冀北山地四種典型落葉松林分生態(tài)功能研究

張 寧, 郭賓良, 于士濤, 張春茹, 黃永輝 , 張建華, 谷建才

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000； 2.千層板林場, 河北 承德 068466；3.河北木蘭圍場國有林場管理局, 河北 承德068450)

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冀北山地四種典型落葉松林分生態(tài)功能研究

張 寧1, 郭賓良1, 于士濤2, 張春茹3, 黃永輝3, 張建華3, 谷建才1

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 河北 保定 071000； 2.千層板林場, 河北 承德 068466；3.河北木蘭圍場國有林場管理局, 河北 承德068450)

為探究冀北山地四種典型落葉松林分的生態(tài)功能，以木蘭圍場國有林場管理局北溝林場內(nèi)落葉松純林和落樺混交林、落闊混交林和杉落針闊混交林4種不同落葉松林分類型為研究對象，通過對生物量的計算與持水能力的測定，測定其不同林分固碳釋氧、凈化空氣和涵養(yǎng)水源等功能。結(jié)果表明：研究區(qū)不同落葉松林分內(nèi)同功能效益指數(shù)均顯示林分D最高，林分B，C次之，林分A最低，從而得出，林分D是四種林分中最優(yōu)的，生態(tài)功能是最強(qiáng)大的。

落葉松; 生態(tài)功能; 生物量; 水能力

冀北山地生態(tài)交錯帶現(xiàn)有華北落葉松人工林主要是上世紀(jì)60年代以來營造的，自上世紀(jì)九十年代以來，由于政策、規(guī)程等原因，天然林蓄積消耗受到諸多限制，對這些混交林只采取了以封育為主的經(jīng)營措施，這些落樺混交林已經(jīng)形成了高密度、高分化、低生產(chǎn)力的混交林[1]。華北落葉松目的樹種嚴(yán)重被壓乃至枯死，上層白樺、山楊等闊葉樹林相殘破，大部分林木個體生長量下降，低效殘次林增加，林分生態(tài)效能低，嚴(yán)重影響了資源培育和可持續(xù)發(fā)展步伐。還有一部分林分也是針闊混交，但上層林針葉樹種除了華北落葉松外，還有表現(xiàn)優(yōu)良的云杉，經(jīng)過2～3次擇伐后，在近二十幾年的時間里形成的林分結(jié)構(gòu)較好，林分株數(shù)分布以小徑木為多，這樣的林分兼顧了生態(tài)功能，實現(xiàn)了森林多種效益的共贏，應(yīng)該是森林經(jīng)營的方向[2]。

本研究針對這些問題，以該地區(qū)落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林，研究四個典型的林分的固碳釋氧、凈化空氣、涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能，通過分析比較得出功能最好的林分，以期為為冀北山地生態(tài)交錯帶杉落針闊混交林經(jīng)營提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐[3]。

1 研究區(qū)概況

本次調(diào)查是在承德木蘭圍場的北溝林場進(jìn)行，木蘭圍場坐落于河北省東北部，地處灤河上游，北緯41°47′—42°06′N，東經(jīng)116°51′—117°45′E。東與內(nèi)蒙古赤峰市接壤，南及西南與隆化、豐寧兩縣連接，北與內(nèi)蒙古渾善達(dá)克沙地毗鄰。位于陰山山脈與大興安嶺山脈余脈的交匯處，是連接壩上高原和冀北山地的丘陵山地地帶。木蘭圍場所處的地理位置決定了其必然要擔(dān)負(fù)起護(hù)衛(wèi)京津生態(tài)安全的生態(tài)特區(qū)這一重任。因其地處灤河上游，對下游地區(qū)的樹木生長和水源涵養(yǎng)影響甚重；又因其卡在渾善達(dá)克沙地和北京中間地帶，像一道天然的綠色屏障，阻擋著渾善達(dá)克沙地向北京進(jìn)軍的風(fēng)沙。在京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全方面，木蘭圍場起著重大的作用，因此對木蘭圍場的森林植被進(jìn)行恢復(fù)與保護(hù)勢在必行[4]。木蘭圍場林管局共有十個林場，北溝林場屬于其一，北溝林場自1956年開始建立，林場總經(jīng)營面積5 730 hm2，森林主要喬木樹種有白樺、山榆、華北落葉松、山楊、蒙古櫟、五角楓、榆樹等；灌木種類較多，且量較大，豐富多樣，以繡線菊灌叢、照山白最為常見；林分類型主要包含：天然林，常見樹種有楊樹、樺樹、落葉松等；人工林，常見樹種有山榆、落葉松、楊樹等[5]；針闊混交林，林分面積分別為1 485.6，1 180.5，1 560.9 hm2。活立木的蓄積總量達(dá)到284 104 m3和森林覆蓋率達(dá)到88%，年采伐量在5 000 m3左右，以下是四種林分的概況[6]。

