伴随着城市化进程的不断加快，我国农村劳动力不断减少，劳动力价格不断攀升，传统的育林方法成本大幅上升，严重影响了人工林的市场化发展^[1]。由于生产实际的需求，改变现行的育林方式，研究出一套既能保护生态环境又省力的育林技术成为目前林业生产的重中之重，解决育林生产中伴随的水土流失、中幼林抚育、土壤板结等问题，降低育林成本，是育林生产的迫切需要，也符合社会和市场对林业的要求。“省力化”一词最早见于日本文献^[2]，其意义在于通过某种外力方式减少人工与财力投入，同时达到事半功倍的效果。地表覆盖技术作为育林生产省力化模式中的一项新兴技术，能够达到透气保水、调控温度、减少水土流失、控制杂草生长、调整微域生态环境的效果^[3-4]，是一项有效改善林地土壤负面效应的重要措施。而土壤微生物生物量碳作为微生物细胞物质的总质量，不仅可以有效的反映土壤微生物活性特征，而且也是植物生长可利用养分的重要来源，是反映土壤质量和温湿度等环境因子变化最为敏感的指标之一^[5-8]。国外的研究文献显示，开展省力化育林方式，可以有效的控制杂草的生长，促进林木的生长，尤以外物遮盖的方式最受欢迎^{[2, 9]}。国内通过对杂种落叶松二代采用地膜覆盖技术，进而起到改善造林微环境和促进幼苗生长的作用^[10]。

本研究借鉴国外做法，通过对辽东山区主要造林树种红松(Pinus koraiensis Sieb)人工纯林不同省力化覆盖措施试验，调查各种覆盖材料对林地土壤物理性质、土壤微生物生物量碳和苗木生长的影响，分析评价省力化育林试验在红松人工林的应用效果(有关控草效果另文报道)，探讨省力化育林的可行性。

试验地位于辽宁省本溪市溪湖区火连寨办事处高程村8林班5小班，试验区总面积为0.6 hm²的宜林荒山荒地，立地类型为半阳坡斜坡中层土，坡向东南，坡位中部，坡度24°，海拔高度196~273 m，土壤类别为棕壤土，土层厚度40 cm。该地区处于温带半湿润和半干旱的季风气候区，年平均气温6~8 ℃，最热月为7月，月平均气温22~24 ℃，年极端最高气温37.3 ℃；最冷月为1月，月平均气温-12~(-14) ℃，年极端最低气温为-39.7 ℃，气温年较差为35~38 ℃。全市年降水量800~900 mm。夏季降水占全年的61%~65%。平均日照时间相对较少，年日照时间2 200~2 400 h，年平均相对湿度在65%左右，平均无霜期110~160 d。林下草本和灌木植物较多，主要有柳叶蒿(Artemisia integrifolia Linn.)、巴天酸模 (Rumex patientia Linn.)、野蔷薇(Rosa multiflora Thunb.)、多茎委陵菜(Potentilla multicaulis Bge.)、黄精(Polygonatum sibiricum Delar.)、玉竹(Polygonatum odoratum Druce)、蝙蝠葛(Menispermum dauricum DC)、酸浆(Physalis alkekengi L.)、猪毛菜(Salsola collina Pall.)等。

利用罗盘仪对试验地块进行实地测量，确定造林面积。造林前对试验地进行全面的清场整地，利用割灌机清除地表全部植被，以保证地表铺盖的平整性。试验地为2015年荒山造林栽植的红松人工林，苗木为3年生红松嫁接苗,造林密度为2 500株·hm^-2，株行距2 m×2 m。在造林期间同时在地表铺设单层遮阳网覆盖(Ⅰ型)，双层遮阳网覆盖(Ⅱ型)，黑色地膜覆盖(Ⅲ型)，白色地膜覆盖(Ⅳ型)各0.1 hm²，在铺设材料中央剪出直径为5~10 cm的孔，将红松幼苗从中穿出，利用表土或U型铁线固定铺盖材料，剩余0.2 hm²造林地设定为对照区(CK)，每个处理方式3次重复。采用市场上最为普通的防老化6针遮阳网(100%低压聚乙烯)覆盖和普通0.008 mm厚度农业(聚乙烯)地面覆盖薄膜。

土壤温度测定：在5—9月中旬对试验地9:00—16:00的8个整点观测时间段，使用土壤温度计对Ⅰ~Ⅳ型处理和对照区的0~10 cm土壤进行定期定时地温调查，每个处理3次重复，并计算出平均值^[5]。

