不同坡位50年生木荷人工林水源涵養(yǎng)能力分析

林仲

摘要 在調(diào)查50年生木荷人工林生物量的基礎(chǔ)上，進一步分析了不同坡位林分喬木層、灌木層、草本層、凋落物層及土壤的水源涵養(yǎng)能力。結(jié)果表明，隨著坡位上升，林分不同層次生物量呈下降趨勢，喬木層、灌木層、草本層、凋落物層及土壤的水源涵養(yǎng)能力也呈下降趨勢，且下坡位林分不同層次水源涵養(yǎng)能力與上坡位相比差異達顯著或極顯著水平。

關(guān)鍵詞 坡位；木荷人工林；水源涵養(yǎng)功能

中圖分類號 S718.5 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）18-0143-03

Abstract Based on the investigation of biomass of 50year Schima superba plantation， the water conservation capacity of tree layer， shrub layer， herb layer， litter layer and soil of S. superba plantation under different slopes were further studied. The results showed that with the rise of slope， biomass of different forest lays were showed the tendency of decline， the water conservation capacity of tree layer， shrub layer， herb layer， litter layer and soil were also showed the tendency of decline， and water conservation capacity of different forest lays in lower slope had the highly significant difference or significant difference than that of the upper slope.

Key words Slope；Schima superba plantation；Water conservation capacity

全球氣候變化是人類面臨的最嚴重危機之一，也是目前全世界生態(tài)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家及林學(xué)家重點關(guān)注的問題之一[1-2]。在應(yīng)對氣候變化的對策中，森林以其特殊功能發(fā)揮著不可替代的作用。隨著全球氣候的變化，極端天氣發(fā)生的頻率日益增加，地球生物圈降水發(fā)生重新分配，在局部范圍內(nèi)干旱和水澇現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率也日益增加。森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能是森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的重要組成部分[3-5]。一方面，森林生態(tài)系統(tǒng)通過森林植物的呼吸作用及蒸騰作用向大氣排放水分子，從而增加大氣降水；另一方面，森林生態(tài)系統(tǒng)通過林地森林植物、林地枯枝落葉及林地土壤的貯水功能，調(diào)節(jié)某一區(qū)域的水資源供給[6]。木荷是我國南方造林常用的闊葉樹種。目前學(xué)者對不同森林類型的水源涵養(yǎng)功能進行了相關(guān)的研究[7-9]，然而針對木荷人工林的研究較少，特別是木荷成熟林水源涵養(yǎng)功能的研究鮮見報道。鑒于此，筆者在調(diào)查不同坡位木荷人工林生長的基礎(chǔ)上，進一步分析木荷人工林喬木層、灌木層、草本層、枯枝落葉層及土壤層的水源涵養(yǎng)功能，以期為木荷人工林的科學(xué)經(jīng)營及生態(tài)功能評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省順昌埔上國有林場河墩工區(qū)38林班54大班8小班，117°48′00″ E，26°55′30″ N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫19.1 ℃，年均降水量1 500～1 800 mm，年蒸發(fā)量1 453 mm。造林地前身為常綠闊葉林，土壤為山地紅壤，坡向東南，坡度18°。木荷人工林1968年造林，面積10.2 hm2，造林密度為2 550株/hm2；1997年對木荷人工林進行撫育間伐，間伐強度約60%，現(xiàn)經(jīng)營密度為900株/hm2，郁閉度60%。2014年1月用容器袋1年生楠木苗進行林下套種，苗木平均地徑為0.45 cm，平均苗高為55.00 cm；挖明穴60 cm×60 cm×40 cm，株行距4.0 m×4.0 m，套種密度為600株/hm2。套種第1年撫育3次，分別于4月進行擴穴培土及施肥，每株施復(fù)合肥250 g，5—6和8—9月進行全劈各1次，套種第2年和第3年分別于5—6和8—9月進行全劈1次。調(diào)查林分灌木層以套種的楠木（Phoebe zhennan）、粗葉榕（Ficus hirta）為主，草本層以三葉青（Tetrastigma hemsleyanum）、杜莖山（Maesa japonica）為主。不同坡位50年生木荷林生長情況見表1。

1.2 樣地設(shè)置及樣品取樣

2016年8月在50年生木荷人工林上坡、中坡及下坡分別設(shè)置3塊20 m×20 m的樣地，共設(shè)置9塊樣地。測定每一樣地內(nèi)木荷的胸徑和樹高，并計算選擇出各樣地木荷平均木；在每一樣地內(nèi)隨機設(shè)置5個2 m×2 m小樣方及10個1 m×1 m小樣方，2 m×2 m小樣方用于收集灌木層植被樣品；1 m×1 m小樣方用于收集草木層植被樣品及凋落物層樣品。每一樣地平均木砍倒后分別取其干、枝及葉樣品。喬木層植被樣品、灌木層植被樣品、草木層植被樣品及凋落物層樣品現(xiàn)場稱重后，分別取部分樣品帶回室內(nèi)測定持水量及干重。土壤取樣按“S”型布點5個，用土壤容重圈分別取0～20、20～40、40～60 cm土層土壤樣品，帶回室內(nèi)測定土壤物理性質(zhì)及持水量。

1.3 水源涵養(yǎng)功能測定

采用烘干法測定喬木層、灌木層、草本層及凋落物層樣品干重；用浸水法測定喬木層、灌木層、草本層及凋落物層樣品最大持水量[10]；用環(huán)刀法測定土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、總孔隙度、土壤貯水能力等指標[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft excel 2007和SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各林分層次生物量差異