表1 樣地基本情況

2 研究內(nèi)容和方法

2.1 研究目標(biāo)

本文設(shè)置的樣地為冀北山地最為常見的落葉松林，選取落葉松純林、落樺、落闊、杉落針闊這些具有代表性的林分[7]，詳細(xì)的調(diào)查了不同林型內(nèi)的林木情況，定量分析了不同類型落葉松林的固碳釋氧、凈化空氣、涵養(yǎng)水源等功能[8]，系統(tǒng)研究了不同林型生態(tài)功能的強(qiáng)弱，為試驗區(qū)落葉松的健康經(jīng)營提供了一定的理論依據(jù)[9]。

2.2 研究方法

2.2.1 樣地調(diào)查及布設(shè) 經(jīng)過全方位的勘察，在1994年、2000年和2009年進(jìn)行了三次采伐并從中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，采伐的強(qiáng)度依次為30%，20%，20%，其要求必須嚴(yán)格遵守生長量大于采伐量，采伐方式具體為衛(wèi)生伐、生長伐、定向目標(biāo)伐和大強(qiáng)度撫育，分別于2005年、2013年的夏天在河北省承德圍場縣的北溝林場實際調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地情況，并在西色樹溝陰坡設(shè)置天然落葉松的標(biāo)準(zhǔn)固定樣地，并選取4塊面積100 m×100 m的樣地。在做樣地植被調(diào)查工作之前，對樣地的一些基本情況進(jìn)行了解，主要要：海拔、地形、地理位置、樣地的坡位以及林分郁閉度等[10]。這三年的試驗數(shù)據(jù)中，本文以2013年為主。

在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置樣地的原點，然后輔助設(shè)備(羅盤儀、全站儀)劃定樣地邊界，每條邊界長為100 m，接著將每條邊界五等分，畫出節(jié)點，并用玻璃繩連接，因此就將樣地劃分成了25個小的樣方，每個樣方大小相等，即20 m×20 m，逐次編號，最后將邊界用鐵絲網(wǎng)、水泥樁固定[11]。

2.2.2 測定方法 林冠實際截留量的觀測仍然采用了傳統(tǒng)的觀測方法[11].每個樣地設(shè)置了8個標(biāo)準(zhǔn)雨量筒測量林內(nèi)雨量,在距觀測地點約150 m和200 m處的皆伐跡地分別安設(shè)另一臺雨量筒觀測大氣降雨量.觀測時按降雨場次分別進(jìn)行,同時記錄大氣降雨和林內(nèi)雨量.對天然林和人工林分別觀測了2個和3個雨季.林冠實際截留量等于林外大氣降雨量與林內(nèi)雨量之差(因樹干流很小,可忽略不計),林內(nèi)雨量用算術(shù)平均法計算。

2.2.3 主要研究方法

1) 生物量計算。生物量和蓄積量的關(guān)系模式來計算林地林分生物量，回歸方程：B=aV+b,其中B為森林生物量(t);V為森林蓄積量(m3);a,b為參數(shù)。具體樹種回歸方程見表2。

