黧蒴錐馬尾松混交林涵養(yǎng)水源功能的研究

陳良喜

（福建省南平葫蘆山國有林場(chǎng)，福建 南平 353000）

黧蒴錐馬尾松混交林涵養(yǎng)水源功能的研究

陳良喜

（福建省南平葫蘆山國有林場(chǎng)，福建 南平 353000）

對(duì)黧蒴錐（Castanopsis fissa）馬尾松（Pinus massoniana）混交林和純林持水性能進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：林分樹種結(jié)構(gòu)不同，涵養(yǎng)水源功能存在差異，不同組成林分持水量排序?yàn)椋?栲4馬 ＞ 4栲6馬 ＞ 10栲純林 ＞ 10馬純林；各林分各層次持水量排序?yàn)椋和寥缹?＞ 林冠層 ＞ 枯枝落葉層 ＞ 植被層，不同混交模式林分總持水量主要分布在土壤層，黧蒴錐馬尾松混交林水源涵養(yǎng)能力大于純林。

黧蒴錐；馬尾松；混交林；持水量；水源涵養(yǎng)

森林主要通過林冠層、林下植被層、枯枝落葉層、根系土壤層 4個(gè)層面對(duì)降水分別起著截持、攔蓄和入滲作用，這種調(diào)節(jié)作用避免大水沖刷地表導(dǎo)致水土流失。黧蒴錐（Castanopsis fi ssa）（別名閩粵栲）是殼斗科（Fagaceae）錐屬速生鄉(xiāng)土闊葉樹種，適應(yīng)性強(qiáng)，落葉量大，是馬尾松（Pinus ma ssoniana）的優(yōu)良伴生樹種[1]。馬尾松是我國南方重要的造林綠化樹種和采脂主要樹種[2]，分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、用途廣，但因其針葉養(yǎng)分含量低、分解難，長(zhǎng)期純林化發(fā)展將造成林地肥力衰退，生產(chǎn)力下降，因此，依照適地適樹原則，營(yíng)造馬尾松混交林，對(duì)解決多代連栽系列生態(tài)問題和提高林地肥力具有重要意義。為此，作者于1999年?duì)I造黧蒴錐與馬尾松混交林，進(jìn)行混交林水源涵養(yǎng)能力研究，以期從生態(tài)服務(wù)功能角度為發(fā)展黧蒴錐馬尾松混交林提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在福建省南平市葫蘆山國有林場(chǎng)金沙工區(qū)l大班l(xiāng)、2小班，26° 28′ N，118° 07′ E，地處武夷山支脈的低山丘陵，海拔250 ～ 420 m，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候帶，年均溫18.2℃，年均降水量為1 810 mm，多集中于5、6月，日照時(shí)間長(zhǎng)，年均日照時(shí)數(shù)1 690 h，無霜期295 d。試驗(yàn)地坡度為20 ～ 30°，山地紅壤，土層厚度0.6 ～ 0.9 m，土壤肥力中等，年均地表溫度為17.5℃；林內(nèi)年均大氣相對(duì)濕度為81%，造林后第2年對(duì)幼林地采取松土除草、墾復(fù)施肥等撫育措施。前茬植被為馬尾松人工純林，灌木層以南燭（Vaccinium bracteatum）、楊桐（Adinandra millettii）、山胡椒（Lindera glauca）、山礬（Symplocos sumuntia）、毛冬青（Ilex pubescens）、草本層以狗脊（Woodwardia japonica）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）、菅（Themeda villosa）等為主。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1997年12月采種，1998年2月播種育苗，1999年2月裸根苗造林，營(yíng)造黧蒴錐與馬尾松混交林，株行距2 m×2 m，定植2 400株/hm2，按隨機(jī)區(qū)組法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)：混交林采用行帶混交方法，（A）黧蒴錐×馬尾松混交比例為6：4（6栲4馬），（B）黧蒴錐×馬尾松混交比例為4：6（4栲6馬），（C）黧蒴錐純林（10栲），（D）馬尾松純林（10馬），3個(gè)重復(fù)。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地，四周種植2行火力楠作保護(hù)行。文中體現(xiàn)的數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

