杉木與米老排等闊葉樹(shù)混交林的水源涵養(yǎng)功能

吳擢溪，陳禮光，吳擢城，吳淑平，陳 鴻，張宏梓

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012； 2.福建農(nóng)林大學(xué)，福建 福州 350002； 3.尤溪縣林業(yè)局，福建 尤溪 365100)

杉木與米老排等闊葉樹(shù)混交林的水源涵養(yǎng)功能

吳擢溪1，陳禮光2，吳擢城3，吳淑平3，陳 鴻3，張宏梓3

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012； 2.福建農(nóng)林大學(xué)，福建 福州 350002； 3.尤溪縣林業(yè)局，福建 尤溪 365100)

對(duì)福建省尤溪縣西城鎮(zhèn)玉池至音頭村之間公路沿線(xiàn)一重山營(yíng)造的杉木分別與米老排、木荷、火力楠、閩粵栲行間混交林分水源涵養(yǎng)能力進(jìn)行研究。結(jié)果表明：各林分地上部分持水量主要集中在林冠層，占林分地上部分持水量的71.2%～85.7%；林分總持水量主要集中在土壤層，0～40 cm土層持水量占林分總持水量的99%以上。依據(jù)林分總貯水量的大小，4種類(lèi)型林分的水源涵養(yǎng)功能大小依次為杉木-閩粵栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

杉木；闊葉樹(shù)；混交林；水源涵養(yǎng)；公路沿線(xiàn)一重山

森林水源涵養(yǎng)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)降水的攔截和滯蓄作用，是森林流域各個(gè)組成部分共向作用的結(jié)果[1]。森林對(duì)水文過(guò)程的調(diào)節(jié)機(jī)制實(shí)際上就是森林林冠層、地被層和土壤層通過(guò)對(duì)降水的多次再分配來(lái)實(shí)現(xiàn)徑流過(guò)程和徑流成分比例的改變[2]。不同森林類(lèi)型由于其樹(shù)種生物學(xué)特性與林分結(jié)構(gòu)的不同，其林分的水源涵養(yǎng)效應(yīng)存在一定的差異[3]。

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國(guó)南方重要造林樹(shù)種之一[4]，因其較短的收獲期與較高的收益率歷來(lái)為林農(nóng)所喜愛(ài)，特別在交通便利的公路沿線(xiàn)一重山更是林農(nóng)營(yíng)造杉木林地之首選。但營(yíng)造杉木純林的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)[5]。許多研究表明杉闊混交能提高林分水源涵養(yǎng)功能[6]。米老排(MytilarialaosensisLecomte)、木荷(SchimasuperbaCardn.et.Champ)、火力楠(MicheliamacclureiDandy) 、閩粵栲(Castanopsisfissa)等是福建省常見(jiàn)的造林樹(shù)種，其根系發(fā)達(dá)，固土力強(qiáng)，枝葉繁茂，落葉量大，是營(yíng)造水源涵養(yǎng)林的優(yōu)良樹(shù)種，同時(shí)也是杉木良好的混交樹(shù)種[7]。鑒此，本文對(duì)杉木與上述4個(gè)闊葉樹(shù)種在公路沿線(xiàn)一重山上營(yíng)造的混交林分進(jìn)行研究，探討不同混交模式的水源涵養(yǎng)功能，進(jìn)行水源涵養(yǎng)功能綜合評(píng)價(jià)，以期為公路沿線(xiàn)一重山營(yíng)造杉闊混交林而進(jìn)行闊葉樹(shù)種選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在福建省尤溪縣西城鎮(zhèn)玉池至音頭村之間公路沿線(xiàn)一重山上[8]，北緯26°05′—26°21′、東經(jīng)117°57′—118°10′，海拔300～450 m，坡度 26°。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫18.9 ℃，年均降水量1809 mm，年均相對(duì)濕度83%左右，年日照時(shí)間1765 h，年無(wú)霜期296 d。土壤為山地紅壤，Ⅱ類(lèi)立地。林下植被主要有鐵線(xiàn)蕨(Adiantumcapillus) 、芒萁(Dicranopterisdichotoma)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulu(Labnll.)Marb)、箬竹(Indocalamustessellatus(Munro) Keng f.)等，前茬為杉木人工林。2001年春采用杉木與火力楠、米老排、閩粵栲、木荷分別以3行杉木與2行闊葉樹(shù)的方法進(jìn)行行間混交造林，造林密度2500 株·hm-2，4種混交模式隨機(jī)種植在20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，重復(fù)3 次，共營(yíng)造12塊標(biāo)準(zhǔn)地。造林后1～3 a每年全面鋤草2次，4～5 a每年全面劈草1次，其他經(jīng)營(yíng)措施為生產(chǎn)常規(guī)措施。2012年8月對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地的樹(shù)木進(jìn)行每木檢測(cè)，測(cè)定樹(shù)高、胸徑和保留株數(shù)，各林分生長(zhǎng)狀況見(jiàn)表1。

