CN113447638B - 一种土层结构对比分析方法及其再造方法 - Google Patents
一种土层结构对比分析方法及其再造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明“一种土层结构对比分析方法及其再造方法”属于林业土壤土层结构分析及再造技术领域。所述一种土层结构对比分析方法包括：(1)测定目标区域的土层结构Z；(2)根据目标树种，寻找与所述目标区域气候带相同、地理位置相近且生长有目标树种的原始林或天然次生林；(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种天然更新的幼树附近位置的土层结构N；(4)比较土层结构Z与土层结构N之间的差异。本发明通过较为简单的技术手段，实现在最低限度的人为介入下充分利用林木与土壤之间的生态相互作用，发挥植物本身生长对环境及土地的正面效应以及土地对植物的正面反馈，用最短的时间使树木与土壤均实现可自然维持的生态平衡。
Description
技术领域
本发明属于林业土壤土层结构分析及再造技术领域，具体涉及一种土层结构对比分析方法及其再造方法。
背景技术
“林业土壤”为供林业利用的土壤，泛指有林木参加物质和能量转化的地壳最表层。相对土壤而言，林业土壤的概念主要基于土壤在利用上的特点，用以指天然林、次生林和人工林下的土壤以及宜林的荒山、荒地等。林业土壤既包括近现代森林影响下发育的森林土壤，也包括少部分农业土壤和草原土壤，还包括一些农业上称为非土壤的岩屑、矿渣、泥炭、滩涂等。
植物和土壤二者互为环境因子。林地土壤在生态系统中水分平衡、凋落物分解和营养物质循环中扮演着重要的角色，土壤理化性质直接影响树木的生长，土壤被认为是群落植物功能性状的主导者；同时，植物群落的演替过程也是植物、气候和土壤相互影响、相互作用的过程，随着经营措施的实施，植物组成和覆盖以及凋落物的性质和量均会发生改变，诸多生态过程的变化会对土壤生态系统造成一定影响。搞清林业土壤的性态、类型，因地制宜地选好造林、更新树种和营林措施，是林业生产的基础工作之一。
“顶极土壤”，是指在一定生物气候区，按其发育序列已达高度发育阶段的土壤。在一定的生物气候、地形和其他成土因素的作用下，土壤经发育形成不同土壤类型的演替过程到达终端，形成髙度发育阶段的土壤，即顶极土壤。顶极土壤的剖面性状、理化性质及其相应的植被群落与生物气候条件完全适应，达到稳定的平衡状态。一般来说，一定生物气候区域都有与之对应的顶极土壤。天然林和经过较长期天然更新的人工次生林具备自然界中群落最稳定、生态功能最完备、生物多样性最丰富的陆地生态系统，其土壤最为符合“森林顶级土壤”的定义。
具体而言，顶级林地土壤的形成与森林地区湿润的气候和大量的森林凋落物(林木的枯枝落叶)、根系脱落物关系密切。比如，温带湿润地区、暖温带和亚热带的山地垂直带中，在天然林的森林植被下由此形成的(森林顶级土壤)剖面通常具备以下特征：(1)有一个较厚的死地被物层，可见白色菌丝体；(2)有一个腐殖质含量明显地高于底层的表层(A1层)，为暗棕黑色，腐殖质含量高，团粒结构或团块状结构，动物活动明显；底层(B层)呈棕色，核状或核块状结构；C层为风化的母质层。
现有植树造林项目中，在缺乏死地被物层和腐殖质层积累的贫瘠土壤上进行植树造林，幼树生态条件脆弱，成活率偏低，同时存在较严重的水土流失现象，不利于当地的生态恢复和快速成林。
同时，现有土壤改良技术主要基于农业应用场景，为使植物生长达到最佳或者环境生态恢复平衡，通常以成分调节为主，通过调节或改变土壤中的一些成分含量以达到改良土壤适于种植的目的。这些方法适合周期补充因生长季大量消耗营养成分，作物种类单一的农业，但并不适合较长的生长周期、生物多样性要求较高的林业场景。如何建立一种促进自然生态循环，兼顾植物生长和森林生态需要的林地土壤分析和林地土壤改良实施方法，对于强调“绿水青山就是金山银山”，以生态性和生产性综合效益的现代林业具有现实的意义和价值。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，同时为了满足林业相关需求，本发明提供一种土层结构对比分析方法及其再造方法，可针对任一目标区域尤其是裸地或无林地的土层结构进行对比分析以达到促进目标树种快速成林的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种土层结构对比分析方法，其特征在于，包括：
(1)测定目标区域的土层结构Z；
(2)根据目标树种，寻找与所述目标区域气候带相同、地理位置相近且生长有目标树种的原始林或天然次生林；
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种天然更新的幼树附近位置的土层结构N；
(4)比较土层结构Z与土层结构N之间的差异。
