杉木林生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境保護(hù)作用探討

鄧文才

（廣西融安縣林業(yè)局，廣西 柳州 545400）

環(huán)境問題是一個時期以來人們關(guān)注的焦點之一。環(huán)境問題包括生態(tài)環(huán)境退化。杉木的經(jīng)濟效益研究報道較多。杉木生態(tài)系統(tǒng)中的生物系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)功能及其效益報道較少。本文針對杉木生態(tài)系統(tǒng)中的生物系統(tǒng)，通過水文效應(yīng)、營養(yǎng)元素生物循環(huán)，把營養(yǎng)元素及其他有益元素歸還和注入杉木林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行探討，力求保護(hù)杉木林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境，提升環(huán)境質(zhì)量與活力。

1 截留降雨，涵養(yǎng)水源

杉木為主體的杉木林生態(tài)系統(tǒng)（以下簡稱杉木林生態(tài)系統(tǒng)）中的生物系統(tǒng)喬木層成林后，主伐前，下雨時產(chǎn)生明顯的水文效應(yīng)或水文作用。降雨落到杉木林冠層，就開始了雨水的再分配過程。杉木枝葉濃密，葉面積指數(shù)大，杉木樹皮纖維厚實粗糙，降雨在杉木林內(nèi)的再分配就有著與常綠落葉闊葉混交林和常綠闊葉林不同的特點與分配規(guī)律，與無林草坡地有更大的差異。據(jù)測定資料，杉木喬木層林冠截留降雨量占當(dāng)?shù)亟涤炅?2.44%。其林冠截留率比同一研究區(qū)相同郁閉度的常綠落葉闊葉混交林（占11.1%）略大；更明顯大于常綠闊葉林（占9.9%）。顯示出針葉林截留率大于闊葉林。當(dāng)林外降雨量7.0mm，常綠闊葉林已開始產(chǎn)生樹干徑流。而杉木林喬木層在林外降雨量為 13.8 mm，林內(nèi)才出現(xiàn)樹干徑流。表明杉木樹干樹皮有著較強的吸水能力。杉木喬木層對降雨的截留率隨著降雨時數(shù)增加而增加。杉木喬木層枝、葉、果凋落物在地面形成枯落物，分解速率緩慢，分解時間長，與當(dāng)?shù)貧鉁?、空氣相對濕度、土壤含水率等因素密切相關(guān)。杉木成林內(nèi)枝、葉、果等枯落物分解緩慢，現(xiàn)存積累量比草坡地枯落物現(xiàn)存量顯著較多。前者 （6.3t/ha）比后者（0.9t/ha）多7倍。前者在一次降雨過程持水量達(dá)20.85 t/ha，為后者持水量的6倍，杉木喬木層的枯枝落葉層對降水有較大吸蓄作用。杉木林生態(tài)系統(tǒng)水文效應(yīng)與水源涵養(yǎng)能力還體現(xiàn)在林地土壤這一層次。杉木林生態(tài)系統(tǒng)的土壤深厚、疏松、結(jié)構(gòu)良好，非毛管孔隙度大于草坡地土壤，杉木林生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境最大持水量達(dá)757.1mm，比草坡地土壤環(huán)境持水量（725.4 mm）多4.4%。毛管持水量與最小持水量也分別高于草坡地土壤環(huán)境持水量1.7%和0.6%。在山區(qū)，水氣豐富、云霧較多，林木，特別是針葉林使云霧凝結(jié)成水滴作用突出，林內(nèi)霧滴降水量可達(dá)當(dāng)?shù)亟涤炅康?0%～50%。促使有林地區(qū)降雨量增加20%～40%。除此之外，杉木林喬木層對固態(tài)降水也有明顯的吸附作用。杉木為主體的杉木林生態(tài)系統(tǒng)，林內(nèi)降雨量的再分配，產(chǎn)生的水文效應(yīng)，削減了到達(dá)林地的雨水?dāng)?shù)量和濺蝕力，減少地表徑流，增加雨水滲透量與土壤含水量，減少土壤與肥力的流失。

