“永林公司”不同森林經(jīng)營模式水源涵養(yǎng)功能比較研究

李 樹 忠

（福建省永安林業(yè)（集團）股份有限公司 福建永安 366000）

“永林公司”不同森林經(jīng)營模式水源涵養(yǎng)功能比較研究

李 樹 忠

（福建省永安林業(yè)（集團）股份有限公司 福建永安 366000）

通過對“永林公司”不同森林經(jīng)營模式下水源涵養(yǎng)功能的比較研究，結(jié)果表明：不同經(jīng)營模式林冠層的水源涵養(yǎng)能力都大于灌草層，部分枯枝落葉層大于林冠層。其中，林冠層持水量最大的為采育結(jié)合模式，持水量高達16.7461t/hm2，封禁保護模式和生態(tài)功效模式林冠層持水量也較高，均在10t/hm2之上。相比之下，保育補植模式林冠層持水量最小，僅有1.8334 t/hm2；灌木層持水量最大的是塊狀利用模式，為5.4354t/hm2；最小的是采育結(jié)合模式，為0.1346 t/hm2。其他經(jīng)營模式的持水量大小相差不大，在0.2-0.4 t/hm2之間；枯枝落葉層的生物量大致在5-17 t/hm2范圍內(nèi)，其中持水量最高的為改良增效模式，達到16.2668 t/hm2；其它依次為保育補植模式、封禁保護模式、間伐調(diào)整模式、生態(tài)功效模式、定向培育模式、集約經(jīng)營模式、采育結(jié)合模式、塊狀利用模式；另外，各種經(jīng)營模式土壤的貯水能力大小順序為生態(tài)功效模式＞改良增效模式＞采育結(jié)合模式＞集約經(jīng)營模式＞封禁保護模式＞塊狀利用模式＞定向培育模式＞間伐調(diào)整模式＞保育補植模式；各種經(jīng)營模式中土壤滲透能力比較好的有間伐調(diào)整模式和采育結(jié)合模式，而改良增效模式、定向培育模式和集約經(jīng)營模式的滲透能力比較差。

森林經(jīng)營模式；涵養(yǎng)水源功能；持水量；永林公司

森林通過龐大的林冠層、豐富的枯落物層既能吸附、截留一定的降雨，又能有效減輕或防止雨水沖擊和侵蝕土壤，且具有深厚的疏松土壤層，利于雨水下滲，因此，人們形象的稱之為“森林水庫”[1]。森林具有保持水土、涵養(yǎng)水源、改善生態(tài)環(huán)境等功能。不同類型林地，由于植物生物學(xué)特性及其林分結(jié)構(gòu)的不同，其涵養(yǎng)水源的效應(yīng)有所差異[2]，探討不同類型林地與涵養(yǎng)水源功能的關(guān)系，對合理經(jīng)營森林資源，改善水環(huán)境，實現(xiàn)水資源的科學(xué)管理和利用具有重要意義[3-4]。目前，國內(nèi)對森林涵養(yǎng)水源功能相關(guān)方面的研究也比較多[5-9]，但他們的研究主要體現(xiàn)在對單個樹種、不同混交林及不同森林植被的水源涵養(yǎng)功能的分析，對于不同經(jīng)營模式的水源涵養(yǎng)功能開展比較研究較少。本研究以“永林公司”森林經(jīng)營區(qū)為研究對象，探討不同經(jīng)營模式下森林水源涵養(yǎng)功能的比較分析，以期從森林水源涵養(yǎng)功能的角度為森林更新方式與經(jīng)營措施的確定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建永安林業(yè)（集團）股份有限公司（簡稱“永林公司”）總部位于福建省中部偏西、永安市境內(nèi)，地理坐標為東經(jīng)116o56′～117o 47′，北緯25o33′～26o12′。地貌類型以低山、丘陵為主，大小盆地錯落其間。海拔一般在800m以下，氣候溫和，雨量充沛，水熱資源豐富，林木生長期長。年平均氣溫為14.3℃～19.2℃，年降雨量為1490～2050mm，年日照時數(shù)1529.8h～2367.1h。土壤具有典型的中亞熱帶地帶性土壤特征，主要成土母巖有巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類，地表出露的巖石主要有：花崗巖、頁巖、板巖、砂巖、石灰?guī)r、紫色巖等。土壤類型以紅壤為主。林地土壤深厚，有機質(zhì)含量較高，養(yǎng)分豐富。天然植被類型主要有：中亞熱帶常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針葉林、針闊混交林、竹林、灌叢、灌草叢等；人工植被主要有杉木林、松林、竹林、經(jīng)濟果樹林以及多種闊葉林，共計森林經(jīng)營面積121000hm2。