所述土层结构包括土层剖面结构；所述测定包括测定土层剖面结构的厚度；
优选地，步骤(2)中，所述“地理位置相近”包括：原始林或天然次生林与目标区域的纬度差≤0.5度，经度差≤2度，海拔差≤500米；
优选地，所述“地理位置相近”还包括：如目标区域为存在气候垂直分布的山林地区，所述原始林或天然次生林与目标区域应处于同一山脉的相同一侧，且坡向相同；
优选地，步骤(3)中，幼树附近位置指距离幼树1-1.5m的位置；
更优选地，所述目标树种天然更新的幼树指林窗地上天然更新的目标树种的幼树。
所述比较土层结构Z与土层结构N之间的差异包括：分别比较土层结构Z与土层结构N的各层土壤因子之间的差值；
所述土壤因子包括：死地被物层的厚度和腐殖质层的厚度；
优选地，所述土壤因子还包括死地被物层的最大持水率、全氮含量和有机碳含量；
腐殖质层的最大持水率、全氮含量、有机碳含量和酸碱度。
所述目标树种包括先锋树种，和/或，顶级演替树种；
优选地，所述先锋树种选自由榆树、臭椿、杨树、柳树、白桦、枫树、油松组成的组；所述顶级演替树种选自由栎树、鹅耳枥、椴树、灯台树、白蜡树、银杏、杜仲组成的组；
优选地，所述目标区域选自：由裸地、无林地、林龄较低的次生林地组成的组。
所述土层结构可通过下述步骤中的一个或多个测定：
A.人工挖掘目标区域、原始林或天然次生林的土层并测量其土壤垂直剖面；
B.观察并测量目标区域、原始林或天然次生林的自然形成的土壤垂直剖面；
C.对目标区域、原始林或天然次生林的土壤钻孔取样；
优选地，步骤A中，原始林或天然次生林的人工挖掘选址以距离目标树种的幼树1m-1.5m，土壤构成连续，位置地表海拔和幼树所在海拔高度一致为佳；
更优选地，步骤A和B中，所述土壤垂直剖面的宽度不低于50cm，深度不低于100cm或达土壤母质层。
优选地，步骤C中，取样深度不低于1.5m。
所述的一种土层结构对比分析方法在生态环境评估、植树造林、生态修复和林地改造方面的应用。
一种土层结构再造方法，其特征在于，根据确定的目标树种以及所述的一种土层结构对比分析方法得到的目标区域土层结构Z与原始林或天然次生林土层结构N之间的差值对目标区域土层结构Z进行重建再造。
根据土层结构Z的各土壤因子与土层结构N的各对应的土壤因子之间的差值调整土层结构Z的各土壤因子；
优选地，调整土层结构Z的各土壤因子包括：将死地被物层的厚度调整为>1cm，将腐殖质层的厚度调整为>5cm，
优选地，调整土层结构Z的各土壤因子还包括：将死地被物层的有机碳含量、碳氮比分别调整为：有机碳含量>50％，碳氮比>50；将腐殖质层的酸碱度、全氮含量、碳氮比分别调整为：pH值为5.5-6.5，全氮含量>3％，碳氮比<30；
所述目标树种为先锋树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至5-10cm，死地被物层厚度调整至3-7cm，优选5cm；所述目标树种为顶级演替树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至10-25cm，死地被物层厚度调整至7-12cm，优选10cm。
调整死地被物层采用的原料选自由枯枝落叶、树皮、木屑、秸秆组成的组；
优选地，所述枯枝落叶、树皮、木屑、秸秆来自所述原始林或天然次生林；
调整腐殖质层采用的原料选自沼渣、豆渣、土壤组成的组；
优选地，所述土壤为所述原始林或天然次生林的土壤。
本发明的原理及术语
本发明从近自然森林理念出发，以提高目标区域生物多样性和生态代谢水平为重点考虑方向，提出一种通过对目标区域土壤和目标所在地区的森林顶级土壤的结构对比分析的方法。
本发明的土壤结构对比分析，主要是指对目标区域土壤和目标所在地区森林顶级土壤，通过土壤垂直剖面或土壤钻孔的方式，获得土壤层次数据，并进行逐对比其物理、化学和生物差异，以确认目标区域土壤的改造需求和改造目标。
在此基础上，本发明提出一种通过土壤表层(死地被物层和腐殖质层)再造为核心的土壤结构再造方法，可提升林地土壤生态活性，激活和促进森林自然演替进程。
本发明开辟了面向林业的全新技术领域，并开发了一种可切实有效地应用于实际林地工作中的土层结构对比分析及再造方法。
通过本发明的方法重建再造土层结构，就是根据对目标所在地区处于顶级演替阶段的森林的土壤研究，以处于顶级演替阶段的森林土壤的结构、组分数据作为目标区域的土壤改造指标，在目标区域的局部进行土壤改造，从而使其土壤结构、组分接近目标所在地区处于顶级演替阶段的森林的土壤实际结构、组分。
本发明所述土壤结构重建的重点为目标区域的死地被物层和腐殖质层。重建腐殖质层、重建死地被物层的顺序本发明并无要求，实践工程中根据其空间位置，先下后上，上层覆盖下层是一个自然的、经济的实施方式。