表2 不同林分類型生物量與蓄積量回歸方程

2) 森林碳儲量和釋氧量計算。依據(jù)生物量和材積的關(guān)系計算生物量，進(jìn)而計算森林碳儲量。

C=B·Cc

式中:C——碳儲量(t)；B為生物量，Cc——含碳率,森林含碳率采用平均值0.5。

3) 凈化氣體量的計算。本研究對計算樹木的枝、干、葉等部位吸收降解二氧化硫的方法采用面積—吸收的方法進(jìn)行計算：

W=f·A

式中：W——森林吸收二氧化硫的量；f——不同植被單位面積吸收SO2的量；A——不同植被的面積，而植物吸收氟化氫和滯塵能力同樣可以用面積—吸收能力計算。

4) 林冠截留計算與土壤持水能力測定公式。林冠截留量計算公式:I=P-T-S，其中：I——林冠截留量(mm);P——大氣降水量(mm);T——林內(nèi)穿透降水(mm);S——樹干莖流量(mm)。

土壤調(diào)查采用剖面法,在各標(biāo)準(zhǔn)地選取有代表性樣點,分別按0—10 cm,10—20 cm,20—40 cm取樣。用烘干法測定土壤含水量,用環(huán)刀法測定土壤容重、孔隙度等物理性質(zhì),土壤持水力Sh=10000h·p，其中,Sh——土持水力(t/hm2)；h——土壤層厚度(m)；p——非毛管孔隙度(%)

3 結(jié)果與分析

3.1 主要林分固碳釋氧的能力及效益分析

3.1.1 不同林分生物量計算

1) 不同齡期四種林分蓄積量的計算。衡量森林?jǐn)?shù)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)是蓄積量的多少，森林經(jīng)營的效果及生產(chǎn)力的高低用蓄積量來表示。它為森林采取正確的經(jīng)營措施提供了重要的依據(jù)。在相同的立地條件下，處于同一齡級的同一樹種在不同林分類型中生長狀況不同，表現(xiàn)出來的胸徑，樹高，樹形也同，進(jìn)而影響他們的蓄積量。對同一立地條件下的落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林，在密度最優(yōu)的狀況下進(jìn)行測定，跟據(jù)表2可得出四種林分在不同齡級下測得樹木的蓄積量(圖1)。

圖1 不同林分不同齡期蓄積量估算

對同一林分不同齡期的生長狀況的比較可以看出：落葉松純林中幼齡期增長速度比較慢，而近熟期增長速度最快。落樺混交林和杉落針闊混交林中中齡期和近熟期增長速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幼齡期。而落闊混交林種幼齡期的增長速度要大于近熟期。不同林分同一齡期生長狀況的比較,處于幼齡級時不同林分的蓄積量的大小順序依次為：杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林；中齡期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林；近熟期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林；成熟期不同林分的蓄積量大小順序依次為：杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林；不同林分蓄積出現(xiàn)這樣的蓄積順序可能是因為落闊混交林中白樺、山楊優(yōu)勢樹種為速生樹種在幼齡期生長速度要大于落葉松這些針葉樹種，而到了近熟期這些針葉樹種的生長速度超過山楊白樺。林分杉落針闊混交林無論處于何種時期其蓄積量都大于其他三種林分，蓄積量是其他林分的1～2倍。

2) 不同齡期的生物量估算。由上述表各樹種蓄積和生物量的關(guān)系可以求出各個林分不同齡期的生物量。由表2各樹種蓄積和生物量的關(guān)系可以求出各個林分不同齡期的生物量，由表3可以求出處于不同齡級各個林分的年平均生物量(圖2)。

表3 不同林分類型林齡組劃分 年

圖2 不同林分不同齡期的年均生物量

由圖2幼齡期不同林分年均生物量從大到小依次杉落針闊混交林[4.73 t/(hm2·a)]>落樺混交林[2.46 t/(hm2·a)]>林分落闊混交林[2.12 t/(hm2·a)]>落葉松純林[1.79 t/(hm2·a)]，落葉松純林年均生物量最小的原因可能是因為針葉樹種在幼齡期生長的速度要小于山楊、白樺這些速生樹種。在中齡期闊葉樹種的生長速度達(dá)到最大，針葉樹種開始加速生長，于是4種林分中齡期年均生物量大小為杉落針闊混交林[5.66 t/(hm2·a)]>落闊混交林[4.9 t/(hm2·a)]>落樺混交林[4.47 t/(hm2·a)]>落葉松純林[1.79 t/(hm2·a)]，近熟林杉落針闊混交林[6.48 t/(hm2·a)>落樺混交林[5.3 t/(hm2·a)]>落闊混交林[5.19 t/(hm2·a)]>落葉松純林[5.16 t/(hm2·a)]。針葉樹種在近熟期生長速度達(dá)到最大，超過闊葉樹種生長速度。成熟林是4種林分的年均生物量大小依次為杉落針闊混交林、落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林。由上圖可知杉落針闊混交林杉落針闊混交林無論處于何種齡級階段其年均生物量都是最高的。

