杉木－厚朴人工混交林枯落物生态保护功能研究

汪建明

(福建省建瓯市林业局，福建南平353100)

杉木－厚朴人工混交林枯落物生态保护功能研究

汪建明

(福建省建瓯市林业局，福建南平353100)

摘要为探讨杉木人工纯林与混交林生态水文功能，采用样地调查和室内分析相结合的方法，对福建建瓯市杉木人工纯林和杉木－厚朴人工混交林枯落物现存量、持水量、持水率和吸水速率进行了测定，结果表明:杉木纯林枯落物现存量和最大持水量高于杉木－厚朴混交林，分别为5.94、3.81 t·hm－2和11.55、7.87 t·hm－2;混交林的持水率高于纯林，分别为218.72%、187.58%;吸水速率在浸水前0.5 h时间段混交林也高于纯林，分别为3.44和2.65 g·g－1·h－1。混交林枯落物层可在短时间内迅速吸收降水，减少水土流失，具有较强的生态防护功能。

关键词杉木;厚朴;混交林;现存量;持水性能

森林凋落物是森林生态系统的重要组分和物质循环的载体［1］，林下枯落物层不仅可增加土壤有机质、改善土壤水热和通气状况、促进营养元素的循环，而且其疏松的结构具有良好的透水性和持水能力，可削弱雨滴对土壤的击溅，阻延地表径流，抑制土壤水分蒸发，起到保持水土和涵养水源的作用［2］。枯落物层的生态水文功能与凋落物组成、数量和分解速度有关［3］，不同森林群落类型和林分类型以及林分不同生长阶段的枯落物层具有不同的持水性能［4］。

杉木( Cunninghamia lanceolata)是中国南方最重要的速生丰产林的首选树种，新中国成立以来杉木纯林面积不断扩大，由于纯林林分结构单一，山区水土流失严重，生态环境恶化，严重限制杉木人工林生产力的持续提高［2］。选择适宜的混交树种和混交方式，可明显改善土壤肥力、提高林分生产力和稳定性，充分发挥森林的综合效益。厚朴( Magnolia officinalis)为珍贵的药用树种，具有很高的药用价值和经济价值，其树皮、根皮、花、种子和芽皆可入药，市场需求量大，开展杉木与厚朴混交林经营对提高森林的经济效益和生态效益具有重要现实意义。目前国内仅见关于杉木纯林及杉木与拟赤杨、火力楠、福建含笑、米老排、木荷和桤木等混交林水源涵养功能的研究，未见有关于杉木与厚朴混交林生态水文功能的报道［5］。有鉴于此，笔者以福建建瓯顺阳乡溪东村15年生杉木与厚朴混交林为研究对象，以同

年龄杉木纯林为对照，开展枯落物层现存量、持水量、持水率等生态水文功能的研究，为正确评价杉木厚朴混交林的生态效益，探讨其涵养水源的内在机制提供科学依据。

1　试验地概况

试验地位于福建省建瓯市顺阳乡溪东村( 118° 35'54″E，27°04'53″N)，属于亚热带季风气候，山地气候明显，春季多雨，夏长较热，秋高气爽，冬短多雾，年平均气温18.7℃;冬季平均气温8℃，夏季月平均气温28.5℃，年平均降水量1 663 mm，主要集中在3—6月。年平均日照1 612 h，无霜期286 d。属丘陵地带，平均海拔110 m，土壤为酸性红壤。2015年4月选择立地条件基本一致的同一坡面15年生杉木－厚朴混交林和杉木纯林进行研究，混交林采用行状混交方式，杉木－厚朴混交比例为6∶4，2种林分营造前均为杉木纯林采伐迹地。林分郁闭度为0.6～0.8，林下植被的盖度为70%～80%，2种林分的基本概况见表1。

表1　试验林分概况

2　研究方法

分别在2种林分内设置20 m×20 m的标准样地，3次重复。样地内进行每木检尺，并调查冠幅和林下植被。每个标准地内按“梅花型”五点法设置面积为1 m×1 m的小样方5个，收集样方内的全部枯落物，称其鲜质量，并带回试验室取部分烘干至恒质量，计算枯落物层含水率，转换成枯落层的现存量。另取各样方部分风干枯落物( 30 g左右)装入网袋后分别浸水0.5、1、1.5、2、4、6、8、10、12、16、24 h，捞起静置网袋不滴水时称质量，用以计算枯落物层的持水率、持水量及吸水速率。计算分式如下:

3　结果与分析

3.1枯落物层的现存量及持水量

由表2可知，杉木纯林枯落物现存量的鲜质量与干质量均显著高于杉木－厚朴混交林( P＜0.05)，鲜质量分别为7.01 t·hm－2和4.51 t· hm－2，干质量分别为5.94 t·hm－2和3.81 t·hm－2(表2)。2种林分的自然含水率差异不显著，表现为混交林( 20.07%)＜纯林( 18.53%)。浸泡不同时间后，混交林与纯林的持水量均表现为增加趋势，但在浸泡之初( 0.5～4 h)，凋落物层的持水量增长迅速，此后增加开始变缓，浸水10～12 h时，持水量接近饱和(图1)。浸泡0.5 h时，杉木纯林与混交林枯落物持水量迅速达到7.89 t·hm－2和6.55 t· hm－2，浸水4 h时，又分别迅速增加到9.44 t·hm－2和7.34 t·hm－2，3.5 h内，枯落物持水量分别增加了1.55 t·hm－2和0.79 t·hm－2。杉木纯林的最大持水量( 24 h)显著高于杉木－厚朴混交林( P＜0.01)，分别为11.55 t·hm－2和7.87 t·hm－2。

表2　枯落物层的现存量及自然含水率

图1　枯落物持水量与浸泡时间的关系

图2　枯落物持水率与浸泡时间的关系

3.2枯落物层持水率

枯落物的持水能力可以通过持水率来反映，枯落物吸收的水分与其干质量的比值越大，说明其持水能力越强。浸水不同时间后，林分枯落物层的持

水率均表现为混交林大于杉木纯林(图2)。持水率在浸水后0.5～4 h内迅速增长，随后增加缓慢，浸泡12 h后，持水率达到相对饱和。浸水24 h后，混交林的最大持水率显著高于纯林P＜0.01，分别为218. 72%和187.58%，混交林比纯林最大持水率高出31.14%，说明杉木－厚朴混交林枯落物层具有较强的持水能力。

3.3枯落层吸水速率

各浸水时间内，杉木－厚朴混交林的吸水速率均大于杉木纯林，浸水0.5～4 h，2种林分枯落物层的吸水速率随浸水时间急剧下降，之后下降缓慢，并趋于平稳(图3)。浸水0.5 h后，杉木－厚朴混交林与纯林的吸水速率分别为3.44 g·g－1·h－1和2.65 g·g－1·h－1，至4 h时，分别迅速降至0.50 g· g－1·h－1和0.42 g·g－1·h－1，分别下降了85.5% 和84.2%。浸到24 h后，混交林与纯林吸水速率分别仅有0.08 g·g－1·h－1和0.07 g·g－1·h－1。由此可见，吸水速率在浸水前0.5 h最大，在此时间段混交林的吸水速率是纯林的1.3倍。

图3　枯落物吸水速率与浸水时间的关系

4　讨论

枯落物的现存量受林分类型、林龄、枯落物的输入量、分解速率等多种因素的影响，一般认为阔叶树种的凋落量大于针叶树种，且凋落物组成中叶的比例比针叶树种的大。温远光等［6］报道亚热带常绿阔叶林的年凋落量高达7.99 t·hm－2，马尾松与杉木纯林的年凋落量分别为5.72 t·hm－2和4.25 t· hm－2。王凤友［6］报道针叶树种凋落叶的纤维素、木质素含量高于阔叶树种的凋落叶，基质质量差，分解速率缓慢，导致针叶林分枯落物的现存量大。本研究发现，杉木－厚朴混交林枯落物层的现存量明显低于杉木纯林，分别为3.81 t·hm－2和5.94 t· hm－2，可能与林分树种的组成导致凋落物的组成、数量分解状况的差异有关［7］，杉木人工林纯林的凋落物组成中存在大量的杉木枝，其分解速率缓慢，而混交林中( 3行杉木+ 2行厚朴)阔叶树的比例较大，凋落物以叶为主且分解速率快，导致杉木纯林枯落物的现存量明显高于杉木－厚朴混交林，与其他研究者的结论一致［6］。

林地枯落物层的水源涵养功能取决于自身的持水能力及现存量大小，现存量越多，持水量越大，其持水能力越强［8］。本研究中，枯落物层的最大持水量( 24 h)表现为杉木纯林明显大于杉木－厚朴混交林，分别为11.55 t·hm－2和7.87 t·hm－2，均高于大部分气候相近的杉木林( 5.91 t·hm－2)和阔叶林( 6.19 t·hm－2)［9］，这主要是杉木凋落物中枝的比例大于阔叶林，导致分解速率慢所致。2种林分枯落物层的持水率在10～12 h趋于平稳，在浸水24 h后达到最大，且杉木－厚朴混交林最大持水率( 218. 72%)显著高于杉木纯林( 187.58%)。有研究者认为凋落物浸水12 h后达到最大持水率［8，9］，不同树种枯落物自身特性不同，最大持水率达到的时间也有差异。虽然混交林的最大持水量低于杉木纯林，但最大持水量仅能反映枯落物层潜在的持水能力，而林分对降水的实际拦蓄情况与持水率和吸水速率等因素关系更为密切［10］。研究发现杉木－厚朴混交林在各浸水时间内，枯落物层的持水率与吸水速率均高于杉木混交林，持水率在浸水0.5～4 h之间增加迅速，而后增加缓慢，而吸水速率在浸水4 h后也开始迅速下降，说明混交林枯落物层对降水及地表径流的拦蓄能力具有明显的短时效应，能在几小时内迅速拦截雨水，减少对地表的冲刷和溅蚀，具有良好的生态防护功能，这与其他研究者的结论一致。