2 杉木林生物系統(tǒng)喬木層營養(yǎng)元素的歸還

杉木林生態(tài)系統(tǒng)中的生物系統(tǒng)喬木層吸收太陽輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，合成有機物質(zhì)貯存在樹木體內(nèi)。同時將礦物元素貯存在樹木各個器官。10種以上營養(yǎng)元素在杉木喬木層生長發(fā)育過程發(fā)揮作用。N、P、K、Ca、Mg是其中重要元素。杉木有較強聚鈣能力，也喜好鈣元素，在富鈣、濕潤、結(jié)構(gòu)良好的砂質(zhì)壤土，杉木生長更迅速。林木活組織走向衰老和死亡是一個漸變過程。在這個過程中營養(yǎng)元素會從衰老的組織向幼嫩組織轉(zhuǎn)移。結(jié)果是，杉木落葉、落枝和落花果，多數(shù)營養(yǎng)元素含量均低于立木同器官的同類營養(yǎng)元素含量。與此相反，比最大生物量的樹干高數(shù)倍。大多數(shù)營養(yǎng)元素相對地比樹木根系也高出很多。據(jù)測定，通過凋落物歸還土壤的10種元素相當(dāng)于立木元素存留量的2.4，實際歸還林地土壤的10種元素總量達(dá)65.50kg/ha.a，顯示杉木成熟林通過凋落物歸還林地土壤的營養(yǎng)元素含量達(dá)到比較高的水準(zhǔn)。森林凋落物是森林生產(chǎn)力組成部分，森林凋落物大多數(shù)來自杉木林喬木層，其主要組成是落葉、落枝和落花果，3種凋落物以龍勝里駱林區(qū)24-28年生杉木成熟林喬木層為例，凋落物平均產(chǎn)量計算為3.749t/ha.a，凋落物占杉木年總產(chǎn)量的44.7%。在凋落物組成中，落葉、落枝、落花果（含少量樹皮）分別占55.9%、23.1%和21.0%。凋落物在林地上形成枯落物，構(gòu)成林地有機質(zhì)主要、寶貴的物質(zhì)庫。夯實杉木林土壤肥力物質(zhì)基礎(chǔ)，成為杉木林生態(tài)環(huán)境中土壤環(huán)境結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性狀良好的重要構(gòu)成因素。杉木林生態(tài)系統(tǒng)喬木層每年的凋落物數(shù)量、結(jié)構(gòu)組成、性狀，與樹種組成、林齡結(jié)構(gòu)、自然條件、坡位及經(jīng)營管理有密切聯(lián)系。凋落物是該生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素生物循環(huán)中的一個階段的物質(zhì)形態(tài)表現(xiàn)形式，元素生物循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部植物群落與土壤之間營養(yǎng)元素的循環(huán)，循環(huán)過程通過營養(yǎng)元素吸收、存留和歸還三個階段完成和維持平衡。據(jù)測定，杉木凋落物中5種營養(yǎng)元素N、P、K、Ca、Mg歸還量為95.28kg/ha.a，略高于營養(yǎng)元素存留量。凋落物把營養(yǎng)元素歸還林地土壤還需要經(jīng)過分解過程，釋放的營養(yǎng)元素才能進(jìn)入土壤。杉木凋落物的年分解速率為48.4%，意思是凋落物所含的營養(yǎng)元素每年歸還林地土壤的只占48.4%。60年、56年、20年生不同林齡杉木喬木層N、P、K、Ca、Mg元素現(xiàn)存量不同，年吸收量、歸還量也不同，年歸還量占年吸收量的百分比分別為：12%～17%、19%～23%和11%～22%。從中看出，杉木林地養(yǎng)分生物循環(huán)，自20年生以后直至60年生，都處于供不應(yīng)求狀態(tài)。60年生杉木林分年歸還量不及年吸收量的25%。為了補充并提高土壤肥力，維持林地土壤養(yǎng)分生物循環(huán)平衡，提高林分生產(chǎn)力，追施肥料，加強撫育管理，營造杉闊混交林，林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營模式等，都是有效措施。杉木林生態(tài)系統(tǒng)喬木層以凋落物形式每年歸還林地土壤的營養(yǎng)元素為48.4%，是對土壤環(huán)境系統(tǒng)增強肥力與活力的主要途徑和措施。大氣降雨淋溶把杉木喬木層營養(yǎng)元素歸還林地土壤也是一種有效途徑，不過這種途徑歸還林地土壤的營養(yǎng)元素數(shù)量不多。

