遼西干旱地區(qū)不同人工林涵養(yǎng)水源的效果分析

摘要：從樹冠的截留雨水效果、枯落物厚度以及持水效果等項目作為指標(biāo)對遼西干旱地區(qū)4種人工林開展了涵養(yǎng)水源效果分析，結(jié)果表明，各人工林樹冠對雨水的截留率在15.1%-35.45%，依次為楊樹+沙棘、毛榛純林、刺槐純林、楊樹純林;枯落層厚度在1.7-4.0cm，枯落物貯量在1885.35-6357.25kg/hm2，最大持水量為6052.43-18672.31kg/hm2，均表現(xiàn)為楊樹+沙棘>毛榛>刺槐>楊樹林。在4種人工林中，遼西地區(qū)涵養(yǎng)水源效果最好的林分為楊樹+沙棘林，其次為毛榛林，楊樹純林效果最差，建議將當(dāng)前大面積的純林進行混交林的改造。

關(guān)鍵詞：人工林;涵養(yǎng)水源;水土保持

Abstract： The rainwater retention effect of tree crowns， litter thickness and water retention effect were used as indicators to analyze the water conservation effect of 4 plantations in arid areas in western Liaoning. The results showed that the rainwater retention rate of each plantation canopy was 15.1 %-35.45%， in order of poplar + seabuckthorn， pure forest of hazel， pure forest of black locust， pure forest of poplar; litter layer thickness is 1.7-4.0cm， litter storage is 1885.35-6357.25kg/hm2， maximum water holding capacity It is 6052.43-18672.31kg/hm2， all of which are poplar+seabuckthorn>hairy hazel>black locust>poplar forest. Among the four plantations， the forest with the best water conservation effect in western Liaoning is divided into poplar + seabuckthorn forest， followed by hazel forest， and pure poplar forest has the worst effect. It is recommended that the current large area of pure forest be transformed into mixed forest.

Keywords： plantation; water conservation; soil and water conservation

森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能即為森林生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件及效用[1]。在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，涵養(yǎng)水源是其一項重要的功能，主要通過森林的樹冠、林間的枯落物、土壤對雨水產(chǎn)生的滯留、攔截等效果[2]。森林的涵養(yǎng)水源功能在氣候干旱地區(qū)的調(diào)節(jié)氣候、防風(fēng)固沙等方面有著積極的意義，目前已經(jīng)成為干旱、半干旱地區(qū)森林功能中的一個熱點研究方向。

遼西地區(qū)地處丘陵區(qū)，為半干旱地區(qū)，受到氣候特點、地理環(huán)境、多年粗放式的經(jīng)營方式等多種因素的影響，當(dāng)?shù)氐闹脖幌∩?、存在?yán)重的水土流失現(xiàn)象，導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞、多種地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，土壤的生產(chǎn)力低，極大地阻礙了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展[3]。為了對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境進行改善，遼西地區(qū)各級政府早在20世紀(jì)70年代時即開始啟動了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建工程，對當(dāng)?shù)厣指采w率的提高、生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)起到了很好的效果。目前學(xué)者對遼西地區(qū)森林相關(guān)的研究主要集中在抗旱造林、植被恢復(fù)、防風(fēng)固沙等方面，而對營建人工林后涵養(yǎng)水源方面的效果研究尤其在定量研究方面相對不多。本研究在2018--2020年以樹冠對降雨的截留量、枯落物持水特性、土壤理化性質(zhì)變化等方面對遼西地球常見的幾類人工林涵養(yǎng)水源功能開展了3年的定量研究，旨在更好地指導(dǎo)遼西地區(qū)水源涵養(yǎng)林的營建、經(jīng)營管理。

