桉樹(shù)與米老排混交林的水源涵養(yǎng)功能

林祖榮

(福建省南靖國(guó)有林場(chǎng)，福建 南靖 363600)

森林水源涵養(yǎng)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)林木、林下植被、凋落物和林地土壤對(duì)降水進(jìn)行截留、吸收、儲(chǔ)存和再釋放，將降水轉(zhuǎn)化為地下徑流，進(jìn)而調(diào)節(jié)河川枯水期徑流量的功能[1-3]。森林水源涵養(yǎng)作用主要集中在削減洪峰和增加水資源量?jī)煞矫鎇3]，即在降雨時(shí)段吸收水分，減少地表徑流量；降雨后通過(guò)土壤滲透作用釋放水分，增加地下徑流量[4-5]。桉樹(shù)(Eucalyptussp.)適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)營(yíng)周期短且經(jīng)濟(jì)效益高，是閩南地區(qū)最重要的造林樹(shù)種之一[6]。但長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)桉樹(shù)純林造成部分地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)退化問(wèn)題[7]，而營(yíng)造桉樹(shù)混交林是當(dāng)前較為有效的解決方法。目前對(duì)桉樹(shù)混交林的研究主要集中在林分生產(chǎn)力[8-9]、土壤理化性質(zhì)[10-11]等方面，而對(duì)其水源涵養(yǎng)功能的研究較少。因此，本研究選取生態(tài)效益較高且適合作為復(fù)層混交林下層林木的米老排(Mytilarialaosensis)與桉樹(shù)營(yíng)造復(fù)層混交林，并探討混交林與純林的地上部分及林地土壤的持水及排水能力，以期為桉樹(shù)林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

樣地位于福建省南靖國(guó)有林場(chǎng)(24°28′N，117°18′E)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。該區(qū)年均氣溫21.5 ℃，年極端最低氣溫-0.5 ℃，年極端最高氣溫40.5 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫7 382 ℃，年均相對(duì)濕度80%，年均降水量1 800 mm，年日照時(shí)數(shù)1 600 h，年無(wú)霜期320 d。試驗(yàn)地為桉樹(shù)采伐跡地(后徑工區(qū)9-6小班)，小班面積9.2 hm2，海拔100～150 m，坡度20°，坡向東北。土壤為花崗巖發(fā)育的山地紅壤，土層厚度約1 m，立地質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。混交林及米老排純林林下植被主要有粗葉榕(Ficushirta)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、鵝掌柴(Scheffleraoctophylla)、金毛狗(Cibotiumbarometz)、雙蓋蕨(Diplaziumdonianum)等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置桉樹(shù)純林、桉樹(shù)與米老排混交林和米老排純林3種林分。2010年10月對(duì)林分密度為1 667株·hm-2的前茬桉樹(shù)林進(jìn)行采伐，次年3月將林地劃分為3個(gè)面積均為3 hm2的樣地，并對(duì)桉樹(shù)樹(shù)樁進(jìn)行留萌或催腐。米老排苗木使用1年生容器苗。(1)營(yíng)造桉樹(shù)純林。每個(gè)伐樁保留1株健壯萌芽條，林分密度約1 667株·hm-2。(2)營(yíng)造混交林。保留長(zhǎng)勢(shì)較好的桉樹(shù)萌芽條，保存密度約300株·hm-2，其他伐樁進(jìn)行催腐；2011年4月在桉樹(shù)萌芽林下套種米老排，套種密度約1 700株·hm-2。(3)營(yíng)造米老排純林。伐樁全部催腐，并于2011年4月開(kāi)展造林，造林密度為2 000株·hm-2。造林后各林分撫育措施一致，2011、2012年每年5月?lián)嵊z草，并施肥1次(每公頃施用48%的氮磷鉀復(fù)合肥300 kg)，10月全面撫育鋤草1次；2013年5、10月各撫育鋤草1次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 植株生長(zhǎng)量 2019年7月初，選取林分長(zhǎng)勢(shì)中等的地段，各林分分別設(shè)置3個(gè)25 m×25 m樣地，共計(jì)9塊樣地。調(diào)查樣地林分郁閉度及喬木的樹(shù)高、胸徑和保存率，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 林分生長(zhǎng)概況Table 1 Growing status of different stands

1.3.2 地上部分生物量 采用平均標(biāo)準(zhǔn)木法測(cè)定喬木層各部分(干、枝、葉、皮)生物量；采用樣方收獲法測(cè)定林下植被和凋落物現(xiàn)存量[3]。

1.3.3 地上部分水源涵養(yǎng)能力 采用浸水法[12]測(cè)定林冠層、林下植被層和凋落物層自然持水量、最大持水量和排水能力。排水能力=最大持水量-自然持水量。

1.3.4 土壤水分物理性質(zhì) 在各樣地內(nèi)，按“S”型路線隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，用環(huán)刀分別采集0～20 cm和20～40 cm土層原狀土，并帶回室內(nèi)測(cè)定土壤水分物理性質(zhì)[13]。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分地上部分水源涵養(yǎng)功能

