“永林公司”不同森林经营模式水源涵养功能比较研究

李 树 忠

（福建省永安林业（集团）股份有限公司 福建永安 366000）

“永林公司”不同森林经营模式水源涵养功能比较研究

李 树 忠

（福建省永安林业（集团）股份有限公司 福建永安 366000）

通过对“永林公司”不同森林经营模式下水源涵养功能的比较研究，结果表明：不同经营模式林冠层的水源涵养能力都大于灌草层，部分枯枝落叶层大于林冠层。其中，林冠层持水量最大的为采育结合模式，持水量高达16.7461t/hm2，封禁保护模式和生态功效模式林冠层持水量也较高，均在10t/hm2之上。相比之下，保育补植模式林冠层持水量最小，仅有1.8334 t/hm2；灌木层持水量最大的是块状利用模式，为5.4354t/hm2；最小的是采育结合模式，为0.1346 t/hm2。其他经营模式的持水量大小相差不大，在0.2-0.4 t/hm2之间；枯枝落叶层的生物量大致在5-17 t/hm2范围内，其中持水量最高的为改良增效模式，达到16.2668 t/hm2；其它依次为保育补植模式、封禁保护模式、间伐调整模式、生态功效模式、定向培育模式、集约经营模式、采育结合模式、块状利用模式；另外，各种经营模式土壤的贮水能力大小顺序为生态功效模式＞改良增效模式＞采育结合模式＞集约经营模式＞封禁保护模式＞块状利用模式＞定向培育模式＞间伐调整模式＞保育补植模式；各种经营模式中土壤渗透能力比较好的有间伐调整模式和采育结合模式，而改良增效模式、定向培育模式和集约经营模式的渗透能力比较差。

森林经营模式；涵养水源功能；持水量；永林公司

森林通过庞大的林冠层、丰富的枯落物层既能吸附、截留一定的降雨，又能有效减轻或防止雨水冲击和侵蚀土壤，且具有深厚的疏松土壤层，利于雨水下渗，因此，人们形象的称之为“森林水库”[1]。森林具有保持水土、涵养水源、改善生态环境等功能。不同类型林地，由于植物生物学特性及其林分结构的不同，其涵养水源的效应有所差异[2]，探讨不同类型林地与涵养水源功能的关系，对合理经营森林资源，改善水环境，实现水资源的科学管理和利用具有重要意义[3-4]。目前，国内对森林涵养水源功能相关方面的研究也比较多[5-9]，但他们的研究主要体现在对单个树种、不同混交林及不同森林植被的水源涵养功能的分析，对于不同经营模式的水源涵养功能开展比较研究较少。本研究以“永林公司”森林经营区为研究对象，探讨不同经营模式下森林水源涵养功能的比较分析，以期从森林水源涵养功能的角度为森林更新方式与经营措施的确定提供科学依据。

1 研究区概况

福建永安林业（集团）股份有限公司（简称“永林公司”）总部位于福建省中部偏西、永安市境内，地理坐标为东经116º56´～117º 47´，北纬25º33´～26º12´。地貌类型以低山、丘陵为主，大小盆地错落其间。海拔一般在800m以下，气候温和，雨量充沛，水热资源丰富，林木生长期长。年平均气温为14.3℃～19.2℃，年降雨量为1490～2050mm，年日照时数1529.8h～2367.1h。土壤具有典型的中亚热带地带性土壤特征，主要成土母岩有岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类，地表出露的岩石主要有：花岗岩、页岩、板岩、砂岩、石灰岩、紫色岩等。土壤类型以红壤为主。林地土壤深厚，有机质含量较高，养分丰富。天然植被类型主要有：中亚热带常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针叶林、针阔混交林、竹林、灌丛、灌草丛等；人工植被主要有杉木林、松林、竹林、经济果树林以及多种阔叶林，共计森林经营面积121000hm2。

公司以优化天然林经营模式为目的，根据现有森林资源状况，并依据森林资源区划原则，将经营区内森林资源划分出九种不同目标经营优化模式[10]：①封禁保护型，实行全面封禁保护、禁止一切采伐活动；②保育补植型，提高生物多样性、改善生态环境功能；③生态功能型，提高林木生长势，促进森林生长发育，增强森林生态系统的生态防护功能；④间伐调整型，改促进林木生长，缩短培育周期，提高木材质量与利用率；⑤采育结合型，促进形成生态、经济效益俱佳的天然混交林；⑥改良增效型，合理改造林分结构，提高林分的产量与质量；⑦块状利用型，促进形成结构合理、生产力高的半天然针阔混交林或工业原料林；⑧定向培育型：短期定向工业纤维为主的杉木、马尾松、桉树原料林；⑨集约经营型，培育年平均生长量达国家速生丰产林标准的用材林。

