五臺山地區(qū)5種林分類型水源涵養(yǎng)功能研究

韓進斌

(山西省五臺山國有林管理局，山西 繁峙 034302)

枯枝落葉層是指覆蓋在林地土壤表面新鮮的、半分解的植物凋落物，是由林地植物地上部分各器官或組織枯死、脫落后堆積而成，包括葉、枝、樹皮、花、果實、種子等?？葜β淙~層上部是腐爛的落葉枯枝，疏松而有彈性，透水性很強;下部是半分解的殘體，有菌絲，較疏松，透水性強。枯落物對林地土壤營養(yǎng)元素循環(huán)、熱量和通氣狀況以及林地生物種群的類型和數(shù)量、水文生態(tài)特征、水土保持能力等方面均有重要的生態(tài)學(xué)意義與作用。開展不同林分的枯落物數(shù)量及其涵養(yǎng)水源功能定量評價，對林分的科學(xué)培育及經(jīng)營有重要的科學(xué)意義。

1 試驗內(nèi)容與方法

1.1 調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查地設(shè)在五臺山國有林管理局門限石林場南梁溝，位于山西省東北部，界于東經(jīng)113°40'30″，北緯38°58'30″之間，年均溫 5℃，年均降水量500 mm，海拔1 550 m～1 860 m，土壤類型為山地淋溶褐土、褐土。選擇區(qū)域內(nèi)有代表性的白樺落葉松天然混交林、白樺天然林、落葉松人工林、油松人工林、天然灌木林5種林分類型，進行林分枯落物蓄積量及其土壤涵養(yǎng)水源功能調(diào)查測定。所調(diào)查5個林分類型及對照地荒草坡的基本情況見第33頁表1.

表1 各林分概況

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 枯枝落葉層蓄積量及持水量測定

在5種林分和對照荒草坡選取樣地，調(diào)查林分因子，采集土樣。每個樣地設(shè)定20 cm×20 cm樣方4個，估測樣地內(nèi)枯落物蓋度，并收集其上枯落物，烘干后測定枯落物重量即為樣方內(nèi)枯落物現(xiàn)存蓄積量。

枯落物吸水率測定采用凈水浸泡法，即在室內(nèi)將風(fēng)干枯落物浸入水中12 h后稱重，與風(fēng)干枯落物兩者的比值即為枯落物的最大吸水率。

吸水率(C)(%)=(枯枝落葉吸水后重量－枯落物干重)/枯落物干重×100%，

枯落物持水量(V1)(t/hm2)=L×C/100.

式中:L——1 hm2枯落物蓄積量。

1.2.2 土壤容重及孔隙度測定

土壤容重及孔隙度測定采用環(huán)刀法(環(huán)刀容積為100 cm3)。

土壤總孔隙度的測定:利用測定容重的環(huán)刀浸入水中24 h后稱重。

飽和含水率(%)=(浸泡后土壤質(zhì)量－烘干后土壤質(zhì)量)/烘干后土壤質(zhì)量×100%，

總孔隙度(%)=飽和含水率×容重。

土壤毛管孔隙度:將測定過總孔隙度的環(huán)刀置于鉛盒上，中間用濾紙隔開，放置12 h后稱重。

土壤毛管孔隙度(%)=土壤毛管含水量×容重，

土壤非毛管孔隙度(%)=總孔隙度－土壤毛管孔隙度.

土壤持水量(V2)=10 000×P×D.

式中:D——土層深度，m.

P——土壤非毛管孔隙度，%.

2 結(jié)果與分析

2.1 林地枯落物蓄積量和持水量

測定5種林分與對照荒草坡的枯落物厚度、蓄積量及枯落物持水量結(jié)果見表2.

表2 林分枯落物蓄積量與持水量

由表2可以看出，所調(diào)查5種林分的枯落物蓄積量均大于對照荒草坡。5種林分從枯落物蓄積量來看，以落葉松人工林枯落物蓄積量最高，為51.3 t/hm2;灌木林最低，為17.2 t/hm2;5種林分枯落物平均蓄積量為29.7 t/hm2，是對照荒草坡枯落物蓄積量的11倍。

從枯落物最大持水率來看，以落葉松人工林最低，為178.0%，油松人工林次之。以白樺天然林持水率最高，為223.5%，白樺落葉松混交林次之。5種林分枯落物平均最大持水率為201.2%.

