree of substrata soil p roperties. The easy restoration physical
indices of the secondary forests were total porosity, and water2holding capacity, contrary to the difficult restoration
index2soil particle p roportion. Restoration degree of bulk density of top soil and slit / clay ratio of m iddle soil layer
were poor. Ratio of cap illary and anti2cap illary of m iddle soil layer was higher than that in top soil and under layer
soil. Therefore, clear2cutting and burning influenced the deep soil significantly.
Key words: trop ical montane rainforest; soil physical p roperty; soil restoration; regeneration method
原始林经过台风、林火、病虫害等严重自然干
扰以及不同程度的采伐木材、刀耕火种、烧炭、毁
林种果、放牧等人为干扰 ,引起森林生态系统结
构和功能的变化 ,形成次生林、疏林、灌丛、草地
和人工林等不同退化程度的次生植被类型。随
着干扰的结束 ,次生植被群落向进展演替发展或
由于过度干扰而继续逆行演替 ,表现为整个生态
系统的恢复或退化过程。在这过程中 ,生态因子
与群落演替互动 ,群落内物种间及其与环境构成
不同的生态格局 ,形成特定的功能群并发挥不同
形式和程度的功能 ,体现不同干扰作用的差异及
退化生态系统恢复程度 [ 1 ] 。
森林过度采伐利用是造成原始林退化的主要
原因 ,在热带林采伐利用方面 ,国外注重可持续
利用和减低对环境的影响研究 [ 2 ] ;国内学者开展
了热带林采伐方式与更新演替、采伐迹地生态变
化研究 [ 3 - 4 ] ,研究了 :刀耕火种对土壤微生物和
土壤肥力的影响 [ 5 ] ,热带半落叶季雨林游耕地的
小气候、水土流失、地力变化 [ 6 - 7 ] ,择伐、皆伐和
轮歇等人工干扰方式对热带森林群落植物多样
性的影响 ,不同土地利用方式对土壤微生物数量
和多样性的影响 [ 8 - 9 ] ,并对不同次生植被类型的
土壤肥力状况进行排序 [ 10 ] ,对热带雨林区皆伐迹
地人工纯林的土壤性质进行研究 ,推测其土壤生
态恢复的可能性 [ 11 ] ;也有学者从群落结构、生物
多样性的调查资料来研究热带人工林群落生态
功能的恢复 [ 12 ] 。对退化系统如何进行正确诊断
与定性或定量评价 ,是研究退化生态系统时首先
遇到和必须解决的问题 ,国内外对于土壤退化
(或恢复 )评价也有报道 ,大多是论述评价指标体
系和评价方法 ,或先是根据植被覆盖类型和土地
利用类型人为划分为不同退化等级作为参照剖
面 ,再将研究对象的土壤数据与参照剖面对比归
类 ,赋值计算退化综合指数 ,具有地域局限性和
人为主观性 ,未达到真正意义的定量评价 [ 13 - 15 ] 。
在同一区域同时开展不同热带山地次生雨林生
822
第 2期 骆土寿等 :海南岛热带山地雨林皆伐后不同更新方式对土壤物理性质的影响及恢复研究
态恢复的研究极少 ,对其土壤的差异性及恢复程
度的研究未见报道。本文以海南岛热带雨林及
相应的退化生态系统为对象 ,于 2005年 5—6月
对 1964年以来不同恢复程度次生林土壤理化性
质差异进行研究 ,以探求不同退化程度天然林生
态系统分异特征及其恢复潜力 ,为热带林保护和
生态建设提供科学依据。
1 试验区概况及样地设置
海南岛尖峰岭热带山地雨林 ( 18°40′N , 108°
49′E) ,海拔 700～900 m ,属热带季风气候 ,全年
干湿季明显 , 5—10月为雨季 ,年均气温 19. 7 ℃,