由表2可知，不同坡位50年生木荷人工林不同林分層次生物量呈現(xiàn)不同的變化趨勢。隨著坡位的上升，喬木層、灌木層、草本層植物鮮生物量呈下降趨勢；其中下坡位喬木層生物量與中坡位及上坡位相比分別增加了182.90%、779.46%，下坡位灌木層生物量與中坡位及上坡位相比分別增加了250.00%、600.00%，下坡位草本層生物量與中坡位及上坡位相比分別增加了0、60.58%，下坡位凋落物層生物量與中坡位及上坡位相比分別增加了26.38%、33.77%。方差分析表明，不同坡位喬木層生物量差異極顯著，下坡位灌木層生物量與中坡位及上坡位相比差異極顯著，下坡位和中坡位草本層生物量與上坡位相比差異顯著，下坡位凋落物層生物量與中坡位及上坡位相比差異達顯著水平。

2.2 地上部分水源涵養(yǎng)能力差異

由表3可知，不同坡位50年生木荷人工林地上部分水源涵養(yǎng)能力呈現(xiàn)不同的變化趨勢。隨著坡位的上升，喬木層、灌木層、草本層及凋落物層的最大持水量呈逐漸下降趨勢。下坡位喬木層最大持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了181.31%、769.02%，下坡位灌木層最大持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了666.67%、7 566.67%，下坡位草本層最大持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了9.09%、114.29%，下坡位凋落物層最大持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了8.57%、15.15%。方差分析表明，不同坡位喬木層及灌木層自然持水量及最大持水量兩兩相比差異均達到極顯著水平，下坡位及中坡位草本層的最大持水量與上坡位相比差異極顯著，下坡位、中坡位凋落物層自然持水量與上坡位相比差異顯著。

2.3 土壤水源涵養(yǎng)能力差異

由表4可知，不同坡位50年生木荷人工林不同土層深度土壤容重及蓄水能力呈現(xiàn)不同變化趨勢。同一坡位條件下，隨著土層深度的增加，土壤容重呈增大趨勢，而毛管持水量、田間持水量及最大持水量則總體呈下降趨勢；就下坡位而言，0～20 cm土壤容重與20～40、40～60 cm土層相比分別降低了15.20%、20.77%，毛管持水量分別降加了30.51%、39.38%，田間持水量分別增加了33.61%、44.32%，最大持水量分別增加了40.73%、47.62%。

同一土層深度條件下，隨著坡位的上升，土壤容重呈增加趨勢，而毛管持水量、田間持水量及最大持水量則總體呈下降趨勢；就0～20 cm土層而言，下坡位土壤容重與中坡位及上坡位相比分別降低了2.03%、18.54%，毛管持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了6.22%、32.35%，田間持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了10.29%、39.29%，最大持水量與中坡位及上坡位相比分別增加了0.37%、30.85%。方差分析表明，下坡位及中坡位0～20 cm土層土壤毛管持水量、田間持水量及最大持水量與其他土層相比差異達顯著水平，下坡位及中坡位20～40、40～60 cm土層土壤容重與0～20 cm相比差異達顯著水平。

2.4 水源涵養(yǎng)綜合能力

由表5可知，森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)能力主要靠土壤來支撐，在林分總持水量中，土壤層持水量占91%以上。就不同坡位林分總持水量差異而言，下坡位林分總持水量與中坡位及上坡位相比分別提高了5.80%、10.49%。方差分析表明，下坡位、中坡位及上坡位喬木層及灌木層總持水量兩兩相比差異達極顯著水平，下坡位及中坡位草本層總持水量與上坡位相比差異達極顯著水平，下坡位及中坡位土壤層總持水量與上坡位相比差異達顯著水平，下坡位林分總持水量與中坡位及上坡位相比差異顯著。

3 結(jié)論與討論

森林的水源涵養(yǎng)能力是森林生態(tài)服務(wù)功能的重要指標之一。森林水源涵養(yǎng)能力的高低，不僅與森林的生物量有關(guān)，還與森林植物種類的組成有關(guān)[12]。林地的立地條件是影響森林生態(tài)系統(tǒng)生物量最重要的因素之一。該研究結(jié)果表明，隨著坡位上升，立地條件變差，林分不同層次生物量呈下降趨勢，喬木層、灌木層、草本層、凋落物層及土壤的水源涵養(yǎng)能力也呈下降趨勢，這與林上杰[13]、張昌桂[14]的研究結(jié)果一致。

土壤的水源涵養(yǎng)能力是森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力的重要組成部分，該研究結(jié)果表明，在林分總持水量中，土壤層持水量占91%以上。灌木層、草本層及凋落物層也是森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力的組成部分，在人為干擾較低的林分，灌木層及草本層物種組成較豐富，灌木層、草本層及凋落物層的水源涵養(yǎng)能力也相對較高。該研究調(diào)查的林分，由于林下套種了楠木，且撫育采用全劈，人為干擾強度大，致使林分灌木層、草本層及凋落物層的水源涵養(yǎng)能力與其他研究結(jié)果相比相對較低。為提高林分的水源涵養(yǎng)能力，在今后的經(jīng)營過程中，楠木撫育可采用穴狀撫育，從而減少人為干擾，促進林下其他植被的更新與生長，從而提高林分的水源涵養(yǎng)能力。

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