间伐强度和水分管理对毛白杨人工林土壤水分时空特征的短期影响

摘要

【目的】探究不同间伐强度与水分梯度调控下毛白杨人工林土壤水分时空响应特征及其调节机制，阐明经营干预对人工林水分利用与保持能力的影响，以期为华北平原地区人工林水分精准调控、抚育措施优化及森林质量持续提升提供科学依据。【方法】以8年生三倍体毛白杨S86人工林为研究对象，设置两种间伐强度（隔行间伐，间伐50%,T50；隔行隔株间伐，间伐75%,T75），在T75试验区设置充分灌溉（T75W20）和不灌溉（T75）2个试验处理，在T50试验区设置充分灌溉（T50W20）、亏缺灌溉（T50W45）和不灌溉（T50）3个试验处理。通过生长季定位监测土壤体积含水率（SVWC）和生长季末烘干法测定计算土壤600 cm剖面内的储水量，从而探究不同处理下土壤水分时空特征及土壤干层现象。【结果】（1）毛白杨人工林土壤水分呈现明显的垂直分布和时间动态特征：表层（0～30 cm深）SVWC随月份波动变化，7月最低，而8月最高；同时随土层深度增加呈阶梯式上升趋势；中层（30～100 cm深）土壤水分波动显著；深层（100～600 cm深）则保持相对稳定。（2）间伐强度能够显著调控根区（距树25 cm）水分分布格局，其中间伐75%可改变根区土壤水分的二维空间分布；而间伐50%主要增加中层（30～100 cm）土壤水分，在部分季节根区含水率相对偏低。（3）灌溉处理能够显著提升表层（0～30 cm深）土壤水分状况，其中根区T50W20处理较T50平均提高28.78%，而T50W45处理下10～70 cm根区土壤体积含水率相对较低；在不灌溉T50下，深层土壤（100～600 cm深）呈现非根区（距树100 cm）含水率偏高的分布特征。（4）2022—2023年，各土层储水量普遍下降，但间伐强度增加可显著提升土壤储水量，其中100～200 cm土层的增幅最大，T75处理的土壤储水量相比T50处理增幅达53.00%。T75W20处理能有效改善多个土层的水分状况，特别是对500～600 cm土层的储水恢复效果明显。（5）土壤干层主要分布于0～300 cm，间伐50%下干层厚度可达300 cm，而间伐75%将其减至200 cm；间伐在缓解干层方面作用明显，但灌溉未能消除0～200 cm干层现象。【结论】毛白杨人工林土壤水分动态具有显著的时空异质性特征，间伐和灌溉措施能够有效调控不同土层的垂直水分分布格局，其中适当提高间伐强度可有效改善土壤干层的发育。研究结果为基于水分约束的人工林精准抚育提供了定量依据，对构建因地制宜的间伐-水分协同调控模式、提升人工林生态稳定性与经营可持续性具有重要参考价值。

关键词

间伐强度 / 水分管理 / 毛白杨 / 土壤水分动态 / 土壤干层 / 森林培育 / 森林质量精准提升

基金资助

国家重点研发计划(2024YFD2201004、2021YFD2201203)