年均降水量 2 651. 6 mm ,年均相对湿度 88 % ,年
辐射总量 4 938. 56 MJ·m - 2。成土母岩主要是含
大量粉红色长石斑晶的似斑状花岗岩 ,土壤为砖
黄壤 ,土层深厚 ,具有完整的剖面结构。该区是
中国主要热带林区之一 , 20世纪 50年代开始大
面积采伐利用天然林 ,过度的利用以及原始的游
耕农业使原始热带森林退化 ,从 60年代起该林
区开始采伐方式与更新演替的研究和实践 [ 3 ] ;
1993年尖峰岭林区率先停止森林的商业采伐 ,随
后开展天然林保护工程 ,森林植被及环境进一步
恢复并存有不同采伐更新的植被类型和群落类
型的次生林。
本试验在 3块不同恢复途径的次生林中各设置
1块样地 ,进行植被调查 (另文发表 )和土壤分析 ,在
原始林中设置 1块样地为对照。这 4个样地的直线
距离约在 3 km范围之内 ,海拔高度相近 ,其自然条
件 (气候、土壤类型等 )基本相同。样地基本情况
如下 :
0501样地 : 10 000 m2 ,原始林 ,未经采伐 ,乔木
层以厚壳桂 (C ryptocarya ch inensis (Hance) Hem sl. )、
大叶白颜 (Gironn iera subaequa lis Planch. )、粗毛野桐
(M allotus hookerianus ( Seem. ) Muell. A rg. )、毛荔枝
(N ephelium topeng ii (Merr. ) H. S. Lo)为主 ,各层间
均有较好的树种储备和较稳定的群落结构。
0502样地 : 6 200 m2 ,为 1964年皆伐后在未受
任何人为干扰情况下的天然更新次生林 ,乔木层以
越南白锥 (Castanopsis tonkinensis Seem. )占优势 ,其
次为鸭脚木 ( S cheff lera octophy lla (Lour. ) Harm s)、
拟赤杨 (A ln iphy llum fortunei ( Hem sl. ) Makino) ,幼
树层和下木层优势种较明显 ,群落处在演替的中期
阶段。
0503样地 : 3 000 m2 ,为 1980皆伐后炼山 ,在天
然更新早期人工种植少量属演替后期的乡土树种如
鸡 毛 松 ( D acryca rpus im brica tus B l. )、陆 均 松
(D acryd ium pierrei H ickel)等 ,成为人工促进天然更
新林 , 乔木层以木荷 ( Sch im a superba Gardn. et
Champ. )、陆均松和双叶黄杞 ( Engelhard tia un ijuga
Chun ex P. Y. Chen)等为主 ,幼树层以鸡毛松、大叶
白颜、柬埔寨子楝树 (D ecasperm um m ontanum R idl. )
等为主 ,下木层和幼苗层的种类储备较丰富 ,群落处
于演替的近中期阶段。
0504样地 : 1 200 m2 ,人工林 , 1980年皆伐炼山
处理后种植杉木 (Cunningham ia lanceola ta (Lamb. )
Hook. )纯林 ,此后经多次抚育和补植楝叶吴茱萸
(山苦楝 ) ( Evodia m eliifolia (Hance) Benth. )和闽粤
栲 ( Castanopsis f issa ( Champ. ex Benth. ) Kehd. et
W ils. )等 ,群落各层次均以杉木为优势种 ,乔木层种
类较少 ,幼树层优势种类有拟赤杨等阳性树种 ,下木
层还有丛花山矾 (S ym plocos poilanei Guill. )、琼桂润
楠 (M achilus foonchew ii S. Lee)和海南杨桐 (Ad inan2
dra ha inanensis Hayata)等 ,林下更新种类较少 ,群落
处于恢复的初期。
2 研究方法
2. 1 土壤取样调查
将每块样地分别划分为 10 m ×10 m的小样
方 ,再根据每样地面积大小按“之 ”字形或“田 ”
字形选取 5～10个小样方分别挖土壤剖面 ,按表
层 ( 0～20 cm ) 、中层 ( 20～40 cm )和底层 ( 40～