1.2研究方法

1.2.1 生物量測(cè)定 喬木層群落生物量采用間接收獲法即平均標(biāo)準(zhǔn)木法測(cè)定[9]，粗根(直徑>2 mm)和根樁采用壕溝全挖法[10]，細(xì)根(直徑<2 mm)采用土柱法測(cè)定[10]，用“樣方直接收獲法”測(cè)定下木和草本層、枯枝落葉層生物量[9]。

1.2.2 土壤樣品采集[11]分別在參試樹(shù)種混交林標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，按“S”形隨機(jī)布點(diǎn)(3點(diǎn))，于混交樹(shù)種之間正下方挖掘土壤剖面，用環(huán)刀采集0～20、20～40 cm土層原狀土樣供土壤物理性質(zhì)測(cè)定。

表1 調(diào)查林分生長(zhǎng)狀況

1.2.3 水源涵養(yǎng)功能測(cè)定 用“浸水法”測(cè)定各林分林冠層、下木和草本層、枯枝落葉層持水量[9，12]。土壤持水量、土壤滲透能力、土壤排水能力、土壤貯水量采用環(huán)刀法測(cè)定[13]，計(jì)算土壤飽和蓄水量和土壤非毛管蓄水量[14]作為土壤蓄水性能指標(biāo)：mt=10000Pth，m0=10000Poh，mc=10000Pch，式中：mt為土壤飽和蓄水量(t·hm-2)；m0為土壤非毛管蓄水量(t·hm-2)；mc為土壤毛管蓄水量(t·hm-2)；Pt為土壤總孔隙度(%)；Po為土壤非毛管孔隙度(%)；Pc為土壤毛管孔隙度(%)；h為土層厚度(m)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同混交模式土壤貯水性能

森林土壤是水分貯蓄的主要場(chǎng)所，其持水量是反映森林水源涵養(yǎng)能力的最重要指標(biāo)之一[6]，不同混交模式土壤物理性質(zhì)及貯水性能見(jiàn)表2。

2.1.1 不同林分土壤容重、孔隙度比較 土壤容重和孔隙度是表達(dá)土壤物理性狀的重要參數(shù)，土壤容重作為表示土壤松緊程度的指標(biāo)，與土壤孔隙狀況緊密相關(guān)，土壤孔隙是容納水分和空氣的空間，是土壤中物質(zhì)和能量貯存和交換的場(chǎng)所，是眾多土壤動(dòng)物和微生物活動(dòng)的地方，也是植物根系伸展并從土壤中獲取水分和養(yǎng)料的介質(zhì)[15]。從表2可知，4種林分類(lèi)型土壤容重的總體差異不大，具體表現(xiàn)為杉木-米老排林分的土壤容重最大，為1.19 g·cm-3，杉木-木荷、杉木-火力楠林分次之，分別為1.13、1.01 g·cm-3，杉木×閩粵栲的土壤容重較小，為0.95 g·cm-3?？偪紫抖鹊拇笮∽兓厔?shì)為：杉木-閩粵栲>杉木-米老排>杉木-木荷木>杉木-火力楠；而非毛管孔隙數(shù)量的多少將直接影響林地蓄水能力和調(diào)節(jié)水分功能的強(qiáng)弱[16]，表現(xiàn)為杉木-閩粵栲(7.35%)>杉木-火力楠(6.75%)>杉木-米老排(6.12%)>杉木-木荷(5.64%)。

