2021-4-10 | 農業
目前,森林健康問題引起了世界各國的廣泛關注。開展森林健康評價,是進行森林健康管理的重要基礎[1]。土壤作為森林生態系統的組成成分和環境因子,為森林的發展和演替提供了必要的環境條件,調節著系統內外水分的分配,并起著有效的環境過濾器的作用[2]。土壤在森林生態系統中的這些功能決定于土壤的健康狀況,可見土壤健康狀況與森林的健康緊密相連,開展森林土壤健康研究,理論上可為森林健康監測指標體系的構建奠定基礎,實踐上可為土壤健康管理以及森林經營實踐提供理論依據。通過對森林土壤健康的監測,能動地發展到在不同立地條件下合理利用森林土壤資源,因地制宜地選擇合適的樹種,探索維護、提高森林土壤生產力的綜合途徑以及對森林土壤退化的防治和改良技術是健康評價的目標[3]。因此,通過科學的森林土壤健康評價,探索有效的森林土壤健康管理措施,實現促進森林健康的目的,是擺在人們面前的新課題[4]。
1森林土壤健康的概念及研究現狀
什么是“森林土壤健康”?森林土壤健康的概念是隨著科學的發展,人們漸漸認識到土壤在森林生態系統中的多種作用的情況下提出來的,維持土壤健康就能保持林地的長期生產力。在森林土壤的研究領域中,結合森林土壤的作用以及森林的服務功能,把森林土壤健康定義為:森林土壤促進森林植被生產和維護森林生態系統功能的能力[5]。森林土壤健康評價是森林土壤健康研究的基礎和重要內容之一。土壤健康是土壤的物理、化學和生物學性質,以及形成這些性質的一些重要過程的綜合體,迄今為止,尚沒有評價土壤健康的統一標準[6]。尤其是對森林土壤健康的研究還處于探索階段,在世界范圍內,土壤健康研究的領域大多限于農業耕作土壤,有關森林土壤健康的內涵、指標的確定還是初步的;在我國,目前針對森林土壤健康的研究也很少,土壤健康與土壤質量在概念上既有一定程度的區別又有一定程度的交叉[7~8],其區別在于土壤質量多半用土壤功能來確定,并認為其是物理、化學和生物學性質的復合體,而土壤健康是一個與條件有關的術語,其一個重要特征必須是可測量的。廣義的土壤健康是指土壤作為生命系統維持生物生產力、促進環境質量、維持動植物和人類健康的能力,在這一意義上,土壤健康和持續性同義[9~10],其更符合森林生態系統健康的需要,而在森林土壤的研究領域中,使用森林土壤健康更符合林業工作者的習慣。本文森林土壤健康評價研究在森林土壤特定的功能和性質下,無論是森林土壤健康評價指標還是評價方法的研究,都從廣義的森林土壤健康出發,即本文中,森林土壤質量評價可借鑒于土壤健康評價。
2森林土壤健康評價指標
2.1評價指標選取原則
土壤質量評價應由土壤質量指標來確定,評價指標的選定是土壤質量評價的核心工作,直接關系到其評價結果的客觀性[11]。森林土壤具有枯枝落葉層,腐殖質含量高,淋溶作用強等特性,因此森林土壤質量指標的選取需要根據這些特性遵循一定的原則,包括主導性、敏感性、實用性和獨立性原則[12]。另外,森林土壤質量評價指標的選取必須考慮土壤功能,由于土壤功能受評價目的和多種管理系統的影響,土壤質量變化的監測非常緩慢,關鍵指標的選取必須是可維持土壤功能,監測土壤變化的方向、速率和程度等。因此,有許多土壤特性可以作為土壤質量評價指標,研究需要明確最適合的標準;針對不同的地區、不同類型的土壤應使用不同的指標體系[13]。
2.2評價指標體系構建