2 研究方法

对每一经营模式，选择有代表性的地段样地2块, 进行群落调查，根据调查的资料计算群落中各森林类型的胸径平均值作为标准木的选择依据。在每个样地设置10m×10m的样方，选取标准木，称其枝、叶鲜重；在每个样地设置2m×2m的样方以及1m×1m的草本样方。采集样方内的全部灌木草本，称鲜重；在每个样地设置1m×1m的样方，调查枯枝落叶层的盖度、厚度、分布状况，采集样方内的全部枯枝落叶，称鲜重；在标准样地内选择有代表性的地点，挖掘土壤剖面，调查土壤因子，记载土层厚度、土壤质地与结构。根据土层厚度的情况，采用机械分层取土方法，在保证不破坏土壤各层结构的前提下，用容积为100cm3的环刀分别在0-20cm, 20-40cm, 40-60cm的土层上取原状土，每个组合重复3次。

运用“浸水法”[11-13]及土壤分析方法[14-15]对每种经营模式的水源涵养功能进行分析对比。其中测定对象包括：①林冠层水源涵养能力测定，②林下灌草层水源涵养能力测定，③林下枯枝落叶层水源涵养能力测定，④土壤层水源涵养能力测定。

3 结果与分析

3.1 不同森林经营模式地上部分持水性能

3.1.1 林冠层的持水性能

表1 不同经营模式地上部分持水性能Tab.1 The aerial parts of water-holding capacity of different operating modes

降落的雨水，首先为林冠层所截持。林冠层的持水能力，主要由林冠层叶面积、林分郁闭度、枝叶生物量和其持水率的大小所决定的[16]。持水率为单位质量枝、叶、皮的持水能力。各种林分林冠层的持水能力见表1。从表1可以看出，各种经营模式林冠层的持水量明显地大于灌木层、草本层，这是因为林冠层的生物量明显大于林下植被层，且降雨首先被林冠层截留。此外，林冠层持水量最大的为采育结合模式，原因在于采育结合模式生物量较其它经营模式高。封禁保护模式和生态功效模式林冠层持水量也较高，均在10t/hm2之上；相比之下，保育补植模式林冠层持水量最小，此模式为马尾松人工林，坐落山顶，生物量不高，因此相对持水较低。

3.1.2 林下植被的持水性能

降雨穿过林冠层然后通过灌木层和草本层被再次截留，从而减弱降雨溅打土壤能力。由于林分结构和经营目的的不同，直接影响了林下植被的种类及数量，使得不同林分林下植被层的持水能力存在明显的差异，林下植被层的生物量和持水率共同决定林下植被层持水量的大小。

灌草层持水性能的强弱，也能直接影响着雨水到达地表后的行为。由表1可知，灌木层持水量最大的是块状利用模式，为5.4354t/hm2；最小的是采育结合模式，为0.1346 t/hm2。其它经营模式的持水量大小相差不大，在0.2-0.4 t/hm2之间。草本层各经营模式的持水率大小相差较小，这与林下植物的生活型较为相似有关，林下植物多为耐荫类的地上芽和地面芽植物，叶片的质地相似性较大，故其持水性能差异不大；但持水量相差较大，其中定向培育模式更是达到13.1391 t/hm2，此模式为桉树人工林，林下五节芒盖度达到100%，生物量较大，因此，持水量相对较多。

3.1.3 枯枝落叶层的持水性能

在森林生态系统中，枯落物除了防止降雨对土壤表面的击溅，增加土壤有机质外，具有很大的吸水能力和透水性，对水源涵养起着一定的作用，因而枯落物层的持水性能是评价植被水源涵养功能的一个重要指标[5，17]。林地内枯枝落叶物是森林涵养水源的重要组成部分，它覆盖林地表面，除本身具有很大吸水或截留降雨能力外，还可以提高地表粗糙度、改善土壤结构、孔隙状况和渗透性能，避免地表土壤遭到降雨直接溅蚀打击和降低径流速度、削弱地表径流对土壤的冲刷作用。枯枝落叶层的持水性能与枯落物的组成、数量有关。一般认为枯落物浸水1昼夜后的持水量为最大持水量[18]。但枯枝落叶最大持水量一般只能反映枯枝落叶层的持水能力，不能反映其对实际降水的拦蓄状况。因为最大持水量的测定，通常是将枯枝落叶浸水24h后测量换算。许多研究结果表明：枯落物的最大有效持水量为最大持水量（浸泡24h的值）的85%左右。因此其实际持水量应该比较小。本研究中所出现的枯枝落叶持水量数据为最大有效持水量。

