低质林指受自然和人为干扰破坏形成的郁闭度较低、林相衰败、出材率低且质量差、林下土壤受严重侵蚀的残次林，其生态系统几乎丧失自我恢复能力，林分生态效益和经济价值降低(Miller, 1991；杜晓军等, 2003；杨学春等, 2009)。目前有关低质林改造研究已有很多报道：刘美爽等(2010)研究了不同采伐方式对小兴安岭低质林土壤理化性质的影响，并确定了合理的采伐方式；张泱等(2009)对小兴安岭低质林进行横山效应带、顺山效应带和不同面积林窗造林，观测改造试验样地苗木的成活率和生长状况，对低质林改造效果进行评价；王会利等(2010)分析了低效马尾松(Pinus massoniana)纯林和湿地松(Pinus elliottii)纯林经采取异龄混交木荷(Schima superba)和大叶栎(Castanopsis fissa)等阔叶树种后的土壤理化性状及水源涵养功能；张泱等(2010)运用主成分分析法综合评价小兴安岭低质林不同改造模式的效果。但针对大兴安岭地区低质林诱导改造效果的研究还很少，特别是对低质林不同诱导改造后土壤理化性质变化的研究还未见报道。土壤理化性质决定土壤肥力(Mercik et al., 1985)，并影响林木的健康状态(Fisher et al., 2000；Fu et al., 2004)。本研究于2009年对大兴安岭地区的阔叶混交次生林及白桦(Betula platyphylla)萌生林进行不同带宽皆伐，将每条皆伐带分为3段, 分别种植西伯利亚红松(Pinus sibirica)、落叶松(Larix gmelinii)和樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)，于2011年8月测定各林分的土壤理化指标。以期为林地高效经营利用提供理论依据。

研究区位于黑龙江省大兴安岭翠峰施业区174林班(124°24′35.1″ E，50°34′32.0″ N)。该地区地势平缓，立地条件好，海拔370~420 m。气候属寒温带大陆性季风气候区，年均气温－1.4 ℃，≥10 ℃年积温1 806 ℃；年均降水量470 mm，多集中于6—8月；年均蒸发量1 151.5 mm，年均日照时数2 653.8 h，全年无霜期103~121天。土壤为暗棕壤，平均厚度22 cm，成土母质为酸性母岩风化物，土壤肥沃。

2009年春，选取大兴安岭典型白桦萌生低质林和阔叶混交次生林各30 hm², 阔叶混交次生林树种组成为：3山杨(Populus davidiana)3黑桦(Betula dahurica )3蒙古栎(Quercus mongolica)、1白桦。对2类低质林分进行6，10，14和18 m带宽改造，如图 1所示。图中阴影部分为保留带，空白部分为改造带；改造带面积分别为6 m×300 m，10 m×300 m，14 m×300 m和18 m×300 m，长边沿海拔方向，短边沿水平方向；每条皆伐带按照海拔由低到高分成A(海拔117 m)，B (海拔126 m)和C(海拔135 m) 3段；在A段种植西伯利亚红松，在B段种植樟子松，在C段种植落叶松；每条皆伐带之间为保留带，并把保留带作为对照林分。伐前2块林分概况见表 1。

图 1 林分改造示意 Fig.1 Sketch of stands transformation

表 1 伐前林分概况 Tab.1 General situation of forest stands before cutting

表 1 伐前林分概况 Tab.1 General situation of forest stands before cutting

2011年8月，在不同带宽的各改造林分及对照林分，各随机选取8块2 m×2 m样方，在每块样方按“S”型混合取样法取5个0~10 cm土层土样，然后按四分法混合取土样，共取208个土壤样本。土壤样本经实验室风干后用于化学分析。用容积100 cm³的环刀在不同带宽的各改造林分及对照林分取环刀土壤样本，重复3477201220次，将环刀土壤样本带回实验室测定土壤物理性质。