3.1.2 不同林分不同齡級的固碳釋氧量估算

1) 各個齡期不同林分的碳儲量估算。

不同林分不同齡級的的單位面積的碳儲量大小比較見圖3，同一林分不同的齡級階段來看:落葉松純林在各個齡級的C密度分別為0.89，1.03，2.58，0.74 t/(hm2·a)；落樺混交林在各個齡級的C密度分別為1.23，2.24，2.65，0.79 t/(hm2·a)；落闊混交林在各個齡級的C密度分別為中齡林1.06，2.45，2.60，0.83 t/(hm2·a)；杉落針闊混交林在各個齡級的C密度分別為2.36，2.83，3.24，0.96 t/(hm2·a)。在上述4種林分中年單位碳儲量均呈現(xiàn)出，近熟林最大、中齡林次之、成熟林最小。

從同一齡級階段不同的林分類型來看：幼齡期時，落葉松純林<落闊混交林<落樺混交林<杉落針闊混交林;中齡期，落葉松純林<落樺混交林<落闊混交林<杉落針闊混交林;近熟林落闊混交林<落葉松純林<落樺混交林<杉落針闊混交林;近熟林落闊混交林<落樺混交林<落葉松純林<杉落針闊混交林；杉落針闊混交林無論處于何種齡期其碳密度都是最大的，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他林分。其他林分碳儲量的變化趨勢不是很明顯。

圖3 各個齡期不同林分的碳儲量估算

2) 不同齡期不同林分的氧氣釋放量估算。釋放氧氣物質(zhì)量與林木的生長速度呈正相關(guān)，生長越快，釋氧物質(zhì)量增加越多(圖4)。4種林分類型均表現(xiàn)為：從幼齡林到近熟林期間，釋氧物質(zhì)量呈增加趨勢，到成熟林時，釋氧物質(zhì)量明顯減弱，表明應(yīng)該立即更新。不同林分之間的釋氧物質(zhì)量比較發(fā)現(xiàn)：落葉松純林的釋氧物質(zhì)量在任何一個齡林階段均最低，杉落針闊混交林的釋氧物質(zhì)量在任何一個齡林階段均最高。落樺混交林和落闊混交林之間的差別較小，固碳和釋氧物質(zhì)量的規(guī)律基本一致。

圖4 不同齡期不同樣地O2釋放量

3.1.3 固碳釋氧經(jīng)濟(jì)價值估算 依據(jù)森林生態(tài)效益資源評估的標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè)固碳價為273.3元/t，工業(yè)制氧價為369.7元/t 。根據(jù)已計算出儲碳量可得出固定二氧化碳量，則4塊樣地不同齡級單位面積固碳釋氧的經(jīng)濟(jì)價值如表4所示。

3.2 主要林分的凈化空氣的作用

1) 不同樣地不同齡下二氧化硫的吸收量。不同的林分類型其對二氧化硫的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對二氧化硫的吸收分別為為88.65，215.60，152.13 kg/hm2。研究不同齡級單位面積吸收SO2的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對SO2的吸收不同所確定。由此可得出不同樣地不同齡級森林所吸收SO2的總量。(表5)

表4 4塊樣地不同齡級單位面積每年固碳釋氧的經(jīng)濟(jì)價值 元/(hm2·a)

表5 不同樣地各個齡級SO2的吸收量 kg/hm2

從不同樣地處于同一齡期階段來看：杉落針闊混交林無論在何種齡期對于SO2的吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于其他樣地。這是因為SO2通過葉片上的氣孔和枝條上的皮孔吸收轉(zhuǎn)化，樹木吸收SO2等于葉片積累轉(zhuǎn)移和表面的吸附。而杉落針闊混交林的蓄積量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樣地的，葉片的生物量也是最高的，且分層明顯更有利于SO2的吸收。落闊混交林吸收SO2的量最少，是因為白樺和山楊雖為闊葉，但是樹葉的總量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于那些針葉樹種，且層次比較單一，所以無論處于何種齡級其對SO2的吸收都是最少的。

