黧蒴锥马尾松混交林涵养水源功能的研究

陈良喜

（福建省南平葫芦山国有林场，福建 南平 353000）

黧蒴锥马尾松混交林涵养水源功能的研究

陈良喜

（福建省南平葫芦山国有林场，福建 南平 353000）

对黧蒴锥（Castanopsis fissa）马尾松（Pinus massoniana）混交林和纯林持水性能进行比较分析，结果表明：林分树种结构不同，涵养水源功能存在差异，不同组成林分持水量排序为：6栲4马 ＞ 4栲6马 ＞ 10栲纯林 ＞ 10马纯林；各林分各层次持水量排序为：土壤层 ＞ 林冠层 ＞ 枯枝落叶层 ＞ 植被层，不同混交模式林分总持水量主要分布在土壤层，黧蒴锥马尾松混交林水源涵养能力大于纯林。

黧蒴锥；马尾松；混交林；持水量；水源涵养

森林主要通过林冠层、林下植被层、枯枝落叶层、根系土壤层 4个层面对降水分别起着截持、拦蓄和入渗作用，这种调节作用避免大水冲刷地表导致水土流失。黧蒴锥（Castanopsis fi ssa）（别名闽粤栲）是壳斗科（Fagaceae）锥属速生乡土阔叶树种，适应性强，落叶量大，是马尾松（Pinus ma ssoniana）的优良伴生树种[1]。马尾松是我国南方重要的造林绿化树种和采脂主要树种[2]，分布广、适应性强、生长迅速、用途广，但因其针叶养分含量低、分解难，长期纯林化发展将造成林地肥力衰退，生产力下降，因此，依照适地适树原则，营造马尾松混交林，对解决多代连栽系列生态问题和提高林地肥力具有重要意义。为此，作者于1999年营造黧蒴锥与马尾松混交林，进行混交林水源涵养能力研究，以期从生态服务功能角度为发展黧蒴锥马尾松混交林提供依据。

1 试验地概况

试验区设在福建省南平市葫芦山国有林场金沙工区l大班l、2小班，26° 28′ N，118° 07′ E，地处武夷山支脉的低山丘陵，海拔250 ～ 420 m，属中亚热带季风气候带，年均温18.2℃，年均降水量为1 810 mm，多集中于5、6月，日照时间长，年均日照时数1 690 h，无霜期295 d。试验地坡度为20 ～ 30°，山地红壤，土层厚度0.6 ～ 0.9 m，土壤肥力中等，年均地表温度为17.5℃；林内年均大气相对湿度为81%，造林后第2年对幼林地采取松土除草、垦复施肥等抚育措施。前茬植被为马尾松人工纯林，灌木层以南烛（Vaccinium bracteatum）、杨桐（Adinandra millettii）、山胡椒（Lindera glauca）、山矾（Symplocos sumuntia）、毛冬青（Ilex pubescens）、草本层以狗脊（Woodwardia japonica）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）、菅（Themeda villosa）等为主。

2 研究方法

2.1 试验设计

1997年12月采种，1998年2月播种育苗，1999年2月裸根苗造林，营造黧蒴锥与马尾松混交林，株行距2 m×2 m，定植2 400株/hm2，按随机区组法进行试验设计：混交林采用行带混交方法，（A）黧蒴锥×马尾松混交比例为6：4（6栲4马），（B）黧蒴锥×马尾松混交比例为4：6（4栲6马），（C）黧蒴锥纯林（10栲），（D）马尾松纯林（10马），3个重复。每个处理设置3个20 m×20 m标准地，四周种植2行火力楠作保护行。文中体现的数据均为3次重复的平均值。

2.2 调查方法

2.2.1 生长调查 2013年6月对标准地内林木进行现存密度调查，每木检尺，测定其胸径、树高等，根据调查材料计算平均树高、平均胸径和蓄积量（表1）。

表1 林分生长状况Table 1 Growth of different tested stands

2.2.2 生物量调查 以林分平均树高、平均胸径2个指标在标准地内选择黧蒴锥和马尾松的标准木，采用Monsi分层切割法[3]测定标准木生物量，伐倒后按2 m为一段，分别称取各段干重、枝重、叶重等各器官鲜重，随机抽取各部分样品，带回室内测定其含水量，求算干物质重，用单位面积上的林木株数和平均木的干重推算乔木层生物量。在标准地对角线上设置3个2 m×2 m小样方，采用样方收获法[3]收集小样方内的全部灌木、草本和枯落物，分别称重，测定林下植被生物量和凋落物现存量。

2.2.3 土壤性质测定 分别在不同标准地内设上、中、下3个土壤剖面，采集0 ～ 20 cm、＞20 ～ 40 cm土层的土壤样品，用环刀法[4]测定土壤容重；利用常水头渗透仪测定土壤的入渗性能，每隔2 min用量筒测定渗出的水量，计算出不同时段的土壤入渗水量以及土壤的初渗速率和稳渗速率。