3 杉農(nóng)復(fù)合經(jīng)營對林地土壤產(chǎn)生的作用

杉木喜氣候溫暖、空氣濕度大、土壤水分充足的丘陵山地，土壤深厚、肥沃，有機質(zhì)豐富的環(huán)境。在融安山地丘陵區(qū)的集體林區(qū)，集體林權(quán)制度改革后，林木和林地經(jīng)營權(quán)、產(chǎn)品處置權(quán)和轉(zhuǎn)讓權(quán)落實到戶，杉木林分戶經(jīng)營。同一塊林地多年栽植杉木已是普遍現(xiàn)象。然而，據(jù)研究資料表明，同一林地二代連栽杉木，單產(chǎn)一般降低20%，三代連栽杉木單產(chǎn)比第一代降低40%～50%。以往習(xí)慣是煉山、全墾。這是林地土壤結(jié)構(gòu)、性狀破壞、營養(yǎng)元素流失重要過程。林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營模式，以杉木為主體，建立杉農(nóng)結(jié)合生態(tài)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)，運用生態(tài)系統(tǒng)共生原理，建立多種生物、多層結(jié)構(gòu)、多功能的林農(nóng)復(fù)合生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)；運用生態(tài)位配置原理與生態(tài)位相適應(yīng)的生物物種，充分利用環(huán)境資源的異質(zhì)性，提高植物生產(chǎn)潛力。同時提高作為環(huán)境因素的土壤生產(chǎn)能力。杉木--籽西瓜套種是一種復(fù)合經(jīng)營模式，實施立體設(shè)計與科學(xué)經(jīng)營管理。籽西瓜為一年生草本植物，莖蔓生，密生細(xì)毛，葉濃綠，性喜炎熱、干燥和充足陽光。采種子用的品種，果小味淡，子多而大，通稱“籽西瓜”。籽西瓜一般5月播種，7月成熟收獲，周期短、見效快。籽西瓜藤蔓在林地上滿地伸展覆蓋，構(gòu)成縱橫交錯的“藤網(wǎng)”，成為林地表面保護(hù)層，避免或減少雨滴直接濺蝕林地和損壞杉木幼苗幼樹，發(fā)揮第一層保護(hù)作用?！疤倬W(wǎng)”減弱地表徑流的形成及徑流的流量、流速，增加地表水滲透率，減少林地土壤和養(yǎng)分的流失。有效保護(hù)杉木--籽西瓜復(fù)合生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)中的土壤環(huán)境及其持續(xù)利用功能。籽西瓜藤蔓鋪滿地面，白天（尤其是晴天）降低太陽輻射帶來的日灼、高溫，減少地表水分蒸發(fā)，夜間減弱植物蒸騰作用。這些過程都減少林地土壤水分消耗而貯存于土壤中。杉木--籽西瓜復(fù)合經(jīng)營屬于人工林林農(nóng)復(fù)合生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，籽西瓜為短周期經(jīng)營品種，人們在系統(tǒng)中除草、松土、施肥、防治病蟲害等經(jīng)營管理措施，投入很多物質(zhì)和活勞動。籽西瓜的收獲是該復(fù)合生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中或經(jīng)營對象中生物總產(chǎn)量的一小部分，約占生物總產(chǎn)量25%。剩余大部分綠色植物以有機質(zhì)歸還林地。杉木--籽西瓜復(fù)合生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，以耕代撫，以短養(yǎng)長，長短結(jié)合，為生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造良好土壤環(huán)境條件，改善土壤環(huán)境養(yǎng)分、肥力因杉木需要逐年“供不應(yīng)求”狀況，維持土壤肥力性狀的平衡。溫遠(yuǎn)光等人在賀州市黃洞林場試驗杉木--籽西瓜套種模式，累計套種面積1356ha。表土流失量比對照區(qū)減少92%；0～20cm土層土壤容重比對照區(qū)降低8.74%；非毛管孔隙度增加12.70%；自然含水率提高23.38%；有機質(zhì)含量提高17.1%。改變了像融安集體林區(qū)杉木林地肥力下降的現(xiàn)象。杉木--籽西瓜復(fù)合經(jīng)營模式，使二代杉木連栽土地生產(chǎn)力不但不下降，而是比第一代林木材產(chǎn)量（7.85m/hm）凈增30%～50%，實現(xiàn)林地持續(xù)生產(chǎn)力提高和杉木幼林速生快長。一物多用，一勞多得，提升了勞力、肥料利用率和生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營的經(jīng)濟效果。更為重要的是維持了杉木林地可持續(xù)經(jīng)營利用。