在一定地段上，一个森林群落被另一个森林群落所代替的现象。常明显地表现在优势树种(或建群种)的更替上。也叫做森林演替。先锋树种是指那些常在裸地或无林地上天然更新、自然生长成林的树种，一般为更新能力强，竞争适应性强、耐干旱瘠薄的阳性树种，如榆树、臭椿、杨树、柳树、白桦等，这些树种生活史短，但繁殖速度快，以便最大限度地适应新环境和占有空缺生态位；但这些树种由于不耐蔽荫，往往在成林后逐渐被其他树种替代。
顶极演替树种体积较大、生活史较长并且长寿。在森林顶极群落中，树木的实生苗都具有在阴暗的环境中进行缓慢而正常生长的能力。
在自然过程中，裸地或无林地上(如成林一般是先由先锋树种(如：榆树、枫树等)成林，达到一定条件后顶级演替树种(如椴树、栎树等)会混交滋生于先锋树种之中，这个过程叫森林的自然演替过程。
采用本发明提供的“土层结构对比分析及其再造方法”在对近自然造林工程和近自然森林改造工程中，通过对拟造林区域土壤和同目标林分相同的顶级演替状态乡土林地(也称“顶级状态”)的土壤进行对比，改造拟造林或森林改造区域(以下也称“目标区域”)局部土壤，通过人工重建目标区域局部土层使其接近顶级状态的土壤，可有效提升土壤生物多样性，从而加速目标区域森林自然演替进程。该方法主要适用于土壤表层缺失的植树造林区域和腐殖质代谢水平较低的低林龄近自然森林改造区域，通过改善土壤条件的方式使其适于对应目标树种的生长，并调节森林生态。
本发明旨在对林业土壤层次的深入研究，从而指导森林土壤结构改善。一般地，死地被物层主要提供水土保持和营养物质缓释转换储备，腐殖质层提供微生物、土壤动物生态环境并提供植物早期成长有机营养。树木的健康发育依赖土壤代谢平衡的合理水平，以该物种为主要建群树种的顶级演替状态土壤结构为指标。造林、森林改造的目标工程区域可通过本发明的分析方法确定目标树种是否可以理想成林，如差异较大，则可通过该分析方法确定改造目标，并通过本发明的改造方法，改善目标区域的土壤结构，以促进其自然演替进程。
本发明的最大的创新和贡献在于，为土地改造为林地以及近自然度低的林地改造开辟了一个全新的技术领域，通过模仿自然再造土层的实用的技术措施，改善土壤结构，综合地改善微生物群落和土壤动物生态水平、增加林业土壤有机碳库及促进养分循环。
本发明中的土层结构再造实施方法可就地取材，充分利用本地有机碳材料，可提高森林有机碳循环，对区域环境保护乃至大气碳循环均具有较为积极的生态意义。
本发明通过前期积累的大量实地对比数据发现，土层结构中死地被物层和腐殖质层对树木早期生长建群、形成森林生态影响较大。通过重建当地土层生态，可提高土壤生物多样性和腐殖质代谢水平，加速成林过程和森林生态循环。在土壤表层缺失或贫瘠的情况下，传统的植树造林方法因未进行土壤层级再造，导致早期生态循环建立困难，从而造成成林效果差，往往需要人工反复补种乃至补土等后期人工干预措施，难以使造林区域实现生态平衡，从而达到恢复生态的目的。相比之下，通过本发明的分析和土层结构再造方法，可以通过较为简单的技术手段，实现在最低限度的人为介入下充分利用林木与土壤之间的生态相互作用，发挥植物本身生长对环境及土地的正面效应以及土地对植物的正面反馈，用最短的时间使树木与土壤均实现可自然维持的生态平衡。这对于我国乃至全球的土地改造、植树造林、环境保护、生态平衡而言，均具有重大意义。
附图说明
图1为实验例1的目标区域的土层结构Z1(土壤剖面，人工剖面)的现场照片。
图2为实验例1中反映目标区域和理想林地两点相对位置的地图照片。
图3为实验例1中理想林地的现场植被环境照片，其中生长有大量目标树种(锐齿栎)的幼树，该理想林地为锐齿栎天然次生林。
图4为实验例1中目标树种锐齿栎的天然栎树次生林中，幼树所在位置的理想林地土层结构N1(天然剖面/人工剖面/钻孔)的现场照片；其中a为土层结构N1土壤剖面全景；b为土层结构N1的死地被物层O层和腐殖质层A1层的现场照片；c为目标区域的土层结构Z1的死地被物层O层和腐殖质层A1层的现场照片。
图5为实验例2中生长有目标树种：辽东栎的目标区域土层结构Z2和理想林地土层结构N2的土壤剖面比较的现场照片；其中，a为目标区域的现场植被环境照片，b为理想林地的现场植被环境照片，c为目标区域的土层结构Z2的土层剖面的现场照片，d为理想林地的土层结构N2的土层剖面的现场照片，e为目标区域的土层结构Z2的O层和A1层，f为理想林地的土层结构N2的O层和A1层。
图6为实验例3中生长有目标树种油松、锐齿栎的目标区域土层结构Z3和理想林地土层结构N3的土壤剖面比较的现场照片；其中，a为目标区域的现场植被环境照片，b为理想林地的现场植被环境照片，c为目标区域的土层结构Z3的土层剖面的现场照片，d为理想林地的土层结构N3的土层剖面的现场照片，e为目标区域的土层结构Z3的O层和A1层，f为理想林地的土层结构N3的O层和A1层。