2.2 調(diào)查方法

2.2.1 生長(zhǎng)調(diào)查 2013年6月對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木進(jìn)行現(xiàn)存密度調(diào)查，每木檢尺，測(cè)定其胸徑、樹高等，根據(jù)調(diào)查材料計(jì)算平均樹高、平均胸徑和蓄積量（表1）。

表1 林分生長(zhǎng)狀況Table 1 Growth of different tested stands

2.2.2 生物量調(diào)查 以林分平均樹高、平均胸徑2個(gè)指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇黧蒴錐和馬尾松的標(biāo)準(zhǔn)木，采用Monsi分層切割法[3]測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)木生物量，伐倒后按2 m為一段，分別稱取各段干重、枝重、葉重等各器官鮮重，隨機(jī)抽取各部分樣品，帶回室內(nèi)測(cè)定其含水量，求算干物質(zhì)重，用單位面積上的林木株數(shù)和平均木的干重推算喬木層生物量。在標(biāo)準(zhǔn)地對(duì)角線上設(shè)置3個(gè)2 m×2 m小樣方，采用樣方收獲法[3]收集小樣方內(nèi)的全部灌木、草本和枯落物，分別稱重，測(cè)定林下植被生物量和凋落物現(xiàn)存量。

2.2.3 土壤性質(zhì)測(cè)定 分別在不同標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)上、中、下3個(gè)土壤剖面，采集0 ～ 20 cm、＞20 ～ 40 cm土層的土壤樣品，用環(huán)刀法[4]測(cè)定土壤容重；利用常水頭滲透儀測(cè)定土壤的入滲性能，每隔2 min用量筒測(cè)定滲出的水量，計(jì)算出不同時(shí)段的土壤入滲水量以及土壤的初滲速率和穩(wěn)滲速率。

2.2.4 持水量調(diào)查 用浸水法[4]測(cè)定樣品持水率和持水量，分別稱取標(biāo)準(zhǔn)木的枝、葉、林下植被、凋落物、0 ～20 cm土層土壤、＞ 20 ～ 40 cm土層土壤，各500 g，浸入水中24 h后稱重，測(cè)定持水率及土壤的孔隙度，計(jì)算持水量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同模式林分地上部分持水能力

表2可見，黧蒴錐馬尾松混交林不同的樹種組成結(jié)構(gòu)對(duì)地上部分持水性能形成了較大差異，混交林比純林表現(xiàn)更優(yōu)，以6栲4馬混交林最高，分別是黧蒴錐和馬尾松純林的1.27和1.67倍，主要是黧蒴錐是寬冠型闊葉樹種，枝葉分布層高于馬尾松，形成復(fù)層林。從地上部分各層次持水性能上看，主要分布在林冠層，最大的 B模式達(dá)84.82%，最小的C模式也有76.68%，這與黧蒴錐枝葉分枝多葉面積指數(shù)大有關(guān)，各層次排序?yàn)榱止趯?＞枯枝落葉層 ＞ 植被層。

表2 不同模式林分地上部分最大持水量比較Table 2 Water holding capacity of aboveground part of different tested stands

黧蒴錐馬尾松混交林林冠層持水量均大于純林，主要與其枝葉生物量、結(jié)構(gòu)有關(guān)，混交林林冠層高達(dá)5 ～ 6 m，枝葉分布層次多，而純林結(jié)構(gòu)單一，無明顯層次性[5]。各林分林冠層持水量排序?yàn)椋?栲4馬（15.67 t/hm2）＞ 4栲6馬（11.56 t/hm2）＞ 10栲（11.28 t/hm2）＞ 10馬（9.38 t/hm2）。

林下植被層包括灌木層和草本層[6]，由表 2可以看出，黧蒴錐、馬尾松純林與混交林林下植被層的生物組成不同，其持水量存在差異，6栲4馬林分最高，是黧蒴錐純林的1.77倍，通過樹種混交，生物多樣性豐富，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定[7]，有利于林下植被的生長(zhǎng)，從而減少地表徑流，而純林林下生物多樣性較單一[8]；馬尾松純林林下植被層持水量比黧蒴錐高，主要原因是馬尾松純林郁閉度較低，林木植被發(fā)育相對(duì)較好。林下植被層持水量排序?yàn)椋?栲4馬（1.08 t/hm2）＞ 4栲6馬（0.93 t/hm2）＞ 10馬（0.90 t/hm2）＞10栲（0.61 t/hm2）。