公司以優(yōu)化天然林經(jīng)營模式為目的，根據(jù)現(xiàn)有森林資源狀況，并依據(jù)森林資源區(qū)劃原則，將經(jīng)營區(qū)內(nèi)森林資源劃分出九種不同目標經(jīng)營優(yōu)化模式[10]：①封禁保護型，實行全面封禁保護、禁止一切采伐活動；②保育補植型，提高生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境功能；③生態(tài)功能型，提高林木生長勢，促進森林生長發(fā)育，增強森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)防護功能；④間伐調(diào)整型，改促進林木生長，縮短培育周期，提高木材質(zhì)量與利用率；⑤采育結(jié)合型，促進形成生態(tài)、經(jīng)濟效益俱佳的天然混交林；⑥改良增效型，合理改造林分結(jié)構(gòu)，提高林分的產(chǎn)量與質(zhì)量；⑦塊狀利用型，促進形成結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)力高的半天然針闊混交林或工業(yè)原料林；⑧定向培育型：短期定向工業(yè)纖維為主的杉木、馬尾松、桉樹原料林；⑨集約經(jīng)營型，培育年平均生長量達國家速生豐產(chǎn)林標準的用材林。

2 研究方法

對每一經(jīng)營模式，選擇有代表性的地段樣地2塊, 進行群落調(diào)查，根據(jù)調(diào)查的資料計算群落中各森林類型的胸徑平均值作為標準木的選擇依據(jù)。在每個樣地設(shè)置10m×10m的樣方，選取標準木，稱其枝、葉鮮重；在每個樣地設(shè)置2m×2m的樣方以及1m×1m的草本樣方。采集樣方內(nèi)的全部灌木草本，稱鮮重；在每個樣地設(shè)置1m×1m的樣方，調(diào)查枯枝落葉層的蓋度、厚度、分布狀況，采集樣方內(nèi)的全部枯枝落葉，稱鮮重；在標準樣地內(nèi)選擇有代表性的地點，挖掘土壤剖面，調(diào)查土壤因子，記載土層厚度、土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)。根據(jù)土層厚度的情況，采用機械分層取土方法，在保證不破壞土壤各層結(jié)構(gòu)的前提下，用容積為100cm3的環(huán)刀分別在0-20cm, 20-40cm, 40-60cm的土層上取原狀土，每個組合重復(fù)3次。

運用“浸水法”[11-13]及土壤分析方法[14-15]對每種經(jīng)營模式的水源涵養(yǎng)功能進行分析對比。其中測定對象包括：①林冠層水源涵養(yǎng)能力測定，②林下灌草層水源涵養(yǎng)能力測定，③林下枯枝落葉層水源涵養(yǎng)能力測定，④土壤層水源涵養(yǎng)能力測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同森林經(jīng)營模式地上部分持水性能

3.1.1 林冠層的持水性能

表1 不同經(jīng)營模式地上部分持水性能Tab.1 The aerial parts of water-holding capacity of different operating modes

降落的雨水，首先為林冠層所截持。林冠層的持水能力，主要由林冠層葉面積、林分郁閉度、枝葉生物量和其持水率的大小所決定的[16]。持水率為單位質(zhì)量枝、葉、皮的持水能力。各種林分林冠層的持水能力見表1。從表1可以看出，各種經(jīng)營模式林冠層的持水量明顯地大于灌木層、草本層，這是因為林冠層的生物量明顯大于林下植被層，且降雨首先被林冠層截留。此外，林冠層持水量最大的為采育結(jié)合模式，原因在于采育結(jié)合模式生物量較其它經(jīng)營模式高。封禁保護模式和生態(tài)功效模式林冠層持水量也較高，均在10t/hm2之上；相比之下，保育補植模式林冠層持水量最小，此模式為馬尾松人工林，坐落山頂，生物量不高，因此相對持水較低。

