杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林的培育在我国具有悠久的历史，传统的杉木人工林经营，要经历劈山(砍倒各种树木和杂草)，炼山(用火烧清理造林地)、整地(全垦或局部)和栽植(挖穴)；抚育(1~5 a，头2 a每年2次，进行全面松土除草)；当人工林郁闭后，在8~10 a左右，进行第1次间伐，一般进行2~3次，总的间伐强度(按株数计)在30%~40%；采伐年龄通常在25~30 a，都实行皆伐，并再次采用火烧清理采伐剩余物的方法，清理林场，而后连栽杉木。以上这个育林干扰过程，对林地地力消耗很大，在历史上杉木常常连栽数代后(通常3代)，土壤肥力严重下降时进行撂荒，经过数十年，待地力稍有恢复再次进行利用。杉木所采用的皆伐方式，火烧清理山场，对林地干扰比国外的全树利用还要严重。有关各种营林措施对立地长期生产力的影响已有许多研究，但缺乏系统的归纳综合，而对皆伐火烧清理山场的作业对林地养分损耗方面尚少专门报道。本文结合本课题研究，收集相关资料，进行系统分析研究，以期能够比较确切地了解杉木人工林上述育林干扰过程对人工林立地生产力带来的影响。

1 炼山对林地肥力的影响

炼山使林地大量有机物质(采伐剩余物，枯枝落叶及林下植被)烧毁，使大量营养元素以气态，飞灰等各种形式损失。炼山后使林地暂时增加一些可溶性养分和土壤微生物数量与酶活性，但土壤表层损耗了土壤有机质和营养元素，加剧水土流失，从长远来看，损害林地肥力，也不利于林木生长。

有机质是形成土壤肥力的基础，炼山使土壤表面有机质含量明显降低。叶镜中等(1992)在江西武功山林场进行了3种不同处理的炼山试验，结果表明，堆高100 cm，堆积物重量为25 kg·m^-2及火烧时间为20~23 min，深度为0~2、2~5、5~10、10~20 cm的土层，有机质分别减少39.0%，27.6%，30.0%，26.6%。堆高为60 cm，堆积物重量为15 kg·m^-2，火烧时间15~17 min的，有机质分别减少25.7%，18.3%，19.7%，7.9%。堆高30 cm，堆积物重量为10 kg·m^-2，火烧时间7~12 min的，有机质含量分别减少15.8%，16.6%，17.8%和8.6%。土壤有机质及N的损失多少与堆积物的重量与火烧时间等有关。上述3种炼山试验是有一定代表性。火烧炼山明显地减少土壤有机质，在0~20 cm土层内大体要减少18%~30%。同样炼山后0~20 cm土层内全N也是减少的，其烧失率随堆高的增高而加大(10.72%~16.53%)，随土层的加深而减小(16.7%~9.6%)。但炼山后速效N、P、K都有增加，这对幼林生长是有利的。在“八五”攻关中，在福建龙溪进行炼山不炼山对比试验(试验包括了采伐剩余物的不同清理方法，按常规的方法60 cm×40 cm×40 cm的穴状整地及栽植与抚育)表明，炼山后第5天取样分析，在0~10 cm土层土壤有机质、全N比炼山前减少了36.64%和9.65%，在10~20 cm土层有机质也有所下降，但幅度小。炼山后速效N、P、K分别比炼山前增加了77.54%，81.97%，54.59%，pH值也增加。炼山还增加土壤的微生物数量和酶活性。

根据在福建尤溪的研究，经过1 a后，炼山的土壤肥力有新的变化(福建林学院杉木研究所等，1992)。土壤物理性质，炼山后5 d，0~10 cm土壤容重略有下降，土壤孔隙得到改善，但对10~20 cm土层物理性质几乎没有影响；但炼山1 a后，炼山处理的土壤物理性质变差，0~10 cm容重增加6.85%，总孔隙度及毛管孔隙度下降20%和12%，非毛管孔隙下降48%。大于0.25 mm水稳性团聚体，炼山后5 d略有下降(2.68%)，但1 a后继续下降到14.3%。炼山1 a后的表土(0~10 cm)土壤分散系数由28.2%增加到30.37%，土壤易受侵蚀。炼山1 a后的土壤各项养分指数普遍下降，0~10 cm土壤速效N、P、K分别下降了48.26%，44.16%，38.96%。炼山3 a后，N、P、K基本是下降趋势，C/N比有所上升，特别是有机质。相反，不炼山的各种养分指标呈上升趋势，C/N逐年下降。炼山1 a后土壤微生物数量及酶活性减少，而不炼山0~10 cm土层微生物总数增加，氨化细菌、固N菌及纤维素分解菌比炼山的高。炼山后2~3 a，酶活性低于不炼山的。