2) 不同樣地不同齡下氟化氫的吸收量。 不同的林分類型其對的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對氟化氫的吸收的平均值分別為4.65×10-3，0.50×10-3，2.58×10-3t/hm2。研究不同齡級單位面積吸收HF的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對HF的吸收不同所確定。由此可得出不同樣地不同齡級森林所吸收HF的總量(表6)。

3) 不同樣地不同齡下粉塵的吸收量。不同的林分類型其對的吸收效果不同，由《中國生物多樣性國情研究報告》得：闊葉林、針葉樹、針闊混交林對粉塵的吸收的平均值分別為13.72，25.66，19.69 t/hm2。研究不同齡級單位面積滯塵的能力，應(yīng)根據(jù)蓄積不同其對粉塵的吸收不同所確定。由此可得出不同林分不同齡級森林所吸收粉塵的總量(表7)。

表6 不同林分各個齡級HF的吸收量 kg/hm2

表7 不同林分各個齡級所吸收粉塵的總量t/hm2

類型落葉松純林落樺混交林落闊混交林杉落針闊混交林幼齡林9.408.258.9525.67中齡林15.8919.6821.0037.49近熟林34.7621.4822.4344.50成熟林42.5929.3526.3852.29

由表7可以看出杉落針闊混交林在各個齡級滯塵能力都是最大的。樹木形體高大，能夠降低風(fēng)速，可使灰塵因風(fēng)速的減慢而降落，又由于葉片表面粗糙不平和能吸附粉塵的粘性物質(zhì)所以樹木有滯塵的作用。杉落針闊混交林的枝葉茂盛，且分層明顯，層次復(fù)雜葉片表面分泌有油脂性物質(zhì)所以它的滯塵能力是最好的。

4) 不同樣地不同齡級凈化空氣的經(jīng)濟(jì)價值。根據(jù)《中國生物多樣性國情研究報告》，SO2每年消減1 t的費用如下：投資額500元，運行費100元，共600元，按治理成本法計算，則二氧化硫的治理費用為600元/t。而森林每吸收HF所消耗的費用是160元/t，阻滯降塵是560元/t。計算方法都是采用燃煤爐大氣污染物排污收費的籌資型標(biāo)準(zhǔn)的平均值(表8)。

3.3 主要林分涵養(yǎng)水源功能

涵養(yǎng)水源是森林的重要生態(tài)效益之一，河流的起源與森林有著密切的關(guān)系，大多數(shù)河流都起源于生長茂密的森林之中。森林有著涵養(yǎng)水源的功能，有下列幾個原因：第一，林冠截留及其再分配；森林地下調(diào)落層的阻擋，吸收大部分水分，有利于下滲水分的增多，從而減小地表徑流。第二，森林調(diào)落物的腐爛使森林土壤肥沃，從而森林土質(zhì)比較疏松，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，這樣的土壤結(jié)構(gòu)更有利于雨水的滲透。

不同的樣地類型，由于其生態(tài)特性的不同，其涵養(yǎng)水源的生態(tài)效應(yīng)也存在著差異。林冠截留、調(diào)落物的持水量和森林土壤這三個是森林最大的貯水庫和水分調(diào)節(jié)器的主要作用層，本文主的差異，其樣地水源涵養(yǎng)功能也存在一定的差異。林要從這三個方面從來調(diào)查落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林的涵養(yǎng)水源效益。

1) 不同樣地的林冠層截流性能。不同的森林結(jié)構(gòu)其林冠截留功能不同，其受樣地結(jié)構(gòu)、密度、層次、郁閉度及降雨強(qiáng)度等因素的影響。通過對四塊樣地的林冠層截留量的測定，測定結(jié)果見表9。