1 材料與方法

1.1試驗地情況

試驗安排在遼西朝陽縣六家子林場林區(qū)，該地區(qū)為暖溫帶半濕潤、半干旱季風(fēng)大陸氣候，海拔范圍在450-1100m;氣溫年均8.0℃左右，降水量年均482mm（遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于近些年當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量年均值1650mm，且以6-9月比較集中），氣溫年均6.1℃左右，無霜期平均138d，2018--2020年平均風(fēng)速3.0m/s，超過10℃有效積溫在2800h左右;試驗區(qū)自然災(zāi)害（干旱、霜凍等）頻繁發(fā)生;土壤較為貧瘠（有機質(zhì)含量平均僅為10g/kg左右），土質(zhì)類型以碳酸鹽褐土為主，棕壤有少量分布，一些河灘地等上分布著較少的草甸土、沙土。試驗區(qū)內(nèi)的植被類型屬于華北植物區(qū)系，多為人工林，樹種類型包括毛榛（Corylus mandshurica）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、楊樹（Populus spp.）、刺槐（Robinia pseudoacacia ）、榆樹（Ulmus pumila）、山杏（Armeniaca sibirica）、油松（Pinus tabuliformis）等，植被覆蓋率32%左右。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)共選擇4種人工林（造林時間均在2002年左右，立地條件保持基本一致：林地的坡向均選擇南坡，坡度范圍在2.8-4.5°，海拔范圍718-730m）作為研究對象，包括毛榛、楊樹、刺槐、楊樹+沙棘。每種林內(nèi)選擇具有典型特點的5塊標(biāo)準(zhǔn)地作為重復(fù)，重復(fù)樣地的面積為20m2×15m2。

1.3 研究方法

1.3.1 不同人工林樹冠對降雨截留的效果觀測：2018年、2019年、2020年6月總計降雨13次，在林外地勢開闊處進行大氣降雨量的收集統(tǒng)計，平均每年6月的總降雨量為205.8mm，以截留量、樹干徑流2個指標(biāo)開展截留效果的研究[4-5]。每年在各人工林內(nèi)每塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)均勻放置6個簡易穿透雨收集器，各人工林5塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)共計30個收集器的數(shù)據(jù)取平均值，3年的數(shù)據(jù)平均得到各人工林內(nèi)穿透雨量。并在每塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)隨機選擇2株標(biāo)準(zhǔn)木，在與地面1.2m距離位置處的樹干上環(huán)繞膠管，將雨水引流到樹干徑流收集器中，每年各人工林5塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)共計10株標(biāo)準(zhǔn)木的數(shù)據(jù)取平均值，3年的數(shù)據(jù)平均得到各人工林處理的樹干徑流量，用大氣降雨量（氣象觀測站數(shù)據(jù)）-樹干徑流量-穿透雨量即可得到樹冠截留量。

1.3.2不同人工林間枯落物持水效果的觀測：各人工林內(nèi)按照典型性原則隨機選擇3塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，每塊樣地上對角線取樣5個（取樣的樣方面積為15cm×15cm），取樣前先測定枯落物的厚度，最后各處理數(shù)據(jù)取平均值，取樣后將其中的土壤顆粒等雜物清理干凈密封帶回實驗室進行烘干、稱重等，計算得到各處理枯落物單位面積貯量[6-7]，采取水浸法[5]對各處理枯落物最大持水率進行測定分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同人工林處理樹冠截留降雨的效果分析