林分地上部分最大持水量和排水能力見(jiàn)表2。(1)喬木層。各林分喬木層最大持水量和排水能力均明顯大于林下植被層和凋落物層，占比分別達(dá)到79.45%～89.11%和56.82%～68.10%，說(shuō)明林分地上部分的持水及排水能力均以喬木層為主。喬木層最大持水量和排水能力均以混交林最大，分別比桉樹(shù)純林提高15.26%和14.62%。(2)林下植被層。最大持水量和排水能力均以桉樹(shù)純林最大，分別為18.40和6.02 t·hm-2，顯著大于混交林和米老排純林。這主要由于桉樹(shù)純林郁閉度較小，加之枝葉相對(duì)稀疏，林下光照條件較好，林下植被較為豐富；而混交林和米老排純林郁閉度較高且米老排林冠較密，透光性差，林下植被很少。(3)凋落物層。最大持水量和排水能力均以混交林最大，分別比桉樹(shù)純林提高55.54%和38.91%，差異達(dá)顯著水平。桉樹(shù)純林凋落物層排水能力占最大持水量的88.61%，而混交林和米老排純林僅占79.13%和76.13%，這與3種林分凋落物組分不同有關(guān)?；旖涣趾兔桌吓偶兞值牡蚵湮锘緸榱帜究葜β淙~，而桉樹(shù)純林凋落物除桉樹(shù)枯枝落葉外，還存在大量林下植被殘?bào)w。各林分地上部分總體持水量和排水能力以混交林最高，分別比其他林分高2.45%～4.12%和1.66%～6.44%。

表2 林分地上部分最大持水量和排水能力1)Table 2 Aboveground maximum water-holding capacity and drainability of different stands

1)同一層次同列數(shù)值后附不同小寫(xiě)字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。

2.2 林分土壤水源涵養(yǎng)功能

由圖1、圖2可知，混交林和米老排純林土壤持水量和孔隙度指標(biāo)較為接近，且明顯高于桉樹(shù)純林?；旖涣植煌翆拥淖畲蟪炙?、毛管持水量和田間持水量分別比桉樹(shù)純林提高6.42%～10.74%、1.78%～6.55%和3.20%～8.08%；混交林不同土層的總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別比桉樹(shù)純林提高6.38%～10.75%、1.73%～6.58%和45.66%～49.32%。方差分析表明，混交林不同土層最大持水量、田間持水量、總孔隙度和非毛管孔隙度與桉樹(shù)純林差異均達(dá)顯著水平，表明桉樹(shù)萌芽林下套種米老排營(yíng)造混交林可以提高土壤孔隙及持水能力。

3種林分土壤水源涵養(yǎng)能力見(jiàn)圖3。由圖3可知，各林分土壤最大持水量和排水能力均以混交林最優(yōu)，米老排純林次之，桉樹(shù)純林最低。其中，混交林最大持水量和排水能力分別比桉樹(shù)純林提高8.47%和14.72%，且差異達(dá)顯著水平，說(shuō)明與桉樹(shù)純林相比，混交林可以增大土壤持水和排水能力，提高土壤水源涵養(yǎng)能力。

圖2 林分土壤孔隙度比較Figure 2 Comparison of soil porosity in different stands

2.3 林分總體水源涵養(yǎng)功能

圖3 林分土壤水源涵養(yǎng)能力比較Figure 3 Comparison of soil water conservation in different stands

由表3可知，林分地上部分最大持水量和排水能力占整個(gè)林分比重均較小，占比分別為6.56%～6.82%和4.74%～5.43%。說(shuō)明森林系統(tǒng)中林地土壤是涵養(yǎng)水源的主體，而地上部分主要是對(duì)降雨進(jìn)行攔截再分配，減弱土壤濺蝕和改善土壤水分物理性質(zhì)?；旖涣至址肿畲蟪炙亢团潘芰Ψ謩e比米老排純林提高3.04%和4.31%，比桉樹(shù)純林提高8.17%和14.01%。方差分析表明，混交林林分最大持水量和排水能力均與桉樹(shù)純林差異顯著。說(shuō)明與桉樹(shù)純林相比，桉樹(shù)套種米老排營(yíng)造混交林可改良林地土壤，增強(qiáng)土壤持水和排水能力，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)林分的水源涵養(yǎng)能力。

表3 林分總體水源涵養(yǎng)能力比較1)Table 3 Comparison of general water conservation capacity in different stands

1)同列數(shù)值后附不同小寫(xiě)字母者表示差異達(dá)0.05顯著水平。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，3種林分地上部分持水量主要集中在喬木層；地上部最大持水量和排水能力均以混交林最高，分別比其他林分提高2.45%～4.12%和1.66%～6.44%?；旖涣滞寥揽紫抖群统炙芰?yōu)于桉樹(shù)純林，土壤水源涵養(yǎng)能力最強(qiáng)，其最大持水量和排水能力分別比桉樹(shù)純林提高8.47%和14.72%，差異達(dá)顯著水平。林分總體持水能力主要集中在林地土壤,混交林林分最大持水量和排水能力分別比桉樹(shù)純林提高8.17%和14.01%，差異達(dá)顯著水平；而與米老排純林相比則較為接近。說(shuō)明與桉樹(shù)純林相比，桉樹(shù)與米老排混交林可有效提高林分水源涵養(yǎng)量。由于郁閉度太高，導(dǎo)致混交林和米老排純林林下植被較少，使得其攔截降水、保護(hù)林地土壤的能力明顯弱于桉樹(shù)純林，但混交林和米老排純林的土壤水分物理性質(zhì)又優(yōu)于桉樹(shù)純林。 這可能是因?yàn)槊桌吓偶兞至止谳^密且初植密度較大，林分林冠層對(duì)降水截留效果較好，穿透林冠直接作用于林地的降水較少，加之米老排枯枝落葉量較大，枯枝落葉堆積在地表也能保護(hù)林地土壤免受降水濺蝕。目前，混交林和米老排純林郁閉度均達(dá)到0.95，計(jì)劃在短期內(nèi)開(kāi)展間伐，而有關(guān)間伐后混交林水源涵養(yǎng)功能的變化還需進(jìn)一步研究。