60 cm )挖取土壤环刀和分析样品。 0501、0502、
0503、0504样地的土壤剖面数分别为 10、10、6、
5个。
2. 2 土壤物理性质测定及分析
土壤物理性质测定包括土壤密度、机械组成、
质地、孔隙度和水分物理性质等 ,按《中国生态系
统研究网络观测与分析标准方法 》[ 16 ]进行分析。
2. 3 数据分析
2. 3. 1 土壤物理指标数据处理和差异分析 各样
地每项物理性质平均值为重复剖面表层、中层和
底层所测数值的总体平均数 ,各样地每层平均值
为本层所测重复剖面数值平均。所有数据用 M i2
crosft Excel和 SA S软件处理 ,对各样地测定数据
进行方差分析、平均数双样本异方差假设 t检验
来分析各样地土壤物理性质特征。
922
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
2. 3. 2 土壤物理指标恢复度计算 以综合指数法
对土壤恢复度进行评价 ,即以原始林各土壤物理
指标为基准计算次生林土壤的相对退化距
离 [ 14 - 15 , 17 ] 。先采用公式 ( 1 )进行无量纲转化 ,即
相对退化距离计算 ,然后将相对退化距离按公式
( 2 )转换成相对恢复度 ,最后据公式 ( 3 )计算出
各物理性指标相对恢复度的几何平均数作为土
壤恢复度综合指数 ,并以指数高低评价土壤恢复
程度。
DDR i = ︱D0 - D i ︱ /D0 = ︱1 - D i /D0 ︱ (1)
RR i = 1 - DDR i (2)
S I =
n ∏ (RR i) (3)
式 ( 1 ) ～ ( 3 )中 : DDR i为相对退化距离 , D0为
原始林土壤某一指标数量值 , D i为次生林土壤该
指标的数量值 , RR i为某指标相对恢复度 , S I为土
壤恢复度综合指数 , ∏为连乘符号 , n为参与评价
的指标数。对生态恢复为正效应的指标 ,当 D0 -
D i ≤0时 ,则表示该指标无退化 ,即式中 DDR i =
0;对于生态效应呈正态分布的指标如粉黏比、毛
管孔隙与非毛管孔隙比 ,其相对退化距离直接按
公式 ( 1 )计算。
3 结果与分析
3. 1　不同次生林土壤物理性质特征
3. 1. 1 机械组成和质地 各研究样地的土壤机
械组成及质地见表 1。由表 1 可见 : 0501、0502
样地的土壤含有较多的砂粒 ( 2～0. 05 mm ) ,黏
粒 ( < 01002 mm )较少 ,属砂质黏壤土质地 ; 0503
样地土壤砂粒较少 ,黏粒、粉粒和砾石较多 ,土壤
属少砾黏壤土质地 ; 0504样地土壤砂粒和黏粒较
多 ,土壤为砂质黏壤土。从不同深度土壤机械组
成看 ,土壤黏粒和粉粒含量随深度而增加。 0501
样地表层土壤为砂质壤土 ,体现优良的土壤质
地 ,各土层质地均一 ; 0502各层次土壤质地均一 ,
与 0501相比表层稍为黏重 ; 0503和 0504样地土
壤较黏重 , 深层土壤尤其明显 , 与 0503 相比 ,
0504样地土壤表层砂化现象较明显。这体现原
始林和皆伐天然更新林土壤质地较好 ,干扰较为
强烈的皆伐炼山更新林土壤颗粒的淋溶淀积作
用明显 ,尤其是皆伐炼山营造人工林还存在土壤
表层砂化危险。
表 1 不同样地土壤机械组成及质地
样地号 土壤深度 / cm
机械组成 /%
>2 mm
2～
0. 05 mm
0. 05～
0. 002 mm
<0. 002
mm
质地
(美国制 )
0～20 0. 00 62. 84 18. 52 18. 65 砂质壤土
0501 20～40 0. 00 59. 99 18. 80 21. 21 砂质黏壤土
40～60 0. 00 58. 18 13. 72 28. 11 砂质黏壤土
0～60 0. 00 60. 33 17. 01 22. 66 砂质黏壤土
0502 0～20 0. 00 56. 15 21. 91 21. 94 砂质黏壤土
20～40 0. 00 52. 31 18. 32 29. 37 砂质黏壤土
40～60 6. 48 50. 27 14. 34 35. 39 少砾砂质黏壤土