降雨的氣候下，雨水資源的第1次分配出現(xiàn)在樹冠層，其截留雨水的效果有效地減少了林下徑流量，使地表徑流的時間也有一定延遲效果[8-9]。一般來說不同林分組成、林間密度、降雨強度等都會影響到樹冠的截留效果[1，8]。在不同的人工林內(nèi)，其生態(tài)系統(tǒng)存在不同程度的差異，樹冠的分布情況、枝葉密度、樹冠的形狀等均會對截留雨水的效果產(chǎn)生影響。本試驗遼西地區(qū)4種不同人工林樹冠截留雨水的效果表現(xiàn)各異，結(jié)果見表1。根據(jù)表1可知，各人工林內(nèi)，樹冠截留雨水量最多的為楊樹+沙棘混交林，截雨量為72.69mm，占降水量的35.45%，其次為毛榛林，截雨量為58.06mm，占降水量的28.21%，排在第3位的為刺槐林，截雨量為42.11，占比20.46%，楊樹純林截雨量最少，為31.08mm，占比15.10%。分析其原因，主要在于混交林內(nèi)沙棘與楊樹郁閉度較純林高，形成了較為復(fù)雜的立體林冠結(jié)構(gòu)，因此發(fā)揮出更好的截留雨水效果;毛榛林、刺槐林長勢低矮，林間郁閉度較高，葉面附著雨水的效果比長勢高大的林分好;刺槐的樹葉個體小、密度大、層次也多，對雨水截留效果好于楊樹。

2.2不同人工林間枯落物持水效果分析

枯落物的量以及自身持水能力很大程度上影響了其持水的效果[3，10]。一般來說，不同的林分內(nèi)，地面上堆積的枯落物厚度、數(shù)量等有所差異，因此表現(xiàn)出來的吸收水葉不同[5，9]。本試驗各人工林枯落物的厚度、持水效果等有不同程度的差異，結(jié)果見表2。根據(jù)表2可知，枯落物厚度按照由厚到薄的順序依次為楊樹+沙棘混交林>毛榛>刺槐>楊樹，最大持水量的排序相同，分析其原因在于混交林內(nèi)的沙棘枝葉長勢繁茂，密度大，加上楊樹的枝葉，林間的枯落物多，加上混交林間整體郁閉度高于純林的處理，林間光照相對較少、土層溫度偏低，枯落物的降解速度也更慢，因此枯落物最厚，最大持水量也最大，達(dá)到18672.31kg/hm2;楊樹純林枯落物厚度最低，原因在于闊葉類樹葉大且密度相對較低，在土壤中降解的速度相對慢于其他類，最大持水量也最低，為6052.43 kg/hm2。 最大持水率最高的處理為楊樹人工林，持水率最低為刺槐人工林。

3 結(jié)論

通過對4種人工林涵養(yǎng)水源效果的比較分析，結(jié)果表明，不同的人工林表現(xiàn)出不同的涵養(yǎng)水源能力。

（1）一般來說林間生態(tài)系統(tǒng)的郁閉度越大，樹冠截留雨水的效果更好，減少了林間的雨量，創(chuàng)造了利于雨水緩慢下滲的條件、延緩地表徑流形成的時間，涵養(yǎng)水源的效果更好[1]。本試驗中楊樹+沙棘混交林樹冠截留雨水量最多，其次為毛榛林，排在第3位的為刺槐林，楊樹純林樹冠截雨量最少。

（2）楊樹+沙棘混交林內(nèi)枯落物的厚度最大、最大持水量也最大;最大持水率最高的為楊樹純林，但是其枯落物厚度最低且枯落物單位面積持水量也最少。綜合考慮，在本實驗條件下選擇的4種人工林中，建議遼西地區(qū)選擇混交林作為涵養(yǎng)水源林，其次是毛榛純林，刺槐排在第3位。至于刺槐、沙棘等混交的效果如何可開展進一步的研究。

（3）遼西地區(qū)很早就在水土保持方面開展了大規(guī)模的綜合治理，大規(guī)模營建了很多人工純林，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的恢復(fù)、涵養(yǎng)水源等方面發(fā)揮出了積極的作用。但是近些年來，這些人工純林由于樹種單一，蟲害發(fā)生趨勢逐年加重，通過本實驗的研究結(jié)果，可以為這些純林改造成混交林、提高涵養(yǎng)水源的效果起到一定的理論借鑒效果。

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第一作者簡介：朱虹（1981-），女，遼寧朝陽人，本科，工程師，現(xiàn)從事森林培育及苗木繁育等方面的研究工作。E-mail：happybeier@163.com，聯(lián)系電話：15042103678