土壤密度用环刀法测定；土壤含水量用酒精燃烧法测定；土壤pH值采用50:1的水土比，用酸度计测定；土壤有机质含量采用油浴重铬酸钾氧化法测定；土壤全氮含量采用硫酸钾-硫酸铜-硒粉消煮，自动凯氏法测定，仪器为VS-KT-P型自动定氮仪；全磷含量采用酸溶-钼锑抗比色法测定；全钾含量采用碳酸氢钠浸提-火焰光度法测定，仪器为火焰光度计(国家林业局, 1999)。

应用SPSS17.0和Excel2007进行数据统计分析。

与对照林相比，阔叶混交次生林改造后除土壤密度不同程度降低外，土壤毛管持水量和毛管孔隙度都有一定程度的提高(表 2)。除土壤密度外，土壤毛管持水量和土壤毛管孔隙度变异系数均小于15%，说明带宽对土壤毛管持水量和土壤毛管孔隙度的影响较小。白桦萌生低质林改造后，与阔叶混交次生林有相似的规律。

表 2 改造方式对土壤物理性质的影响^① Tab.2 Impacts of transformation to soil physical property

表 2 改造方式对土壤物理性质的影响① Tab.2 Impacts of transformation to soil physical property

阔叶混交次生林中，所有改造林土壤pH值与对照样地相比都有不同程度的升高，但无显著差异, 且升高程度表现为落叶松9.67%＞西伯利亚红松6.20%＞樟子松3.65%(表 3), 不同带宽西伯利亚红松改造林pH值变异系数最高为10.14%。白桦萌生低质林中，所有改造林土壤pH值与对照林均无显著差异, 也是不同带宽西伯利亚红松改造林pH值变异系数最高。除白桦萌生林的西伯利亚红松改造林土壤pH值降低外，其他改造林土壤pH值都有不同程度的增加。改造后林地凋落物减少，从而减少了CO₂和有机酸等酸性物质的来源，所以pH值有所升高。而西伯利亚红松根系的分泌物和白桦萌生林原死根促进了微生物的活动与繁殖进而促使土壤H⁺的增加，从而使得白桦萌生林的西伯利亚红松改造林土壤pH值降低(Singh et al., 1989；张志, 2004)。

表 3 改造方式对土壤化学性质及pH值的影响 Tab.3 Impacts of transformation to soil chemical property and pH value

表 3 改造方式对土壤化学性质及pH值的影响 Tab.3 Impacts of transformation to soil chemical property and pH value

阔叶混交次生林中，与对照样地相比，除落叶松林土壤有机质含量升高9.72%外，西伯利亚红松林和樟子松林分别降低了14.61%和18.79%(表 3)，不同带宽的3种改造林土壤有机质含量变异系数均低于20%。白桦萌生低质林中，与对照林相比，除西伯利亚红松改造林土壤有机质含量降低5.11%外，樟子松改造林和落叶松改造林分别提高了12.68%和9.73%，西伯利亚红松林土壤有机质的变异系数达到46.77%，说明皆伐带宽度强烈地影响着土壤有机质含量，可能与地表凋落物的分解和地下根系的周转有关(Morrison et al., 2001)。

阔叶混交次生林中，西伯利亚红松改造林土壤的全氮含量变异系数最大53.16%(表 3)，不同改造林全氮含量与对照林相比均有不同程度的增加，升高程度表现为落叶松林98.26%＞西伯利亚红松林72.70%＞樟子松林44.91%。白桦萌生林中，所有改造林土壤全氮含量均降低37%左右。方差分析发现，所有改造林土壤全氮含量均与对照林差异显著(P﹤0.05)。

阔叶混交次生林中，落叶松改造林土壤全磷含量与对照样地保持平衡(表 3)，而西伯利亚红松改造林和樟子松改造林土壤全磷含量分别降低了23.88%和35.52%，这说明西伯利亚红松、樟子松全磷的归还量远小于落叶松，所有改造林土壤全磷含量都与对照林地无显著差异，樟子松、落叶松的变异系数均较大，为42%左右。白桦萌生林中，各改造林土壤全磷含量与对照林相比均有所降低，降低程度表现为西伯利亚红松林38.90%＞落叶松林33.15%＞樟子松林11.78%，不同改造方式间土壤全磷含量无显著差异(P﹥0.05)。