由表1可知，枯枝落叶层的生物量大致在5-17 t/hm2范围内，其中持水量最高的为改良增效模式，达到16.2668 t/hm2；其它依次为保育补植模式、封禁保护模式、间伐调整模式、生态功效模式、定向培育模式、集约经营模式、采育结合模式、块状利用模式。不同经营模式之间相差明显，但对于同一经营模式下，枯枝落叶层的持水量均大于灌木层和草本层的持水量，也有部分超过林冠层的，这说明在各经营模式内枯枝落叶层的水容量均较大。此外，枯枝落叶层的持水量主要决定于单位面积上枯落物的数量和枯落物本身的特性，9种不同森林经营模式的枯枝落叶持水量是其生物量的1.2-2.0倍，因而枯枝落叶层在森林经营中必须予以重视与保护。

3.2 土壤的持水性能

林地具有大量腐根所形成的粗大孔隙、动物孔隙和其它非毛管孔隙，又有较多的有机质和水稳性团聚体，所以林地土壤属于海绵状的多孔结构，降雨时大量雨水沿着土壤孔隙下渗，暂时存贮于土壤孔隙中。因此，林地土壤是森林涵养水源的重要场所，其透水和蓄水能力是反映森林涵养水源功能的重要指标之一。当降雨量小于土壤最大贮水量时，林地土壤可将下渗的雨水全部贮存起来，并逐渐向下渗透，成为河流经常性的补给水。林地土壤对降雨调节能力，主要表现在对降雨的动态调蓄能力（渗透能力）和静态调蓄能力（贮水能力）两个方面[19]。

3.2.1 土壤的贮水性能

林地土壤是水分贮存库和水分调节器。土壤的蓄水能力是评价森林涵养水源、调节水循环的一个重要指标，其大小与土壤的孔隙度状况、土壤厚度密切相关。毛管孔隙中的水分可以长时间保持在土壤中，有利于植物根系吸收和土壤蒸发。非毛管孔隙能较快吸收降水并及时下渗，有利于水源涵养[20]。因此，不同林地土壤的非毛管孔隙度不同，林地的蓄水能力也不一样。

从表2可以得出，各种模式中各个土壤层的非毛管孔隙度的大小随着土层的增加而减少，其原因为近地表面（0-20cm）土壤受枯落物积累，腐烂形成腐殖质层的影响，在（20-40cm）的土壤层为森林主要根系分布区，由于根系的生长发育有利于土壤的发育，改善土壤结构，所以孔隙度又较（40-60cm）为高。而土壤的贮水能力与其相应的非毛管孔隙度呈正相关，且各种经营模式的相关度各不相同。各种经营模式贮水能力大小依次是：生态功效模式、改良增效模式、采育结合模式、集约经营模式、封禁保护模式、块状利用模式、定向培育模式、间伐调整模式、保育补植模式。这说明土壤构造较疏松，孔隙度更大，通气透水性强，因而具有更强的涵养水源和保持水土能力。

表2 不同经营模式植被类型的土壤水分物理性质Tab.2 Vegetation types of different management modes physical properties of soil water

3.2.2 土壤的渗透性能

土壤的渗透能力是土壤的重要水分物理性质之一，它与土壤容重、质地、结构孔隙度、有机质、土壤湿度、温度等诸多因子有关。渗透系数大，渗透速度快，能将林内降雨尽快转化为土壤径流和地下径流，减弱地表径流，抑制土壤冲刷和养分流失。森林通过地上植被和林地土壤层对雨水的涵蓄后，除了林地蒸发散失外，大部分降水通过林地土壤渗透，以壤中流或地下水潜流形式汇入江河。森林土壤的渗透性能反映出这一作用的强弱。土壤渗透能力的大小，一般用10℃时土壤稳渗系数K10来表示，不同森林经营类型各土壤层渗透性能见表3。

表3 不同森林经营类型土壤渗透性能比较Tab.3 Comparison of soil permeability of different types of forest management