2.1.2 不同林分土壤貯水量比較 林地土壤是水分貯蓄的主要場(chǎng)所，土壤水分貯蓄量和貯蓄方式受其物理性質(zhì)影響很大。土壤總貯水量是毛管孔隙與非毛管孔隙水分貯蓄量之和，反映了土壤貯蓄和調(diào)節(jié)水分的潛在能力，它是土壤涵蓄潛力的最大值[3，17]。不同林分由于土壤物理性質(zhì)不一，其土壤的飽和蓄水量亦明顯不同(表2)，杉木-閩粵栲最高，為2106.40 t·hm-2；其次為杉木-米老排、杉木-木荷林分，分別為1999.60、1971.60 t·hm-2；最小的為杉木-火力楠，其飽和蓄水量為1913.60 t·hm-2。

土壤中毛管孔隙是土壤貯水的主要場(chǎng)所[18]，4種混交模式林分其毛管蓄水量大小排列順序?yàn)椋荷寄?閩粵栲(1808.40 t·hm-2)>杉木-米老排(1754.80 t·hm-2)>杉木-木荷(1746.00 t·hm-2)>杉木-火力楠(1643.60 t·hm-2)。非毛管孔隙是土壤快速貯水場(chǎng)所，提供暫時(shí)蓄水容量，并因排水迅速而能接納新入滲的雨水，從而減少地表徑流量，起到良好的水土保持和水源涵養(yǎng)作用[18]，其作為評(píng)價(jià)林地土壤水源涵養(yǎng)能力的重要指標(biāo)，不同林分之間的差別較大，其蓄水量大小排列為杉木-閩粵栲(294.00 t·hm-2)>杉木-火力楠(270.00 t·hm-2)>杉木-米老排(244.80 t·hm-2)>杉木-木荷(225.60 t·hm-2)。

表2 不同混交模式0～40 cm土層土壤物理性質(zhì)及貯水性能

2.2不同混交模式地上部分持水性能

不同混交模式地上部分林分的持水能力見(jiàn)表3，4種混交模式林分地上部分持水能力以杉木-木荷持水量最大，為20.03 t·hm-2，杉木-米老排、杉木-火力楠次之，分別為17.32、13.04 t·hm-2；杉木-閩粵栲混交林持水量最小，為10.94 t·hm-2。這主要是由于木荷與杉木混交林生物量(鮮重)較大，持水率較高所致。

表3 不同混交模式林分地上部分持水性能

大氣降水落到森林植被表層時(shí)，首先被林冠層截留引起降水的第一次分配。林冠層的截持能力受樹(shù)種、樹(shù)冠結(jié)構(gòu)、林冠郁閉度、林冠濕潤(rùn)情況等影響[16]。由表3可見(jiàn)，林冠層持水能力最大的為杉木-木荷混交林，達(dá)17.16 t·hm-2；杉木-米老排混交林次之，持水量為13.43 t·hm-2；再次為杉木-火力楠混交林，持水量為9.29 t·hm-2；林冠層持水量最小的林分為杉木-閩粵栲混交林，持水量為7.94 t·hm-2。4種混交模式林分林冠層持水量占整個(gè)地上部分持水量的71.2%～85.7%。

林下植被層處在林分中的較低層次，除本身能截留部分降雨外，還進(jìn)一步削減雨滴勢(shì)能，防止地表的濺蝕；另外，其固土作用特別明顯，是森林中一個(gè)重要的層次[19]。由表3可知，杉木-米老排混交林的林下活地被物持水量最大，為2.47 t·hm-2；其次為杉木-火力楠混交林(2.23 t·hm-2)、杉木-木荷混交林(1.56 t·hm-2)；最小為杉木-閩粵栲混交林(0.96 t·hm-2)。這可能和各種林分林下植被數(shù)量和質(zhì)量有關(guān)。4種混交模式林分林下植被層持水量占整個(gè)地上部分持水量的7.8%～17.1%，這與劉向東對(duì)六盤(pán)山區(qū)華山松林、山楊林、白樺林、遼東櫟林等8種森林類(lèi)型研究得出下層植被的截留率約為1.7%～17.2%的結(jié)果相似[2]。