以上说明，炼山能暂时(1 a内)增加土壤肥力，但由于炼山损害了土壤的有机质和总的养分量，最终(1 a以后)导致土壤肥力的下降。

炼山导致水土流失。由于炼山失去地表的保护层(死地被层及活地被层)，并由灰分堵塞土壤孔隙，使雨点直接打击地面产生径流和冲刷。炼山与不炼山在砂岩发育的红壤上固体径流及液体径流变化见图 1、2。炼山的3 a合计固体径流量为36.998 6 t·hm^-2，不炼山的为1.009 7 t·hm^-2，差值达36倍。液体径流，炼山的3 a合计为8 154.210 0 m³·hm^-2，不炼山为1 312.002 0 m³·hm^-2，差值达6倍多。通过固体与液体径流也损失了大量的土壤养分。3 a炼山的损失，有机质、全N、全P、全K分别为989.345，27.052 0，9.076 8，462.908 kg·hm^-2；损失速效的N、P、K分别为12.218 5，2.595 9，72.403 kg·hm^-2，合计共损失养分586.26 kg·hm^-2，而不炼山的3 a损失有机质97.368 kg·hm^-2，养分合计为78.65 kg·hm^-2，两者差值达7.5倍(福建林学院杉木研究所等，1992)。但是关于炼山整地导致水土流失的试验，由于具体条件不同而差别较大。在福建建瓯市采育场的花岗岩发育的红壤上试验，共设炼山+全垦、炼山+穴垦、不炼山+全垦及不炼山加穴垦4个处理，每一处理两个重复。同样，炼山有提高土壤速效养分，提高pH，增加微生物等暂时现象，但炼山引起水土流失是明显的。炼山后+全垦3 a，液体径流和固体径流分别为1 508.09 m³·hm^-2和4.438 t·hm^-2，分别是不炼山加穴垦的1.69倍和1.38倍。炼山+全垦的全C、全N及全K流失量为245.052，27.434及427.453 kg·hm^-2分别是不炼山加穴垦的1.84，1.75及6.26倍。炼山后第1年的土内径流为2 627.72 m³·hm^-2，炼山后第1年的全C、全N、全P、全K的土内养分流失量分别为90.35，9.578，0.316和4.662 kg·hm^-2。

但是，这种流失情况在板页岩风化的土壤上要轻得多。根据盛炜彤等(2000)研究，在江西分宜板页岩风化物发育的黄红壤，有较强抗蚀能力，通过不同时期，4个地点，4组不同整地试验的径流场观测，传统的炼山整地(包括炼山全垦、穴垦、带垦等)，幼龄林阶段(10 a)，总的侵蚀量为1 005.0 kg·hm^-2，径流量为546.00 m³·hm^-2，养分损失量有机质为50.49 kg·hm^-2，养分合计为31.508 kg·hm^-2。上述两种土壤上对炼山的反映有很大差别，炼山对杉木人工林立地土壤肥力改变的影响是因母岩而不同的，在砂岩、花岗岩上发育的土壤，抗蚀能力弱，炼山是造成地力衰退的重要因素之一。

2 采伐剩余物处理方式对林地肥力与杉木生长影响

在福建南平市峡阳国有林场花岗岩发育的黄红壤上，进行了5种不同处理方式的试验：①从小区中清除所有地上部分未分解的物质；②全树砍伐，清理全部商业尺寸大小的树木的地上部分；③树木砍伐后只取走商业上可用的干材和皮，枝桠等留在原地；④加倍采伐剩余物；⑤常规处理，即皆伐炼山。经过4 a观测，结果表明，对杉木的生长和土壤肥力维护最有利的试验处理均为采伐剩余物加倍处理；而最不利于杉木生长的均为移去树的所有部分的处理。最好处理4 a生时树高为4.56m，胸径为10.54cm，而最差处理则树高、胸径分别为4.08 m和6.23 cm。采伐剩余物加倍处理降低土壤容重并增加pH值的作用最大，而全部清除采伐剩余物的正好相反。而且不同处理土壤养分的得失是很不同的；第1个处理，移走36.05 t·hm^-2地上部分生物量(枝桠、凋落物及地被植物)和571.20kg· hm^-2的养分；第2处理移去26.14 t·hm^-2采伐剩余物生物量和452.78 kg ·hm^-2养分；第3处理只移去干材和树皮，未移走不该移走的生物量；第4个处理，增加了26.14 t·hm^-2采伐剩余物，增加452.78 kg·hm^-2养分；第5个处理，除了烧失生物量36.5 t·hm^-2及571.20 t·hm^-2中的大部分养分(据杨玉盛等测定，炼山养分损失率N为97.4%，其余P、K、Ca、Mg损失率为22.1%~38.3%)，而且使0~20 cm土层损失有机质12%~14%，损失N 9%~15%。从长远的维护土壤肥力和生产力看，1、2、5三个处理是不可取的。