枯枝落葉層是處于林下植被層和土壤層之間，對(duì)降雨起截持、調(diào)節(jié)、過濾和分流作用，是林分截留降水的重要作用層之一[9]，不同林分凋落物量和持水率不同，截留降水的能力差異很大[10]，黧蒴錐純林的枯枝落葉層持水量最大（2.53 t/hm2），占總量的17.20%，這是由于黧蒴錐純林每年更新凋落的枯枝落葉量大，使得林下凋落物多，加上其吸水率大，這對(duì)維持森林水量平衡、阻滯徑流和阻擋徑流對(duì)土壤的沖刷具有重要作用。

3.2 不同模式林分土壤層持水能力

森林土壤具有強(qiáng)大的持水能力，是森林涵養(yǎng)水源最重要的功能層。森林土壤蓄水保水能力與土壤厚度和孔隙度有關(guān)，土壤毛管孔隙是土壤蓄水的主要場(chǎng)所，而非毛管孔隙則是土壤快速貯水的場(chǎng)所[11]。

3.2.1 土壤入滲性能 土壤滲透性能是林分水源涵養(yǎng)重要功能，也是土壤重要的物理性質(zhì)之一[12]。滲透性能良好的土壤，降雨時(shí)大量雨水沿著土壤孔隙滲入土壤，并以較快的速度入滲至較下層，形成土內(nèi)徑流或地下徑流，從而減少地表徑流，起到良好的水土保持和水源涵養(yǎng)的作用[13]。表3可見，不同類型林地由于結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、孔隙度和溫濕度差異，土壤滲透能也存在差異，其排序?yàn)椋?栲4馬（39.5 mm/min和21.2 mm/min）＞ 4栲6馬（31.6 mm/min和19.4 mm/min）＞ 10栲（29.8 mm/min和15.6 mm/min）＞ 10馬（22.3 mm/min和12.3 mm/min），說明黧蒴錐馬尾松混交林比純林具有更好的滲透性能，而滲透性能好的混交林在降雨時(shí)不易形成地表徑流，控制水土流失。

表3 不同模式林分土壤（0 ～ 20cm）滲透性能Table 3 Permeability of soil layer(0-20cm) under different tested stands mm·min－1

3.2.2 土壤持水能力 土壤孔隙愈多，質(zhì)量愈好，則持水能力就愈大，不同模式林分土壤層持水量差異主要在0 ～ 40 cm[14]。表4可見，黧蒴錐馬尾松混交林地的土壤容重比純林小，并隨土層深度而遞增，而毛管孔隙、非毛管孔隙度、總孔隙度則相反，6栲4馬的土層0 ～ 20 cm毛管孔隙度、非毛管孔隙度分別為馬尾松純林的1.37、1.55倍，說明其表層土體結(jié)構(gòu)較為疏松，通氣性能較好，從而有利于林地保持水土。各模式土壤（0 ～ 40 cm）最大持水量排序?yàn)椋?栲4馬（1 549.12 t/hm2）＞ 4栲6馬（1 469.81 t/hm2）＞ 10栲（1 301.15 t/hm2）＞ 10馬（1 059.36 t/hm2）。黧蒴錐馬尾松混交林地土壤保水能力比純林強(qiáng)，這主要與黧蒴錐馬尾松混交林土壤腐殖質(zhì)層厚、地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在較多的根系穿透和擴(kuò)張而形成更多的土壤孔隙有關(guān)。

表4 各模式0 ～ 40 cm土層持水能力Table 4 Water holding capacity of soil layer (0-40 cm) under different tested stands

3.3 不同模式林分總持水能力

林分水源涵養(yǎng)能力是土壤層總持水量與地上部分總持水量之和，林分總持水量越大，說明水源涵養(yǎng)能力越強(qiáng)[15]。表5表明，土壤層持水量均占林分總持水量的98%以上，說明土壤層是水源涵養(yǎng)的主要層次，在通常降雨時(shí)，森林首先通過地上部分截持小部分雨水，更多的水份存蓄、運(yùn)轉(zhuǎn)、入滲到土壤中，達(dá)到了水源涵養(yǎng)、水土保持之作用。表5可見，黧蒴錐馬尾松混交林總持水量均比純林水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)，6栲4馬、4栲6馬分別比馬尾松純林增加489.76 t/hm2和410.45 t/hm2。水源涵養(yǎng)量排序?yàn)椋?栲4馬（1 567.77 t/hm2）＞ 4栲6馬（1 484.83 t/hm2）＞ 10栲（1 315.57 t/hm2）＞ 10馬（1 070.75 t/hm2）。

