渾河上游水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)與功能研究

馬秀艷

(寬甸滿族自治縣寬甸鎮(zhèn)林業(yè)工作站,遼寧丹東118200)

渾河上游水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)與功能研究

馬秀艷

(寬甸滿族自治縣寬甸鎮(zhèn)林業(yè)工作站,遼寧丹東118200)

以渾河上游水源涵養(yǎng)林為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)4種典型林分類型的樹(shù)種組成、枯落物持水特性和土壤持水特性進(jìn)行的研究,結(jié)果表明:各類型林分的樹(shù)種組成復(fù)雜程度順序?yàn)楹颂议?花曲柳+五角楓混交林＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林＞遼東櫟+五角楓天然林＞人工日本落葉松純林,闊葉混交林和針闊混交林樹(shù)種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng);不同林分類型枯落物和土壤最大持水量的大小順序?yàn)楹颂议?花曲柳+五角楓混交林(4 003.38 t hm-2)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(3 838.54 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(3 444.15 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(3 208.85 t hm-2)。

水源涵養(yǎng)林;渾河上游;林分結(jié)構(gòu);枯落物持水特性;土壤持水特性

渾河上游位于遼寧省東部撫順市境內(nèi),是渾河及其主要支流的發(fā)源地和集水區(qū),也是沈陽(yáng)等遼寧中部城市群重要的水源涵養(yǎng)林基地[1]。1988年,遼寧省將該區(qū)劃定為水源涵養(yǎng)用材林區(qū),其地位得到進(jìn)一步重視。水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)決定其涵養(yǎng)水源、保持水土和改善水質(zhì)等主導(dǎo)功能的發(fā)揮[2]。林分的直徑結(jié)構(gòu)、樹(shù)種組成和林木間的空間位置與林分的結(jié)構(gòu)和功能有著很大的關(guān)系[3]。合理的林分結(jié)構(gòu)是充分發(fā)揮森林多種功能的基礎(chǔ)[4]。因此,加強(qiáng)渾河上游水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)研究對(duì)于該區(qū)營(yíng)林生產(chǎn)和科學(xué)決策都具有重要意義。

1 研究地概況

試驗(yàn)地選在渾河上游地區(qū)清原縣甘井子林場(chǎng)。該區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū),冬季漫長(zhǎng)寒冷,夏季炎熱多雨,春季多風(fēng),晝夜溫差較大,四季分明。年平均氣溫在4～7℃,年極端最高氣溫為38.5℃,年極端最低氣溫為-41.5℃?！?℃積溫為3 005.7～3 203.6℃,≥10℃積溫為2 498.4～2 877.3℃,全年無(wú)霜期為120～160d。年降水量714.2～1 025.3 mm,雨季多集中在7—8月,日降水最大為218.5 mm,年蒸發(fā)量為925～1 284.1 mm。該區(qū)系長(zhǎng)白山脈龍崗支脈,海拔在400～800 m,地貌基本輪廓為低山丘陵,有“七山二水一分田”之稱。土壤以暗棕色森林土為主,土層厚度10～100 cm。渾河發(fā)源于清原滿族自治縣的灣甸子鄉(xiāng)滾馬嶺,渾河上游干流總長(zhǎng)205 km,流域面積7 311 km2,占撫順市總面積64.9%,包括渾河、社河和蘇子河三條主要支流。植被屬長(zhǎng)白山植物區(qū)系,地帶性植物群落為以紅松為主的針闊混交林,森林植被以天然次生落葉林和人工針葉林為主,其中天然次生林約占84%,主要林型有蒙古櫟(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黃波羅(Phellodendron amurense)、花曲柳(Fraxinus rhynchophylla)等組成的硬闊葉林,樺木(Betula spp.)等組成的軟闊葉林,槭類(Acer spp.)等組成的雜木林,長(zhǎng)白落葉松(Larix olgensis)、紅松(Pinus koraiensis)、油松(Pinus tabulaeformis)組成的人工針葉林[1]。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選擇4種典型林分類型,分別設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地面積為20 m×20 m。標(biāo)準(zhǔn)地概況見(jiàn)表1。