3.1.2 林下植被的持水性能

降雨穿過林冠層然后通過灌木層和草本層被再次截留，從而減弱降雨濺打土壤能力。由于林分結(jié)構(gòu)和經(jīng)營目的的不同，直接影響了林下植被的種類及數(shù)量，使得不同林分林下植被層的持水能力存在明顯的差異，林下植被層的生物量和持水率共同決定林下植被層持水量的大小。

灌草層持水性能的強弱，也能直接影響著雨水到達地表后的行為。由表1可知，灌木層持水量最大的是塊狀利用模式，為5.4354t/hm2；最小的是采育結(jié)合模式，為0.1346 t/hm2。其它經(jīng)營模式的持水量大小相差不大，在0.2-0.4 t/hm2之間。草本層各經(jīng)營模式的持水率大小相差較小，這與林下植物的生活型較為相似有關(guān)，林下植物多為耐蔭類的地上芽和地面芽植物，葉片的質(zhì)地相似性較大，故其持水性能差異不大；但持水量相差較大，其中定向培育模式更是達到13.1391 t/hm2，此模式為桉樹人工林，林下五節(jié)芒蓋度達到100%，生物量較大，因此，持水量相對較多。

3.1.3 枯枝落葉層的持水性能

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，枯落物除了防止降雨對土壤表面的擊濺，增加土壤有機質(zhì)外，具有很大的吸水能力和透水性，對水源涵養(yǎng)起著一定的作用，因而枯落物層的持水性能是評價植被水源涵養(yǎng)功能的一個重要指標[5，17]。林地內(nèi)枯枝落葉物是森林涵養(yǎng)水源的重要組成部分，它覆蓋林地表面，除本身具有很大吸水或截留降雨能力外，還可以提高地表粗糙度、改善土壤結(jié)構(gòu)、孔隙狀況和滲透性能，避免地表土壤遭到降雨直接濺蝕打擊和降低徑流速度、削弱地表徑流對土壤的沖刷作用?？葜β淙~層的持水性能與枯落物的組成、數(shù)量有關(guān)。一般認為枯落物浸水1晝夜后的持水量為最大持水量[18]。但枯枝落葉最大持水量一般只能反映枯枝落葉層的持水能力，不能反映其對實際降水的攔蓄狀況。因為最大持水量的測定，通常是將枯枝落葉浸水24h后測量換算。許多研究結(jié)果表明：枯落物的最大有效持水量為最大持水量（浸泡24h的值）的85%左右。因此其實際持水量應(yīng)該比較小。本研究中所出現(xiàn)的枯枝落葉持水量數(shù)據(jù)為最大有效持水量。

由表1可知，枯枝落葉層的生物量大致在5-17 t/hm2范圍內(nèi)，其中持水量最高的為改良增效模式，達到16.2668 t/hm2；其它依次為保育補植模式、封禁保護模式、間伐調(diào)整模式、生態(tài)功效模式、定向培育模式、集約經(jīng)營模式、采育結(jié)合模式、塊狀利用模式。不同經(jīng)營模式之間相差明顯，但對于同一經(jīng)營模式下，枯枝落葉層的持水量均大于灌木層和草本層的持水量，也有部分超過林冠層的，這說明在各經(jīng)營模式內(nèi)枯枝落葉層的水容量均較大。此外，枯枝落葉層的持水量主要決定于單位面積上枯落物的數(shù)量和枯落物本身的特性，9種不同森林經(jīng)營模式的枯枝落葉持水量是其生物量的1.2-2.0倍，因而枯枝落葉層在森林經(jīng)營中必須予以重視與保護。

3.2 土壤的持水性能

林地具有大量腐根所形成的粗大孔隙、動物孔隙和其它非毛管孔隙，又有較多的有機質(zhì)和水穩(wěn)性團聚體，所以林地土壤屬于海綿狀的多孔結(jié)構(gòu)，降雨時大量雨水沿著土壤孔隙下滲，暫時存貯于土壤孔隙中。因此，林地土壤是森林涵養(yǎng)水源的重要場所，其透水和蓄水能力是反映森林涵養(yǎng)水源功能的重要指標之一。當降雨量小于土壤最大貯水量時，林地土壤可將下滲的雨水全部貯存起來，并逐漸向下滲透，成為河流經(jīng)常性的補給水。林地土壤對降雨調(diào)節(jié)能力，主要表現(xiàn)在對降雨的動態(tài)調(diào)蓄能力（滲透能力）和靜態(tài)調(diào)蓄能力（貯水能力）兩個方面[19]。