表8 不同林分類型不同齡級凈化空氣的經(jīng)濟(jì)價值 元/hm2

表9 不同樣地類型林冠截留量

從表9可知，4種林分類型在雨季林冠層截留率在22%左右，雨季平均值的大小依次為:杉落針闊混交林(25.4%)>落樺混交林(22.8%)>落闊混交林(22.5%)>華北落葉松林(19.1%)?？傮w趨勢杉落針闊混交林的林冠層截流量較大，落闊混交林次之，純林最小。其主要原因在于杉落針闊混交林的樣地層次比較多，樣地比較茂密，截流量就大。落闊混交林雖葉子比較大，但與針葉林相比較其總量處于弱勢故其截流量不如落樺混交林高。而落葉松純林層次比較單一，枝葉的生物量又比較低過截流量最低。在雨季從林冠層對降雨的林冠截留量來看，除杉落針闊混交林外，其它幾種林分類型林冠截留率均在7月、8月兩個月林冠截留率較小，6月份最大。其主要原因是雖然6月份降水量小于7月份，可是6月份的蒸發(fā)量大，因此6月份林冠截留率較大，7月、8月份由于降水多且多為暴雨，雨量比較多且陰雨天較多，因此截留率相對較小。

2) 不同樣地的持水能力分析?？萋湮锊粌H作為森林涵養(yǎng)水源的第二個重要的作用層，而且參與物質(zhì)的流動和能量循環(huán)。它在使流域地下徑流增加、產(chǎn)流時間延長、總的產(chǎn)流量減小等方面有著重要的意義。由于四種不同的林分類型，所以其枯落物分解特性和種類不同，枯落物的量和分解速度也不相同，森林類型枯落物現(xiàn)存量不僅與林齡、郁閉度有關(guān)還與溫度、水分有關(guān)根據(jù)測定，木蘭圍場四中不同林地類型水源保護(hù)林枯落物的現(xiàn)存量(圖5)。

圖5 不同林地類型水源保護(hù)林枯落物的現(xiàn)存量

如圖5所示杉落針闊混交林的枯落物的厚度明顯大于闊葉林和純林，首先是因為杉落針闊混交林的枯落物的蓄積量大，還有一個重要的原因是針葉林樹種的枝葉相對于闊葉林較難分解，枯落物的分解至腐殖質(zhì)需要較長的時間。

表10為不同樣地類型最大持水量不同，大小依次為杉落針闊混交林、落樺混交林、落葉松純林、落闊混交林。

表10 不同樣地類型水源保護(hù)林枯落物的持水量

3) 不同樣地類型土壤蓄水量的測定。土壤孔隙狀況(總孔隙度、毛管孔隙度以及非毛管孔隙度)是土壤涵養(yǎng)水源的主要指標(biāo)之一，土壤的有機(jī)質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、影響著土壤的孔隙度。土壤肥沃有大量孔隙即疏松多空，則持水能力較強(qiáng)。當(dāng)土壤貧瘠且板結(jié)則持水能力弱。其中總孔隙度對土壤的蓄水能力有著重要的影響，而非毛管孔隙度是土壤重力水的重要路徑，更多的是影響水分的調(diào)節(jié)和土壤的滲透能力。由于不同樣地類型根系分布的深淺不同，枝葉凋落物的多少和各成分的含量不同。于是各個樣地的土壤理化性質(zhì)各異，從而最終導(dǎo)致了不同植被類型下的土壤蓄水能力和調(diào)節(jié)水分的能力也有所不同。

表11 不同樣地類型水源保護(hù)林土壤的理化性質(zhì)

由表11看出，土壤持水量的大小依次為杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林。土壤持水量最大的為杉落針闊混交林杉落針闊混交林，為458.5 t/hm2,土壤持水量最小的華北落葉松純林為317.4 t/hm?？傮w來看闊葉樹種比針葉的樹種的理化性質(zhì)要好，土壤持水量要高。其主要原因是因為針葉林的枯落層腐化速度比較緩慢，土壤的理化性質(zhì)相應(yīng)的就不能快速的得到改善。土壤的滲透性能來表現(xiàn)土壤層的調(diào)節(jié)能力。四種林分不同的樣地，它們的土壤物理性能也有差異，所以四種林分的土壤穩(wěn)滲速率也有明顯的差異。地表徑流和進(jìn)入土壤的水量受土壤入滲速率調(diào)節(jié)。土壤的滲透性能取決于土壤的結(jié)構(gòu)、孔隙度，滲水性能優(yōu)良的林土壤能夠使水分在土壤內(nèi)進(jìn)行分配，從而將地表徑流轉(zhuǎn)化地下水。土壤的滲透速率是有初始滲透量、穩(wěn)定入滲量和通過土層的時間所衡量的。四塊樣地不同的土壤理化性質(zhì)其土壤滲透性能也是不同的(表12)。