表1 不同林分類型的標(biāo)準(zhǔn)地概況

2.2 標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查法

在充分踏查的基礎(chǔ)上選定標(biāo)準(zhǔn)地。調(diào)查指標(biāo)有:樹(shù)種組成、郁閉度、林分年齡、平均胸徑、平均樹(shù)高。不同標(biāo)準(zhǔn)地的林下枯落物采集,每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地沿對(duì)角線均勻分布設(shè)置30 cm×30 cm的3個(gè)樣方,采集枯落物,3次重復(fù),并測(cè)定郁閉度、枯落物厚度。不同標(biāo)準(zhǔn)地的土壤樣品采集同樣沿對(duì)角線均勻分布設(shè)置3個(gè)取土剖面,采集200 cm3環(huán)刀、鋁盒土樣,3次重復(fù)。

2.3 測(cè)定方法

在試驗(yàn)室里,采用烘干稱量法測(cè)定枯落物的干質(zhì)量。采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定枯落物持水特性,用浸泡24 h質(zhì)量換算最大持水量。同樣,采用烘干稱量法,測(cè)定土壤含水率。采用環(huán)刀法測(cè)定土壤含水率、土壤容重、最大持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度等指標(biāo),計(jì)算土壤最大持水量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分類型的樹(shù)種組成

表2 不同林分類型的林木結(jié)構(gòu)特征

由表2可以看出:冷杉+白樺+五角楓針闊混交林的樹(shù)種組成為6冷3樺1楓,冷杉為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種,白樺為伴生樹(shù)種,林分密度為1 625株hm-2,林齡為29 a,是以白樺為先鋒樹(shù)種的群落類型,逐漸演化成以冷樺為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的針闊混交林(該林分有極少五角楓幼樹(shù))。核桃楸+花曲柳+五角楓混交林的樹(shù)種組成為5楸4花1楓,核桃楸和花曲柳為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種,五角楓為伴生樹(shù)種,林分密度826株hm-2,林齡33 a,逐漸演化成核桃楸和花曲柳為優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的闊葉混交林。人工日本落葉松純林的林分密度1 065株hm-2,林齡21 a,日本落葉松為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,營(yíng)林生產(chǎn)中應(yīng)及時(shí)撫育間伐,注意土壤板結(jié)和地力衰退等問(wèn)題。遼東櫟、五角楓天然林的樹(shù)種組成為9櫟1楓,林分密度為677株hm-2,林齡43 a,伴生樹(shù)種分布極少。

從樹(shù)種組成的復(fù)雜程度上看,核桃楸+花曲柳+五角楓混交林＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林＞遼東櫟五角楓天然林＞人工日本落葉松純林。闊葉混交林的動(dòng)植物物種豐富度明顯高于其他林分類型,表現(xiàn)更穩(wěn)定,冷杉白樺針闊混交林次之,人工落葉松純林最差。

3.2 不同林分類型枯落物的持水特性與功能

枯落物蓄積量與林齡、林分組成、氣候條件、輸入量、分解速度、枯落物厚度和性質(zhì)有關(guān)[1]。結(jié)果表明(表3),不同林分類型枯落物厚度大小依次為核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(7 cm)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(5 cm)＞遼東櫟+五角楓天然林(4.5 cm)＞人工日本落葉松純林(4 cm),但是闊葉林枯落物葉片較大,空隙亦較大,厚度相對(duì)較厚。

不同林分類型的枯落物蓄積量大小依次為人工日本落葉松純林(25.63 t hm-2)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(23.17 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(16.28 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(11.59 t hm-2),針葉樹(shù)枯落物含有油脂,分解速率明顯低于闊葉樹(shù)枯落物,故蓄積量最大。

枯落物持水量反映了林分枯落物的涵養(yǎng)水源能力,是評(píng)價(jià)水源林水源涵養(yǎng)功能的一個(gè)重要指標(biāo)。不同林分類型枯落物最大持水量大小依次為冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(73.26 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(63.28 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(60.17 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(48.53 t hm-2)。研究表明,4種林分類型中冷杉白樺五角楓混交林枯落物具有較強(qiáng)的涵養(yǎng)水源能力,針葉和闊葉純林應(yīng)人工誘導(dǎo)形成針闊混交林結(jié)構(gòu),增強(qiáng)其水源涵養(yǎng)功能。

表3 不同林分類型枯落物的持水特性

3.3 不同林分類型土壤的持水特性與功能

土壤容重是反映土壤緊實(shí)度和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。結(jié)果表明(表4),不同林分類型的土壤容重為核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(0.87 g cm-3)＜冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(0.93 g cm-3)＜遼東櫟+五角楓天然林(1.16 g cm-3)＞人工日本落葉松純林(1.28 g cm-3),核桃楸+花曲柳+五角楓混交林土壤容重最好。