3.2.1 土壤的貯水性能

林地土壤是水分貯存庫和水分調(diào)節(jié)器。土壤的蓄水能力是評價森林涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)水循環(huán)的一個重要指標，其大小與土壤的孔隙度狀況、土壤厚度密切相關(guān)。毛管孔隙中的水分可以長時間保持在土壤中，有利于植物根系吸收和土壤蒸發(fā)。非毛管孔隙能較快吸收降水并及時下滲，有利于水源涵養(yǎng)[20]。因此，不同林地土壤的非毛管孔隙度不同，林地的蓄水能力也不一樣。

從表2可以得出，各種模式中各個土壤層的非毛管孔隙度的大小隨著土層的增加而減少，其原因為近地表面（0-20cm）土壤受枯落物積累，腐爛形成腐殖質(zhì)層的影響，在（20-40cm）的土壤層為森林主要根系分布區(qū)，由于根系的生長發(fā)育有利于土壤的發(fā)育，改善土壤結(jié)構(gòu)，所以孔隙度又較（40-60cm）為高。而土壤的貯水能力與其相應(yīng)的非毛管孔隙度呈正相關(guān)，且各種經(jīng)營模式的相關(guān)度各不相同。各種經(jīng)營模式貯水能力大小依次是：生態(tài)功效模式、改良增效模式、采育結(jié)合模式、集約經(jīng)營模式、封禁保護模式、塊狀利用模式、定向培育模式、間伐調(diào)整模式、保育補植模式。這說明土壤構(gòu)造較疏松，孔隙度更大，通氣透水性強，因而具有更強的涵養(yǎng)水源和保持水土能力。

表2 不同經(jīng)營模式植被類型的土壤水分物理性質(zhì)Tab.2 Vegetation types of different management modes physical properties of soil water

3.2.2 土壤的滲透性能

土壤的滲透能力是土壤的重要水分物理性質(zhì)之一，它與土壤容重、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)孔隙度、有機質(zhì)、土壤濕度、溫度等諸多因子有關(guān)。滲透系數(shù)大，滲透速度快，能將林內(nèi)降雨盡快轉(zhuǎn)化為土壤徑流和地下徑流，減弱地表徑流，抑制土壤沖刷和養(yǎng)分流失。森林通過地上植被和林地土壤層對雨水的涵蓄后，除了林地蒸發(fā)散失外，大部分降水通過林地土壤滲透，以壤中流或地下水潛流形式匯入江河。森林土壤的滲透性能反映出這一作用的強弱。土壤滲透能力的大小，一般用10℃時土壤穩(wěn)滲系數(shù)K10來表示，不同森林經(jīng)營類型各土壤層滲透性能見表3。

表3 不同森林經(jīng)營類型土壤滲透性能比較Tab.3 Comparison of soil permeability of different types of forest management

由不同經(jīng)營模式林地土壤的滲透試驗結(jié)果可以看出：間伐調(diào)整模式和采育結(jié)合模式這兩種經(jīng)營模式不管是初滲速度還是穩(wěn)滲速度都比其他經(jīng)營模式快，滲透能力相對比較好，而且滲透速度、達到穩(wěn)滲時間和滲透系數(shù)大體趨勢為隨著土層深度遞減。改良增效模式、定向培育模式和集約經(jīng)營模式的滲透速度和滲透系數(shù)都相對小，因此，這三種經(jīng)營模式的滲透能力是比較差的，水源涵養(yǎng)功能比較弱。其原因可能是受人為干擾影響較多；土壤本身結(jié)構(gòu)較差；林地灌層植被較少，未能對土壤形成有效的改善也有一定的關(guān)系，還有可能是其退化或弱脆的生態(tài)環(huán)境體現(xiàn)在土壤環(huán)境中，表現(xiàn)為地力下降，土壤結(jié)構(gòu)變得不良，進而影響到林地土壤的水源涵養(yǎng)功能。

