五台山地区5种林分类型水源涵养功能研究

韩进斌

(山西省五台山国有林管理局，山西 繁峙 034302)

枯枝落叶层是指覆盖在林地土壤表面新鲜的、半分解的植物凋落物，是由林地植物地上部分各器官或组织枯死、脱落后堆积而成，包括叶、枝、树皮、花、果实、种子等。枯枝落叶层上部是腐烂的落叶枯枝，疏松而有弹性，透水性很强;下部是半分解的残体，有菌丝，较疏松，透水性强。枯落物对林地土壤营养元素循环、热量和通气状况以及林地生物种群的类型和数量、水文生态特征、水土保持能力等方面均有重要的生态学意义与作用。开展不同林分的枯落物数量及其涵养水源功能定量评价，对林分的科学培育及经营有重要的科学意义。

1 试验内容与方法

1.1 调查区概况

调查地设在五台山国有林管理局门限石林场南梁沟，位于山西省东北部，界于东经113°40'30″，北纬38°58'30″之间，年均温 5℃，年均降水量500 mm，海拔1 550 m～1 860 m，土壤类型为山地淋溶褐土、褐土。选择区域内有代表性的白桦落叶松天然混交林、白桦天然林、落叶松人工林、油松人工林、天然灌木林5种林分类型，进行林分枯落物蓄积量及其土壤涵养水源功能调查测定。所调查5个林分类型及对照地荒草坡的基本情况见第33页表1.

表1 各林分概况

1.2 调查方法

1.2.1 枯枝落叶层蓄积量及持水量测定

在5种林分和对照荒草坡选取样地，调查林分因子，采集土样。每个样地设定20 cm×20 cm样方4个，估测样地内枯落物盖度，并收集其上枯落物，烘干后测定枯落物重量即为样方内枯落物现存蓄积量。

枯落物吸水率测定采用净水浸泡法，即在室内将风干枯落物浸入水中12 h后称重，与风干枯落物两者的比值即为枯落物的最大吸水率。

吸水率(C)(%)=(枯枝落叶吸水后重量－枯落物干重)/枯落物干重×100%，

枯落物持水量(V1)(t/hm2)=L×C/100.

式中:L——1 hm2枯落物蓄积量。

1.2.2 土壤容重及孔隙度测定

土壤容重及孔隙度测定采用环刀法(环刀容积为100 cm3)。

土壤总孔隙度的测定:利用测定容重的环刀浸入水中24 h后称重。

饱和含水率(%)=(浸泡后土壤质量－烘干后土壤质量)/烘干后土壤质量×100%，

总孔隙度(%)=饱和含水率×容重。

土壤毛管孔隙度:将测定过总孔隙度的环刀置于铅盒上，中间用滤纸隔开，放置12 h后称重。

土壤毛管孔隙度(%)=土壤毛管含水量×容重，

土壤非毛管孔隙度(%)=总孔隙度－土壤毛管孔隙度.

土壤持水量(V2)=10 000×P×D.

式中:D——土层深度，m.

P——土壤非毛管孔隙度，%.

2 结果与分析

2.1 林地枯落物蓄积量和持水量

测定5种林分与对照荒草坡的枯落物厚度、蓄积量及枯落物持水量结果见表2.

表2 林分枯落物蓄积量与持水量

由表2可以看出，所调查5种林分的枯落物蓄积量均大于对照荒草坡。5种林分从枯落物蓄积量来看，以落叶松人工林枯落物蓄积量最高，为51.3 t/hm2;灌木林最低，为17.2 t/hm2;5种林分枯落物平均蓄积量为29.7 t/hm2，是对照荒草坡枯落物蓄积量的11倍。

从枯落物最大持水率来看，以落叶松人工林最低，为178.0%，油松人工林次之。以白桦天然林持水率最高，为223.5%，白桦落叶松混交林次之。5种林分枯落物平均最大持水率为201.2%.

2.2 林地土壤性质和持水量

5种林分与对照荒草坡土壤物理性质及持水量测定结果见第34页表3.

由表3可以看出，所调查5种林分的土壤容重均小于对照荒草坡。5种林分的平均容重为1.190 g/cm3，以白桦天然林容重最低，为0.963 g/cm3，白桦落叶松混交林次之。

5种林分的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于对照荒草坡，5种林分平均总孔隙度、平均毛管孔隙度、平均非毛管孔隙度分别为46.671%，39.236%，7.436%.从林分类型来看，白桦天然林的总孔隙度、毛管孔隙度最高。

土壤对大气降水的暂时贮存作用以非毛管孔隙为基础，非毛管孔隙越大，入渗量就越大。土壤暂时贮水量相当于最大持水量与毛管持水量之差，即土壤暂时贮水量(t/hm2)=(土层最大持水量－毛管持水量)×容重×土层厚度。贮水量的大小反映了土壤对降水的暂时调节缓存功能，对地表径流及土壤侵蚀量有显著影响。从表3可以看出，所调查5种林分的土壤暂时贮水量均大于对照荒草坡，5种林分的平均土壤贮水量为385.0 t/hm2，是对照荒草坡的1.86倍。其中，以白桦落叶松混交林最高，为522.4 t/hm2，是对照荒草坡的2.52倍;灌木林最低，为335.6 t/hm2，是对照荒草坡的1.62倍。

表3 土壤物理性质和持水量

2.3 不同林分涵养水源功能

不同林分涵养水源情况见表4.

表4 林分涵养水源总量 t/hm2

表4中林分涵养水源总量以枯落物持水量与土壤暂时持水量之和表示。5种林分平均涵养水源总量为443.92 t/hm2，是对照荒草坡的2.08倍。其中，白桦落叶松混交林最高，为591.84 t/hm2，是对照荒草坡的2.77倍;灌木林最低，为370.56 t/hm2，是对照荒草坡的1.74倍。

3 结论与建议

1)五台山国有林管理局门限石林场南梁沟现存5种林分类型调查结果表明:5种林分枯落物平均蓄积量为29.7 t/hm2，以落叶松人工林蓄积量最高，灌木林最低;5种林分枯落物平均最大持水率为201.2%，以白桦天然林持水率最高，落叶松人工林最低。

2)5种林分类型土壤物理性质测定结果表明:5种林分的土壤容重均小于对照荒草坡;总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均大于对照荒草坡，说明森林对林地土壤具有显著的改良作用。从测定结果来看，针阔天然混交林的改良效果优于人工林与天然灌木林。

3)林地土壤贮水量与林地涵养水源总量测定结果表明:林地土壤暂时贮水量与涵养水源总量均大于对照荒草坡，与土壤物理性质测定结果相同，针阔天然混交林的涵养水源效果优于人工林与天然灌木林。

4)针阔乔灌混交林对林地土壤改良效果及涵养水源功能均优于人工林与灌木林，建议营造水源涵养林时，依据立地质量的优劣，优先营造针阔混交林。

5)树种组成与配置、林龄、林分结构等因子对林地土壤改良作用与涵养水源功能均有重要影响，研究确定区域内树种组成及其针阔混交比例是今后该区域营造水源涵养林尚待解决的重大问题。

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