0～60 2. 16 52. 91 18. 19 28. 90 砂质黏壤土
0503 0～20 0. 00 36. 68 26. 27 37. 05 黏壤土
20～40 0. 00 37. 71 23. 80 38. 49 黏壤土
40～60 30. 48 36. 82 16. 26 46. 93 多砾黏土
0～60 10. 16 37. 07 22. 11 40. 82 少砾黏壤土
0504 0～20 0. 00 47. 72 21. 72 30. 56 砂质黏壤土
20～40 0. 00 44. 75 19. 09 36. 15 砂质黏壤土
40～60 9. 95 41. 57 15. 48 42. 95 少砾黏土
0～60 3. 32 44. 68 18. 76 36. 55 砂质黏壤土
3. 1. 2 土壤密度 测定结果显示 :各样地土壤密
度为 1. 32～1. 36 g·cm - 3 ,大小顺序为 0504 > 0502
> 0503 > 0501,原始林最轻 ,人工杉木林最大。经方
差分析 ,各样地在 α = 0. 05水平差异不显著 ( P =
01787) ,表明森林采伐更新造成土壤密度增加 ,但差
异不显著。各样地土壤密度均随土壤深度的增加而
增大 ,表层土壤密度大小顺序为 0502 > 0504 > 0503
> 0501,中层为 0504 > 0502 > 0501 > 0503,底层为
0503 > 0504 > 0502 > 0501 (图 1)。每层土壤密度方
差分析显示样地间差异不显著 (表层、中层和底层的
P值分别为 0. 412、0. 182和 0. 477) ,表明采伐更新
增大表层土壤密度 ,皆伐天然更新林 ( 0502)表层土
壤淋洗下移较少 ,皆伐炼山更新林 (0503和 0504)增
加了中层和底层的土壤密度。
图 1　样地不同深度土壤密度
3. 1. 3 土壤孔隙度 土壤孔隙度直接表征土壤的
通气状况及土壤水分功能。由图 2、3可见 ,样地土
壤平均总孔隙度为 44. 73% ～48. 36% ,毛管孔隙度
032
第 2期 骆土寿等 :海南岛热带山地雨林皆伐后不同更新方式对土壤物理性质的影响及恢复研究
为 34. 95% ～40. 42% ,非毛管孔隙度为 7132% ～
10. 02%。在 4个样地中 , 0504样地的土壤毛管孔隙
度最小而非毛管孔隙度最大 , 0503样地的土壤总孔
隙度最大。方差分析 (α = 0. 05水平 )表明 :样地间
土壤总孔隙度和毛管孔隙度均差异显著 ( P分别为
0. 018和 0. 008) ,毛管孔隙度的显著差异主要表现
在 0503样地与其它样地间的表层土壤 (表 2) ,而样
地间其它相同层次的毛管孔隙度差异不显著 (中层
和底层 P值分别为 0. 053和 0. 079) ;样地间非毛管
孔隙度差异不显著 ( P = 0. 054) ,同层次非毛管孔隙
度差异也不显著 (表层、中层和底层 P 值分别为
0. 273、0. 903和 0. 089) ,而总孔隙度在表层差异
显著 ( P = 0. 003) ,进一步的表层总孔隙度平均数差
异检验显示 ,差异主要是 0503与其它样地间 (表
2) ,这表明采伐更新干扰主要造成土壤表层毛管孔
隙度的差异 ,进而引起总孔隙度的变化。
图 2　不同样地土壤孔隙度
图 3　各样地不同层次的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度的比较
　　由图 3看出 :除原始林样地 (0501)外 ,各样地的
土壤毛管孔隙度、总孔隙度均随土层深度的增加而
降低 ,而土壤非毛管孔隙度均是中层比表层和底层
的低 ,这表明采伐更新造成表层土壤向中层淀积和
淋溶 ,形成明显的淀积层 ,影响土壤的通气透水性
能 ,容易造成雨季地表径流和旱季底层水分难以向
上传输。原始林样地中层和底层的土壤毛管孔隙度
大且均比表层高 ,这是由于表层土壤根系分布特多 ,
腐殖质较多 ,土层较松所致 ,表明表层以下土体发育
良好 ,具有很强的持水保水能力。杉木林地 ( 0504)
各层次土壤毛管孔隙度均较低 ,持水保水能力最低 ;
人工促进天然更新的样地 ( 0503)底层土壤毛管孔