表5 各模式總持水量比較Table 5 Total water holding capacity of tested stands

4 小結(jié)與討論

（1）黧蒴錐馬尾松混交林各模式林分地上部分林冠層和植被層持水量均比純林好，其中以黧蒴錐馬尾松6栲4馬表現(xiàn)最好，分別達(dá)15.67 t/hm2、1.08 t/hm2，但枯枝落葉層持水量以黧蒴錐純林最大（2.53 t/hm2），主要是因?yàn)轺筝翦F凋落物量大，葉面粗糙，因此黧蒴錐是優(yōu)良的水土保持和土壤改良樹種。地上部分持水量以林冠層為主，均占76%以上，大小排序是：6栲4馬＞4栲6馬＞10栲＞10馬。

（2）混交林土壤滲透性能均比純林好，滲透速度和滲透系數(shù)以6栲4馬表現(xiàn)最好，分別為39.5 mm/min和21.2 mm/min，其次是4栲6馬、10栲，10馬最差，主要原因是混交林地上樹冠和地下根系具有復(fù)層結(jié)構(gòu)，凋落物量大，易分解，改善了林地土壤結(jié)構(gòu)、孔隙狀況，從而影響了滲透等性能，減少雨水對(duì)土壤的沖刷，有利于水土保持和減少地表徑流。

（3）土壤層是森林?jǐn)r蓄降水的最主要場(chǎng)所，主要表現(xiàn)在森林土壤具有巨大的持水能力[16]。針闊混交能有效增加凋落物，改善土壤的孔隙狀況，提高蓄水能力。0 ～ 40 cm混交林土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、持水量等均表現(xiàn)出比純林好的狀態(tài)，尤其是6栲4馬混交林位居各林分之首。

（4）降雨時(shí)，森林依次通過林冠層、林下植被層、枯枝落葉層的截持和調(diào)節(jié)，有效阻延地表徑流，抑制降水對(duì)地表的侵蝕力及沖刷力，改善土壤保水性質(zhì)和滲透性能，有利于發(fā)揮水源涵養(yǎng)整體功能。森林群落各層次間持水量表現(xiàn)為土壤層 ＞ 林冠層 ＞ 枯枝落葉層 ＞ 植被層。

（5）林分總持水量是森林水源涵養(yǎng)功能的主要表現(xiàn)形式[17]。混交林比純林總持水量表現(xiàn)更優(yōu)，涵養(yǎng)水源功能更強(qiáng)，其中6栲4馬混交林最高（1 567.77 t/hm2），依次是4栲6馬、10栲、10馬，在營(yíng)林過程中應(yīng)予大力提倡培育針闊混交林。

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Study on Water Holding Capability of Mixed Forest of Castanopsis fissa with Pinus massoniana

CHEN Liang-xi
（Nanping Hulushan State Forest Farm of Fujian, Nanping 353000, China）

Plantation of mixed and pure forest of Castanopsis fissa and Pinus massoniana was conducted in 1999. Investigations were implemented in 2013 on growth, biomass, soil properties and water holding capacities of different tested stands. The result demonstrated that water holding capacity of tested stands was ordered by mixed forest of C fissa (60%)and P. massoniana (40%)＞ mixed forest of C fissa (40%)and P. massoniana (60%) ＞pure C fissa forest＞pure P. massoniana forest. Water holding capacity of different layers of tested stands was soil layer＞canopy＞litter＞undergrowth vegetation. The experiment indicated that water holding capacity of mixed forest was higher than that of pure forest.

Castanopsis fissa; Pinus massoniana; mixed forest; water holding capacity

S715.7

A

1001-3776（2014）05-0048-05

2014-05-24；

2014-06-17

福建省科技廳重點(diǎn)科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2006S033）

陳良喜（1972－），男，福建仙游人，工程師，從事森林資源培育與經(jīng)營(yíng)研究。