2.2.4 持水量调查 用浸水法[4]测定样品持水率和持水量，分别称取标准木的枝、叶、林下植被、凋落物、0 ～20 cm土层土壤、＞ 20 ～ 40 cm土层土壤，各500 g，浸入水中24 h后称重，测定持水率及土壤的孔隙度，计算持水量。

3 结果与分析

3.1 不同模式林分地上部分持水能力

表2可见，黧蒴锥马尾松混交林不同的树种组成结构对地上部分持水性能形成了较大差异，混交林比纯林表现更优，以6栲4马混交林最高，分别是黧蒴锥和马尾松纯林的1.27和1.67倍，主要是黧蒴锥是宽冠型阔叶树种，枝叶分布层高于马尾松，形成复层林。从地上部分各层次持水性能上看，主要分布在林冠层，最大的 B模式达84.82%，最小的C模式也有76.68%，这与黧蒴锥枝叶分枝多叶面积指数大有关，各层次排序为林冠层 ＞枯枝落叶层 ＞ 植被层。

表2 不同模式林分地上部分最大持水量比较Table 2 Water holding capacity of aboveground part of different tested stands

黧蒴锥马尾松混交林林冠层持水量均大于纯林，主要与其枝叶生物量、结构有关，混交林林冠层高达5 ～ 6 m，枝叶分布层次多，而纯林结构单一，无明显层次性[5]。各林分林冠层持水量排序为：6栲4马（15.67 t/hm2）＞ 4栲6马（11.56 t/hm2）＞ 10栲（11.28 t/hm2）＞ 10马（9.38 t/hm2）。

林下植被层包括灌木层和草本层[6]，由表 2可以看出，黧蒴锥、马尾松纯林与混交林林下植被层的生物组成不同，其持水量存在差异，6栲4马林分最高，是黧蒴锥纯林的1.77倍，通过树种混交，生物多样性丰富，生态系统稳定[7]，有利于林下植被的生长，从而减少地表径流，而纯林林下生物多样性较单一[8]；马尾松纯林林下植被层持水量比黧蒴锥高，主要原因是马尾松纯林郁闭度较低，林木植被发育相对较好。林下植被层持水量排序为：6栲4马（1.08 t/hm2）＞ 4栲6马（0.93 t/hm2）＞ 10马（0.90 t/hm2）＞10栲（0.61 t/hm2）。

枯枝落叶层是处于林下植被层和土壤层之间，对降雨起截持、调节、过滤和分流作用，是林分截留降水的重要作用层之一[9]，不同林分凋落物量和持水率不同，截留降水的能力差异很大[10]，黧蒴锥纯林的枯枝落叶层持水量最大（2.53 t/hm2），占总量的17.20%，这是由于黧蒴锥纯林每年更新凋落的枯枝落叶量大，使得林下凋落物多，加上其吸水率大，这对维持森林水量平衡、阻滞径流和阻挡径流对土壤的冲刷具有重要作用。

3.2 不同模式林分土壤层持水能力

森林土壤具有强大的持水能力，是森林涵养水源最重要的功能层。森林土壤蓄水保水能力与土壤厚度和孔隙度有关，土壤毛管孔隙是土壤蓄水的主要场所，而非毛管孔隙则是土壤快速贮水的场所[11]。

3.2.1 土壤入渗性能 土壤渗透性能是林分水源涵养重要功能，也是土壤重要的物理性质之一[12]。渗透性能良好的土壤，降雨时大量雨水沿着土壤孔隙渗入土壤，并以较快的速度入渗至较下层，形成土内径流或地下径流，从而减少地表径流，起到良好的水土保持和水源涵养的作用[13]。表3可见，不同类型林地由于结构、质地、孔隙度和温湿度差异，土壤渗透能也存在差异，其排序为：6栲4马（39.5 mm/min和21.2 mm/min）＞ 4栲6马（31.6 mm/min和19.4 mm/min）＞ 10栲（29.8 mm/min和15.6 mm/min）＞ 10马（22.3 mm/min和12.3 mm/min），说明黧蒴锥马尾松混交林比纯林具有更好的渗透性能，而渗透性能好的混交林在降雨时不易形成地表径流，控制水土流失。

表3 不同模式林分土壤（0 ～ 20cm）渗透性能Table 3 Permeability of soil layer(0-20cm) under different tested stands mm·min－1

3.2.2 土壤持水能力 土壤孔隙愈多，质量愈好，则持水能力就愈大，不同模式林分土壤层持水量差异主要在0 ～ 40 cm[14]。表4可见，黧蒴锥马尾松混交林地的土壤容重比纯林小，并随土层深度而递增，而毛管孔隙、非毛管孔隙度、总孔隙度则相反，6栲4马的土层0 ～ 20 cm毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别为马尾松纯林的1.37、1.55倍，说明其表层土体结构较为疏松，通气性能较好，从而有利于林地保持水土。各模式土壤（0 ～ 40 cm）最大持水量排序为：6栲4马（1 549.12 t/hm2）＞ 4栲6马（1 469.81 t/hm2）＞ 10栲（1 301.15 t/hm2）＞ 10马（1 059.36 t/hm2）。黧蒴锥马尾松混交林地土壤保水能力比纯林强，这主要与黧蒴锥马尾松混交林土壤腐殖质层厚、地下结构复杂，存在较多的根系穿透和扩张而形成更多的土壤孔隙有关。