图7为实验例4中生长有目标树种华山松、锐齿栎的目标区域土层结构Z4和理想林地土层结构N4的土壤剖面比较的现场照片；其中，a为目标区域的现场植被环境照片，b为理想林地的现场植被环境照片，c为目标区域的土层结构Z4的土层剖面的现场照片，d为理想林地的土层结构N4的土层剖面的现场照片，e为目标区域的土层结构Z4的O层和A1层，f为理想林地的土层结构N4的O层和A1层。
图8为实验例11的目标区域土层结构Z11的土层剖面(人工剖面)的现场照片。
图9为实验例6、11、12的目标区域Z6、Z11、Z12和理想林地N6、N11、N12两点相对位置的地图照片。
图10为实验例11的理想林地的土层结构N11上生长的天然次生油松林的植被环境现场照片。
图11为实验例11中生长有目标树种油松的目标区域土层结构Z11和理想林地土层结构N11的土壤剖面比较的现场照片；其中，a为理想林地的土层结构N11的土层剖面的现场照片，b为理想林地的土层结构N11的O层和A1层，c为目标区域的土层结构Z11的O层和A1层。
图12为实验例11对目标区域土层结构再造过程中进行油松播种育苗实验的现场照片图。
图13为实验例12的目标区域土层结构Z12的土层剖面(人工剖面)的现场照片。
图14为实验例12的理想林地的土层结构N12上生长的天然次生侧柏林的植被环境现场照片。
图15为实验例12中生长有目标树种侧柏的目标区域土层结构Z12和理想林地土层结构N12的土壤剖面比较的现场照片；其中，a为理想林地的土层结构N12的土层剖面的现场照片，b为理想林地的土层结构N12的O层和A1层，c为目标区域的土层结构Z12的O层和A1层。
图16为实验例12的再造过程的步骤分解照片，其中a为完成A1层再造后的现场照片，b为完成A1层和O层再造后的现场照片；c为实验例12目标区域及土层结构再造作业区域的卫星地图。
具体实施方式
下面结合具体实施例与附图对本发明的内容进一步详细描述，但并不以此限制本发明的保护范围。
第1组实施例、本发明的土层结构对比分析方法
本组实施例提供一种土层结构对比分析方法。本组所有的实施例都具备如下共同特征：所述土层结构对比分析方法包括：
(1)测定目标区域的土层结构Z；
(2)根据目标树种，寻找与所述目标区域气候带相同、地理位置相近且生长有目标树种的原始林或天然次生林(理想林地)；
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种天然更新的幼树附近位置的土层结构N；
(4)比较土层结构Z与土层结构N之间的差异。
需要说明的是，发明人的实地工作主要集中在华北和部分西北地区，以及以暖温带气候为主的地带，因此罗列的上述目标树种也以这些地区的树种为主，但本发明的土层结构对比分析方法及土层结构再造方法不局限于华北、西北及温带地区，目标树种也不局限于本文例举的具体树种，具体的土层结构对比分析方法和再造方法主要和土壤类型关系较大，而土壤类型主要和气候、水条件和植被相关，原则上目标树种可选择任意树种，且树种的选择并不影响本发明土层结构对比分析方法和再造方法的实施及预期目标的实现。只要采用了具备本发明所声明的上述步骤特征的方法均落入本发明的保护范围。
在具体的实施例中，所述土层结构包括土层剖面结构；所述测定包括测定土层剖面结构的厚度；
优选地，步骤(2)中，所述“地理位置相近”指：
(1)原始林或天然次生林与目标区域的纬度差≤0.5度，经度差≤2度，海拔差≤500米；或，
(2)所选原始林或天然次生林与目标区域应处于同一山脉的相同一侧，且坡向相同，且为存在气候垂直分布的地区。
优选地，步骤(3)中，幼树附近位置指距离幼树1-1.5m的位置；幼树附近位置优选林窗地；
通过目测判断，优选寻找选择与幼树下方土壤结构连续的位置(理想位置)，下述三种情况的任一种情况被认为不属于与幼树下方土壤结构连续的位置(理想位置)，应当排除：a.幼树所在位置下方土壤与目标位置下方土壤中间有径流、b.幼树所在位置下方土壤与目标位置分处母质岩石两侧、c.幼树所在位置下方土壤与目标位置高度差较大。
在原始林或天然次生林中优先选取林窗地寻找目标树种天然更新的幼树；
关于林窗地，林窗地就是森林中自然产生的无郁闭的区域，如附近的大树自然死亡，林场择伐等空出的土地等。林窗地是林中空地的一种。
林中空地的含义如下：广义上的林中空地泛指森林中间及周边的无林地，包括树林周围的空地、两片树林之间的空地和树林内的空地，即林边空地、林间空地；狭义上的林中空地，包括人工造林等方式将原先的无林地改造成有林地的树林中的空地。在实际造林工作中，林窗地上完全有可能存在天然更新的目标树种的幼树。在符合条件的天然林中，如果能在林窗地找到有天然更新的目标幼树，则该地区域为土壤结构采样的首选。
在一些实施例中，所述比较土层结构Z与土层结构N之间的差异包括：分别比较土层结构Z与土层结构N的各层土壤因子之间的差值；
所述土壤因子包括：死地被物层的厚度和腐殖质层的厚度；