土壤層的動態(tài)調(diào)節(jié)能力主要體現(xiàn)在土壤的滲透性能，土壤入滲速率調(diào)節(jié)著進入土壤、積存于地表面或產(chǎn)生地表徑流的水量。進入土壤的水分或通過蒸發(fā)、植物蒸騰返回大氣或向下滲漏（土體內(nèi)徑流或進入地下水）。因此土壤的滲透性能不僅直接影響大氣—植物—土壤連續(xù)體中水分循環(huán)、地表徑流的數(shù)量以及伴隨著洪水和土壤侵蝕的威脅程度，而且影響著植物根區(qū)的水分狀況。滲透性能良好的林地土壤，能夠使降水在土壤內(nèi)進行合理再分配，從而減小或遏制水土流失的產(chǎn)生，提高了土壤的水源涵養(yǎng)能力。

4 小結(jié)與結(jié)論

通過對不同經(jīng)營模式的森林植被水源涵養(yǎng)功能的分析，即分析森林植被的林冠層、灌草層、枯枝落葉層以及土壤層的水源涵養(yǎng)，比較不同經(jīng)營模式的水源涵養(yǎng)能力，可以得出以下結(jié)論：9種經(jīng)營模式的林冠層的水源涵養(yǎng)能力都大于灌草層，部分枯枝落葉層大于林冠層，這與林冠層的生物量以及枯枝落葉層持水率有關(guān)。各層持水量的大小與其生物量的多少及持水率大小密切聯(lián)系。不同森林經(jīng)營模式的枯枝落葉層的持水能力也不同，表現(xiàn)在持水率和持水量的不同，這種枯枝落葉層在持水性能上的差異在一定程度上影響到林地土壤的水文效應(yīng)。各種模式中各個土壤層的非毛管孔隙度的大小隨著土層厚度的增加而減少，滲透能力亦逐漸變小。

對“永林公司”經(jīng)營區(qū)森林涵養(yǎng)水源功能的評價結(jié)果可使公司對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有了更加直觀的認識和了解，有利于提高人們對森林生態(tài)系統(tǒng)的保護意識，進一步推動公司經(jīng)營區(qū)森林的保護、開發(fā)和持續(xù)利用，為公司效益的提高奠定堅實的基礎(chǔ)。同時，為了保持良好的森林生態(tài)效應(yīng)，公司應(yīng)制定合理的經(jīng)營方案，并進行適當?shù)纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的宏觀管理，充分發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

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Comparative study on the water conservation function of different forest management mode in Yong’an Forestry Group

LI Shu-zhong
（Fujian Yong’an Forestry （Group） Joint-stock Co. Ltd.，Yong’an，366000，China）

The water conservation function of different forest management mode were studied and compared,the result showed that : the ability of water conservation of the canopy of different operating modes were greater than the shrub and grass layer, part of the litter layer was greater than the canopy.Among them, the combination of cutting patterns had the largest water holding capacity of the canopy, it reached as high as 16.7461t/hm2,the water holding capacity of the canopy of block protection mode and ecological effects pattern were also high, both above 10t/hm2. In contrast, the replanting pattern had the smallest water holding capacity of canopy, only 1.8334 t/hm2; the block utilization patterns had the largest water holding capacity of the shrub, for 5.4354t/hm2,the smallest was the combination of cutting patterns, for 0.1346 t/hm2.Other management mode’s water capacity in sizediffer not quite, between the 0.2-0.4 t/hm2;The biomass of litter layer ranged from 5-17 t/hm2, what had the maximum water holding capacity was the improved efficiency mode, it reached 16.2668 t/hm2; The other order of the water holding capacity was: replanting mode, block protection mode, adjust the pattern thinning, ecological efficiency mode, oriented training mode, intensive management mode, combination of cutting patterns, block utilization patterns; Moreover, the soil's water storage ability in each kind of management mode was in the order of ecological effects mode > improved efficiency mode > combination of cutting patterns > intensive management mode > block protection mode > block utilization patterns > orientation training mode > thinning adjustment mode > Conservation replanted mode; In various management mode, the soil infiltration ability of thinning adjustment mode and combination of cutting patterns were strong,then improved efficiency mode, orientation training mode and intensive management mode were weak.

Business model of forest；Water conservation function；Water holding capacity；Yong’an Forestry Company

S718.51+2.1

A

1004-7743（2014）01-0007