林地枯枝落葉層是參與森林植被整個(gè)水文過(guò)程的一個(gè)極為積極而重要的作用層[16]，由表3可見(jiàn)，杉木-閩粵栲混交林的枯枝落葉層具有較好的持水性能，其持水量為2.04 t·hm-2；其次為杉木-火力楠混交林(1.52 t·hm-2)、杉木-米老排混交林(1.42 t·hm-2)；杉木-木荷混交林持水量最小，為1.31 t·hm-2。4種混交模式林分枯枝落葉層持水量占整個(gè)地上部分持水量的6.5%～18.6%。

2.3不同混交模式林分持水能力

森林對(duì)降雨的攔蓄作用主要是由林冠層、枯枝落葉層、林地土壤層3個(gè)作用層組成，但這3個(gè)作用層對(duì)降雨的攔蓄作用是不一樣的[1]。不同混交模式的林分總持水量見(jiàn)表4。從表4可見(jiàn)，林分中地上部分總持水量(包括喬木層、灌木層、草本層、枯枝落葉層)大小順序?yàn)樯寄?木荷>杉木-米老排>杉木-火力楠>杉木-閩粵栲，但其總持水量比土壤持水量小得多，僅占林分總持水量的0.52%～1%，而土壤層持水量占林分總持水量的99%～99.48%，說(shuō)明林地土壤因?yàn)樯种脖坏母牧?，使其通氣良好，微生物生化作用旺盛，有良好的吸水和透水性能，它是森林?jǐn)r蓄防雨的一個(gè)最重要作用層[1]。因此植被的作用更重要的是體現(xiàn)在削弱降雨侵蝕力、控制土壤侵蝕、恢復(fù)和改良土壤各種性質(zhì)上[18]，林分總持水量大小順序?yàn)樯寄?閩粵栲(2117.34 t·hm-2)>杉木-米老排(2016.92 t·hm-2)>杉木-木荷(1991.63 t·hm-2)>杉木-火力楠(1926.64 t·hm-2)。

表4 不同混交模式林分總持水量

3 小結(jié)

1)杉木與米老排、木荷、閩粵栲、火力楠4種闊葉樹(shù)種混交形成的林分類(lèi)型土壤密度的總體差異不大，具體表現(xiàn)為杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠>杉木-閩粵栲，總孔隙度的大小變化趨勢(shì)為：杉木-閩粵栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

2)4種類(lèi)型林分的地上部分持水能力各層次不同，各林分地上部分持水量主要集中在林冠層，占林分地上部分持水量的71.2%～85.7%；下木和草本層占7.8%～17.1%，枯枝落葉層占8.2%～18.6%。

3)不同林分持水能力不同，按持水能力大小排序，地上部分：杉木-木荷>杉木-米老排>杉木-火力楠>杉木-閩粵栲；土壤層：杉木-閩粵栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠；林分總持水量：杉木-閩粵栲>杉木-米老排>杉木-木荷>杉木-火力楠。

4)公路沿線(xiàn)一重山在我國(guó)南方山地所有權(quán)大部分為村集體所有，因其便利的交通在以往經(jīng)營(yíng)上主要以獲得木材為目標(biāo)，但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)公路沿線(xiàn)的景觀要求愈來(lái)愈高，這就要求沿線(xiàn)一重山造林樹(shù)種合理搭配、針闊混合以改善林分結(jié)構(gòu)和提高造林效益[8]。米老排、木荷、閩粵栲、火力楠4種闊葉樹(shù)其樹(shù)冠濃密，樹(shù)形美觀，枝繁葉茂，有較高的觀賞價(jià)值，是優(yōu)良的景觀樹(shù)種，杉木與其在公路沿線(xiàn)一重山混交造林，可達(dá)到森林景觀與經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

[1]孫立達(dá).水土保持林體系綜合效益研究與評(píng)價(jià)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1995：362-372.

[2]程根偉，余新曉，趙玉濤，等.山地森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)與數(shù)學(xué)模擬[M].北京：科學(xué)出版社，2004：88-118.

[3]王 勤，張宗應(yīng)，徐小牛.安徽大別山庫(kù)區(qū)不同林分類(lèi)型的土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能[J].水土保持學(xué)報(bào)，2003，17(3)：59-62.