在优选的实施例中，所述土壤因子还包括死地被物层(本发明中也称O层)的最大持水率、全氮含量和有机碳含量；
腐殖质层(本发明中也称A1层)的最大持水率、全氮含量、有机碳含量和酸碱度。
在另一些实施例中，所述“目标树种”包括先锋树种和顶级演替树种；
优选地，所述先锋树种包括榆树、臭椿、杨树、柳树、白桦、枫树、油松等；所述顶级演替树种包括栎树、鹅耳枥、椴树、灯台树、白蜡树、银杏、杜仲等；
优选地，所述目标区域选自：由裸地、无林地、林龄较低的次生林地组成的组。
本文中的“目标树种”，基于其生长速度，自然寿命等特征的明显区别，对应森林天天然更新过程中不同演替阶段的建群树种，可分为先锋树种和顶级演替树种；顶级演替树种中的栎树可和鹅耳枥混交种植。
在进一步的实施例中，所述土层结构可通过下述步骤中的一个或多个测定：
A.人工挖掘目标区域、原始林或天然次生林的土层并测量其土壤垂直剖面；
B.观察并测量目标区域、原始林或天然次生林的自然形成的土壤垂直剖面；
C.对目标区域、原始林或天然次生林的土壤钻孔取样；
优选地，步骤A中，原始林或天然次生林的人工挖掘选址以距离目标树种的幼树1m-1.5m，土壤构成连续，位置地表海拔和幼树所在海拔高度一致为佳；
更优选地，步骤A和B中，所述土壤垂直剖面的宽度不低于50cm，深度不低于100cm或达土壤母质层。
优选地，步骤C中，取样深度不低于1.5m。
在具体的操作中，应使用取土装置实现土壤无扰动取样，取样点不低于3处，并对所得结果取平均值。土壤无扰动取样为本领域常规操作方法，具体可采用本领域常见的无扰动土壤原状取样钻机、单人手持式取土钻机等设备进行。
第2组实施例、本发明的土层结构对比分析方法的应用
本组实施例提供第1组实施例任一项所提供的土层结构对比分析方法在生态环境评估、植树造林、生态修复和林地改造方面的应用。
本发明提供的土层结构对比分析方法应用范围广泛，在经本发明所述的土层结构对比分析方法得出目标区域的土层结构Z、以及，与目标区域的纬度差≤0.5度、经度差≤2度、海拔≤500米、坡向相同的原始林或天然次生林的土层结构N后，可以将土层结构Z和土层结构N的对比数据用在土壤评估、生态环境评估、植树造林、生态修复和林地改造等方面。
第3组实施例、本发明的土层结构再造方法
本组实施例提供一种土层结构再造方法。在本组所有的实施例中，所述土层结构再造方法都具备如下共同特征：根据第1组实施例任一项所提供的一种土层结构对比分析方法得到的目标区域土层结构Z与原始林或天然次生林土层结构N之间的差值对目标区域土层结构Z进行重建再造。
需要说明的是，发明人的实地工作主要集中在华北和部分西北地区，以及以暖温带气候为主的地带，因此罗列的上述目标树种也以这些地区的树种为主，但本发明的土层结构对比分析方法及土层结构再造方法不局限于华北、西北及温带地区，目标树种也不局限于本文例举的具体树种，具体的土层结构对比分析方法和再造方法主要和土壤类型关系较大，而土壤类型主要和气候、水条件和植被相关，原则上目标树种可选择任意树种，且树种的选择并不影响本发明土层结构对比分析方法和再造方法的实施及预期目标的实现。只要采用了具备本发明所声明的上述步骤特征的方法均落入本发明的保护范围。
在具体的实施例中，根据土层结构Z的各土壤因子与土层结构N的各对应的土壤因子之间的差值调整土层结构Z的各土壤因子；
优选地，调整土层结构Z的各土壤因子包括：将死地被物层的厚度调整为>1cm，将腐殖质层的厚度调整为>5cm，
优选地，调整土层结构Z的各土壤因子还包括：将死地被物层的有机碳含量、碳氮比分别调整为：有机碳含量>50％，碳氮比>50；将腐殖质层的酸碱度、全氮含量、碳氮比分别调整为：pH值为5.5-6.5，全氮含量>3％，C/N<30；
更优选地，所述目标树种为先锋树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至5-10cm，死地被物层厚度调整至5cm左右；所述目标树种为顶级演替树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至10-25cm，死地被物层厚度调整至10cm左右。
在一些优选的实施例中，土壤再造原料尽量使用本地材料配置。例如，O层可选用本地枯枝落叶、树皮、木屑、秸秆等，A1层可选择充分腐熟的沼渣、豆渣等为腐殖质组分混以本地土壤。
如选择未充分腐熟的腐殖质材料作为A1层重建原料时，种子周围或移植的幼苗根部应包裹土球(成分为移苗原始土壤外部填充本地表层土壤)，土球直径应不小于A1层厚度。
下述实验例为基于本发明所述的方法对土壤结构进行对比分析的实施例。
实验例1.目标树种：栎树(锐齿栎)
(1)测定目标区域的土层结构Z1；(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①目标区域的坐标：N 34°16′，E106°56′