3 整地对土壤肥力的影响

整地和炼山一样，对土壤肥力的影响与母岩有很密切的关系。由花岗岩、砂岩一类岩性发育的土壤，抗蚀能力弱，一旦地被覆盖被破坏，或者与之相联系的整地破土面大，水土流失就十分严重，但在板岩、页岩一类岩性发育的土壤，抗蚀能力较强，受地被覆盖破坏及大的整地破土面的影响较小。建国后杉木人工造林常见的为3种整地方式，即全垦、带垦与穴垦(穴垦中还有大穴和小穴)。3种方式比较，全垦水土流失最严重，对土壤肥力影响最大，因此，在世行贷款造林中规定不允许采取全垦造林。在福建尤溪花岗岩发育的红壤上，做了3种整地方式(全垦、带垦、穴垦)试验(张顺恒等，1998)(坡度30°，炼山，块状抚育)。3种整地方式因为均采用炼山，故水土流失都比较严重，但以全垦流失量最大。造林后水土流失主要发生在前3 a，3 a后水土流失很轻微，其土壤侵蚀量和养分损失见表 1。

从表 1可以看出，在花岗岩发育的土壤上进行整地，水土流失甚为严重，尤其是全垦，前3年土壤侵蚀量分别为24.949，9.429及1.798 t·hm^-2，年均达到12.059 t·hm^-2。而有机质损失年均达246.71 kg·hm^-2，年均养分损失116.02 kg·hm^-2，其中N的损失占总损失养分量的8.06%。

在江西分宜亚林中心板页岩风化物发育的黄红壤上做了2种整地试验(张先仪等，1992)，观测3.5 a，全垦土壤侵蚀为2.55 t·hm^-2，穴垦的为0.61 t·hm^-2，全垦的侵蚀量是穴垦的4.25倍。养分损失量，全垦3.5 a只损失有机质107.64 kg·hm^-2，损失养分44.771 kg·hm^-2，而穴垦损失有机质43.08 kg·hm^-2，损失养分13.01 kg·hm^-2。在不同岩性发育土壤上，不同整地方式，均以全垦损害土壤最大，但2种岩性的损害程度不同，在花岗岩发育的土壤上进行全垦或破土面积较大的整地，会导致土壤肥力下降。

4 幼林抚育方法对土壤肥力影响

幼林抚育同整地方式对水土流失的影响不同。整地造林只进行1次，而抚育要进行5~7次，头几年每年要进行2~3次，每次抚育均带来大量的水土流失，特别是全面抚育，全面松土除草及扩穴连带的松土除草，更严重损害土壤肥力。在福建尤溪花岗岩发育的红壤上，3种抚育方式(块抚，扩穴连带及不抚育)水土流失及养分损耗见表 2。表 2表明，在花岗岩发育土壤上，幼林抚育对土壤肥力的损害是巨大的，块抚与扩穴带抚的5 a平均每年土壤流失量达18.517和19.739 t·hm^-2；有机质平均每年损失338.879 t·hm^-2和365.849 t·hm^-2；养分平均每年损失277.215 t·hm^-2，297.699 t·hm^-2，分别是不抚育的23~27倍。这个损失数值已远远大于炼山及整地对土壤肥力的影响。在江西分宜亚林中心页岩发育的黄壤上做了全面刀抚(只刈去灌草，不松土)，全面刀抚加局部松土除草(在全面刈去灌草的基础上，在原整地穴范围内松土)，全面松土除草试验，共抚育6次，观察3 a(张先仪等，1994)。每个处理3个重复。3种抚育方法，以全面松土除草的水土流失最大，合计为1.714 t·hm^-2；其次是全面刀抚加局部松土除草，合计为1.145 t·hm^-2，全面刀抚侵蚀量最小，为1.078 t·hm^-2。水土流失量大小与幼林地植被盖度密切相关，3 a全面刀抚和全面刀抚加局部整地的植被覆盖度分别达95.7%和95.5%，而全面松土除草的为72.6%。在页岩发育的黄壤上3种抚育方法，水土流失量虽有差别，但侵蚀量均小，并比较接近。树高与胸径生长差别未达显著水平。