表12 不同植被類型土壤滲透性能

表12初始滲透率表現(xiàn)為杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林,最終滲透速率杉落針闊混交林>落闊混交林>落樺混交林>落葉松純林。是因為針葉樹種凋落物中含有單寧物質(zhì)影響凋落物的分解，針葉樹種分解緩慢，影響土壤理化性質(zhì)。闊葉樹分解比較迅速，土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量不較高。當(dāng)針闊混交時土壤上的凋落物分街速率得到了有效的改善，故土壤的入滲率得到了提高。

4) 森林涵養(yǎng)水源量的經(jīng)濟(jì)價值。關(guān)于森林涵養(yǎng)水源量的定價標(biāo)準(zhǔn)，我們根據(jù)水庫工程的蓄水成本來確定。其蓄水價值跟據(jù)蓄積1 t水的水庫建設(shè)的花費標(biāo)準(zhǔn)。按國家統(tǒng)計部門的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)，按照1988—1991年的水庫工程建設(shè)每方庫容的成本花費為0.67元，可以計算出森林涵養(yǎng)水源的價值(圖6)。

圖6 四種林分類型涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價值

4 結(jié) 論

1) 無論處于何種齡級，杉落針闊混交林的單位蓄積量、生物量都是最大的，即它的固碳釋氧能力是最大的；無論為何年齡階段杉落針闊混交林的總和價值為最大；并且四種林分中林分D的滯塵能力最強(qiáng)。

2) 從林冠層、凋落物層及土壤層3個生態(tài)作用層面上，對冀北山地各個林分類型的涵養(yǎng)水源功能做了對比分析，表明4種林分類型在雨季林冠層截留率在22%左右。林冠截留能力大小依次為杉落針闊混交林、落樺混交林、闊葉混交林(22.5%)、華北落葉松林;不同植被類型的凋落物持水量不同，闊葉混交林最小，杉落針闊混交林持水量最大。不同林分類型土壤蓄水總量的大小依次為杉落針闊混交林>落樺混交林>落闊混交林>落葉松純林。則四種林分涵養(yǎng)水源能力最大的是杉針闊混交林。

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Study on Ecological Functions of Four Typical Stands of Larix in Northern Hebei

ZHANG Ning1, GUO Binliang1, YU Shitao2, ZHANG Churu3,HUANG Yonghui3, ZHANG Jianhua2, GU Jiancai1

(1.AgriculturalUniversityofHebei,Baoding，Hebei071000,China; 2.Melaleucaboardforestfarm,Chengde,Hebei068466,China; 3.ForestFarmofState-OwnedForestBureauofMulan-WeichanginHebei,Chengde,Hebei068450,China)

To explore the ecological functions of four typical larch stands in mountain of northern Hebei, the four different larch forest types such as larch, mixture of larch and birch, coniferous-broadleaved mixed forest and mixture of larch andconiferous fir were chosen as the samples. The clean air and water conservation functions were investigated through the calculation of biomass and water-holding capacity determination, and estimation of carbon sequestration and oxygen release in different stands. The results showed that function efficiency index of stand D was the highest, followed by stand B and stand C, the least one occurred in stand A, therefore, stand D is optimal and its ecological function is the most powerful among the four stands.

larix; ecological functions; biomass; water-holding capacity

2014-06-19

2014-06-30

河北省科技廳“河北省灤河流域水源林經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(15227652D)；河北省科技廳軟科學(xué)“國有林場經(jīng)營管理機(jī)制存在的問題及改革模式研究”(13457525)

張寧(1989—),女,河北衡水人,在讀碩士研究生,研究方向:森林可持續(xù)經(jīng)營。E-mail:934827579@qq.com

谷建才(1963—),男,河北藁城人,教授,研究方向:林業(yè)經(jīng)營技術(shù)。E-mail:gujiancai@126.com

S754.1

1005-3409(2015)02-0320-08