表4 各模式0 ～ 40 cm土层持水能力Table 4 Water holding capacity of soil layer (0-40 cm) under different tested stands

3.3 不同模式林分总持水能力

林分水源涵养能力是土壤层总持水量与地上部分总持水量之和，林分总持水量越大，说明水源涵养能力越强[15]。表5表明，土壤层持水量均占林分总持水量的98%以上，说明土壤层是水源涵养的主要层次，在通常降雨时，森林首先通过地上部分截持小部分雨水，更多的水份存蓄、运转、入渗到土壤中，达到了水源涵养、水土保持之作用。表5可见，黧蒴锥马尾松混交林总持水量均比纯林水源涵养能力强，6栲4马、4栲6马分别比马尾松纯林增加489.76 t/hm2和410.45 t/hm2。水源涵养量排序为：6栲4马（1 567.77 t/hm2）＞ 4栲6马（1 484.83 t/hm2）＞ 10栲（1 315.57 t/hm2）＞ 10马（1 070.75 t/hm2）。

表5 各模式总持水量比较Table 5 Total water holding capacity of tested stands

4 小结与讨论

（1）黧蒴锥马尾松混交林各模式林分地上部分林冠层和植被层持水量均比纯林好，其中以黧蒴锥马尾松6栲4马表现最好，分别达15.67 t/hm2、1.08 t/hm2，但枯枝落叶层持水量以黧蒴锥纯林最大（2.53 t/hm2），主要是因为黧蒴锥凋落物量大，叶面粗糙，因此黧蒴锥是优良的水土保持和土壤改良树种。地上部分持水量以林冠层为主，均占76%以上，大小排序是：6栲4马＞4栲6马＞10栲＞10马。

（2）混交林土壤渗透性能均比纯林好，渗透速度和渗透系数以6栲4马表现最好，分别为39.5 mm/min和21.2 mm/min，其次是4栲6马、10栲，10马最差，主要原因是混交林地上树冠和地下根系具有复层结构，凋落物量大，易分解，改善了林地土壤结构、孔隙状况，从而影响了渗透等性能，减少雨水对土壤的冲刷，有利于水土保持和减少地表径流。

（3）土壤层是森林拦蓄降水的最主要场所，主要表现在森林土壤具有巨大的持水能力[16]。针阔混交能有效增加凋落物，改善土壤的孔隙状况，提高蓄水能力。0 ～ 40 cm混交林土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、持水量等均表现出比纯林好的状态，尤其是6栲4马混交林位居各林分之首。

（4）降雨时，森林依次通过林冠层、林下植被层、枯枝落叶层的截持和调节，有效阻延地表径流，抑制降水对地表的侵蚀力及冲刷力，改善土壤保水性质和渗透性能，有利于发挥水源涵养整体功能。森林群落各层次间持水量表现为土壤层 ＞ 林冠层 ＞ 枯枝落叶层 ＞ 植被层。

（5）林分总持水量是森林水源涵养功能的主要表现形式[17]。混交林比纯林总持水量表现更优，涵养水源功能更强，其中6栲4马混交林最高（1 567.77 t/hm2），依次是4栲6马、10栲、10马，在营林过程中应予大力提倡培育针阔混交林。

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Study on Water Holding Capability of Mixed Forest of Castanopsis fissa with Pinus massoniana

CHEN Liang-xi
（Nanping Hulushan State Forest Farm of Fujian, Nanping 353000, China）

Plantation of mixed and pure forest of Castanopsis fissa and Pinus massoniana was conducted in 1999. Investigations were implemented in 2013 on growth, biomass, soil properties and water holding capacities of different tested stands. The result demonstrated that water holding capacity of tested stands was ordered by mixed forest of C fissa (60%)and P. massoniana (40%)＞ mixed forest of C fissa (40%)and P. massoniana (60%) ＞pure C fissa forest＞pure P. massoniana forest. Water holding capacity of different layers of tested stands was soil layer＞canopy＞litter＞undergrowth vegetation. The experiment indicated that water holding capacity of mixed forest was higher than that of pure forest.

Castanopsis fissa; Pinus massoniana; mixed forest; water holding capacity

S715.7

A

1001-3776（2014）05-0048-05

2014-05-24；

2014-06-17

福建省科技厅重点科学基金资助项目（2006S033）

陈良喜（1972－），男，福建仙游人，工程师，从事森林资源培育与经营研究。