隙度最小 ,此层土壤持水保水能力最低。
表 2 样地表层 ( 0～20 cm)土壤总孔隙度和毛管孔隙度方差分析及差异显著性检验
总孔隙度
总体方差分析
平均值差异显著性 ( P2value)
样地号 0502 0503 0504
毛管孔隙度
总体方差分析
平均值差异显著性 ( P2value)
样地号 0502 0503 0504
df 28 0501 0. 0483 0. 0023 3 0. 148 df 28 0501 0. 066 0. 0073 3 0. 952
F 5. 883 0502 0. 0073 3 0. 584 F 4. 753 0502 0. 0343 0. 089
P2value 0. 0033 3 0503 0. 0283 P2value 0. 0093 3 0503 0. 0253
F crit 2. 991 Fcrit 2. 991
　　注 : 3 、3 3 分别指在 0. 05和 0. 01水平上差异显著 ;平均值差异显著性检验数据为平均数 t检验的双样本异方差假设的 P ( T < = t)双尾
值 ,下同。
3. 1. 4 土壤贮水特征 从图 4看出 :样地土壤的
最大持水量为 33. 91% ～37. 00% ,差异不显著 ( P =
0. 509) ;最小持水量为 24. 35% ～29. 21% ,差异显
著 ( P = 0. 030) ;毛管持水量为 26. 30% ～30. 80% ,
差异不显著 ( P = 0. 125)。0504样地的 3种土壤持
水量均最小 ,表明其贮水保水能力最差。
132
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
由图 5看出 :各样地的土壤持水能力随土壤深
度的增加而降低 , 0503样地从中层至底层的持水量
降低率尤其明显 ;与其它样地相比 , 0501样地不同
深度土壤的各种持水量变化相对较平缓 ,深层还能
保持较高的持水量。
样地间同层次的持水量方差分析表明 :样地间
相同层次土壤最大持水量差异均不显著 (表层、中层
和底层 P值分别为 0. 279、0. 080和 0. 271) ; 0503样
地在 0～20 cm的土壤最小持水量与其它样地间呈 图 4　不同样地 0～60 cm平均土壤持水量
图 5　各样地不同土壤深度土壤持水量
显著或极显著差异 (P分别为 0. 047、0. 007和 0. 003) ,
而在 20～40 cm与 0501样地呈显著差异 ( P = 0. 019)
(表 3、4)。样地间 0～60 cm的整个剖面总体上毛管
持水量差异不显著 ,但样地间 20～40 cm土壤的毛管
持水量存在显著差异 ( P = 0. 047) ,主要是 0503样地
与 0501样地间的差异 ( P = 0. 033) (表 5)。这表明不
同更新方式主要影响 0～40 cm土层的最小持水量和
20～40 cm土层的毛管持水量。
表 3 样地表层 ( 0～20 cm )土壤最小持水量
方差分析及差异显著性检验
总体方差分析
平均值差异显著性 ( P2value)
样地号 0502 0503 0504
df 28 0501 0. 062 0. 0033 3 0. 883
F 5. 080 0502 0. 0073 3 0. 180
P2value 0. 0073 3 0503 0. 0473
Fcrit 2. 991
表 4 样地中层 ( 20～40 cm )土壤最小持水量
方差分析及差异显著性检验
总体方差分析
平均值差异显著性 ( P2value)
样地号 0502 0503 0504
df 28 0501 0. 082 0. 0193 0. 533
F 3. 741 0502 0. 172 0. 202
P2value 0. 0243 0503 0. 078
Fcrit 2. 991
表 5 样地中层 ( 20～40 cm )土壤毛管持水量
方差分析及差异显著性检验
总体方差分析
平均值差异显著性 ( P2value)
样地号 0502 0503 0504
df 28 0501 0. 206 0. 0333 0. 540
F 3. 059 0502 0. 127 0. 308