5　结论

5.1杉木－厚朴混交林现存量显著低于杉木纯林，分别为3.81 t·hm－2和5.94 t·hm－2，自然含水率相差不明显。由于林分的持水量与枯落物现存量关系密切，导致2种林分的最大持水量表现为混交林( 7.87 t·hm－2)＜纯林( 11.55·hm－2)。

5.2浸水24 h，杉木－厚朴混交林枯落物层的持水率、吸水速率均高于纯林，且在浸水前0.5 h最快，到4 h后趋于平缓。

5.3杉木－厚朴混交林最大持水率显著高于杉木纯林，分别为218. 72%和187.58%，二者相差1.16倍。最大吸水速率也表现为混交林( 3.44 g·g－1· h－1)明显高于纯林( 2.65 g·g－1·h－1)，二者相差1.3倍。因此，杉木－厚朴混交林枯落物层在短时间内可迅速拦截降水，具有较强的水源涵养功能，但由于枯落物层的现存量低，导致最大持水量不高。

参考文献:

［1］薛立，何跃君，屈明，等.华南典型人工林凋落物的持水特性［J］.植物生态学报，2005，29 ( 3) 415－421

［2］周丽丽，蔡丽平，马祥庆，等.不同发育阶段杉木人工林凋落物的生态水文功能［J］.水土保持学报，2012，26( 5) : 249－253

［3］朱金兆，刘建军，朱清科，等.森林凋落物层水文生态功能研究［J］.北京林业大学学报，2002，24( 21) : 30－34

［4］常雅军，曹靖，马建伟，等.秦岭西部山地针叶林凋落物持水特性［J］.应用生态学报，2008( 11) : 22－27

［5］马祥庆，庄孟能.杉木拟赤杨混交林水源涵养功能研究［J］.林业科技通讯，1996( 5) : 28－30

［6］王凤友.森林凋落物量综述研究［J］.生态学进展，1989，6( 2) : 95－102

［7］周永文，黄文辉，陈红跃，等.不同人工林分枯落物和土壤持水能力研究［J］.生态环境，2003，12( 4) : 449－451

［8］王光玉.杉木混交林水源涵养和土壤性质研究［J］.林业科学，2003，( S1) : 15－20

［9］蒋文伟，姜志林，余树全，等.安吉主要森林类型水源涵养功能的分析与评价［J］.南京林业大学学报:自然科学版，2002，26 ( 4) : 71－74

［10］何应会，曾佩玲，韦铄星，等.珍贵树种多树种混交林的凋落物现存量及持水性能［J］.南方农业学报，2015( 1) : 85－90

Ecological Protection Functions of Litters in Mixed Plantation of Cunninghamia lanceolata and Magnolia officinalis

Wang Jianming
( Bureau of Forestry in Jian’ou City，Fujian Prov.，Nanping 353100，China )

AbstractIn order to explore the hydrological functions of pure and mixed forest of Cunninghamia lanceolata，litter standing crop，water holding capacity，water holding rate＆water absorption rate in pure forest of C.lanceolata and mixed forest of C.lanceolata and Magnolia officinalis in Jian’ou City of Fujian Province were determined by the combination of sample plot survey and indoor analysis.Result shows that the litter standing crop and maximum moisture capacity of C.lanceolata was higher than that of mixed forest of C.lanceolata and M.officinalis，being 5.94＆3.81 t·hm－2，11.55＆7.87 t· hm－2respectively; the water holding rate of mixed forest is higher than that of pure forest，being 218.72%＆187.58%，respectively; water absorbing rate of mixed forest is higher than that of pure forest，being 3.44＆2.65 g·g－1·h－1.The litter layer of mixed forest can rapidly absorb rainfall in a short time，reduce soil erosion，with a strong ecological protection.

Key wordsCunninghamia lanceolata; Magnolia officinalis; mixed forest; litter standing crop; water-holding character

作者简介:汪建明( 1960－)，男，福建建瓯人，助理工程师，现从事森林培育与经营管理工作.

收稿日期:2015－07－27

文章编号:1005－5215( 2015)09－0008－03

中图分类号:S791.27

文献标识码:Adoi:10.13601/j.issn.1005－5215.2015.09.003