②目标区域的土层结构Z1的土壤剖面现场照片如图1所示。
③目标区域的土层结构Z1数据如表1所示(如为钻孔数据则包含3点以上数据和平均值)。
(2)根据目标树种，寻找理想林地
①地图：理想林地与目标区域二者的相对位置如图2所示。
②照片：理想林地植被环景图。
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种的幼树所在位置的土层结构N1(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①坐标：N 34°16′，E106°56′
②理想林地的土层结构N1的土壤剖面现场照片如图1所示。
③层次结构数据：N死地被物层(O层)为厚度4cm，过1cm筛质量比22.8％，有机碳含量50.3％，全氮含量10.8g/kg；
腐殖质层(A1层)厚度16cm，有机碳含量8.7％，全氮含量3.8g/kg，pH值6.7。
(4)土层结构差异比较(见表1)
表1
本发明表1-表3中的“土壤类群丰富度”一列填写的数据采用的本领域通用的多度分级标准，具体说明如下：
1.首先根据工具书《德国林业立地调查取样1980年第四版》(ForstlicheStandortsaufnahme Vierte Auflage 1980)第110页载明的多度分类标准对“土壤微生物多度”和“土壤(中小)动物多度”进行统计，二者均为距单株根茎30cm以内，做20cm(宽)X30cm(深)土壤剖面采样的统计结果，其中
a.“土壤微生物多度”主要基于A层真菌类菌丝多度，即土壤剖面上真菌菌丝分布面积占土壤剖面面积的比例；
b.“土壤(中小)动物多度”主要基于A层指土壤或地表凋落物中生活的体宽2mm以下的无脊椎土壤动物及其活动痕迹，即土壤剖面上无脊椎土壤动物及其活动痕迹所涉面积占土壤剖面面积的比例。
2.基于上述多度分类标准，分级对应关系为：
a.调查取样中的1％、2％为“很少”；
b.调查取样中的3％、5％为“较少”；
c.调查取样中的7％、10％为“较多”；
d.调查取样中10％以上的情形为“很多”。
3.本发明表1-表3所述“土壤类群丰富度”各指标含义如下：
“少”特指“土壤微生物多度”为“较少”，“土壤(中小)动物多度”为“很少”的情形；
“多”特指“土壤微生物多度”为“很多”，“土壤(中小)动物多度”为“较多”的情形；
“较多”指“土壤微生物多度”和“土壤(中小)动物多度”均为较多的情形；
“较少”指“土壤微生物多度”和“土壤(中小)动物多度”均为较少的情形；
“很多”指“土壤微生物多度”和“土壤(中小)动物多度”均为很多的情形；
“很少”指“土壤微生物多度”和“土壤(中小)动物多度”均为很少的情形。
本发明旨在对林业土壤层次的深入研究，从而指导森林土壤结构改善。一般地，死地被物层(O层)主要提供水土保持和营养物质缓释转换储备，腐殖质层(A1层)提供微生物、土壤动物生态环境并提供植物早期成长有机营养。树木的健康发育依赖土壤代谢平衡的合理水平，以该物种为主要建群树种锐齿栎的顶级演替状态土壤结构为指标(见表1)。造林、森林改造的目标工程区域可通过本发明的分析方法确定目标树种是否可以理想成林，如差异不大，则不建议进行土层结构再造。
(5)土层结构再造意见和建议
目标区域的土层结构是否需要再造：否。
实验例2、目标树种：辽东栎
土层结构对比分析过程的各步骤如实验例1所述。生长有目标树种辽东栎的目标区域与理想林地的对比图如图5所示。
目标区域土层结构Z2与理想林地土层结构N2的对比分析数据及土层结构再造建议如表2所示。
实验例3、目标树种：油松、锐齿栎
土层结构对比分析过程的各步骤如实验例1所述。生长有目标树种辽东栎的目标区域与理想林地的对比图如图6所示。
目标区域土层结构Z3与理想林地土层结构N3的对比分析数据及土层结构再造建议如表2所示。
实验例4、目标树种：华山松、锐齿栎
土层结构对比分析过程的各步骤如实验例1所述。生长有目标树种辽东栎的目标区域与理想林地的对比图如图6所示。
目标区域土层结构Z4与理想林地土层结构N4的对比分析数据及土层结构再造建议如表2所示。
实验例5-10的土层结构对比分析过程步骤均可参考实验例1，出于节约篇幅的考虑，实验例5-10的目标区域和理想林地的土层结构现场照片均省略，各实验例的土层结构对比分析数据及土层结构再造建议见下表2。
表2
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实验例11、目标树种油松所在目标区域的土层结构再造实验
本实验例为基于本发明所述的方法对土壤结构进行对比分析后，进行土壤再造的实验例。
目标树种为：油松
(1)测定目标区域的土层结构Z11；(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①坐标：N40°43′E116°24′；