P2value 0. 0473 0503 0. 104
Fcrit 2. 991
3. 2　土壤物理性质恢复度
采伐更新对森林生态系统的作用程度取决于干
扰的频率、强度、空间范围和形状 ,而森林对干扰的
反应表现在许多方面 :有植被结构的重组或形成新
的植被 [ 14 ] ,也有包括土壤养分、土壤微生物、动物与
菌根的生态恢复。限于研究的主体、角度、方法、目
的等差异 ,制定评价恢复的标准较复杂 ,通常将恢复
后的生态系统与未受干扰的生态系统进行比较 [ 18 ] ;
也有学者提出了包括土体厚度、机械组成、土壤水
分、土壤密度和大小孔隙比等物理退化指标 [ 19 - 20 ] ,
或先根据植被覆盖类型和土地利用类型人为划分为
不同退化等级作为参照剖面 ,再进行研究对象的对
应归类 [ 17 ]。本研究利用次生林与原始林之间的土
壤物理性质的相对恢复度综合指数 ,对土壤恢复程
度进行了初步的统计评价 (表 6)。
232
第 2期 骆土寿等 :海南岛热带山地雨林皆伐后不同更新方式对土壤物理性质的影响及恢复研究
表 6 各样地土壤物理指标恢复度及恢复综合指数
样地号 土壤深度 / cm 密度 粉 /黏 总孔隙度 毛管 /非毛管 最大持水量 毛管持水量 最小持水量 物理恢复综合指数
0～20 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
0501 20～40 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
40～60 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
0～60 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
0～20 0. 92 0. 99 1. 00 0. 76 1. 00 1. 00 1. 00 0. 95
0502 20～40 0. 99 0. 70 1. 00 0. 95 1. 00 1. 00 1. 00 0. 94
40～60 1. 00 0. 83 1. 00 0. 86 1. 00 1. 00 1. 00 0. 95
0～60 0. 97 0. 84 1. 00 0. 95 1. 00 1. 00 1. 00 0. 96
0～20 0. 96 0. 71 1. 00 0. 76 1. 00 1. 00 1. 00 0. 91
0503 20～40 1. 00 0. 70 1. 00 0. 89 1. 00 1. 00 1. 00 0. 93
40～60 0. 95 0. 71 0. 94 0. 62 0. 89 0. 82 0. 81 0. 81
0～60 0. 99 0. 72 1. 00 0. 96 1. 00 1. 00 1. 00 0. 95
0～20 0. 94 0. 72 1. 00 0. 67 1. 00 0. 95 0. 98 0. 89
0504 20～40 0. 97 0. 60 0. 96 0. 81 0. 94 0. 91 0. 92 0. 86
40～60 0. 99 0. 74 0. 97 0. 62 0. 97 0. 89 0. 85 0. 85
0～60 0. 97 0. 68 1. 00 0. 68 0. 99 0. 92 0. 92 0. 87
　　由表 6看出 :皆伐更新次生林的土壤总孔隙度
和持水量恢复较好 ,土壤颗粒比例较难恢复 ;从不同
土壤深度看 ,表层土壤密度和中层土壤粉黏比的恢
复度较差 ,中层土壤的毛管与非毛管孔隙度之比的
恢复度较表层和底层的高 ,皆伐炼山对深层土壤的
恢复影响较大 (0503、0504样地 ) ;从样地看 ,皆伐天
然更新林 (0502)和人工促进更新林 ( 0503)土壤恢
复度较高 (综合指数达 95%以上 ) ,人工更新林
(0504)土壤恢复度较低 (综合指数仅 87% )。对 4
个样地 7项土壤物理指标的相对恢复度进行最短距
离法的聚类分析 (图 6)显示 : 0502和 0503的欧氏最
短距离值 0. 430 2,距离较近 ,在最短距离值 0. 671 0