土壤含水量测定：分别在造林前及造林结束后5个月，对4种处理和对照区的造林苗木周围用土壤环刀在0~10 cm土层取样，每个处理3次重复。将所采集的土壤捏碎后装入已知质量的大型铝盒内，封紧，装入密封袋内，带回实验室。将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重，精确到0.01 g，然后把盒盖放在盒底下，并置于事先预热至(105±2) ℃的烘箱中烘烤12 h，最后取出盖好。在干燥器中冷却至室温(约30 min)立即称重。3份平行测定后取其平均值，确定4种处理和对照区的土壤含水量^[4]。

容重、毛管孔隙度和总孔隙度测定:采用环刀法,土壤容重(g·cm^-3)=环刀内烘干土质量/环刀容积；非毛管孔隙度(容积%)=[土壤饱和持水量-毛管持水量]×土壤容重；毛管孔隙度(容积%)=毛管持水量×土壤容重；总孔隙度(容积%)=非毛管孔隙度(容积%)+毛管孔隙度(容积%)^[11],每个处理3次重复。

土壤微生物生物量碳测定:分别在造林前及造林结束后5个月，将4种处理和对照区的土壤使用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取-碳自动分析法，称取3份10 g土壤样品于150 mL提取瓶中，放入真空干燥器，用去乙醇氯仿熏蒸24 h，除去氯仿取出，同时称取3份10 g土壤样品(未熏蒸)作为对照。 随后用50 mL 0.5 mol·L^-1 K₂SO₄浸提，过滤后，提取液中的有机碳采用K₂Cr₂O₇加热氧化，Fe₂SO₄滴定法测定,KEC含量换算系数分别为0.38、0.45^[12]。

幼树生长量测定：在9月中旬，苗木的年生长期基本结束时，分别在4种处理和对照区的样地内通过随机抽样的方式选取10株生长良好的幼树，进行地径、树高调查，计算其平均树高和平均地径，进而比对不同处理方式与对照区幼树生长量的差异。

所有数据均采用SPSS 19.0、Excel 2007软件进行分析，表中的测量数值为平均值±标准差。

由图 1可知，5—9月中，Ⅱ型对土壤温度影响最大，分别比对照区低6.9、7.9、2.6、1.9和0.8 ℃，4种处理的平均温度分别为18.4、23.4、20.8、28.4和28.4 ℃，分别比对照区低5.6、2.1、0.3、0.02和0.3 ℃，4种处理对各个观测时段土壤温度的影响表现为日高温在12:00—14:00时段，对土壤温度影响最大；日低温在9:00—10:00时段，对土壤温度影响最弱。

	图 1 省力化育林措施对土壤温度的影响 Fig. 1 Effects of labor-saving silvicultural measures on variation of soil temperature
图选项

如表 1所示，土壤容积含水量Ⅰ~Ⅳ型分别比处理前提升69.85%、104.52%、70.16%和59.29%，对照区仅提升16.47%。通过方差分析，Ⅰ型、Ⅳ型与对照区差异不显著，Ⅲ型与对照区差异显著，其差异值为P<0.05，Ⅱ型与对照区差异极其显著，其差异值为P<0.01。说明Ⅲ型对保墒蓄水具有显著的效果，Ⅱ型对保墒蓄水影响极其显著，Ⅰ型和Ⅳ型效果不显著。

如表 2所示，0~10 cm土层的土壤容重Ⅰ~Ⅳ型分别比对照区低0.05、0.08、0.13和0.07 g·cm^-3，Ⅰ~Ⅳ型分别比处理前降低0.01、0.05、0.11、0.08 g·cm^-3，对照区仅降低0.01 g·cm^-3。通过方差分析，不同处理方式与对照区比较均表现为P＞0.05，其影响效果不显著。说明不同处理方式对土壤容重均起到一定的改善作用，但改善效果均不显著。

从表 3可知，0~10 cm土层的土壤Ⅰ~Ⅳ型及对照区分别比处理前毛管孔隙度增加0.01%、0.04%、0.05%、 0.02%和0.01%；非毛管孔隙度增加0.01%、0、0.06%、 0.10%和0；毛管总孔隙度增加0.01%、0.04%、0.11%、 0.12%和0.01%。分别对不同组间的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度处理后的数据与对照区进行方差分析比较，均表现为P＞0.05，其影响效果均不显著，说明除Ⅰ型外其他处理方式对土壤孔隙度均起到一定的改善作用，但改善效果均不显著。