土壤質量的優劣取決于土地利用方式、生態系統類型、地理位置、土壤類型等多種因素。土壤質量指標與具體的土壤性質和土壤質量存在密切聯系。依據森林土壤功能并按照土壤質量評價指標選取原則,將森林土壤質量評價指標分為四大類:植物生長潛力(vegetationgrowthcapacity,VGC)、水分有效性(wateravailability,WA)、養分有效性(nutrientavailability,NA)以及根系適宜性(rootsuitability,RS)指標[14~15]。
2.2.1植物生長潛力指標植物生長潛力指標包括枯枝落葉層厚度以及灌木和草本的物種多樣性指數等。從森林健康經營角度來看,一般認為物種多樣性越豐富,越有利于森林生態系統的穩定。
2.2.2水分有效性指標
水分有效性指標包括枯枝落葉層厚度、腐殖質厚度、土層厚度以及土壤容重(土壤密度)、土壤滲透性、水穩性指數、土壤孔隙狀況等指標。枯枝落葉層具有截留降水、延緩地表徑流的重要作用;腐殖質層含有大量有機物質,且疏松多孔,對保持土壤水分具有明顯的作用;土層厚度以及土壤容重是反映容納水分數量空間指標,土層越厚、容重越小越有利于水分的保持;土壤滲透性、水穩性指數、土壤孔隙狀況可以反映土壤水分的滲透、流動、和蒸發等,可用于判斷土壤的水氣平衡。
3.2.3養分有效性指標
養分有效性指標主要包括一些化學和生物學性質指標,如pH值、有機質含量、陽離子交換量(CEC)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤酶活性等。其中,土壤有機質是土壤質量的一個關鍵參數,影響著土壤緊實度、脆弱性、養分保持和土壤持水能力等土壤功能,已經將其看作是土壤質量評價中十分重要的指標。
2.2.4根系適宜性指標
考慮影響根系生長障礙性以及養分的供應等因素,根系適宜性指標主要有土層厚度、土壤容重、黏粒含量、pH值等指標。其中,土壤容重是土壤緊實度的敏感性指標,是表征土壤質量的一個重要參數[16]。
2.3我國森林土壤質量評價指標體系的發展
近年來,我國就森林土壤質量也選擇了許多指標進行評價,但到目前為止,始終沒有形成一個合適的體系。表1列出了我國具有代表性的森林土壤質量評價中選取的土壤因子。從表1可以看出,這些代表性的研究主要以土壤的理化性質為主,其中更偏向于土壤養分指標,同時越來越多的生物學性質也開始受到重視。表2列出了自2000年以來,我國森林土壤質量評價研究中所選用的評價指標匯總及其分類。從表中可以看出,在土壤質量評價中,土壤指標選取范圍很廣,涵蓋了森林土壤質量的各個方面。其中,養分有效性指標有22個,主要是土壤化學和生物學性質指標,而且可以看出近年來學者們在重視土壤化學性質指標的同時,加大了土壤生物學性質指標在森林土壤質量評價中的應用,其使用頻率為64.07%,這表明養分有效性指標使用的穩定性。水分有效性指標和根系適宜性指標分別有8個和6個,而植物生長潛力指標只有2個,使用頻率比較低。圖1列出了在所有因子中顯示度較高的一系列因子,從圖中可以看出,有機質指標是我國森林土壤質量評價中主要考慮的因子,依次是速效鉀、有效磷、全氮、pH值、土壤容重、孔隙狀況、脲酶活性、磷酸酶活性、陽離子交換量、全磷、含水量和全鉀等,而成土母質、土壤呼吸速率等因素則較少被考慮到。由表2和圖1得出,在這4方面的指標中,森林土壤養分有效性指標的使用是較穩定的,近年來學者也加大了對土壤生物學性質指標的研究,尤其是對土壤酶活性的研究。由于森林土壤質量評價具有目的性和針對性,不同研究者所采用的指標也不同。總之,森林土壤質量評價應針對其特定的功能和土地利用類型進行;針對不同的地區、不同景觀類型的土壤,應使用不同的指標體系[28]。