4 杉木個體、群體對景觀環(huán)境產(chǎn)生的作用

自景觀文化產(chǎn)生以來，景觀文化在人類生存和發(fā)展的環(huán)境中發(fā)揮了重要作用。景觀文化成為人類精神生活中重要組成部分，是構(gòu)成環(huán)境系統(tǒng)和陶冶人們情操、提高精神文化水準(zhǔn)重要內(nèi)容。在山區(qū)丘陵，杉木林生態(tài)系統(tǒng)喬木層主伐前，杉木發(fā)揮景觀作用。杉木個體、群體在不同具體位置、不同自然條件，發(fā)揮著不同的森林景觀功能，為人類創(chuàng)造社會服務(wù)效益和休閑、觀賞價值。杉木具有色、形、香獨特性狀，在景觀環(huán)境中獨樹一幟，引人注目。杉木常綠，葉面深綠色，微具白粉或白粉不明顯，下面淡綠色。深綠、淡綠都是綠色，給人們清涼、爽快、舒適的空間環(huán)境。杉木樹干高大，高達(dá)30m以上，挺拔軒昂，蒼勁肅穆，蔚為壯觀。杉木樹體散發(fā)一種清香氣味，令人身心舒暢，神情振奮。在寺廟宗祠、古塔書院、紀(jì)念重地、風(fēng)景名勝和旅游勝地，常?？吹劫即鬁嫔５墓潘伞⒐虐?、古杉、古槐、古樟、古榕。這些古樹名木就是一幅獨具特色、富有中國民族文化色彩的中國畫。駐足或坐在杉木樹冠下，可以靜享“森”呼吸，令人愉悅和快樂。杉木作為園林綠化或森林景觀種植樹種，可以孤植、列植、行植或叢植。森林公園、地質(zhì)公園、其他綜合性公園視環(huán)境條件和樹種配置適地適樹建植。培育山區(qū)森林景觀或森林公園，可以片植，讓人們縱情欣賞和飽覽杉木林海綠色波濤，領(lǐng)會杉木塑造的景觀環(huán)境，為人類創(chuàng)造美好的景觀環(huán)境資源價值。

5 結(jié)語

（1）杉木林生態(tài)系統(tǒng)喬木層，主伐前杉木林冠層截留降雨量占當(dāng)?shù)亟涤炅?2.44%；比常綠落葉闊葉混交林（占林外降雨量11.1%）降雨截留率高1.34%；比常綠闊葉林（占林外降雨量9.9%）降雨截留率高2.54%.林外降雨量13.8mm時，杉木喬木層開始產(chǎn)生樹干徑流，常綠闊葉林在林外降雨7.0mm就已經(jīng)產(chǎn)生樹干徑流。杉木林生態(tài)系統(tǒng)枯落物層現(xiàn)存量6.3t/ha，草坡地枯落物層0.9t/ha，前者在一次降雨過程持水量 20.85t/ha，為后者蓄水量6倍。杉木林地土壤最大持水量757.1mm，比草坡地土壤持水量（725.4mm）多4.4%。

（2）杉木林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素歸還林地主要途徑是凋落物，落葉、落枝和落花果3個器官內(nèi)多數(shù)營養(yǎng)元素含量低于立木同器官同類營養(yǎng)元素，但仍比樹干高出數(shù)倍。凋落物內(nèi)含主要營養(yǎng)元素是N、P、K、Ca、Mg，是森林生產(chǎn)力重要組成部分。歸還林地土壤10種營養(yǎng)元素總量，在24～28年生杉木喬木層，達(dá) 65.500kg/ha.a，總濃度約杉木喬木層2.4倍。24～28年生杉木成熟林喬木層凋落物平均產(chǎn)量3.749t/ha.a，占杉木年總產(chǎn)量的44.7%。3個器官組分分別占凋落物總量的55.9%、23.1%和21%。凋落物經(jīng)枯落物分解釋放營養(yǎng)元素才能進(jìn)入土壤。

（3）杉木—籽西瓜復(fù)合經(jīng)營模式，籽西瓜藤蔓覆蓋林地表面，減少雨滴濺蝕林地及杉木幼苗，削弱地表徑流流量、流速，增加地表水滲透率，減少土壤和養(yǎng)分流失，保護(hù)了林木生長的土壤環(huán)境。藤蔓覆蓋地表，降低太陽輻射高溫及水分蒸發(fā)，保持林地土壤水分不致過多消耗。經(jīng)營管理過程人力、物力投入，籽西瓜收入僅占經(jīng)營范圍生物總量25%，大部分植物保留、歸還林地。供給杉木林地增施大量有機物質(zhì)，土壤環(huán)境因子補充和增加了大量營養(yǎng)元素，提升土壤環(huán)境多項指標(biāo)及可持續(xù)利用能力。

（4）杉木林生態(tài)系統(tǒng)杉木喬木層在主伐前，森林景觀價值與功能日益顯得重要。在特殊環(huán)境條件、特定位置，例如：名勝古跡、旅游勝地、紀(jì)念重地、寺廟宗祠，滄桑古杉，有著獨特的景觀環(huán)境作用，營造肅穆、崇敬環(huán)境氛圍。不同環(huán)境分別采用孤植、列植、行植、片植。