5 间伐对土壤肥力的影响

间伐对林分产生3方面的影响：一是因疏开林冠可能会产生水土流失；二是通过利用间伐木，特别是移走间伐木的生物量而带走养分；三是由于疏开林冠，增加透光度，促进林下植被发育。从总的看，适当间伐，不会产生水土流失，而移走的养分也较少，促进林下植被发育，却可提高林地自肥能力。适度间伐对生态系统干扰较小，且容易得到恢复。

5.1 间伐对土肥流失影响

在江西分宜亚林中心6块试验林进行不同密度(间伐强度)、不同坡度(21°~39°)的间伐试验(张先仪等，1996)，观测8 a(表 3)。从表 3看出，年均径流量及侵蚀量均很小，即使坡度达39°30′，郁闭度0.7的样地，8 a的土壤侵蚀总量为0.103 6 t·hm^-2，密度最小的样地(1 545株·hm^-2)，郁闭度0.69，坡度21°，8 a总侵蚀量只有0.048 t·hm^-2。6个样地中水土流失最大的6号样地，8 a每hm²只损失有机质1.468 kg和养分3.253 kg。可见适当的间伐对林地土壤肥力的影响是很微小的。

但间伐对促进林下植被发育带来良好的影响。上述6个样地(1980年造林，1987年间伐，1988年开始观测)，除6号样地属对照的外，到1995年(即11龄到18龄)5个间伐样地植被盖度均达到了73%~100%，而对照样地只30%。水土流失轻微与林下植被发育也有一定关系，而发达的林下植被，还能提高林分维护地力的能力。

5.2 间伐对林分养分迁移影响

在江西分宜亚林中心，做了14、16二种指数级不同年龄段的林分生长与生物量调查，分别建立了林分生物量、蓄积量与年龄关系式，以此估算蓄积量与生物量的关系，并根据中龄林时林木各组成部分生物量的构成比例(除去根的生物量)和养分含量，按间伐林木的生物量和全树利用，估算所带走的养分。

16地位指数年龄与生物量关系式为：lnW=5.312 4-9.489 0/A，16地位指数年龄与蓄积量关系式为：lnM=6.406 6-13.476 5/A。按此式计算大体在9~15 a生时，蓄积量与生物量比为1(m³)：0.45~0.50(t)。按照江西分宜的间伐试验，中等强度(间伐总株数的40%~50%，蓄积的30%~40%)，中龄林时伐去蓄积为40~50 m³·hm^-2，以此估算，相当于伐去生物量的20~25 t，每t有机物质中营养元素，第1代杉木林为9.92 kg，第2代杉木林为14.79 kg，平均为12.36 kg，则在移去20~25 t(平均为22.5 t)生物量中，含营养元素为278.03 kg(已除去根生物量中养分元素)。也就是，因中龄林间伐所移走的养分元素。

6 采伐对林地土壤肥力的影响

杉木人工林一般采伐年龄为20~30 a，通常采用皆伐人工更新。迹地清理一般采用炼山，烧毁全部采伐剩余物，包括死地被物及活地被物层，造成对林地产生严重水土流失。皆伐炼山过程，实际上是与第1代的炼山影响相类似的，虽然暂时提高pH值，增加有效养分、微生物数量和酶活性，但从长远看，损失大量有机物质和养分，降低土壤肥力，从而影响林地的长期生产力。

6.1 1皆伐作业对林分生物量和养分迁移的影响

根据聂道平等(1995)的研究，19 a生林分，山坡(相当地位指数14)的生物量为86.373 t·hm^-2，枯落物量3 890.41 kg·hm^-2，养分积累量(包括林木、枯落物及林下植被)为976.254 kg·hm^-2；山洼的生物量121.942 t·hm^-2，枯落物量为3 734.87 kg·hm^-2，养分累积量为1 297.954 kg·hm^-2。如果皆伐炼山，地上部分养分被全部移走，山坡为956.248 kg·hm^-2，山洼为1 271.939 kg·hm^-2。其中N的比重为30.53%。