下可与 0501归作一类 , 0504明显地为另一类 ,这显
示人工更新林在土壤物理恢复程度上明显不及天然
更新林。从类间聚类结果对应参试样地实际情况
看 , 0502、0503土壤物理性质指标值较为接近 ,属天
然更新成份的同类林分 ,扩大距离至 0. 671 0,则
0502、0503与 0501原始林在土壤颗粒比例、孔隙比
例和各种持水量等指标相接近 ,与 0504人工更新林
存在明显区别。此外 ,从样地调查的植物种多样性
指数、重要值、林分结构和外貌特征等指标看 ,聚类
结果较为合理和切合实际。
4 结论与讨论
(1)热带山地雨林不同次生林土壤物理性各具
特征 :皆伐天然更新林 ( 0502)具有与原始林 ( 0501)
图 6　4块样地 7项土壤物理指标相对恢复度聚类分析结果
相似的砂质壤土质地 ,各层土壤质地较均一 ,表层土
壤较少被淋溶 ,表层和中层毛管孔隙度较大且变化
平缓 ,样地非毛管孔隙度、土壤最大持水量、最小持
水量和毛管持水量与原始林接近 ,不同深度土壤各
种持水量变化相对较为平缓 ,深层持水能力强 ;人工
促进天然更新林 ( 0503 )土壤黏粒、粉粒和石砾较
多 ,属黏壤土至少砾黏土质地 ,土壤较黏重 ,深层土
壤尤其明显 ,土壤总孔隙度和表层毛管孔隙度较大 ,
底层毛管孔隙度最小及持水保水能力最低 ,中层以
下土壤持水量降低率尤其明显 ;人工更新林 ( 0504)
土壤砂粒和黏粒较多 ,为砂质黏壤土至黏土 ,土壤较
黏重 ,表层土粒淋溶下移和砂化现象比 0503样地明
显 ,增大中、底土层的土壤密度 ,具有明显淀积层 ,各
层次土壤毛管孔隙度均较低 ,样地土壤持水保水能
力最低。
(2)更新方式对土壤物理性能影响不一 :热带
山地雨林采伐更新造成土壤密度增加和表层毛管孔
332
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 21卷
隙度的差异 ,进而引起总孔隙度的变化 ,影响 0～40
cm土层的最小持水量和 20～40 cm土层的毛管持
水量 ;皆伐天然更新措施 ( 0502样地 )土壤质地较
好 ,表层土粒淋洗下移较少 ,整个剖面土壤毛管孔隙
度较高 ,土体发育良好 ,具有很强的持水保水能力 ;
皆伐炼山措施 (0503和 0504样地 )增大表层土壤淋
溶和向下淀积 ,底层毛管孔隙度降低 ,增加了中层的
土壤密度并形成明显的淀积层 ,影响土壤的通气透
水性能 ,容易造成雨季地表径流和旱季底层水分难
向上传输 ;人工造林更新措施 (0504样地 )造成土壤
表层土粒淋洗严重 ,各层毛管孔隙度降低和中、底土
层非毛管孔隙度的减少 ,中、底土层明显的板结 ,影
响林地的通气透水性能 ,各种持水保水能力大大降
低 ,容易产生地表径流和存在土壤表层砂化危险。
(3)不同次生林土壤物理性恢复度各有差异 :
皆伐迹地天然更新林 ( 0502)和人工促进天然更新
林 (0503)土壤物理恢复较好 ,恢复程度较接近原始
林 ;人工更新林 (0504)土壤恢复程度明显不及天然
更新林。3个次生林样地土壤物理指标中恢复较好
的有总孔隙度和持水量 ,大小顺序均是 0502 > 0503
> 0504,较难恢复的有土壤粉黏比 ,大小顺序是 0502
> 0503 > 0504。3个样地表层土壤密度恢复较低 ,
而中层土壤的毛管与非毛管孔隙度之比的恢复度较
高。皆伐炼山对深层土壤孔隙度和持水量的恢复影
响较大。
(4)由于不同次生林的更新措施和植被恢复程
度等存在差异 ,且对不同层次土壤性质影响程度不
一样 ,所以样地间土壤性质差异辨析既要从每个样
地多样点的整个剖面测试数据统计比较 ,也要从样
地间土壤剖面相同层次间及同一样地中不同层次土
壤间作统计比较 ,这样能较大限度地找出样地间土
壤差异所在 ,避免样地剖面统计平均值掩盖了土壤
层间的差异 ,而层次间土壤性质、恢复作用大小的差
异往往是由更新措施、植被恢复程度等影响所致 ,所
以 ,在森林土壤退化度或恢复度的综合评价上 ,应选
取多深的土壤剖面深度和怎样体现层次作用值得进
一步研究。
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