②目标区域的土层结构Z11的现场照片如图8所示。
③层次结构数据(如为钻孔数据则包含3点以上数据和平均值)
死地被物层(O层)厚度10cm，过1cm筛质量比10％，有机碳含量25％，全氮含量1.4g/kg；
腐殖质层(A1层)的厚度为1cm，有机碳含量4.6％，全氮含量0.6g/kg，pH 7.7。
(2)根据目标树种，寻找理想林地
①目标区域与理想林地二者的相对位置如图9所示。
②理想林地植被环境的现场照片如图10所示。
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种的幼树所在位置的土层结构N11(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①坐标：N40°43′E116°24；
②目标区域土层结构Z11与理想林地土层结构N11的死地被物层(O层)和腐殖质层(A1层)的现场对比如图11所示。
③层次结构数据
死地被物层(O层)厚度9cm，过1cm筛质量比15％，有机碳含量21％，全氮含量3.5g/kg；腐殖质层(A1层)厚度17cm，有机碳含量10.2％，全氮含量3.4g/kg，pH 6.8。
④土层结构再造规划
O层：厚度、材质：死地被物层(O层)厚度10cm，过1cm筛质量比35％，有机碳含量30％，全氮含量4.5g/kg；
A1层：厚度、配方：土层结构再造A1层(腐殖质层)配方：林地施用肥；
厚度25cm，有机碳含量11.1％，全氮含量4.4g/kg，pH 6.5。
(4)再造方法(播种育苗/幼苗移栽)
栽植坑为直径为50cm,深度为50cm。栽植坑挖掘时，腐殖质层、表层土、生土分别放置。放苗前，先填回表层土和腐殖质、再回填生土，然后填入改造土层结构的腐殖质层土。围绕苗木的地径轻轻压实土壤。最后填入改造土层结构的死地被物层物质。栽植后，需浇透定根水。育苗现场照片如图12所示。
(5)实施后跟踪数据
实施后跟踪数据包括苗木生长情况统计和土壤内生态表现的统计，包括样地苗木30日苗高和90日苗高及土壤类群丰富度的统计，如表3所示。
不同土层结构对油松苗木生长状态的影响显著(表3)。在目标区域Z11的土层结构下，30日苗高和90日苗高分别为1.3-1.9cm和3.5-5.5cm；在天然次生油松林中N11的土层结构下，30日苗高和90日苗高分别为2.2-2.9cm和6.5-8.8cm；在土层结构再造A11的条件下，30日苗高和90日苗高与在天然次生油松林中N11的土层结构下的很接近，分别为1.8-2.5cm和6.9-8.7cm。
不同土层结构对地下土壤内生物的多样性状态影响显著(表3)。在目标区域Z11的土层结构下，土壤类群丰富度很少；在天然次生油松林中N11的土层结构下，土壤类群丰富度很多；在土层结构再造A11的条件下，土壤类群丰富度较多。
实验例12、目标树种侧柏所在目标区域的土层结构再造实验
本实验例为基于本发明所述的方法对土壤结构进行对比分析后，进行土壤再造的实验例。
目标树种为：侧柏
(1)测定目标区域的土层结构Z12；(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①坐标：N40°49′E115°53′；
②目标区域的土层结构Z12的现场照片如图13所示。
③层次结构数据(如为钻孔数据则包含3点以上数据和平均值)
死地被物层(O层)厚度3cm，过1cm筛质量比21％，有机碳含量20％，全氮含量3.1g/kg；
腐殖质层(A1层)的厚度为3cm，有机碳含量6.7％，全氮含量0.7g/kg，pH 7.8。
(2)实际寻找的理想林地
①地图：两点相对位置
目标区域与理想林地二者的相对位置如图9所示。
②照片：理想林地植被环景图如图14所示。
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种的幼树所在位置的土层结构N11(天然剖面/人工剖面/钻孔)
①坐标：N40°49′E115°53′；
②目标区域土层结构Z12与理想林地土层结构N12的死地被物层(O层)和腐殖质层(A1层)的现场对比如图15所示。
③层次结构数据
理想的侧柏天然次生林的死地被物层(O层)厚度5cm,过1cm筛质量比20％,有机碳含量17％,全氮含量3.0g/kg；腐殖质层(A1层)厚度9cm，有机碳含量9.9％，全氮含量2.8g/kg，pH 6.7。
④土层结构再造规划
O层：厚度、材质：死地被物层(O层)厚度5cm，过1cm筛质量比50％,有机碳含量30％，全氮含量4.5g/kg；
A1层：厚度、配方：土层结构再造A1层(腐殖质层)配方：林地施用肥；
厚度10cm，有机碳含量10.4％，全氮含量3g/kg，pH 6.0。
(4)再造方法(播种育苗/幼苗移栽)