孔隙度是土壤持水性能的重要度量值。當(dāng)總孔隙度一定時(shí),非毛管孔隙度所占比重越大,土壤透水性能越高,涵養(yǎng)水源功能越強(qiáng),土壤的涵養(yǎng)水源功能,應(yīng)考慮土壤總孔隙度及非毛管孔隙度的實(shí)際高低,以土壤最大持水量為主進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[2]。從表4可以得出,不同林分類型土壤最大持水量大小依次為核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(3 943.21 t hm-2)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(3 765.28 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(3 395.62 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(3 145.57 t hm-2)。

表4 不同林分類型土壤的持水特性

4 結(jié)論與討論

樹(shù)種組成復(fù)雜程度,核桃楸+花曲柳+五角楓混交林＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林＞遼東櫟+五角楓天然林＞人工日本落葉松純林,闊葉混交林和針闊混交林樹(shù)種結(jié)構(gòu)更合理,生態(tài)穩(wěn)定性更強(qiáng)。

不同林分類型枯落物最大持水量大小依次為冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(73.26 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(63.28 t hm-2)＞核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(60.17 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(48.53 t hm-2)。

不同林分類型土壤最大持水量大小依次為核桃楸+花曲柳+五角楓混交林(3 943.21 t hm-2)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(3 765.28 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(3 395.62 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(3 145.57 t hm-2)。

不同林分類型枯落物和土壤最大持水量的大小順序?yàn)楹颂议?花曲柳+五角楓混交林(4 003.38 t hm-2)＞冷杉+白樺+五角楓針闊混交林(3 838.54 t hm-2)＞遼東櫟+五角楓天然林(3 444.15 t hm-2)＞人工日本落葉松純林(3 208.85 t hm-2)。

從涵養(yǎng)水源的角度出發(fā),建議在渾河上游水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化的生產(chǎn)實(shí)際中,結(jié)合該地區(qū)水源涵養(yǎng)用材林區(qū)的要求,采取人工誘導(dǎo)形成針闊混交的樹(shù)種結(jié)構(gòu),制定科學(xué)、合理的營(yíng)林措施和經(jīng)營(yíng)對(duì)策。

[1]韓友志,邢兆凱,顧宇書,等.渾河上游白樺冷杉等9種林分枯落物儲(chǔ)量及持水特性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011(11):15-18

[2]李金良,鄭小賢,陸元昌.六盤山水源涵養(yǎng)林林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整研究[J].林業(yè)資源管理,2012(5):31-38

[3]張建國(guó),段愛(ài)國(guó),童書振.林分直徑結(jié)構(gòu)模擬與預(yù)測(cè)研究概述[J].林業(yè)科學(xué)研究,2004,17(6):787-795

[4]龔直文,亢新剛,顧麗,等.天然林林分結(jié)構(gòu)研究方法綜述[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào),2009,26(3):434-443

Stand Structure and Function of Water Conservation Forest in Upper Reaches of Hunhe River

Ma Xiuyan
(Forestry Work Station of Kuandian Town,Kuandian Manchu Autonomous County,Dandong 118200,China)

Taking water conservation forest in upstream Hun River as the research object,tree species composition, water-holding characteristics of litter and water retention characteristics of soil of four typical types for stand were studied.Result shows that:the complexity of the species composition,mixed forest of Juglans mandshurica+ Fraxinus rhynchophylla+Acer mono＞coniferous and broadleaved mixed forest of Abies fabric+Betula platyphylla+Acer mono＞natural forest of Quercus wutaishansea+Acer mono＞artificial pure forest of Larix kaempferi.Stability of tree structure of broadleaved mixed forest and coniferous and broad-leaved mixed forest are greater.The descending order of litter and soil water holding capacity is the different types of stand mixed forest of Juglans mandshurica+Fraxinus rhynchophylla+Acer mono(4 003.38 t hm-2)＞mixed forest of Abies fabric+ Betula platyphylla+Acer mono(3 838.54 t hm-2)＞natural forest of Quercus wutaishansea+Acer mono (3 444.15 t hm-2)＞artificial pure forest of Larix kaempferi(3 208.85 t hm-2).

water conservation forest;upstream Hun River;stand structure;water-holding characteristics of litter; soil water retention characteristics

S759.6

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.004

1005-5215(2015)11-0010-03

2015-08-07

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200904064)

馬秀艷(1967-),女,大學(xué),工程師,從事農(nóng)林工程專業(yè)工作.