阔叶混交次生林中，除西伯利亚红松改造林土壤全钾含量比对照林升高19.25%外，樟子松改造林和落叶松改造林与对照基本保持平衡(表 3)，不同带宽的西伯利亚红松改造林土壤全钾含量变异系数最大。白桦萌生林中，与对照林相比，除西伯利亚红松改造林土壤全钾含量降低5.23%外，樟子松改造林和落叶松改造林分别提高15.21%和11.22%，不同改造林土壤全钾含量均无显著差异，不同带宽的西伯利亚红松改造林土壤全钾含量变异系数最大，说明皆伐带宽对西伯利亚红松改造林土壤全钾含量有着强烈影响。

由表 4可知，土壤有机质含量与全氮和全钾含量分别呈极显著(α=0.01)和显著正相关(α=0.05)，这与耿玉清等(2010)的研究结果一致，说明有机质含量的增加将改善土壤养分状况。土壤毛管孔隙度与土壤密度极显著负相关性(α=0.01)。皆伐带宽与土壤密度、有机质含量和全氮含量呈显著负相关(α=0.05)，说明皆伐带宽的增加不利于土壤养分的积累。土壤全钾含量与pH值呈现极显著正相关性(α=0.01)，说明改造样地的酸性土壤有利于土壤全钾含量的积累; 与全氮含量呈显著正相关(α=0.05)。土壤密度与全氮含量显著正相关，(α=0.05)。

表 4 土壤密度、毛管空隙度、pH值、有机质含量、全氮含量、全钾含量与皆伐带宽的相关性分析^① Tab.4 Correlation analysis between soil density, capillary porosity, pH value, organic matters content, total N content, total K content and clear-cutting bandwidth

表 4 土壤密度、毛管空隙度、pH值、有机质含量、全氮含量、全钾含量与皆伐带宽的相关性分析① Tab.4 Correlation analysis between soil density, capillary porosity, pH value, organic matters content, total N content, total K content and clear-cutting bandwidth

本试验区土壤属弱酸性，pH值在6.0左右。在2种类型低质林的不同改造林中，与对照林相比，除土壤密度有不同程度的降低外，土壤毛管持水量、毛管孔隙度都有一定程度升高，但升降幅度很小。这与Worrell(1997)、姜培坤等(2007)和周会萍等(2010)的研究结果相一致。阔叶混交次生林中，土壤有机质含量除落叶松林升高9.72%外，西伯利亚红松林和樟子松林均不同程度地降低；土壤全氮含量有一定程度的升高，而全磷、全钾含量有不同程度的降低。白桦萌生林中，土壤全氮、全磷含量有不同程度的降低，而全钾含量均有所升高。在阔叶混交次生林中有更丰富的灌木和草本，且有大量的固氮植物胡枝子(Lespedeza bicolor)，其根瘤菌能固定土壤中的游离氮(谢福光等, 1991；Chen et al., 1997)，因此改造后全氮含量有一定程度的升高。鉴于2类低质林的所有改造林土壤全磷含量均下降，在后续的生产管理中应加大磷元素的补充，以保持土壤肥力的长期有效性。

所有改造林中，西伯利亚红松改造林土壤pH值、土壤养分含量(除阔叶混交次生林中有机质、全磷和白桦萌生林中全氮、全磷外)的变异系数最大，说明不同带宽对西伯利亚红松改造林土壤养分的吸收与积累有极其显著的影响。这与不同带宽西伯利亚红松林下形成不同的微环境，较大程度地影响了凋落物分解、根系分泌物、微生物的活动与繁殖有关(Paul et al., 2001; 刘菊秀等, 2001)。

低质林不同改造后土壤养分差异除与经营措施有关外，还与改造树种对养分的吸收特性，以及林木之间和林草之间的相互关系等有关，这方面的问题还有待进一步研究。本研究只对低质林改造初期的土壤理化性质进行研究，而低质林改造效果还需更加长期的定位观测和分析。