2.2 林地土壤性質(zhì)和持水量

5種林分與對照荒草坡土壤物理性質(zhì)及持水量測定結(jié)果見第34頁表3.

由表3可以看出，所調(diào)查5種林分的土壤容重均小于對照荒草坡。5種林分的平均容重為1.190 g/cm3，以白樺天然林容重最低，為0.963 g/cm3，白樺落葉松混交林次之。

5種林分的總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于對照荒草坡，5種林分平均總孔隙度、平均毛管孔隙度、平均非毛管孔隙度分別為46.671%，39.236%，7.436%.從林分類型來看，白樺天然林的總孔隙度、毛管孔隙度最高。

土壤對大氣降水的暫時貯存作用以非毛管孔隙為基礎(chǔ)，非毛管孔隙越大，入滲量就越大。土壤暫時貯水量相當(dāng)于最大持水量與毛管持水量之差，即土壤暫時貯水量(t/hm2)=(土層最大持水量－毛管持水量)×容重×土層厚度。貯水量的大小反映了土壤對降水的暫時調(diào)節(jié)緩存功能，對地表徑流及土壤侵蝕量有顯著影響。從表3可以看出，所調(diào)查5種林分的土壤暫時貯水量均大于對照荒草坡，5種林分的平均土壤貯水量為385.0 t/hm2，是對照荒草坡的1.86倍。其中，以白樺落葉松混交林最高，為522.4 t/hm2，是對照荒草坡的2.52倍;灌木林最低，為335.6 t/hm2，是對照荒草坡的1.62倍。

表3 土壤物理性質(zhì)和持水量

2.3 不同林分涵養(yǎng)水源功能

不同林分涵養(yǎng)水源情況見表4.

表4 林分涵養(yǎng)水源總量 t/hm2

表4中林分涵養(yǎng)水源總量以枯落物持水量與土壤暫時持水量之和表示。5種林分平均涵養(yǎng)水源總量為443.92 t/hm2，是對照荒草坡的2.08倍。其中，白樺落葉松混交林最高，為591.84 t/hm2，是對照荒草坡的2.77倍;灌木林最低，為370.56 t/hm2，是對照荒草坡的1.74倍。

3 結(jié)論與建議

1)五臺山國有林管理局門限石林場南梁溝現(xiàn)存5種林分類型調(diào)查結(jié)果表明:5種林分枯落物平均蓄積量為29.7 t/hm2，以落葉松人工林蓄積量最高，灌木林最低;5種林分枯落物平均最大持水率為201.2%，以白樺天然林持水率最高，落葉松人工林最低。

2)5種林分類型土壤物理性質(zhì)測定結(jié)果表明:5種林分的土壤容重均小于對照荒草坡;總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于對照荒草坡，說明森林對林地土壤具有顯著的改良作用。從測定結(jié)果來看，針闊天然混交林的改良效果優(yōu)于人工林與天然灌木林。

3)林地土壤貯水量與林地涵養(yǎng)水源總量測定結(jié)果表明:林地土壤暫時貯水量與涵養(yǎng)水源總量均大于對照荒草坡，與土壤物理性質(zhì)測定結(jié)果相同，針闊天然混交林的涵養(yǎng)水源效果優(yōu)于人工林與天然灌木林。

4)針闊喬灌混交林對林地土壤改良效果及涵養(yǎng)水源功能均優(yōu)于人工林與灌木林，建議營造水源涵養(yǎng)林時，依據(jù)立地質(zhì)量的優(yōu)劣，優(yōu)先營造針闊混交林。

5)樹種組成與配置、林齡、林分結(jié)構(gòu)等因子對林地土壤改良作用與涵養(yǎng)水源功能均有重要影響，研究確定區(qū)域內(nèi)樹種組成及其針闊混交比例是今后該區(qū)域營造水源涵養(yǎng)林尚待解決的重大問題。

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