由不同经营模式林地土壤的渗透试验结果可以看出：间伐调整模式和采育结合模式这两种经营模式不管是初渗速度还是稳渗速度都比其他经营模式快，渗透能力相对比较好，而且渗透速度、达到稳渗时间和渗透系数大体趋势为随着土层深度递减。改良增效模式、定向培育模式和集约经营模式的渗透速度和渗透系数都相对小，因此，这三种经营模式的渗透能力是比较差的，水源涵养功能比较弱。其原因可能是受人为干扰影响较多；土壤本身结构较差；林地灌层植被较少，未能对土壤形成有效的改善也有一定的关系，还有可能是其退化或弱脆的生态环境体现在土壤环境中，表现为地力下降，土壤结构变得不良，进而影响到林地土壤的水源涵养功能。

土壤层的动态调节能力主要体现在土壤的渗透性能，土壤入渗速率调节着进入土壤、积存于地表面或产生地表径流的水量。进入土壤的水分或通过蒸发、植物蒸腾返回大气或向下渗漏（土体内径流或进入地下水）。因此土壤的渗透性能不仅直接影响大气—植物—土壤连续体中水分循环、地表径流的数量以及伴随着洪水和土壤侵蚀的威胁程度，而且影响着植物根区的水分状况。渗透性能良好的林地土壤，能够使降水在土壤内进行合理再分配，从而减小或遏制水土流失的产生，提高了土壤的水源涵养能力。

4 小结与结论

通过对不同经营模式的森林植被水源涵养功能的分析，即分析森林植被的林冠层、灌草层、枯枝落叶层以及土壤层的水源涵养，比较不同经营模式的水源涵养能力，可以得出以下结论：9种经营模式的林冠层的水源涵养能力都大于灌草层，部分枯枝落叶层大于林冠层，这与林冠层的生物量以及枯枝落叶层持水率有关。各层持水量的大小与其生物量的多少及持水率大小密切联系。不同森林经营模式的枯枝落叶层的持水能力也不同，表现在持水率和持水量的不同，这种枯枝落叶层在持水性能上的差异在一定程度上影响到林地土壤的水文效应。各种模式中各个土壤层的非毛管孔隙度的大小随着土层厚度的增加而减少，渗透能力亦逐渐变小。

对“永林公司”经营区森林涵养水源功能的评价结果可使公司对森林生态系统服务功能有了更加直观的认识和了解，有利于提高人们对森林生态系统的保护意识，进一步推动公司经营区森林的保护、开发和持续利用，为公司效益的提高奠定坚实的基础。同时，为了保持良好的森林生态效应，公司应制定合理的经营方案，并进行适当的森林生态系统服务功能的宏观管理，充分发挥森林生态系统服务功能。

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Comparative study on the water conservation function of different forest management mode in Yong’an Forestry Group

LI Shu-zhong
（Fujian Yong’an Forestry （Group） Joint-stock Co. Ltd.，Yong’an，366000，China）

The water conservation function of different forest management mode were studied and compared,the result showed that : the ability of water conservation of the canopy of different operating modes were greater than the shrub and grass layer, part of the litter layer was greater than the canopy.Among them, the combination of cutting patterns had the largest water holding capacity of the canopy, it reached as high as 16.7461t/hm2,the water holding capacity of the canopy of block protection mode and ecological effects pattern were also high, both above 10t/hm2. In contrast, the replanting pattern had the smallest water holding capacity of canopy, only 1.8334 t/hm2; the block utilization patterns had the largest water holding capacity of the shrub, for 5.4354t/hm2,the smallest was the combination of cutting patterns, for 0.1346 t/hm2.Other management mode’s water capacity in sizediffer not quite, between the 0.2-0.4 t/hm2;The biomass of litter layer ranged from 5-17 t/hm2, what had the maximum water holding capacity was the improved efficiency mode, it reached 16.2668 t/hm2; The other order of the water holding capacity was: replanting mode, block protection mode, adjust the pattern thinning, ecological efficiency mode, oriented training mode, intensive management mode, combination of cutting patterns, block utilization patterns; Moreover, the soil's water storage ability in each kind of management mode was in the order of ecological effects mode > improved efficiency mode > combination of cutting patterns > intensive management mode > block protection mode > block utilization patterns > orientation training mode > thinning adjustment mode > Conservation replanted mode; In various management mode, the soil infiltration ability of thinning adjustment mode and combination of cutting patterns were strong,then improved efficiency mode, orientation training mode and intensive management mode were weak.

Business model of forest；Water conservation function；Water holding capacity；Yong’an Forestry Company

S718.51+2.1

A

1004-7743（2014）01-0007