从表 4可知，省力化育林措施对土壤微生物生物量碳的影响均未达到显著水平。与对照区相比较，不同处理方式下土壤微生物生物量碳量均有所提高，Ⅰ~Ⅳ型分别比处理前提升118.37%、168.98%、117.97%、130.93%，对照区仅提升83.84%。可以看出，土壤微生物生物量碳对照区最低，Ⅱ型土壤最高。方差分析得出，不同处理方式对土壤微生物生物量碳均起到一定的改善作用，但改善效果均不显著。

由表 5可知，不同省力化育林措施对幼树的生长量均有一定影响，且均高于对照区，苗高表现为Ⅰ~Ⅳ型较对照区增加15.1%、39.45%、26.10%和7.42%；地径表现为Ⅰ~Ⅳ型较对照区增加8.93%、31.18%、18.50%和5.61%。通过方差分析，其苗高与地径Ⅰ型与Ⅳ型影响效果不显著，Ⅲ型影响效果显著(P<0.05) ，Ⅱ型影响效果极其显著(P<0.01) 。

红松作为我国东北地区地带性植物，在长期的系统发育过程中,形成了喜荫、喜温、喜肥和喜漫射光的特性。通过不同省力化育林措施可以有效改善红松幼林期生长的环境，提升其生长水平。

(1) 土壤温度与水分的高低是影响植物幼龄期生长的关键因素，在不同的生长期调整土壤温度以适应植物生长的需求，在低温季节通过合理方式提升土壤温度以促进幼苗的提早发育，在高温干旱季节通过适当遮阴，减少植物蒸腾作用，保持土壤水分。水作为影响植物生长环境的关键因子，已经成为影响辽东山区幼龄林成活的重要因素。本实验结果表明，利用省力化育林措施可以有效地降低土壤温度，抗旱保墒，减少地表水的蒸发量。这与肖润林等^[4]通过对高温干旱季节遮阳网覆盖的茶园温湿度影响和与梁晓东等^[10]对地膜覆盖杂种落叶松二代林造林微环境的研究中对地表温度和土壤含水量的研究结果基本一致。

(2) 土壤容重的大小在一定的程度上反映土壤贮水能力强弱，就林地而言其大小直接反映了对土壤物理性质的改善程度，林地土壤的容重越小对林下土壤的改良效果越好。本实验结果表明，利用不同省力化育林措施后， 土壤容重均起到了一定的改善作用，但对土壤容重影响效果均不显著，由于地面覆盖铺设时间较短，未来的数据变化需要继续监测。

(3) 土壤孔隙度是影响气体和水分运动的重要参数，决定着土壤生物和林木根系的活动空间，直接影响土壤的透水性和通气性，是决定森林土壤水源涵养功能的重要因素^[11]。由于地面覆盖铺设时间较短，未对改善土壤孔隙度具备显著效果，除Ⅰ型低于对照区，其他措施均有所提升，其原因可能是因为清场与铺设材料过程中施工人员的过度踩踏造成，Ⅰ型材料孔隙较大，密闭性弱，未起到完全密闭地表空间的作用。

(4) 土壤微生物生物量碳作为微生物细胞物质的总质量，是供给地表植物根系营养物质的重要来源。通过对实验结果的研究，发现不同处理方式下土壤微生物生物量碳均高于对照区，使用覆盖材料后，使养分水分利用率有效提高，减少了雨水对土壤的直接拍打、冲击和淋洗，使土壤疏松，不易板结，透气透水性好，给微生物提供了良好的生存场所，更有利于微生物的生长和有机质的分解，从而使得微生物生物量碳含量有所提升。这与于树等^[8]的研究证明地膜覆盖对土壤微生物的数量有所提升，但影响不显著表现一致。

(5) 影响幼龄林生长发育的因素有很多，通过不同省力化的育林方式后，合理调控不同季节的植物生长所需的土壤温度、土壤水分、土壤容重、土壤孔隙度和土壤微生物生物量碳，对植物的根系生长具有明显的促进作用，有益于植物根系吸收充足的水分，满足植物生长对水分的需求，从而减少生理干旱现象的发生。实验表明，采用不同省力化育林方式后，能够有效促进红松幼龄阶段苗木的生长，这一技术措施值得在辽东林区有条件的地区进行推广，这与日本学者田代慶彦^[2]通过省力化实验比较有助于提升苗木生长量结果表现一致，与梁晓东等^[10]通过地膜覆盖对杂种落叶松二代林造林促进林木生长表现一致。