[4]俞新妥，何智英，房太金，等.福建省杉木產(chǎn)區(qū)區(qū)劃和立地條件類(lèi)型劃分研究報(bào)告[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1980(1)：14-28，145-155.

[5]林開(kāi)敏，俞新妥.杉木人工林地力衰退與可持續(xù)經(jīng)營(yíng)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，9(4)：39-42.

[6]蔡麗平，李芳輝，侯曉龍，等.木荷杉木混交林水源涵養(yǎng)功能研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(6)：13-18.

[7]陳存及，陳伙發(fā).闊葉樹(shù)種栽培[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2000：167-255.

[8]李順秋.公路沿線(xiàn)一重山景觀樹(shù)種與杉木混交生長(zhǎng)效益研究[J].福建林業(yè)，2013(4)：40-42.

[9]吳擢溪.公路沿線(xiàn)一重山低立地級(jí)造林模式的研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，19(3)：265-269.

[10]張艷杰，溫佐吾.不同造林密度馬尾松人工林的根系生物量[J].林業(yè)科學(xué)，2011，47(3)：76-81.

[11]張萬(wàn)儒，許本彤.森林土壤定位研究方法[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1986：1-12.

[12]鄭郁善，陳禮光，洪長(zhǎng)福，等.沿海丘陵巨尾桉人工林水源涵養(yǎng)功能研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22(2)：220-224.

[13]馬雪華，王淑元.森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究方法[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1994：213-253.

[14]李文影，滿(mǎn)秀玲，張陽(yáng)武.不同林齡白樺次生林土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2009，7(5)：63-69.

[15]呂貽忠，李保國(guó).土壤學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2006：37-41.

[16]王禮先，朱金兆.水土保持學(xué)[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2005：82-90.

[17]彭明俊，郎南軍，溫紹龍，等.金沙江流域不同林分類(lèi)型的土壤特性及其水源涵養(yǎng)功能研究[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，19(6)：106-109.

[18]謝錦升，楊玉盛，郭劍芬，等.侵蝕紅壤人工恢復(fù)的馬尾松林水源涵養(yǎng)功能研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(2)：48-51.

[19]成子純，曾思齊.馬尾松水保林經(jīng)營(yíng)模式與經(jīng)營(yíng)數(shù)表研究[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2003：103-104.

TheWaterConservationAbilityoftheForestsofCunninghamialanceolataMixedwithMytilarialaosensisandOtherBroad-leavedTreeSpecies

WUZhuoxi1，CHENLiguang2，WUZhuocheng3，WUShuping3，CHENHong3，ZHANGHongzi3

(1.FujianAcademyofForestrySciences，F(xiàn)uzhou350012，F(xiàn)ujian，China；2.FujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou350002，F(xiàn)ujian，China；3.YouxiCountyForestryBureau，Youxi365100，F(xiàn)ujian，China)

The study on the water conservation ability of the forests ofCunninghamialanceolatamixed withMytilarialaosensis，Schimasuperba，Micheliamacclurei，andCastanopsisfissaon the mountains along highways from Yuchi Village to Yintou Village，Xicheng Town，Youxi County showed that the overground water holding capacity of each stand was concentrated in the forest canopy，accounting for 71.2%～85.7%；the stand total water holding capacity is concentrated in the soil layer，the water holding capacity of 0～40 cm depth soil accounted for more than 99% of the total water holding capacity.According to the stand total water holding ability，the water conservation function of the four species wasC.lanceolata-Castanopsisfissa>C.lanceolata-M.laosensis>C.lanceolata-Schimasuperba>C.lanceolata-Micheliamacclurei.

Cunninghamialanceolata；broad-leaved tree species；mixed forest；water conservation；the mountains along highways

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.008

2017-02-23；

： 2017-05-02

省屬公益類(lèi)科研院所基本科研專(zhuān)項(xiàng)資助(閩林研[2012]25號(hào))

吳擢溪(1962—)，男，福建尤溪人，福建省林業(yè)科學(xué)研究院教授級(jí)高工，從事森林培育研究。E-mail：wzx66@163.com。

S725.2；S715

： A

： 1002-7351(2017)03-0043-04