根据陈楚莹等(2000)的研究，23 a生杉木林地上部分生物量为156.93 t·hm^-2，养分积累量为1 831.39 kg·hm^-2，传统的皆伐炼山，这些生物量和养分均将被带走。据在福建南平峡阳国有林场测定(14个重复样地)29龄(相当于16地位指数)杉木进行皆伐炼山研究，其地上部分总生物量平均为207.35 t·hm^-2，损失营养元素为1 129.37 kg·hm^-2。

6.2 皆伐炼山对土壤肥力的影响

炼山整地的效果同第1代造林的炼山整地效果是相似的，只是皆伐炼山又增加1次对林地严重干扰，尽管炼山同样带来一些短期效果，如增加一些有效养分，但由于损失大量有机质和养分最终使林地土壤进一步衰退。

炼山使森林生态系统长期积累起的有机物质(采伐剩余物，活地被物及死地被物)遭到彻底损失，使土壤失去覆被而裸露。据杨玉盛研究(1998)，福建南平29 a杉木纯林，采伐剩余物损失率达96.1%，营养元素损失率以N为最大，达97.4%，其次Ca可达44.42%，P、K、Mg损失22.1%~38.3%(表 4)。

炼山对表土层养分含量也有一定影响，在0~20 cm土层内养分含量有不同程度的下降，表土层有机质下降14.32%，N下降9.30%。但火烧后水解N，速效P、K盐基总量，阳离子交换量及pH值均有不同增加，微生物数量及酶活性提高，上述某些土壤性质的改善是暂时性的，1~2 a后逐渐消失。

7 传统育林的措施对森林生态系统养分损耗的影响

传统杉木人工林育林措施，使杉木人工林生态系统损失大量有机质和养分，促使土壤养分的过分消耗，是造成地力衰退的最重要因素之一。有机物质与养分损耗状况见表 5。

表 5表明，在花岗岩砂岩发育的红黄壤上，影响生态系统养分损耗的最大因素是皆伐(并全部移走生物量)，其次是炼山，第3是水土流失。而板页岩上发育的红黄壤，主要是皆伐和炼山。由于炼山整地抚育后，前者水土流失比板页岩上发育的红黄壤要严重得多，因此两者养分损耗差别较大。至于间伐及皆伐所迁移的生物量与养分多少，主要取决于立地条件和林分的生长，两者在相同立地与林分生长条件下应该是相似的。根据以往测定数据的推算(见表 5)，在板页岩发育的红黄壤上，在杉木人工林一个轮伐期中，每hm²养分损耗为2 371.96 kg，年均损耗124.84 kg；损失有机质34.06 t，年均损失1.79 t，花岗岩砂岩类发育的红黄壤整个轮伐期损失养分达3 236.09 kg·hm^-2，平均每hm²年损耗119.85 kg。

8 结论与讨论

杉木人工林传统的栽培方法是炼山整地、抚育、间伐、全树利用与皆伐炼山。这一系列措施，使大量多年积累的有机物质移出林外或烧毁，从而使大量失去将成为土壤有机质和养分库的生物量。同时，炼山整地又造成严重水土流失，特别在花岗岩、砂岩发育的土壤上，幼林阶段(主要是前3 a)，流失量达到36 t以上，同样造成土壤有机质和养分的损失。在传统杉木栽培中，在板页岩发育的红黄壤上，19 a生的杉木林(已接近轮伐期)损耗总养分量为2 371.96 kg，在花岗岩、砂岩等发育的红黄壤上，27 a生(成熟期)杉木林收获时损耗养分量为3 236.09 kg·hm^-2。对杉木人工林即使进行施肥措施，也难于弥补培育收获过程中养分的损耗。而且损失的大量有机物质将使土壤物理性质恶化，特别是板页岩发育的土壤导致容重增加，通气性减弱，限制杉木根系伸展。杉木人工林经营通常是不施肥的，而且一代又一代连作，反复炼山皆伐，传统的杉木育林方法造成土壤肥力衰退难于避免。特别是抗蚀能力较弱的花岗岩、砂岩类发育的土壤，衰退更严重。今后必须改进育林与收获方法，如不炼山，局部抚育，收获时枝叶还于林地，并进行及时较大强度的间伐发展林下植被等，才有可能减免地力衰退。