栽植坑为直径为50cm，深度为50cm。栽植坑挖掘时，腐殖质层、表层土、生土分别放置。放苗前，先填回表层土和腐殖质、再回填生土，然后填入改造土层结构的腐殖质层土。围绕苗木的地径轻轻压实土壤。最后填入改造土层结构的死地被物层物质。栽植后，需浇透定根水。育苗现场照片如图16所示。
(5)实施后跟踪数据
实施后跟踪数据包括苗木生长情况统计和土壤内生态表现的统计，包括样地苗木30日苗高和90日苗高及土壤类群丰富度的统计，如表3所示。
不同土层结构对侧柏苗木生长状态的影响显著(表3)。在目标区域Z12的土层结构下，30日苗高和90日苗高分别为1.0-1.4cm和2.7-4.1cm；在天然次生侧柏林中N12的土层结构下，30日苗高和90日苗高分别为1.5-2.1cm和4.2-5.9cm；在实施土层结构再造A12的条件下，30日苗高和90日苗高与在天然次生侧柏林中N11的土层结构下的很接近，分别为1.3-1.8cm和4.0-6.3cm。
不同土层结构对地下土壤内生物的多样性状态影响显著(表3)。在目标区域Z12的土层结构下，土壤类群丰富度较少；在天然次生油松林中N12的土层结构下，土壤类群丰富度很多；在实施土层结构再造A12的条件下，土壤类群丰富度较多。
表3
/>
Claims (2)
1.一种土层结构再造方法，其特征在于，根据确定的目标树种以及土层结构对比分析方法得到的目标区域土层结构Z与原始林或天然次生林土层结构N之间的差值对目标区域土层结构Z进行重建再造；
根据土层结构Z的各土壤因子与土层结构N的各对应的土壤因子之间的差值调整土层结构Z的各土壤因子；调整土层结构Z的各土壤因子包括：将死地被物层的厚度调整为>1cm，将腐殖质层的厚度调整为>5cm；将死地被物层的有机碳含量、碳氮比分别调整为：有机碳含量>50％，碳氮比>50；将腐殖质层的酸碱度、全氮含量、碳氮比分别调整为：pH值为5.5-6.5，全氮含量>3％，碳氮比<30；
所述目标树种为先锋树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至5-10cm，死地被物层厚度调整至3-7cm；所述目标树种为顶级演替树种时，将土层结构Z的腐殖质层厚度调整至10-25cm，死地被物层厚度调整至7-12cm；
调整死地被物层采用的原料选自由枯枝落叶、树皮、木屑、秸秆组成的组；所述枯枝落叶、树皮、木屑、秸秆来自所述原始林或天然次生林；调整腐殖质层采用的原料选自沼渣、豆渣、土壤组成的组；所述土壤为所述原始林或天然次生林的土壤；
所述土层结构对比分析方法包括：
(1)测定目标区域的土层结构Z；所述土层结构包括土层剖面结构；所述测定包括测定土层剖面结构的厚度；
(2)根据目标树种，寻找与所述目标区域气候带相同、地理位置相近且生长有目标树种的原始林或天然次生林；所述“地理位置相近”包括：原始林或天然次生林与目标区域的纬度差≤0.5度，经度差≤2度，海拔差≤500米；所述“地理位置相近”还包括：如目标区域为存在气候垂直分布的山林地区，所述原始林或天然次生林与目标区域应处于同一山脉的相同一侧，且坡向相同；
(3)测定所述原始林或天然次生林中，所述目标树种天然更新的幼树附近位置的土层结构N；幼树附近位置指距离幼树1-1.5m的位置；所述目标树种天然更新的幼树指林窗地上天然更新的目标树种的幼树；
(4)比较土层结构Z与土层结构N之间的差异；
所述比较土层结构Z与土层结构N之间的差异包括：分别比较土层结构Z与土层结构N的各层土壤因子之间的差值；所述土壤因子包括：死地被物层的厚度和腐殖质层的厚度；所述土壤因子还包括死地被物层的最大持水率、全氮含量和有机碳含量；腐殖质层的最大持水率、全氮含量、有机碳含量和酸碱度；
所述目标树种包括先锋树种，和/或，顶级演替树种；所述先锋树种选自由榆树、臭椿、杨树、柳树、白桦、枫树、油松组成的组；所述顶级演替树种选自由栎树、鹅耳枥、椴树、灯台树、白蜡树、银杏、杜仲组成的组；所述目标区域选自：由裸地、无林地、林龄较低的次生林地组成的组；
所述土层结构可通过下述步骤中的一个或多个测定：
A.人工挖掘目标区域、原始林或天然次生林的土层并测量其土壤垂直剖面；原始林或天然次生林的人工挖掘选址以距离目标树种的幼树1m-1.5m，土壤构成连续，位置地表海拔和幼树所在海拔高度一致为佳；
B.观察并测量目标区域、原始林或天然次生林的自然形成的土壤垂直剖面；
C.对目标区域、原始林或天然次生林的土壤钻孔取样；取样深度不低于1.5m；
步骤A和B中，所述土壤垂直剖面的宽度不低于50cm，深度不低于100cm或达土壤母质层。
2.根据权利要求1所述的一种土层结构再造方法，其特征在于，所述目标树种为先锋树种时，死地被物层厚度调整至5cm；所述目标树种为顶级演替树种时，死地被物层厚度调整至10cm。
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